هر گونه کپی برداری از مطالب از لحاظ شرعی و قانونی مشکلی نداره ؛)

ولی لطفاً جهت احترام به زحمات تیم ما که گاهی برای پیدا کردن جواب یکی از این سؤالا چندین ساعت وقت میگذاشتن، در صورت کپی کردن منبع مطلب (فروشگاه فایل مراد | moraddl.ir) ذکر شود.

شناسایی کیفی توسط طیف IR

1) فرمول ضریب کمبود هیدروژن را بنویسید.

با در دست داشتن فرمول مولکولی، می‌توان اطلاعات زیادی را در مورد ماده مجهول به دست آورد. به این صورت که می‌توانیم ضریب کمبود هیدروژن را که نشانگر تعداد پیوندهای π و یا حلقه‌های موجود در یک مولکول می‌باشد را به دست آورد. ضریب کمبود هیدروژن از فرمول مولکولی یک ماده‌ی مجهول و از مقایسه‌ی آن با فرمول ترکیب اشباع غیر حلقوی مشابه به دست می‌آید. اگر اختلاف تعداد هیدروژن‌های دو فرمول را نصف کنیم، ضریب کمبود هیدروژن حاصل می‌شود که با رابطه زیر تعیین می‌گردد:

2) مزیت‌های FT-IR را بنویسید؟

مزایای Ft-IR در مقایسه با دستگاه پاشنده (IR معمولی):

در بیشتر گستره‌ی طیفی زیر قرمز- میانه، دستگاه زیر قرمز تبدیل فوریه دارای نسبت علامت به نویز (signal to noise) حدود 10 مرتبه بزرگتر است و این رقم نسبت به دستگاه‌های پاشنده بهتر است. افزایش سیگنال به نویز را می‌توان به اسکن سریع و امکان به دست آوردن یک طیف خوب طی چند ثانیه ربط داد. دستگاه‌های زیر قرمز تبدیل فوریه، از تفکیک‌های بالا و اندازه‌گیری بسیار صحیح و تکرارپذیری فرکانس‌‌ها برخور دارند. یک مزیت دیگر دستگاه‌های تبدیل فوریه این است که اجزا نوری آن‌ها شرایطی را فراهم می‌آورد که خروجی انرژی به مراتب بیشتر از دستگاه‌های پاشنده است (10 تا 100 برابر) زیرا در دستگاه‌های پاشنده پهنای شکاف‌ها باریک‌تر است. به عنوان آخرین مزیت می‌توان به عاری بودن تداخل‌سنج از تابش‌های هرز اشاره نمود زیرا هر فرکانس از تابش مادون قرمز در فرکانس متفاوتی برش می‌شود.

3) ضریب کمبود هیدروژن تولوئن را بدست آورید؟

• حتماً بخوانید: گزارش کار شناسایی کیفی طیف IR تولوئن و آسپرین

4) مکانیسم ATR را بنویسید.

دستگاه ATR (Attenuated Total Reflectance) بازتابش کلی تضعیف شده:

هنگامی که باریکه‌ای از تابش از یک محیط چگال‌تر به محیط کم چگال‌تر عبورکند، بازتابش تحقق می‌یابد. کسری از باریکه فرودی که بازتابیده می‌شود، با افزایش زاویه‌ی فرودی بیشتر می‌شود، و بعد از یک زاویه بحرانی مشخص، بازتابش کامل می‌شود. به طور نظری و تجربی نشان داده شده است که طی فرآیند بازتابش، باریکه طوری عمل می‌کند که گویی در واقع قبل از انجام بازتابش، مقدار بسیار کمی به درون محیط کم چگال‌تر نفوذ می‌کند. عمق نفوذ که از کسری از یک طول موج تا چند طول موج تغییر می‌کند، به طول موج تابش فرودی، ضریب شکست دو ماده و زاویه‌ی باریکه‌ی فرودی نسبت به سطح مشترک بستگی دارد.

