इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी सिद्धांत, विधि और उपयोग

अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी अध्ययन है कि अणु कैसे अवरक्त विकिरण को अवशोषित करते हैं और अंत में इसे ऊष्मा में परिवर्तित करते हैं.

इस प्रक्रिया का विश्लेषण तीन तरीकों से किया जा सकता है: अवशोषण, उत्सर्जन और प्रतिबिंब को मापना। यह परिशुद्धता अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी को आज के वैज्ञानिकों के लिए उपलब्ध सबसे महत्वपूर्ण विश्लेषणात्मक तकनीकों में से एक बनाती है.

अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी के महान लाभों में से एक यह है कि लगभग सभी राज्यों में किसी भी नमूने का अध्ययन किया जा सकता है.

नमूना तकनीक के विवेकपूर्ण चयन के साथ तरल पदार्थ, पाउडर, फिल्म, समाधान, पेस्टिस, फाइबर, गैसों और सतहों की जांच की जा सकती है। बेहतर इंस्ट्रूमेंटेशन के परिणामस्वरूप, पहले की पहचान योग्य नमूनों की जांच के लिए अब कई नई संवेदनशील तकनीकों का विकास किया गया है.

कई अन्य उपयोगों और अनुप्रयोगों के बीच इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी, पॉलिमर के निर्माण में पोलीमराइजेशन की डिग्री को मापने के लिए उपयोगी है। समय के साथ एक विशिष्ट आवृत्ति को मापकर किसी विशेष लिंक की राशि या चरित्र में परिवर्तन का मूल्यांकन किया जाता है.

आधुनिक अनुसंधान उपकरण ब्याज की सीमा के पार अवरक्त माप ले सकते हैं जितनी बार प्रति सेकंड 32 बार.

ऐसा तब किया जा सकता है जब एक साथ माप अन्य तकनीकों का उपयोग करके किया जाता है, जिससे रासायनिक प्रतिक्रियाओं और प्रक्रियाओं का अवलोकन तेज और अधिक सटीक होता है.

अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी का सिद्धांत

जैविक संरचनाओं के निर्धारण और सत्यापन में एक अमूल्य उपकरण में 4000 और 400 सेमी -1 (तरंग संख्या) के बीच आवृत्तियों के साथ विद्युत चुम्बकीय विकिरण (आरईएम) का वर्ग शामिल है।.

ईएम विकिरण की श्रेणी को अवरक्त (आईआर) विकिरण कहा जाता है, और आईआर स्पेक्ट्रोस्कोपी के रूप में ज्ञात कार्बनिक रसायन विज्ञान के लिए इसका आवेदन।.

इस क्षेत्र में विकिरण का उपयोग जैविक संरचना के निर्धारण में किया जा सकता है, जिससे यह तथ्य सामने आता है कि यह कार्बनिक यौगिकों में अंतरिय बंध द्वारा अवशोषित होता है।.

विभिन्न वातावरणों में रासायनिक बंधन चर तीव्रता और चर आवृत्तियों को अवशोषित करेंगे। इसलिए, आईआर स्पेक्ट्रोस्कोपी में अवशोषण की जानकारी एकत्र करना और स्पेक्ट्रम के रूप में इसका विश्लेषण करना शामिल है.

वे आवृत्तियाँ जिनमें IR विकिरण (चोटियाँ या संकेत) के अवशोषण होते हैं, सीधे प्रश्न में यौगिक के भीतर लिंक के साथ सहसंबद्ध हो सकते हैं।.

क्योंकि प्रत्येक इंटरटॉमिक लिंक कई अलग-अलग आंदोलनों (खिंचाव या झुकने) में कंपन कर सकता है, व्यक्तिगत लिंक एक से अधिक आईआर आवृत्ति को अवशोषित कर सकते हैं.

