ABSZORPCIÓS SPEKTROFOTOMETRIA AZ INFRAVÖRÖS SZÍNKÉPTARTOMÁNYBAN

Átírás

1 ABSZORPCIÓS SPEKTROFOTOMETRIA AZ INFRAVÖRÖS SZÍNKÉPTARTOMÁNYBAN 01/2005:20224 Az infravörös spektrofotométereket a cm -1 (2,5 15,4 µm) közti, illetve néhány esetben egészen a 200 cm -1 -ig (50 µm) terjedő tartományban alkalmazzuk spektrumfelvételre. KÉSZÜLÉK A spektrumfelvételre alkalmas spektrofotométerek részei: megfelelő fényforrás, monokromátor vagy interferométer és detektor. A Fourier-transzformációs spektrofotométerek polikromatikus sugárzást állítanak elő és a spektrumot az adott frekvenciatartományban Fourier-transzformációval számítják ki az eredeti adatokból. A mérési tartományban monokromatikus sugárzás kibocsátására alkalmas optikai rendszerrel ellátott spektrofotométerek is használhatók. A spektrum rendszerint a transzmittanciát azaz az áthaladó és a beeső sugárzás intenzitásarányát ábrázoló függvény, de abszorbanciafüggvényként is megjeleníthető. Az abszorbanciát (A) a transzmittancia (T) reciprokának tizes alapú logaritmusaként definiáljuk: ahol T = I/I 0, A = log 1 = T 10 log 10 I 0 = a beeső sugárzás intenzitása, I I 0,

2 2 I = az áthaladó sugárzás intenzitása. A MINTA ELŐKÉSZÍTÉSE MINTAELŐKÉSZÍTÉS TRANSZMISSZIÓ VAGY ABSZORPCIÓ REGISZTRÁLÁSA ESETÉN Az anyagot a következő módszerek egyikével készítjük elő. Folyadékok. A folyadékokat két infravörös-áteresztő lemez közé zárt filmként vagy megfelelő rétegvastagságú, infravörös-áteresztő küvettába töltve vizsgáljuk. Folyadékokból vagy szilárd anyagokból készült oldatok. Alkalmas oldószerrel elkészítjük az oldatot. Az oldatok töménységét és a küvetta rétegvastagságát úgy választjuk meg, hogy kielégítő minőségű spektrumot kapjunk g/l koncentrációjú oldatokkal, 0,5 0,1 mm rétegvastagságban többnyire jó eredményeket kapunk. Az oldószer abszorpcióját az összehasonlító sugárnyaláb útjába helyezett, oldószert tartalmazó, hasonló küvettával kompenzáljuk. Amennyiben FT-IR készüléket használunk, az oldószer abszorpciójának kompenzálására egymásután felvesszük az oldószer és a minta spektrumát. Az oldószer kompenzációs faktorral korrigált abszorpcióját számítógépes szoftver alkalmazásával vonjuk ki a mintaoldat spektrumából. Szilárd anyagok. A szilárd anyagokat az adott feladattól függően alkalmas folyadékkal készített szuszpenzióban (mull) vagy szilárd halmazállapotban (halogenid pasztilla) vizsgáljuk. Ha a cikkely úgy írja elő, a megolvasztott anyagból készített filmet vizsgáljuk két infravörös-áteresztő lemez között. A. Szuszpenzió (mull). A vizsgálandó anyag kis mennyiségét nagyon kevés R folyékony paraffinnal vagy más, alkalmas folyadékkal péppé dörzsöljük; általában 5 10 mg vizsgálandó anyag egy csepp R folyékony paraffinnal elegendő a megfelelő szuszpenzió elkészítéséhez. A szuszpenziót két infravörös-áteresztő lemez közé szorítjuk. B. Pasztilla.

