IR spektroskopisi

Bölge Dalga boyu aralığı

(mm) Dalga sayısı aralığı (cm-1)

Yakın 0.78 - 2.5 12800 - 4000

Orta 2.5 - 50 4000 - 200

Uzak 50 -1000 200 - 10

Kızıl ötesi bölgesinde soğurma, moleküllerin titreşme ve dönme düzeylerini uyarır. Kızıl ötesi ışımanın enerjisi moleküldeki bağları bozmaya yetmez, elektronik uyarma da yapamaz; fakat atomların kütlelerine, bağların gücüne ve molekül geometrisine bağlı olarak bağların titreşme genliklerini arttırır.

Infrared (IR) spektroskopisi; moleküllerdeki çeşitli

bağların titreşim frekanslarını ölçer ve moleküldeki

fonksiyonel gruplar hakkında bilgi verir.

Dalga sayısı (1/λ): Hem enerji hem de frekans ile doğru orantılıdır.

IR spektrometresinde dalga sayısı ölçeği kullanılmaktadır.

Titreşim frekansı sayısal olarak ölçeklendirmeye uygun olmadığı için dalga sayısı kullanımı tercih edilir.

Titreşme hareketleri: 1) Gerilme :İki atom arasındaki bağ ekseni boyunca atomlar arası uzaklığın değiştiği titreşimler

Simetrik ve asimetrik gerilme

Düzlem içi

yana sallanma

Düzlem içi

makaslama

Düzlem dışı

sallanma

Düzlem dışı

bükülme

2) Eğilme (düzlem içi ve dışı): İki bağ arasındaki açıların en az birinin değiştiği titreşimler

Çift ışıma demetli IR spektrometresi

Dedektörler

• Piroelektrik Dedektörler: Yalıtkan Piroelektrik malzemelerin kristalinden yapılmıştır. En çok kullanışan trigilisin sülfattır. Dielektrik malzemeler boyunca bir elektriksel alan uygulandığında, malzemenin dielektrik sabitine bağlı olarak bir elektriksel polarlanma gözlenir. Elektriksel alan ortadan kaldırılınca bu polarlanma kaybolur. Trigilisin sülfat kullanıldığında bu elektriksel alan ortadan kalktığında bile polarlanma devam eder.

• Fotoiletken Dedektörler: Kurşun sülfür, indiyum antimonür gibi yarı iletken maddelerden yapılmıştır. Bu maddelerin IR ışımasını absorplaması sonucunda iletken olmayan değerlik elektronları iletkenlik bandına uyarırlar ve yarıiletkenin elektriksel direncinin azalmasına neden olur.

• Termal Dedektörler: Üzerine düşen ışımayı absorplaması sonucunda sıcaklık yükselmesinin ölçülmesi ilkesine dayanır

IR spektrumlarının alınması için yöntemler

• Gaz ise:

İçi boş ölçme kabında, spektrum bitene kadar basınç sabit kalmalı.

Sıvı ise:

Katı ise: 1-KBr peleti hazırlanması

2-Pasta hazırlanması

3-NaCl diski üzerinde katı film

oluşturulması

Eğer örnek katı ise spektroskopik

potasyum bromür (KBr) yardımı ile

birkaç tonluk basınç altında ince şeffaf

bir tablet oluşturularak spektrum alınır.

KBr’ün infrared bölgesinde absorpsiyonu

olmadığı için kullanılması uygundur.

Kullanılan KBr nem içermemelidir.

Çünkü içerdiği nemin IR spektrumnda

hatalı bantların gozlenmesine neden olur.

Çözelti ise: Çözeltilerin spektrumunun alınması sırasında

dikkat edilmesi gereken en önemli şey,

şeçilen çözücünün IR bölgesinin her yerinde

ışığı geçirebilmesi gerekmektedir. Bu nedenle

en fazla tercih edilen çözücüler

karbontetraklorür, kloroform, karbondisülfür,

siklohekzan, benzen, tetrakloroetilendir. Bu

çözücülerden uygun olanı herhangi biri

ile örneğin %0.1-10 ‘lük bir çözeltisi

hazırlanır. Hazırlanan bu çözelti infrared

sellerine koyulur. Ayrıca kullanılan çözücünün

hücreninn yapıldığı maddeyi çözmemesine de

dikkat edilmelidir.

Fonksiyonlu grup bölgesi: 4000-1500 cm-1 Parmak izi bölgesi: 1500-400 cm-1

İnfrared bölgesinin parmak izi bölgesinde gözlenen bandların tümü incelenen moleküle özgüdür. Karakteristik gerilme titreşimlerini içerir.

IR spektrumları ne tür bilgi verir?

Nitel analiz:

- organik bileşiklerin yapısındaki fonksiyonel grupların belirlenmesi

- İki organik bileşiğin aynı olup olmadığının anlaşılması

Nicel analiz: Çok az kullanılır

Bu yöntem ile, moleküler bağ karakterizasyonu yapılarak; katı,

sıvı, gaz veya çözelti halindeki organik bileşiklerin yapısındaki

fonksiyonel gruplar, iki bileşiğin aynı olup olmadığı, yapıdaki

bağların durumu, bağlanma yerleri ve yapının aromatik yada

alifatik olup olmadığı belirlenebilir.

Ayrıca biyokimyasal olarak; karbonhidrat, fosfolipit, aminoasit ve

proteinlerin yapı analizlerinde belirleyicidir.

Fourier Dönüşüm Kızılötesi (FTIR) Spektroskopisi

Bir Fourier transformasyonu (matematiksel metot) uygulanarak

veriyi zaman alanından frekans alanına aktarır. Veri değişik

frekanslarda oluşan absorbasyonlar grafiğe dökülür.

Molekülde fonksiyonel grupların belirlenmesi daha

önceden bu gruplara ait infrared bantlarının hangi dalga

boyu aralıklarında gözlenebileceği gösteren ve

korelasyon tablosu adı verilen tablolar incelenerek

tamamlanmalı ve şüphelenilen moleküllerin

spektrumları için kataloglara başvurulmalıdır.

Fonksiyonel grup tablosu

O-H ger

NH ger

COO-H

=C-H ger

Csp3-H

C-H

-(C=O)-H

CN

CC

C=O

-C=N

-C=C

phenyl

C-O

C-N

F C-X

4000cm-1 3600 3200 2800 2400 2000 1600 1200 800 grup

I Br

Cl

FTIR-ATR (Attenuated Total Relectance)

Absorpsiyon bantlarının dalga boyunda azalma meydana

getirilerek daha az emekle ve örnek kalınlığından bağımsız

olarak soğurganlığı çok fazla olabilen farklı maddelerin

spektrum analizlerine olanak sağlar.

IR (Kızıl Ötesi) Spektroskopisi’nin Avantajları

Hız: Tüm frekanslar aynı anda ölçüldüğünden, Kızılötesi

Spektroskopisiyle yapılan ölçümlerin çoğu saniyeler içinde gerçekleşir.

Hassasiyet: Üretilen dedektörlerin hassasiyetinin yıllar içinde

gelişmesi, hem daha doğru hem de daha hassas sonuç eldesi sağlar.

Cihaz, optik yolun kullanılmasıyla, çok düşük gürültü seviyesinde çalışır

Mekanik Sistem: İnterferogram bölümündeki hareketli ayna,

sistemdeki tek hareket halindeki parçadır. Bu da mekanik arıza

ihtimalini oldukça azaltır.

Sistemin kendi kendini kalibre edebilmesi: Ölçüm cihazları zaman

içinde kullanıldıkça, doğru sonuç verebilme özelliklerini kaybederler.

Kızılötesi Spektroskopisinde kullanılan cihazların içindeki, HeNe laser

olarak adlandırılan parça, kendinden kalibrasyonludur. Böylece bu

cihazların teknik ekipler tarafından kalibre edilmesine gerek yoktur.

KAYNAKLAR • www.kimyaevi.com

• Takumi Noguchi, Detection of protein-cofactor interactions by means of Fourier transform infrared spectroscopy, RIKEN Review No. 41 (November, 2001): Focused on Bioarchitect Research.

• www.sanger.ac.uk/Users/thesis/html/node62.html

• www.cryst.bbk.ac.uk/PPS2/course/section8/ss-960531_23.html

• Mckee, T. Ve Mckee J.R., Biochemistry tha molecular basis of life, International edition, McGrawhill, s:131-132

• Tural, H., Enstrümental analiz-II Spektroskopik Yöntemler

• Biyokimyada Lisansüstü Yazokulu, Telefoncu A. Ve diğerleri (editörler) Biyokimyada temel ve modern teknikler.s 311-313

• http://www.wag.caltech.edu/home/jang/genchem/infrared.htm

• http://www.phoenixtechnology.freeserve.co.uk/irbasics.htm

• http://www.shu.ac.uk/schools/sci/chem/tutorials/molspec/irspec1.htm