تابش نفوذکننده را موج محوشونده می‌نامند. درصورتی که محیط کم چگال‌تر تابش محوشونده را جذب کند، تضعیف باریکه در طول موج نوارهای جذبی تحقق می‌یابد. این پدیده را بازتابندگی کل تضعیف شده (ATR) می‌نامند. یکی ازمزایای عمده آن این است که طیف‌ها به سهولت روی گستره وسیعی از انواع نمونه‌ها با حداقل کار تهیه‌ای به دست می‌آیند. نخ‌ها، الیاف، پارچه‌ها و پلیمرها را می‌توان با فشار دادن نمونه‌ها در برابر بلور چگال مطالعه کرد. خمیرها، گردها، یا تعلیق‌ها را می‌توان به طریق مشابه‌ای مورد عمل قرار داد. محلول‌های آب را می‌توان در صورتی جای داد که بلور در آب حل نشود. در مورد نمونه‌های مایع، بلور ATR را می‌توان در مایع فرو برد. طیف‌بینی بازتابندگی کل تضعیف شده در مورد بسیاری از اجسام مانند بسپارها، لاستیک‌ها، و جامدات دیگر اعمال شده است.

بازتابش کلی تضعیف شده (ATR) یک روش نمونه‌گیری مورد استفاده در رابطه با طیف‌سنجی مادون قرمز است که نمونه را قادر می‌سازد تا به طور مستقیم در حالت جامد یا مایع بدون آماده‌سازی مورد بررسی قرار گیرد.

در ATR از ویژگی انعکاس داخلی کلی حاصل در موج ناپایدار استفاده می‌شود. پرتویی از نور مادون قرمز از طریق کریستال ATR  پس از چندین بار انعکاس حداقل یک بار از سطح داخلی با نمونه تماس داشته و در نهایت منتقل می‌شود. این انعکاس نور به شکل موج ناپایدار است که در نمونه گسترش پیدا می‌کند. عمق نفوذ نور به نمونه و معمولاً بین 0.5 تا 2 میکرومتر است. تعدادی از بازتاب‌ها ممکن است با تغییر زاویه حاصل از بازتابش کلی خروجی متفاوت باشند. پرتو خروجی توسط یک آشکارساز بیرون از کریستال.شناسایی می‌شود. اکثر طیف‌های مادون قرمز مدرن را می‌توان از طریق ATR توصیف نمود که برای این کار وسیله‌ای را به دستگاه مادون قرمز وصل می‌کنند که شکل آن در زیر آمده است:

در صورتی دستگاه ATR کارایی خواهد داشت که کریستال آن از مواد نوری با ضریب شکست بالاتر از نمونه مورد مطالعه ساخته شده باشد، در غیر این صورت نور از نمونه عبور می‌کند. در مورد یک نمونه مایع، ریختن مقدار کم عمق بر روی سطح کریستال  برای طیف‌گیری به روش ATR کافی است و در مورد یک نمونه جامد، در تماس مستقیم نمونه با کریستال فشرده‌سازی نمونه لازم است. نسبت سیگنال به نویز به دست آمده به تعداد از بازتاب در طول کل مسیر نور بستگی دارد. بنابراین، هرچه که بازتاب درون دستگاه ATR بیشتر باشد حساسیت دستگاه نیز بیشتر خواهد بود.

در حالی که تجزیه و تحلیل نمونه‌های ATR آسان است، جالب و مفید است که بدانیم هر یک از عوامل تجربی زیر بر طیف نهایی تاثیرگذار است:

• زاویه انحراف پرتو؛
• عمق نفوذ؛
• طول موج پرتو مادون قرمز؛
• تعداد بازتاب.

ویژگی‌های کریستال ATR

مواد که برای کریستال ATR استفاده می‌شوند شامل ژرمانیم و تالیم برمید-5 (KRS-5)، سلنید روی، نقره برمید سیلیکون و الماس هستند. سیلیکون برای استفاده در منطقه  IRدور ایده‌آل است. الماس نیز یک ماده ایده‌آل برای کریستال ATR بوده و به خصوص هنگام مطالعه مواد جامد بسیار مقاوم و مناسب است، اما به دلیل قیمت بالای آن کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرد. شکل هندسی کریستال به نوع طیف‌سنج و ماهیت نمونه بستگی دارد.

از جمله شکل‌های هندسی کریستال عبارتند از: مستطیل منشور، نیم‌کره و … بازتابش کلی تضعیف شده ATR نیز با نام طیف‌سنجی بازتاب داخلی (Internal Reflaction Spectroscopy) IRS نیز شناخته شده است.

اصل اساسی در روش نمونه‌گیری ATR اندازه‌گیری تغییراتی که در پرتو منعکس شده‌ی داخلی رخ می‌دهد در زمانی که پرتو به حد واسط بین کریستال ATR و نمونه مورد مطالعه برخورد می‌کند. اگر یک پرتو بر روی کریستال ATR متمرکز شد و پس از آن که پرتو از طریق کریستال تصویب گردید، در زاویه θ منعکس می‌شود.

پرتو اولیه پس از برخورد با کریستال و نمونه تضعیف شده و سپس بازتاب می‌شود که در واقع بین مقدار پرتو تضعیف شده و مقدار عمق نفوذ پرتو در نمونه رابطه‌ای وجود دارد که در زیر اشاره شده است (n₂₁ = نسبت شاخص انکساری از نمونه (n₂) و عنصر بازتاب داخلی (n₁)):

میزان عمق نفوذ (dp) در نمونه‌ی پلی اتیلن برحسب (mµ) در زیر بیان شده است:

در IR در واقع مقدار تضعیف حاصل از عبور نور اندازه‌گیری می‌شود اما در ATR مقدار تضعیف حاصل از بازتابش نور مورد اندازه‌گیری و بررسی قرار می‌گیرد. یکی از تفاوت‌های اصلی که بین عبور و طیف ATR وجود دارد به شدت باند‌های طیفی در طول موج طیف ART برمی‌گردد، زیرا که پارامتر (dp) در طول موج‌های بلند‌تر دارای مقدار بیشتری است.

5) مکانیزم کار تداخل‌سنج مایکلسون را به همراه شکل توضیح دهید.

مشهورترین دستگاه تداخل‌سنجی، وسیله‌ای است که توسط مایکلسون ابداع شد. یک چشمه گسترده (که می‌تواند یک شیشه مات پخش‌کننده باشد که لامپ تخلیه‌ای مثلاً لامپ سدیم آن را روشن کرده است)، موجی را می‌گسیلد که به سمت راست حرکت می‌کند. این باریکه توسط یک عدد باریکه شکن تخت که به طور مایل با زاویه 45 درجه نسبت به امتداد انتشار باریکه قرار دارد، به دو قسمت تقسیم می‌شود که قسمتی با انحراف به اندازه 90 درجه به سمت آینه متحرک و قسمت دیگر در همان امتداد به راه خود ادامه می‌دهد (بجای باریکه‌شکن تخت می‌توان از باریکه‌شکن مکعبی نیز استفاده کرد).

این دو موج به وسیله دو آینه که در مقابل این دو باریکه قرار گرفته است بازتابیده و به باریکه‌شکن بر می‌گردند. بخشی از موجی که از آینه متحرک می‌آید، از باریکه‌شکن عبور کرده و بخشی از موج گسیلی از آینه سمت راست به وسیله باریکه شکن به سمتی که آشکارساز یا پرده مشاهده قرار دارد منحرف می‌شود. بدین ترتیب دو موج یکی می‌شوند و می‌توان انتظار تداخل داشت. از دید ناظری که در موضع آشکارساز باشد، به نظر می‌رسد که دو پرتو بازتابیده از نقاط تصویری از پشت آینه متحرک آمده‌اند.