3 3 A vizsgálandó anyag 1 2 mg-ját, ha nincs másképpen előírva, mg finoman elporított, szárított R kálium-bromiddal vagy R kálium-kloriddal eldörzsöljük. Ilyen mennyiségek általában elegendőek egy mm átmérőjű pasztillához és ahhoz, hogy megfelelő intenzitású spektrumot kapjunk. Amennyiben a vizsgálandó anyag hidroklorid, a pasztilla készítéséhez R kálium-kloridot ajánlatos használni. A keveréket gondosan eldörzsöljük, egyenletesen beleszórjuk a pasztillakészítő formába, majd 800 MPa (8 t cm -2 ) nyomással pasztillává sajtoljuk. Ha az anyag közönséges légköri körülmények között bomlékony vagy nedvszívó, a pasztillát vákuumban préseljük. Bizonyos tényezők, pl. nem kielégítő vagy éppen ellenkezőleg túl hosszas porítás, a vivőanyag nedvességtartalma, vagy egyéb szennyezései, vagy a nem elég finom szemcseméret miatt hibás pasztillákat kaphatunk. A pasztilla nem használható, ha áttetszősége szabad szemmel vizsgálva nem egyenletes, vagy ha 2000 cm -1 (5 µm) környékén ahol nincs jellemző abszorpciós sáv kompenzáció nélkül mért transzmittanciája kisebb, mint 60 %, hacsak nincs más előírás. Gázok. A gázokat infravörös-áteresztő, és kb. 100 mm optikai úthosszal rendelkező cellában vizsgáljuk. A cellát evakuáljuk, majd a vizsgálandó gázt tartalmazó tartály és a cella közé megfelelő vezetéket iktatva a zárócsapon vagy a tűszelepen át a kívánt nyomásra töltjük. Ha szükséges, a légköri nyomást a cellában infravörös-áteresztő gázzal (pl. R nitrogén vagy R argon) állítjuk be. A víz, a szén-dioxid vagy egyéb légköri gáz zavaró abszorpciójának elkerülése érdekében lehetőleg ugyanilyen evakuált, vagy infravörös-áteresztő gázzal töltött cellát helyezünk az összehasonlító sugárnyaláb útjába. MINTAELŐKÉSZÍTÉS DIFFÚZ REFLEXIÓ REGISZTRÁLÁSA ESETÉN. Szilárd anyagok. A vizsgálandó anyagot finoman porított és kiszárított R káliumbromiddal vagy R kálium-kloriddal eldörzsöljük. A triturációt úgy készítjük, hogy hacsak nincs más előírás kb. 5 % vizsgálandó anyagot tartalmazzon. Az eldörzsölt keveréket mintatartóba helyezzük és felvesszük a reflexiós spektrumot. A minta abszorbanciaspektrumát a kapott spektrum matematikai feldolgozásával a Kubelka-Munk függvényt alkalmazva kapjuk meg. MINTAELŐKÉSZÍTÉS GYENGÍTETT TOTÁLREFLEXIÓ ESETÉN

4 4 Gyengített totálreflexió (beleértve a sokszorozott belső reflexiót) alkalmazása esetén a fénysugár visszaverődést szenved általában többszörösen egy áteresztő közegben. Mindazonáltal, léteznek olyan műszerek is, amelyekben a visszaverődés egyszeres. Az anyagot következőképpen készítjük elő. A vizsgálandó anyagot szoros érintkezésbe hozzuk a belső reflexiós kristállyal (internal reflexion element = IRE), amely lehet pl. gyémánt, germánium, cinkszelenid, tallium-bromid-jodid (KRS-5) vagy más, nagy törésmutatójú, alkalmas anyag. Az anyag és a belső reflexiós elem teljes kristályfelülete között szoros és egyenletes érintkezést kell biztosítani; ezt vagy nyomás alkalmazásával, vagy úgy érjük el, hogy az anyagot megfelelő oldószerben feloldjuk, majd az oldatot a belső reflexiós elemre visszük és ott beszárítjuk. Ezután felvesszük a gyengítetttotálreflexiós (ATR) spektrumot. AZONOSÍTÁS REFERENCIAANYAGOK SEGÍTSÉGÉVEL A vizsgálandó anyagot és a referenciaanyagot azonos módon készítjük elő és a cm -1 (2,5 15,4 µm) tartományban, azonos mérési körülmények között felvesszük a spektrumokat. A vizsgálandó anyag spektruma a transzmissziós minimumok (abszorpciós maximumok) helye és relatív mérete tekintetében egyezzék meg a referenciaanyag (CRS) spektrumával. Ha a szilárd halmazállapotú anyagok spektrumaiban a transzmissziós minimumok (abszorpciós maximumok) helye eltér egymástól, akkor mind a vizsgálandó anyagot, mind a referenciaanyagot azonos módon kell kezelni, hogy azonos módosulatban kristályosodjanak vagy jelenjenek meg, illetőleg a cikkelyben leírtak szerint kell eljárni, majd a spektrumokat ismételten fel kell venni. AZONOSÍTÁS REFERENCIASPEKTRUMOK SEGÍTSÉGÉVEL A felbontóképesség ellenőrzése. Monokromátoros készülék használata esetén felvesszük egy kb. 35 μm vastagságú polisztirolfilm spektrumát. A 2870 cm -1 -en (3,48 µm) lévő transzmissziós maximumon (A) és a 2849,5 cm -1 -en (3,51 µm) lévő transzmissziós minimumon (B) mért, százalékban kifejezett transzmittanciák különbsége (x) (lásd ábra) nagyobb legyen, mint 18. Az 1589 cm -1 -en (6,29 µm) lévő transzmissziós maximumon (C) és az 1583 cm -1 -en (6,32 µm) lévő

5 5 transzmissziós minimumon (D) mért, százalékban kifejezett transzmittanciák különbsége (y) nagyobb legyen, mint ábra. A felbontóképesség ellenőrzésére használt polisztirol jellemző spektrumrészletei Fourier-transzformációs készülék esetén a megfelelő felbontást a gyártó által előírt megfelelő apodizációval érhetjük el. A felbontást megfelelő módon, pl. egy kb. 35 μm vastagságú polisztirolfilm spektrumának felvételével ellenőrizni kell. A 2870 cm -1 -en lévő minimumon és a 2849,5 cm -1 -en lévő maximumon mért abszorbanciák közti különbség nagyobb legyen, mint 0,33. Az 1589 cm -1 -en lévő minimumon és az 1583 cm -1 -en lévő maximumon mért abszorbanciák közti különbség nagyobb legyen, mint 0,08.

6 6 A hullámszámskála ellenőrzése. A hullámszámskálát polisztirolfilmmel ellenőrizhetjük; a polisztirol transzmissziós minimumainak (abszorpciós maximumainak) hullámszámait (cm -1 -ben) a táblázat tünteti fel táblázat. A polisztirolfilm transzmissziós minimumai az elfogadható tűréshatárokkal Transzmissziós minimumok (cm -1 ) monokromátoros készülékekre Elfogadható tűréshatárok (cm -1 ) Fourier-transzformációs készülékekre 3060,0 ± 1,5 ± 1,0 2849,5 ± 2,0 ± 1,0 1942,9 ± 1,5 ± 1,0 1601,2 ± 1,0 ± 1,0 1583,0 ± 1,0 ± 1,0 1154,5 ± 1,0 ± 1,0 1028,3 ± 1,0 ± 1,0 Vizsgálat. A vizsgálandó anyagot a referenciaspektrumhoz/referenciaanyaghoz mellékelt előírás szerint készítjük elő. A referenciaspektrum felvételéhez alkalmazott körülmények között, amely általában megegyezik a felbontóképesség ellenőrzésekor alkalmazott körülményekkel, felvesszük a vizsgálandó anyag spektrumát. A vizsgálandó anyag spektruma a sávok helyzete és relatív mérete tekintetében egyezzék meg a referenciaanyag spektrumával. A vízgőz és a levegő szén-dioxidjának kompenzálása. Fourier-transzformációs készülékek használata esetén a vízgőz és a szén-dioxid spektrális zavaró hatásának kiküszöbölésére a gyártó útmutatásai szerint megfelelő algoritmusokat

7 7 alkalmazunk. Úgy is eljárhatunk, hogy a spektrumokat megfelelően átöblített berendezésben vesszük fel, vagy gondoskodunk arról, hogy a minta és a háttér egyutas spektrumainak felvétele során a körülmények pontosan azonosak legyenek. SZENNYEZÉSEK VIZSGÁLATA GÁZOKBAN A szennyezések vizsgálatához infravörös-áteresztő és megfelelő optikai úthosszúságú (pl m) cellát használunk. A cellát a Gázok bekezdésben előírtak szerint töltjük meg. A szennyezések kimutatását és meghatározását a megfelelő cikkelyben előírtak szerint végezzük.