Инфракрасная спектроскопия

редактировать
Взаимодействие инфракрасного излучения с веществом Инструмент OVIRS зонда OSIRIS-REx - это спектрометр видимого и инфракрасного диапазона

Инфракрасный спектроскопия (ИК-спектроскопия или колебательная спектроскопия ) - это измерение взаимодействия инфракрасного излучения с веществом с помощью поглощение, излучение или отражение. Он используется для изучения и идентификации химических веществ или функциональных групп в твердых, жидких или газообразных формах. Метод или методика инфракрасной спектроскопии осуществляется с помощью прибора, называемого инфракрасным спектрометром (или спектрофотометром), который производит инфракрасный спектр . ИК-спектр может быть визуализирован на графике зависимости инфракрасного света поглощения (или пропускания ) на вертикальной оси от частоты или длины волны на горизонтальной оси. Типичные единицы частоты, используемые в ИК-спектрах, - это обратные сантиметры (иногда называемые волновыми числами ) с символом см. Единицы длины волны ИК-излучения обычно указываются в микрометрах (ранее называемых «микронами»), символе мкм, которые связаны с волновыми числами обратным способом. Распространенным лабораторным прибором, в котором используется этот метод, является инфракрасный спектрометр с преобразованием Фурье (FTIR) . Двумерное ИК-излучение также возможно, как описано ниже.

. Инфракрасная часть электромагнитного спектра обычно делится на три области; ближний-, средний- и дальний- инфракрасный, названный в честь их связи с видимым спектром. Более высокая энергия в ближнем ИК диапазоне, приблизительно 14000–4000 см (длина волны 0,7–2,5 мкм), может возбуждать обертон или комбинированные моды молекулярных колебаний. Средняя инфракрасная область, приблизительно 4000–400 см (2,5–25 мкм), обычно используется для изучения основных колебаний и связанной с ними вращательно-колебательной структуры. Дальняя инфракрасная область, приблизительно 400–10 см (25–1000 мкм), имеет низкую энергию и может использоваться для вращательной спектроскопии и низкочастотных колебаний. Область от 2 до 130 см, граничащая с областью микроволн, считается областью терагерц и может определять межмолекулярные колебания. Названия и классификации этих субрегионов являются условными и лишь в общих чертах основаны на относительных молекулярных или электромагнитных свойствах.

Содержание

  • 1 Теория
    • 1.1 Количество мод колебаний
  • 2 Практическая ИК-спектроскопия
    • 2.1 Подготовка проб
      • 2.1.1 Образцы газа
      • 2.1.2 Жидкие образцы
      • 2.1.3 Твердые образцы
    • 2.2 Сравнение с эталоном
    • 2.3 FTIR
    • 2.4 Инфракрасная микроскопия
    • 2.5 Другие методы молекулярной колебательной спектроскопии
  • 3 Полосы поглощения
    • 3.1 Области
    • 3.2 Правило Барджера
  • 4 Использование и применение
  • 5 Изотопные эффекты
  • 6 Двумерное ИК-излучение
  • 7 См. Также
  • 8 Ссылки
  • 9 Внешние ссылки

Теория

Образец ИК-спецификации. чтение; это из бромметана (CH 3 Br), с пиками около 3000, 1300 и 1000 см (по горизонтальной оси).

Инфракрасная спектроскопия использует тот факт, что молекулы поглощают частоты, характерные для их структуры. Эти поглощения происходят на резонансных частотах , то есть частота поглощенного излучения соответствует частоте колебаний. На энергии влияют форма молекулярных поверхностей потенциальной энергии, массы атомов и связанная с ними вибронная связь.

3D-анимация симметричного растяжения связей C – H бромметан

В частности, в приближении Борна – Оппенгеймера и гармоническом приближении, то есть когда молекулярный гамильтониан, соответствующий электронному основному состоянию, может быть аппроксимированы гармоническим осциллятором в окрестности равновесной молекулярной геометрии, резонансные частоты связаны с нормальными модами колебаний, соответствующими основному электронному состоянию молекулы поверхность потенциальной энергии. Резонансные частоты также связаны с прочностью связи и массой атомов на обоих концах. Таким образом, частота колебаний связана с определенным нормальным режимом движения и определенным типом связи.