झुकने से मजबूत चोटियां उत्पन्न होती हैं, लेकिन कमजोर झुकने वाली धारियां समान प्रकार के बॉन्ड को अलग करने के लिए उपयोगी हो सकती हैं (जैसे, सुगंधित प्रतिस्थापन).

यह भी ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि सममित कंपन आईआर विकिरण के अवशोषण का कारण नहीं बनते हैं। उदाहरण के लिए, इथाइलीन या एथिलीन के कार्बन-कार्बन बांड में से कोई भी आईआर विकिरण को अवशोषित नहीं करता है.

संरचना निर्धारण के वाद्य तरीके

परमाणु चुंबकीय अनुनाद (NMR)

रेडियोफ्रीक्वेंसी विकिरण के माध्यम से परमाणुओं के नाभिक का उत्तेजना। आणविक संरचना और परमाणुओं की कनेक्टिविटी पर व्यापक जानकारी प्रदान करता है.

इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी (आईआर)

इसमें अवरक्त प्रकाश के साथ विकिरण के माध्यम से आणविक स्पंदन फायरिंग के होते हैं। यह मुख्य रूप से कुछ कार्यात्मक समूहों की उपस्थिति या अनुपस्थिति के बारे में जानकारी प्रदान करता है.

मास स्पेक्ट्रोमेट्री

इलेक्ट्रॉनों के साथ नमूने की बमबारी और जिसके परिणामस्वरूप आणविक टुकड़े का पता लगाना। आणविक द्रव्यमान और परमाणुओं की कनेक्टिविटी के बारे में जानकारी प्रदान करता है.

पराबैंगनी स्पेक्ट्रोस्कोपी (यूवी)

पराबैंगनी प्रकाश के साथ अणु को विकिरणित करके उच्च ऊर्जा स्तरों पर इलेक्ट्रॉनों को बढ़ावा देना। संयुग्मित information प्रणालियों और डबल और ट्रिपल बांड की उपस्थिति पर जानकारी प्रदान करता है.

स्पेक्ट्रोस्कोपी

यह वर्णक्रमीय जानकारी का अध्ययन है। अवरक्त प्रकाश के साथ विकिरण के बाद, कुछ बांड कंपन द्वारा तेजी से प्रतिक्रिया करते हैं। इस प्रतिक्रिया का पता लगाया जा सकता है और स्पेक्ट्रम नामक दृश्य प्रतिनिधित्व में अनुवाद किया जा सकता है. 

स्पेक्ट्रम की व्याख्या प्रक्रिया

1. एक पैटर्न को पहचानो.
2. भौतिक मापदंडों के साथ एसोसिएट पैटर्न.
3. संभावित अर्थों को पहचानें, अर्थात्, स्पष्टीकरण का प्रस्ताव करें.

एक बार एक स्पेक्ट्रम प्राप्त करने के बाद, मुख्य चुनौती यह है कि यह जानकारी को सार या छिपे हुए रूप में निकाले.

इसके लिए कुछ पैटर्न की पहचान, भौतिक मापदंडों के साथ इन पैटर्नों के जुड़ाव, और सार्थक और तार्किक स्पष्टीकरण के संदर्भ में इन पैटर्नों की व्याख्या की आवश्यकता होती है।.

इलेक्ट्रोमैग्नेटिक स्पेक्ट्रम

अधिकांश कार्बनिक स्पेक्ट्रोस्कोपी विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा या विकिरण का उपयोग भौतिक उत्तेजना के रूप में करते हैं। विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा (जैसे दृश्यमान प्रकाश) में एक पता लगाने योग्य द्रव्यमान घटक नहीं होता है। दूसरे शब्दों में, इसे "शुद्ध ऊर्जा" कहा जा सकता है.

अन्य प्रकार के विकिरण, जैसे कि अल्फा किरणें, जिसमें हीलियम नाभिक होते हैं, एक पता लगाने योग्य द्रव्यमान घटक होता है और इसलिए इसे विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा के रूप में वर्गीकृत नहीं किया जा सकता है.

विद्युत चुम्बकीय विकिरण से जुड़े महत्वपूर्ण पैरामीटर हैं:

• ऊर्जा (ई): ऊर्जा आवृत्ति के सीधे आनुपातिक है, और तरंग दैर्ध्य के विपरीत आनुपातिक है, जैसा कि नीचे समीकरण में संकेत दिया गया है.

• फ़्रिक्वेंसी (μ)
• तरंग दैर्ध्य (λ)
• समीकरण: E = hμ

कंपन मोड

• सहसंयोजक बंधन विभिन्न तरीकों से कंपन कर सकते हैं, जिसमें स्ट्रेचिंग, रॉकिंग और कैंची शामिल हैं.

• एक अवरक्त स्पेक्ट्रम में सबसे उपयोगी बैंड स्ट्रेचिंग आवृत्तियों के अनुरूप हैं.

ट्रांसमिशन बनाम अवशोषण

जब एक रासायनिक नमूना आईआर लाइट (अवरक्त विकिरण प्रकाश) की कार्रवाई के संपर्क में होता है, तो यह कुछ आवृत्तियों को अवशोषित कर सकता है और बाकी को प्रसारित कर सकता है। प्रकाश का हिस्सा भी स्रोत से वापस परिलक्षित हो सकता है.

डिटेक्टर संचरित आवृत्तियों का पता लगाता है, और ऐसा करने में अवशोषित आवृत्तियों के मूल्यों का भी पता चलता है.

अवशोषण मोड में एक आईआर स्पेक्ट्रम

आईआर स्पेक्ट्रम मूल रूप से ट्रांसमिशन (या अवशोषण) की तीव्रता बनाम प्रसारित (या अवशोषित) का एक ग्राफ है। आवृत्तियां सेंटीमीटर (वेवेनट्र्स) की इकाइयों में x- अक्ष में दिखाई देती हैं, और तीव्रता को y- अक्ष और प्रतिशत इकाइयों में दर्शाया जाता है। ग्राफ़ अवशोषण मोड में एक स्पेक्ट्रम दिखाता है:

ट्रांसमिशन मोड में एक आईआर स्पेक्ट्रम

ग्राफ ट्रांसमिशन मोड में एक स्पेक्ट्रम दिखाता है। यह सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला प्रतिनिधित्व है और यह सबसे रसायन विज्ञान और स्पेक्ट्रोस्कोपी पुस्तकों में पाया जाता है.

उपयोग और अनुप्रयोग

क्योंकि अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी एक विश्वसनीय और सरल तकनीक है, इसका व्यापक रूप से कार्बनिक संश्लेषण, बहुलक विज्ञान, पेट्रोकेमिकल इंजीनियरिंग, फार्मास्युटिकल उद्योग और खाद्य विश्लेषण में उपयोग किया जाता है।.

इसके अलावा, चूंकि एफटीआईआर स्पेक्ट्रोमीटर क्रोमैटोग्राफी, रासायनिक प्रतिक्रियाओं के तंत्र और अस्थिर पदार्थों का पता लगाने के लिए ऐसे उपकरणों के साथ जांच की जा सकती है।.

कुछ उपयोगों और अनुप्रयोगों में शामिल हैं:

गुणवत्ता नियंत्रण

यह गुणवत्ता नियंत्रण, गतिशील माप और निगरानी अनुप्रयोगों में प्रयोग किया जाता है जैसे कि ग्रीनहाउस में CO2 सांद्रता के दीर्घकालिक अप्राप्य माप और अवरक्त गैस विश्लेषक का उपयोग करके विकास कक्षों में.

फोरेंसिक विश्लेषण

इसका उपयोग आपराधिक और नागरिक मामलों में फोरेंसिक विश्लेषण में किया जाता है, उदाहरण के लिए बहुलक क्षरण की पहचान में। नशे में होने की आशंका वाले ड्राइवर की रक्त शराब सामग्री को निर्धारित करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है.

कटौती करने की आवश्यकता के बिना ठोस नमूनों का विश्लेषण

कटौती करने की आवश्यकता के बिना ठोस नमूनों का विश्लेषण करने का एक उपयोगी तरीका एटीआर का उपयोग करना है या कुल परावर्तन स्पेक्ट्रोस्कोपी है। इस दृष्टिकोण का उपयोग करते हुए, नमूने एक एकल क्रिस्टल के चेहरे के खिलाफ दबाए जाते हैं। इन्फ्रारेड विकिरण कांच के माध्यम से गुजरता है और केवल दो सामग्रियों के बीच इंटरफेस में नमूने के साथ बातचीत करता है.

विश्लेषण और पिगमेंट की पहचान

IR स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग चित्रों और अन्य कला वस्तुओं में रंजक के विश्लेषण और पहचान में सफलतापूर्वक किया गया है, जैसे कि प्रबुद्ध पांडुलिपि.

खाद्य उद्योग में उपयोग करें

इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी का एक अन्य महत्वपूर्ण अनुप्रयोग खाद्य उद्योग में विभिन्न खाद्य उत्पादों में विभिन्न यौगिकों की एकाग्रता को मापने के लिए है.

सटीक अध्ययन

कंप्यूटर फ़िल्टरिंग में प्रौद्योगिकी में वृद्धि और परिणामों के हेरफेर के साथ, समाधान में नमूनों को अब सटीक रूप से मापा जा सकता है। कुछ उपकरण भी स्वचालित रूप से आपको बताएंगे कि हजारों संग्रहीत संदर्भ स्पेक्ट्रा में से किस पदार्थ को मापा जा रहा है.

क्षेत्र परीक्षण

उपकरण अब छोटे हैं, और क्षेत्र परीक्षणों में उपयोग के लिए भी ले जाया जा सकता है.

गैस लीक

इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग डीपी-आईआर और आईसीजीए जैसे गैस रिसाव का पता लगाने वाले उपकरणों में भी किया जाता है। ये उपकरण प्राकृतिक और कच्चे गैस के परिवहन में हाइड्रोकार्बन गैस के रिसाव का पता लगाते हैं.

अंतरिक्ष में उपयोग करें

ब्रह्मांड में पॉलीसाइक्लिक एरोमैटिक हाइड्रोकार्बन की ट्रैकिंग के लिए इंफ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी के आधार पर नासा बहुत अप-टू-डेट डेटाबेस का उपयोग करता है.

वैज्ञानिकों के अनुसार, ब्रह्मांड में 20% से अधिक कार्बन पॉलीसाइक्लिक एरोमैटिक हाइड्रोकार्बन से जुड़ा हो सकता है, जो जीवन के निर्माण के लिए संभव शुरुआती सामग्री है।.

लगता है कि पॉलीसाइक्लिक एरोमैटिक हाइड्रोकार्बन बिग बैंग के कुछ समय बाद ही बने हैं। वे पूरे ब्रह्मांड में व्यापक हैं और नए सितारों और एक्सोप्लैनेट्स से जुड़े हैं.

संदर्भ

1. नैन्सी बिर्कनर (2015)। माइंड टच। एफटीआईआर स्पेक्ट्रोमीटर कैसे संचालित होता है। से लिया गया: mindtouch.com.
2. कोर्टेस (2006)। आईआर स्पेक्ट्रा का सिद्धांत और व्याख्या। पियर्सन अप्रेंटिस हॉल। से लिया गया: utdallas.edu.
3. बारबरा स्टुअर्ट (2004)। इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी। विले। से लिया गया: kinetics.nsc.ru.
4. विकिपीडिया (2016)। इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी। विकिपीडिया, मुक्त विश्वकोश। से लिया गया: en.wikipedia.org.