از آنجا که kΔd بین این پرتوها، یک اختلاف فاز Δd نوری نوعی پرتویی که به آینه متحرک می‌رسد از داخل باریکه شکن بازتاب پیدا می‌کند در حالی که پرتو آینه دیگر به طور خارجی بازتابیده می‌شود یک جمله فازی اضافی نیز وجود دارد. اگر باریکه‌شکن فقط رادیان خواهد بود. π یک تیغه شیشه‌ای اندود نشده باشد، تغییر فاز نسبی حاصل از دو بازتاب، برابر چنانچه روی صفحه مشاهده یا آشکارساز فریزهای دایره‌ای مشاهده شود در صفحه عمود بر انتشار باریکه اولیه در محل چشمه نیز فریزهای دایره‌ای مشاهده می‌شود.

در دستگاه‌های تبدیل فوریه تکفام‌ساز یا مونوکروماتور وجود ندارد، در نتیجه طول موج‌ها از هم جدا نمی‌شوند. بنابراین بجای مونو کروماتور از تداخل‌سنج مایکلسون استفاده می‌شود که نقش آن ثبت فرکانس‌های مربوط به آشکارسازهای کند است.

تداخل‌سنج مایکلسون، فرکانس‌های بالا را به فرکانس‌های پایین تبدیل می‌کند تا آشکارساز با زمان پاسخ‌دهی کند نیز بتوانند طیف را بطور کامل ثبت نمایند. هنگامی که آشکارساز یک طول موج یا فرکانس را می‌خواند کمی طول می‌کشد تا فرکانس بعدی را بخواند، به این فاصله زمانی یا وقفه ایجاد شده، زمان مرده می‌گویند، که هرچه زمان مرده کمتر باشد پاسخ‌دهی آشکارساز بیشتر شده و آشکارساز مناسب‌تر است. در آشکارسازهای با زمان مرده طولانی، سرعت پاسخ‌دهی آشکارساز کم شده و طیف ثبت شده با طیف واقعی تفاوت دارد، به همین دلیل در این آشکارسازها از تداخل‌سنج مایکلسون استفاده می‌شود.

6) تفاوت استفاده از KBr و NaCl در ساختن قرص چه می‌باشد؟

مزایا و معایب سل‌های ساخته شده از نمک‌های مختلف برای تکنیک Ft-IR به عوامل مختلفی از قبیل محدوده‌ی طیفی، ضریب شکست، حلالیت در آب، سختی، محدوده‌ی pH و… بستگی دارند.

مزایایKBr : محدوده‌ی طیفی گسترده‌تر از نمک طعام – مقاومت خوب در برابر حرارت و شوک مکانیکی – محلول در الکل – قرص با شکنندگی کمتر – وجود ذرات ریزتر از نمک طعام در شبکه‌ی بلوری؛

معایب KBr : جاذب رطوبت بیش از نمک طعام – هزینه بالا – محدوده‌ی طیفی نه چندان مفید نسبت به نمک طعام.

7) Optical retardation به چه معنا است؟

به طور کلی عقب افتادگی نوری یعنی تغییر شدت (سیگنال آشکارساز) با زمان (تداخل‌سنج) که بر حسب سانتی‌متر بیان می‌شود. وضوح طیفی در تداخل‌سنج مایکلسون تا حد زیادی به وسیله‌ی تفاوت مسیر نوری میان آینه ثابت و متحرک (عقب افتادگی) کنترل می‌شود.

هر چه انسجام نوری بیشتر حفظ شود رزولوشن بالاتری را بر روی دستگاه خواهیم داشت که در نتیجه‌ی ماکزیمم عقب افتادگی تداخل‌سنج اتفاق می‌افتد. تدخل‌سنجی با وضوح بالاتر نیازمند طراحی مکانیکی حرکت آینه‌ای است که فاصله‌ی بیشتری را طی بکند، اگر چه حرکت آینه در فاصله‌ی طولانی زمان اکتساب را افزایش می‌دهد.

عقب افتادگی دو برابر فاصله‌ی حرکت آینه می‌باشد که در مقابل تنظیمات وضوح اسمی قرار دارد. مثلاً 1 سانتیمتر عقب افتادگی برابر با قدرت تفکیک طیفی 1 سانتیمتر معکوس می‌باشد و 0.5 سانتیمتر عقب افتادگی برابر با قدرت تفکیک طیفی 2 سانتیمتر معکوس می‌باشد و به همین ترتیب.

افزایش حرکت آینه در تکنیک Ft-IR باعث بهبود یافتن وضوح دستگاه و در نتیجه جزییات طیف داده شده توسط دستگاه می‌شود. از آن‌جایی که Natural Band در طیف بسیاری از نمونه‌ها که در فاز گازی شکل هستند بسیار باریک می‌باشد و با توجه به وجود پیک‌های چرخشی برای مشاهده وضوح طیفی به عقب افتادگی بالا نیاز داریم. برای نمونه‌های فاز متراکم اشکال باندها به طور طبیعی گسترده هستند و به طور کلی وضوح طیفی 4 سانتیمتر معکوس برای تجزیه و تحلیل اینگونه از نمونه‌ها کافی می‌باشد.

اثر افزایش عقب ماندگی نوری در وضوح طیف CO₂

نکته: در عقب ماندگی‌های نوری کوچک پیک‌های چرخشی CO₂ مشاهده نمی‌شود.

• حتماً بخوانید: گزارش کار شناسایی کیفی طیف IR (هوا، پلی استایرن، بنزوئیک اسید)

8) چرا اسیدهای ضعیف با رقیق شدن، تفکیکشان کم می‌شود؟ ( درصد تفکیک آنها زیاد می‌شود؟)

اسیدها را برمبنای میزان تفکیکی که به هنگام حل شدن را آب دارند دسته‌بندی می‌کنند. اسیدهای قوی در آب بطور کامل تفکیک می‌شوند درحالی که اسیدهای ضعیف در آب بطور جزئی تفکیک شده و یون‌های حاصل از تفکیک و مولکول‌های تفکیک نشده با هم در حال تعادل می‌باشند.

بر فرض اسید HA که یک اسید ضعیف می‌باشد با حل شدن در آب به صورت زیر یونیزه می‌شود:

HA + H₂O ⇋ H₃O⁺ + A^–

با توجه به واکنش، ثابت تفکیک یا اسید ضعیف به صورت زیر محاسبه می‌شود:

با توجه به رابطه‌ی 2 و با جایگذاری مقدار x در معادله داریم:

با تقسیم طرفین رابطه بر Ca ، رابطه 4 به دست می‌آید:

با توجه به رابطه 4 هر چه یک اسید ضعیف رقیق‌تر باشد یعنی Ca کمتر باشد مقدار یونیزاسیون آن بالا می‌رود یعنی تعداد مولکول‌هایی که تفکیک می‌شوند بیشتر می‌شود.

________________________________________

پاسخ سؤالات آزمایش‌های شیمی دستگاهی (اسپکتروفتومتری UV-Vis / شناسایی کیفی توسط طیف IR / طیف‌سنجی نشر اتمی شعله‌ای / کروماتوگرافی گازی) به رایگان در اختیار شما قرار داده شده است و می تونید با گشتی تو سایت پاسخ باقی سؤالات رو پیدا کنید.

لازم به ذکره که تمامی این سؤالات به صورت یکجا تو یه فایل کامل (45 صفحه‌ای) موجوده که شما می‌تونید فایل را تهیه و همه‌ی سؤالات رو یکجا داشته باشید. اگر سؤالی یا انتقادی بود می‌تونید از راه‌های زیر با بنده در تماس باشید: