Chương1.PHỔ HỒNG NGOẠI
Infrared (IR) spectroscopy
1. Cơ sở lý thuyết:
Năng lượng lượng tử (của photon ánh sáng) được xác định bởi
công thức sau đây:
h: hằng số Planck, 6.6 x 10
-34
(J/s)
c: tốc độ của ánh sáng trong chân không, 3 x 10
10
(m/s)
λ : bước sóng (m)
ν : tần số (s
-1
hoặc Hz)
Thông thường thì đơn vị của bước sóng được sử dụng trong phổ hồng
ngoại là µm ( 1 µm = 10
- 4
cm) và thay cho tần số (Hz), người ta sử dụng đơn
vị là số sóng:
3. Kết quả được biễu diễn bằng đồ thị của hàm số năng lượng sóng
điện từ đi qua phụ thuộc vào bước sóng.Trục hoành biễu diễn bước
sóng với đường nằm ngang ở trên đơn vị là µm; đường nằm ngang
ở dưới đơn vị là số sóng (cm
-1
), trục tung là hệ số hấp thụ sóng điện
từ có đơn vị là %.
1. Khi phân tử hợp chất hữu cơ “va chạm” với chùm sóng điện từ sẽ
hấp thu một năng lượng tương ứng với bước sóng xác định nào đó
của tia tới và không hấp thu các chùm tia có bước sóng khác.
2. Nếu ta chiếu mẫu chất hữu cơ một

thành phân tử đó) cũng là tần số của bức xạ tới.
-
Một phân tử chỉ hấp thụ bức xạ hồng ngoại khi nào sự hấp thụ
đó gây nên sự biến thiên momen lưỡng cực của chúng.
Lưỡng cực điện:
Một phân tử chỉ hấp thụ bức xạ hồng ngoại khi nào sự hấp thụ đó gây nên sự
biến thiên momen lưỡng cực của chúng.
Khi phân tử lưỡng cực được giữ trong một điện trường, trường đó sẽ tác dụng
các lực lên các điện tích trong phân tử - Các điện tích ngược nhau sẽ chịu các
lực theo chiều ngược nhau, điều đó dẫn đến sự tách biệt 2 cực tăng hoặc giảm.
Vì điện trường của bức xạ hồng ngoại làm thay đổi độ phân cực của chúng một
cách tuần hoàn, khoảng cách giữa các nguyên tử tích điện của phân tử cũng thay
đổi một cách tuần hoàn.
Khi các nguyên tử tích điện này dao động, chúng hấp thụ bức xạ hồng ngoại.
Nếu vận tốc dao động của các nguyên tử tích điện trong phân tử lớn, sự hấp thụ
bức xạ mạnh và sẽ có đám phổ hấp thụ mạnh, ngược lại nếu vận tốc dao động
của các nguyên tử tích điện trong phân tử nhỏ, đám phổ hấp thụ hồng ngoại yếu.
Theo điều kiện này thì các phần tử có 2 nguyên tử giống nhau sẽ không xuất hiện
phổ dao động. Ví dụ O
2
, N
2
v.v… không xuất hiện phổ hấp thụ hồng ngoại. Đó
cũng là một điều may mắn, nếu không người ta phải đuổi hết không khí ra khỏi
máy quang phổ kế hồng ngoại.
Trạng thái dao động của phân tử 2 nguyên tử:
Giả sử 2 nguyên tử A và B tác dụng với nhau tạo thành phân tử AB. Gọi r là
khoảng cách giữa hai nhân của nguyên tử A và B, r là không phải không đổi
mà ở những điều kiện xác định sẽ dao động từ giá trị nhỏ nhất r
min

m
H
= 1 / 6.02.10
23
m
C
= 12 / 6.02.10
231.2. Tương quan giữa phổ dao động và cấu trúc phân tử
Các nhóm chức, nhóm nguyên tử và liên kết trong phân tử có các
đám phổ hấp thụ hồng ngoại đặc trưng khác nhau .
Mặc dù phương pháp phổ dao động là một trong những phương pháp hữu hiệu nhất để xác định
các chất về định tính cũng như định lượng, được ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu khoa học
cũng như trong kiểm tra công nghiệp, phương pháp này cũng có những hạn chế nhất định:
- Bằng phương pháp phổ hồng ngoại không cho biết phân tử lượng (trừ trường hợp đặc biệt).
-
Nói chung phổ hồng ngoại không cung cấp thông tin về các vị trí tương đối của các nhóm chức
khác nhau trên một phân tử.
- Chỉ riêng phổ hồng ngoại thì đôi khi chưa thể biết đó là chất nguyên chất hay chất hỗn hợp vì có
trường hợp 2 chất có phổ hồng ngoại giống nhau.
1.3. Ứng dụng :
1. Nhận biết các chất - Trước khi ghi phổ hồng ngoại, nói chung ta đã
có thể có nhiều thông tin về hợp chất hoặc hỗn hợp cần nghiên cứu,
như: trạng thái vật lý, dạng bên ngoài, độ tan, điểm nóng chảy, điểm
cháy.
Nếu có thể thì cần biết chắc mẫu là chất nguyên chất hay hỗn hợp.
Sau khi ghi phổ hồng ngại, nếu chất nghiên cứu là hợp chất hữu cơ
thì trước tiên nghiên cứu vùng dao động co giãn của H để xác định