Количество мод колебаний

Чтобы мода колебаний в образце была «ИК-активной», она должна быть связана с изменениями дипольного момента. Постоянный диполь не нужен, поскольку, как правило, требуется только изменение дипольного момента.

Молекула может колебаться разными способами, и каждый из них называется модой колебаний. Для молекул с числом атомов N линейные молекулы имеют 3N - 5 степеней колебательных мод, тогда как нелинейные молекулы имеют 3N - 6 степеней колебательных мод (также называемых колебательными степенями свободы). Например, H2O, нелинейная молекула, будет иметь 3 × 3 - 6 = 3 степени колебательной свободы или моды.

Простые двухатомные молекулы имеют только одну связь и только одну полосу колебаний. Если молекула симметрична, например N 2, полоса не наблюдается в ИК-спектре, а только в Рамановском спектре. Асимметричные двухатомные молекулы, например CO, поглощают в ИК-спектре. Более сложные молекулы имеют много связей, и их колебательные спектры, соответственно, более сложные, то есть большие молекулы имеют много пиков в своих ИК-спектрах.

.

Атомы в группе CH 2X2, обычно присутствующей в органических соединениях и где X может представлять любой другой атом, могут колебаться девятью различными способами. Шесть из этих колебаний включают только часть CH2 : две растягивающие моды (ν): симметричный (νs) и антисимметричный (νas); и четыре режима изгиба : срезание (δ), качание (ρ), виляние (ω) и скручивание (τ), как показано ниже. Структуры, к которым не прикреплены две дополнительные группы X, имеют меньше режимов, потому что некоторые режимы определяются особыми отношениями с этими другими присоединенными группами. Например, в воде режимы качания, покачивания и скручивания не существуют, потому что эти типы движений атомов H представляют собой простое вращение всей молекулы, а не колебания внутри нее. В случае более сложных молекул, внеплоскостные (γ) колебательные моды также могут присутствовать.

Симметрия. НаправлениеСимметричноеАнтисимметричное
РадиальноеСимметричное растяжение.gif . Симметричное растяжение (ν s)Асимметричное растяжение.gif . Антисимметричное растяжение (ν as)
ШиротаScissoring.gif . Ножницы (δ)Modo rotacao.gif . Раскачивание (ρ)
ПродольноеВиляние.gif . Виляние (ω)Twisting.gif . Скручивание (τ)

Эти цифры не представляют «отдачу » атомов C, которые, хотя и присутствуют обязательно для уравновешивания общих движений молекулы, намного меньше движений более легких атомов H.

Простейшие и наиболее важные или фундаментальные ИК-полосы возникают из-за возбуждений нормальных мод, простейших искажений молекулы, из основного состояния с колебательным квантовым числом v = 0 в первое возбужденное состояние с колебательным квантовым числом v = 1. В некоторых случаях наблюдаются обертонные полосы. полоса обертона возникает из-за поглощения фотона, приводящего к прямому переход из основного состояния во второе возбужденное колебательное состояние (v = 2). Такая полоса появляется примерно при удвоенной энергии основной полосы для той же нормальной моды. Некоторые возбуждения, так называемые комбинированные режимы, включают одновременное возбуждение более чем одной нормальной моды. Явление резонанса Ферми может возникнуть, когда две моды подобны по энергии; Резонанс Ферми приводит к неожиданному сдвигу в энергии и интенсивности полос и т. Д.

Практическая ИК-спектроскопия

Инфракрасный спектр образца записывается путем пропускания через образец луча инфракрасного света. Когда частота ИК совпадает с частотой колебаний связи или совокупности связей, происходит поглощение. Исследование прошедшего света показывает, сколько энергии было поглощено на каждой частоте (или длине волны). Это измерение может быть достигнуто путем сканирования диапазона длин волн с использованием монохроматора. В качестве альтернативы, весь диапазон длин волн измеряется с использованием прибора преобразования Фурье, а затем с использованием специальной процедуры генерируется спектр пропускания или поглощения.

Этот метод обычно используется для анализа образцов с ковалентными связями. Простые спектры получены для образцов с небольшим количеством ИК-активных связей и высокой степенью чистоты. Более сложные молекулярные структуры приводят к большему количеству полос поглощения и более сложным спектрам.

Типичная ячейка для ИК-раствора. Окна - CaF 2.

Подготовка образца

Образцы газа

Образцы газа требуют ячейки для образца с длинной длиной пути для компенсации разбавления. Длина пробоотборной ячейки зависит от концентрации интересующего соединения. Простая стеклянная трубка длиной от 5 до 10 см, оснащенная прозрачными для инфракрасного излучения окнами на обоих концах трубки, может использоваться для концентраций до нескольких сотен ppm. Концентрации измеряемого газа значительно ниже ppm могут быть измерены с помощью ячейки Уайта, в которой инфракрасный свет направляется с помощью зеркал для прохождения через газ. Доступны ячейки Уайта с длиной оптического пути от 0,5 м до ста метров.

Жидкие образцы

Жидкие образцы могут быть помещены между двумя пластинами с солью (обычно хлорид натрия или поваренная соль, хотя ряд других солей, например также используются бромид калия или фторид кальция ). Пластины прозрачны для инфракрасного света и не вносят никаких линий в спектр.

Твердые образцы

Твердые образцы могут быть приготовлены различными способами. Один из распространенных методов - раздавить образец маслянистым составом для перемешивания (обычно минеральное масло Nujol ). Тонкую пленку мулла наносят на пластинки соли и измеряют. Второй метод заключается в тонком измельчении некоторого количества образца со специально очищенной солью (обычно бромидом калия) (для устранения эффекта рассеяния от крупных кристаллов). Затем эту порошковую смесь прессуют на механическом прессе с образованием полупрозрачной гранулы, через которую может проходить луч спектрометра. Третий метод - это метод «литой пленки», который используется в основном для полимерных материалов. Образец сначала растворяют в подходящем не гигроскопичном растворителе. Капля этого раствора наносится на поверхность ячейки KBr или NaCl. Затем раствор упаривают досуха и непосредственно анализируют пленку, образовавшуюся на ячейке. Важно следить за тем, чтобы пленка не была слишком толстой, иначе свет не сможет пройти сквозь нее. Этот метод подходит для качественного анализа. Последний метод заключается в использовании микротомии для вырезания тонкой (20–100 мкм) пленки из твердого образца. Это один из наиболее важных способов анализа вышедших из строя пластмассовых изделий, например, потому что сохраняется целостность твердого тела.

В фотоакустической спектроскопии необходимость в обработке образца минимальна. Образец, жидкий или твердый, помещается в чашку для образца, которая вставляется в фотоакустическую ячейку, которая затем герметизируется для измерения. Образец может представлять собой цельный кусок, порошок или практически любую форму для измерения. Например, в чашку для образца можно вставить кусок камня и измерить спектр от него.

Сравнение с эталоном

Схема двухлучевого абсорбционного спектрометра. Пучок инфракрасного света создается, проходит через интерферометр (не показан) и затем разделяется на два отдельных луча. Один пропускается через образец, другой - через ссылку. Оба луча отражаются обратно к детектору, однако сначала они проходят через разделитель, который быстро меняет, какой из двух лучей попадает в детектор. Затем два сигнала сравниваются и получается распечатка. Эта «двухлучевая» установка дает точные спектры, даже если интенсивность источника света дрейфует со временем.

Обычно регистрируют спектр как образца, так и «эталона». На этом шаге контролируется ряд переменных, например инфракрасный детектор, который может влиять на спектр. Эталонное измерение позволяет исключить влияние прибора.

Соответствующий «эталон» зависит от измерения и его цели. Самым простым эталонным измерением является простое удаление образца (замена его воздухом). Однако иногда более полезна другая ссылка. Например, если образец представляет собой разбавленное растворенное вещество, растворенное в воде в стакане, то хорошим эталонным измерением может быть измерение чистой воды в том же стакане. Тогда эталонное измерение нейтрализует не только все инструментальные свойства (например, какой источник света используется), но также светопоглощающие и светоотражающие свойства воды и стакана, а окончательный результат просто покажет свойства растворенное вещество (по крайней мере, приблизительно).

Обычным способом сравнения с эталоном является последовательный: сначала измерить эталон, затем заменить эталон образцом и измерить образец. Этот метод не совсем надежен; Если инфракрасная лампа немного ярче во время эталонного измерения, затем немного тусклее во время измерения образца, измерение будет искажено. Более сложные методы, такие как «двухлучевая» установка (см. Рисунок), могут корректировать эти типы эффектов для получения очень точных результатов. Метод Стандартное сложение может использоваться для статистического устранения этих ошибок.

Тем не менее, среди различных методов, основанных на абсорбции, которые используются для обнаружения газообразных частиц, кольцевая спектроскопия с понижением по резонатору (CRDS) может использоваться в качестве метода без калибровки. Тот факт, что CRDS основан на измерениях времени жизни фотонов (а не интенсивности лазера), делает его ненужным для какой-либо калибровки и сравнения с эталоном

FTIR

Интерферограмма от FTIR измерение. Горизонтальная ось - это положение зеркала, а вертикальная ось - количество обнаруженного света. Это «необработанные данные», которые можно преобразовать Фурье для получения фактического спектра.

Преобразование Фурье инфракрасная (FTIR) спектроскопия - это метод измерения, позволяющий записывать инфракрасный спектры. Инфракрасный свет проходит через интерферометр , а затем через образец (или наоборот). Движущееся зеркало внутри устройства изменяет распределение инфракрасного света, проходящего через интерферометр. Непосредственно записанный сигнал, называемый «интерферограммой», представляет собой световой поток как функцию положения зеркала. Метод обработки данных, называемый преобразованием Фурье, преобразует эти необработанные данные в желаемый результат (спектр образца): световой поток как функция инфракрасного длины волны (или, что эквивалентно, волновое число ). Как описано выше, спектр образца всегда сравнивается с эталоном.

Альтернативный метод получения спектров - это метод «дисперсионного» или «сканирующего монохроматора ». В этом подходе образец облучается последовательно с использованием различных длин волн. Дисперсионный метод более распространен в УФ-видимой спектроскопии, но менее практичен в инфракрасной области, чем метод FTIR. Одна из причин, по которой предпочтение отдается FTIR, называется «преимуществом Феллгетта » или «преимуществом мультиплексирования»: информация на всех частотах собирается одновременно, улучшая как скорость, так и отношение сигнал / шум. Другой называется «Преимущество в пропускной способности Жакино»: дисперсионное измерение требует обнаружения гораздо более низких уровней освещенности, чем измерение FTIR. Есть и другие преимущества, а также некоторые недостатки, но практически все современные инфракрасные спектрометры являются приборами FTIR.

Инфракрасная микроскопия

Существуют различные формы инфракрасной микроскопии. К ним относятся инфракрасные версии субдифракционной микроскопии, такие как IR NSOM, фототермическая микроскопия, Nano-FTIR и инфракрасная спектроскопия на основе атомно-силового микроскопа (АСМ-ИК).

Другие методы молекулярной колебательной спектроскопии

Инфракрасная спектроскопия - не единственный метод изучения молекулярных колебательных спектров. Рамановская спектроскопия включает в себя процесс неупругого рассеяния, в котором только часть энергии падающего фотона поглощается молекулой, а оставшаяся часть рассеивается и обнаруживается. Разность энергий соответствует поглощенной колебательной энергии.

Правила выбора для инфракрасной спектроскопии и для рамановской спектроскопии различаются, по крайней мере, для некоторых симметрий молекул, поэтому эти два метода дополняют друг друга в том, что они наблюдают колебания разных симметрии.

Другим методом является спектроскопия потерь энергии электронов (EELS), в которой поглощенная энергия обеспечивается неупруго рассеянным электроном, а не фотоном. Этот метод полезен для изучения колебаний молекул , адсорбированных на твердой поверхности.

Недавно EELS с высоким разрешением (HREELS) появился как метод для выполнения колебательной спектроскопии в просвечивающем электронном микроскопе (TEM). В сочетании с высоким пространственным разрешением ПЭМ были выполнены беспрецедентные эксперименты, такие как измерения температуры в наномасштабе, картографирование изотопно меченных молекул, картографирование фононных мод в пространственном и импульсном пространстве, отображение колебательной поверхности и объемных мод на нанокубы, а также исследования мод поляритонов в кристаллах Ван-дер-Ваальса. Анализ колебательных мод, неактивных в ИК-диапазоне, но присутствующих в неупругом рассеянии нейтронов, также возможен с высоким пространственным разрешением с использованием EELS. Хотя пространственное разрешение HREEL очень велико, полосы чрезвычайно широки по сравнению с другими методами.

Полосы поглощения

ИК-спектроскопия часто используется для идентификации структур, поскольку функциональные группы вызывают характерные полосы как по интенсивности, так и по положению (частоте). Положения этих полос суммированы в корреляционных таблицах, как показано ниже.

Список основных диапазонов ИК-спектроскопии. Например, карбоксильная группа будет содержать полосу C = O при 1700 см и полосу OH при 3500 см (общая группа -COOH). Волновые числа, перечисленные в cm.

областях

спектрограф часто интерпретируется как имеющий две области.

  • область функциональной группы ≥ 1500 см - 1 {\ displaystyle \ geq 1500 {\ text { см}} ^ {- 1}}{\ displaystyle \ geq 1500 {\ text { см}} ^ {- 1}}

В функциональной области есть от одной до нескольких впадин на функциональную группу.

  • Область отпечатка пальца < 1500 cm − 1 {\displaystyle <1500{\text{ cm}}^{-1}}{\ displaystyle <1500 {\ text {cm}} ^ {- 1}}

В области отпечатка пальца есть много впадин, которые образуют сложный узор, который может

Правило Барджера

Для многих типов образцов известны назначения, т. е. какая деформация связи связана с какой частотой. В таких случаях можно получить дополнительную информацию о прочности связи, опираясь на эмпирический указатель Правило Барсука . Это правило, первоначально опубликованное Ричардом Маклином Бэджером в 1934 году, гласит, что прочность связи коррелирует с частотой ее колебательной моды. То есть увеличение прочности связи приводит к соответствующему увеличению частоты и наоборот.

Использование и применение

Инфракрасный спектрофотометр, используемый для анализа репеллента Metadelphene, 1960 США Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов Ученый использует портативное устройство ближней инфракрасной спектроскопии для обнаружения потенциально незаконных веществ

Инфракрасная спектроскопия - это простой и надежный метод, широко используемый как в органической, так и в неорганической химии, в исследованиях и промышленности. Он используется в приложениях контроля качества, динамических измерений и мониторинга, таких как долгосрочное автоматическое измерение концентраций CO 2 в теплицах и камерах роста с помощью инфракрасных газоанализаторов.

Он также используется в судебно-медицинской экспертизе как по уголовным, так и по гражданским делам, например, для выявления деградации полимера. Его можно использовать для определения содержания алкоголя в крови подозреваемого водителя в нетрезвом состоянии.

ИК-спектроскопия успешно использовалась для анализа и идентификации пигментов в картинах и других предметах искусства, таких как освещенные рукописи.

Полезный способ Для анализа твердых образцов без необходимости вырезания образцов используется спектроскопия с НПВО или ослабленным полным коэффициентом отражения. При таком подходе образцы прижимаются к грани монокристалла. Инфракрасное излучение проходит через кристалл и взаимодействует с образцом только на границе раздела двух материалов.

С развитием технологий компьютерной фильтрации и обработки результатов образцы в растворе теперь могут быть точно измерены (вода дает широкое поглощение во всем интересующем диапазоне и, таким образом, делает спектры нечитаемыми без компьютерной обработки).

Некоторые инструменты также автоматически идентифицируют измеряемое вещество на основе хранилища тысяч эталонных спектров, хранящихся в хранилище.

Инфракрасная спектроскопия также полезна для измерения степени полимеризации при производстве полимера. Изменения в характере или количестве конкретной облигации оцениваются путем измерения с определенной периодичностью во времени. Современные исследовательские инструменты могут выполнять инфракрасные измерения в интересующем диапазоне до 32 раз в секунду. Это можно сделать, одновременно выполняя измерения с использованием других методов. Это делает наблюдения за химическими реакциями и процессами более быстрыми и точными.

Инфракрасная спектроскопия также успешно применяется в области полупроводниковой микроэлектроники: например, инфракрасная спектроскопия может применяться к полупроводникам, таким как кремний, арсенид галлия, нитрид галлия, селенид цинка, аморфный кремний, нитрид кремния и т. д.

Еще одно важное применение инфракрасной спектроскопии - еда промышленность для измерения концентрации различных соединений в различных пищевых продуктах

Инструменты теперь маленькие, и их можно транспортировать даже для использования в полевых испытаниях.

Инфракрасная спектроскопия также используется в устройствах обнаружения утечки газа, таких как DP-IR и EyeCGA. Эти устройства обнаруживают утечки углеводородного газа при транспортировке природного газа и сырой нефти.

В феврале 2014 года НАСА объявило о значительно обновленной базе данных, основанной на ИК-спектроскопии, для отслеживания полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) во вселенной . По мнению ученых, более 20% углерода во Вселенной могут быть связаны с ПАУ, возможными исходными материалами для образования жизни. Похоже, что ПАУ образовались вскоре после Большого взрыва, широко распространены по всей вселенной и связаны с новыми звездами и экзопланетами.

Недавние разработки включают миниатюрный ИК -спектрометр, связанный с облачной базой данных и подходящий для личного повседневного использования, и микросхемы для спектроскопии NIR, которые можно встраивать в смартфоны и различные гаджеты.

Изотопные эффекты

Различные изотопы одного вида могут проявлять различные мелкие детали в инфракрасной спектроскопии. Например, частота растяжения O – O (в обратных сантиметрах) окси гемоцианина экспериментально определена как 832 и 788 см для ν (O – O) и ν (O – O), соответственно.

Рассматривая связь O – O как пружину, частоту поглощения можно рассчитать как волновое число [= частота / (скорость света)]

ν ~ = 1 2 π ck μ {\ displaystyle {\ tilde {\ nu}} = {\ frac {1} {2 \ pi c}} {\ sqrt {\ frac {k} {\ mu}}}}{\ displaystyle {\ tilde {\ nu}} = {\ frac {1} { 2 \ pi c}} {\ sqrt {\ frac {k} {\ mu}}}}

где k - жесткость пружины связи, c - скорость света, а μ - приведенная масса системы A – B:

μ = m A m B m A + m B {\ displaystyle \ mu = {\ frac {m_ {A} m_ {B}} {m_ {A} + m_ {B}}}}\ mu = {\ frac {m_ {A} m_ {B}} {m_ {A} + m_ {B}}}

(mi {\ displaystyle m_ {i}}m_ {i} - это масса атома i {\ displaystyle i}я ).

Приведенные массы для O – O и O – O могут быть приблизительно равны 8 и 9 соответственно. Таким образом,

ν ~ (16 O) ν ~ (18 O) = 9 8 ≈ 832 788. {\ displaystyle {\ frac {{\ tilde {\ nu}} (^ {16} O)} {{\ tilde {\ nu}} (^ {18} O)}} = {\ sqrt {\ frac {9 } {8}}} \ приблизительно {\ frac {832} {788}}.}{\ displaystyle {\ frac {{\ tilde {\ nu}} (^ {16} O)} {{\ tilde {\ nu}} (^ {18} O)}} = {\ sqrt {\ frac {9} {8}}} \ приблизительно {\ frac {832} {788}}.}

Влияние изотопов, как на вибрацию, так и на динамику распада, оказалось сильнее, чем считалось ранее. В некоторых системах, таких как кремний и германий, распад антисимметричной растянутой моды межузельного кислорода включает симметричную растянутую моду с сильной изотопической зависимостью. Например, было показано, что для образца природного кремния время жизни антисимметричного колебания составляет 11,4 пс. Когда изотоп одного из атомов кремния увеличивается до Si, время жизни увеличивается до 19 пс. Аналогичным образом, когда атом кремния заменяется на Si, время жизни становится 27 пс.

Двумерный ИК

Анализ двумерной инфракрасной корреляционной спектроскопии объединяет несколько образцов инфракрасных спектров для выявления более сложные свойства. Расширяя спектральную информацию о возмущенном образце, спектральный анализ упрощается, а разрешение повышается. Двухмерный синхронный и двухмерный асинхронный спектры представляют собой графический обзор спектральных изменений, вызванных возмущением (например, изменяющейся концентрацией или изменением температуры), а также взаимосвязью между спектральными изменениями при двух разных волновых числах.

Последовательность импульсов, используемая для получения инфракрасного спектра двумерного преобразования Фурье. Период времени τ 1 {\ displaystyle \ tau _ {1}}\ tau _ {1} обычно называется временем согласованности, а второй период времени τ 2 {\ displaystyle \ tau _ {2 }}\ tau _ {2} известно как время ожидания. Частота возбуждения получается путем преобразования Фурье по оси τ 1 {\ displaystyle \ tau _ {1}}\ tau _ {1} .

Нелинейная двумерная инфракрасная спектроскопия является инфракрасной версией корреляционная спектроскопия. Нелинейная двумерная инфракрасная спектроскопия - это метод, который стал доступным с разработкой фемтосекундных инфракрасных лазерных импульсов. В этом эксперименте сначала к образцу прикладывается набор импульсов накачки. После этого следует время ожидания, в течение которого системе позволяют расслабиться. Типичное время ожидания составляет от нуля до нескольких пикосекунд, и его продолжительность можно регулировать с разрешением в десятки фемтосекунд. Затем применяется пробный импульс, в результате чего из образца излучается сигнал. Нелинейный двумерный инфракрасный спектр представляет собой двумерный график корреляции частоты ω 1, которая была возбуждена начальными импульсами накачки, и частоты ω 3, возбуждаемой зондирующим импульсом после время ожидания. Это позволяет наблюдать связь между различными колебательными модами; благодаря исключительно высокому временному разрешению его можно использовать для мониторинга молекулярной динамики в пикосекундной шкале времени. Это все еще малоизученный метод, который становится все более популярным в фундаментальных исследованиях.

Как и в случае спектроскопии двумерного ядерного магнитного резонанса (2DNMR ), этот метод расширяет спектр в двух измерениях и позволяет наблюдать кросс-пики, содержащие информацию о связи между различными модами.. В отличие от 2DNMR, нелинейная двумерная инфракрасная спектроскопия также включает возбуждение до обертонов. Эти возбуждения приводят к появлению пиков поглощения в возбужденном состоянии, расположенных ниже диагональных и поперечных пиков. В 2DNMR часто используются два разных метода: COSY и NOESY. Перекрестные пики в первом случае связаны со скалярным взаимодействием, а во втором - с передачей спина между различными ядрами. В нелинейной двумерной инфракрасной спектроскопии были нарисованы аналоги этим методам 2DNMR. Нелинейная двумерная инфракрасная спектроскопия с нулевым временем ожидания соответствует CZY, а нелинейная двумерная инфракрасная спектроскопия с конечным временем ожидания, допускающим колебательный перенос населения, соответствует NOESY. Вариант COSY нелинейной двумерной инфракрасной спектроскопии был использован для определения содержания вторичной структуры белков.

См. Также

Ссылки

Внешние ссылки

На Викискладе есть материалы, связанные с Инфракрасная спектроскопия.
Последняя правка сделана 2021-05-24 14:47:38
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте