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La spettroscopia infrarossa: alcuni cenni. La spettroscopia IR: a cosa serve? Identificazione di: Vernici/ leganti Solfati, ossalati Protettivi Analisi.

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Presentazione sul tema: "La spettroscopia infrarossa: alcuni cenni. La spettroscopia IR: a cosa serve? Identificazione di: Vernici/ leganti Solfati, ossalati Protettivi Analisi."— Transcript della presentazione:

1 La spettroscopia infrarossa: alcuni cenni

2 La spettroscopia IR: a cosa serve? Identificazione di: Vernici/ leganti Solfati, ossalati Protettivi Analisi IR: Vantaggi È necessario solo un granello di campione Può non esserci preparazione del campione Fornisce lanalisi molecolare

3 Ripassiamo……. Spettroscopia: Studio delle proprietà della materia effettuato analizzando la sua interazione con una radiazione elettromagnetica Una radiazione può essere assorbita dalla materia solo se la sua energia è pari alla differenza di energia tra lo stato fondamentale e quello eccitato della molecola. Una radiazione può cedere energia alla materia solo se h = E

4 Interazione radiazione-materia

5 Costituisce la regione spettrale contigua al visibile, ma di energia inferiore Può interagire con gli stati vibrazionali delle molecole È caratterizzata da una lunghezza donda nellintervallo m. Di solito, nella spettroscopia IR si ragiona in termini di numeri donda (inverso della lunghezza donda), perché sono direttamente proporzionali allenergia coinvolta: La maggior parte delle applicazioni è nel medio IR ( mm cm -1 ) Ricorda : frequenza delle vibrazioni = frequenza della radiazione incidente La radiazione infrarossa

6 Si descrive una molecola biatomica come un sistema di due masse collegate da una molla Teoria dellIR: le vibrazioni La radiazione IR non ha energia sufficiente per promuovere transizioni elettroniche vibrazioni e rotazioni Le caratteristiche delle vibrazioni che una molecola può assumere dipendono da: Numero di atomi Tipi di atomi ( C, N, O, S……) ordine di legame fra questi atomi (singolo, doppio…..)

7 frequenza delle vibrazioni = frequenza della radiazione incidente Ciascun tipo di legame ha una frequenza di assorbimento diversa Lo stesso tipo di legame se presente in ambienti diversi assorbe energie leggermente differenti Non esistono due molecole di struttura diversa che mostrino il medesimo spettro di assorbimento Le bande di assorbimento associate a ciascun tipo di legame ( N-H, C-H, O-H, C-X, C=O, C-O, C-C, C=C, C C C N) si trovano regolarmente soltanto in ben determinate zone dello spettro vibrazionale infrarosso. Informazioni sulla struttura della molecola!!!!

8 Distinguiamo i modi vibrazionali... Le vibrazioni possono essere divise in due categorie: –Stiramento (stretching): comportano il continuo cambiamento della distanza di legame tra gli atomi coinvolti –Deformazione o piegamento (bending): implicano la continua variazione dellangolo di legame tra gruppi di atomi Le vibrazioni di bending possono a loro volta essere di 4 tipi: –A forbice nel piano (scissoring) –Oscillazione nel piano (rocking) –Ondeggio fuori dal piano (wagging) –Torsione fuori dal piano (twisting)

9 Tipi di vibrazioni: i modi di stretching Stretching simmetrico Stretching asimmetrico

10 Tipi di vibrazioni: i modi di bending Scissoring Rocking Wagging Twisting

11 Teoria dellIR: le vibro-rotazioni I livelli rotazionali vengono eccitati insieme a quelli vibrazionali; entrambi i livelli sono quantizzati In sistemi rarefatti (gas), questo fa sì che lo spettro si presenti come un sistema di righe discrete che corrispondono alle transizioni tra i vari livelli rotazionali associati ai livelli vibrazionali di partenza e di arrivo; nei liquidi e nei solidi, le collisioni intermolecolari e le interazioni causano lallargamento fino a un continuo. Pertanto nella spettroscopia IR si prendono in esame soltanto le transizioni vibrazionali.

12 LO SPETTRO IR Il numero di vibrazioni indipendenti possibili in una molecola costituita da N atomi è 3N-6 (3N-5 se la molecola è lineare) modi normali A causa dellelevato numero di possibili moti vibrazionali delle molecole gli spettri IR possono essere molto complessi, soprattutto per grosse molecole Uno spettro è un grafico in cui si riporta lintensità della radiazione assorbita dal campione in funzione della lunghezza donda o frequenza della radiazione stessa Identificazione di composti mediante riconoscimento di gruppi funzionali che assorbono a frequenze caratteristiche (analisi qualitativa)!!!!!!!

13 Frequenze di vibrazione di alcuni gruppi chimici….. Legame tipo di composto intervallo di frequenza (cm -1 ) C - H alcani C-H alcheni C-H alchini C-H anelli aromatici O-H alcooli, fenoli O-H acidi carb. con legami H N-H ammine, ammidi C-O alcooli, eteri, acidi carb.,esteri C=O aldeidi, chetoni, acidi carb.,esteri C=C alcheni C=C anelli aromatici

14 Strumento IR A dispersione di lunghezza donda

15 Sorgenti filamento di Nernst –Cilindro di ossido di terre rare –Sorgente Globar –carburo di silicio –50mm altezza, 5mm diametro filamento ad incandescenza –nichrome Rivelatori termocoppie Piroelettrici a fotoconducibilità

16 Modalità operative film Liquido in cella gas in cella Pasticche di KBr Nujol In riflettanza Si ottengono informazioni molto dettagliate sulla nature chimica dei componenti presenti nel campione prelevato Si danneggia lopera, non si hanno informazioni sulla stratigrafia, il campione non si può riutilizzare per altre analisi Si ottengono informazioni sulla natura chimica dei componenti presenti nel campione prelevato Se si lavora sullopera stessa non la si danneggia e si possono analizzare molti punti Le informazioni ottenibili sono meno dettagliate

17 Cuvetta o cella Finestra in cloruro di sodio att. al tipo di solvente!!!!! Spaziatori in teflon di spessore mm

18 ATR: riflessione totale attenuata Campione in contatto con un cristallo ad elevato indice di rifrazione Misura superficiale: ~3 M Piatto per riflessione interna campione rivelatore sorgente

19 Alcuni esercizi……

20 Un po più difficile…… CH 3 -CH 2 -CH-CH 3 OH

21 È lultimo, lo giuro……… CH 3 -C-Ph O

22 Breve descrizione….

23 I leganti in pittura su tela e tavola: medium ha la funzione di legare i granuli di pigmento e di farli aderire alla superficie sottostante AllUV

24 Gli olii siccativi usati nella tecnica pittorica ad olio, furono introdotti in pittura nord europea e fiamminga fin dal secolo XIII; in Italia si diffondono a partire dal XV secolo. Gli olii e grassi appartengono alla classe dei LIPIDI; gli olii sono liquidi ed i grassi solidi. I TRIGLICERIDI sono i componenti principali dei lipidi

25 R=? Origine animale Origine vegetale

26 Le cere Le cere appartengono alla classe delle sostanze protettive, sostanze filmogene trasparenti con la funzione primaria di preservarlo dal contatto con lambiente. le cere sono tra i migliori agenti protettivi per stabilità,inerzia chimica ed idrorepellenza. Le sostanze cerose sono costituite da una miscela di composti organici (esteri, alcoli, acidi grassi ed idrocarburi) con lunga catena alchilica (da 12 a 38 atomi di carbonio) IMPORTANTE!!!!! I composti costitutivi le cere hanno la caratteristica di possedere essenzialmente legami saturi!!!

27 Gli spettri…. Differenze tra lo spettro in stato solido ed in soluzione????? Olio di lino Lanolina

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29 Cosè uno spettro? Uno spettro è un grafico in cui si riporta lintensità della radiazione assorbita dal campione in funzione dellenergia ( in lunghezza donda, numero donda, elettronvolt…) della radiazione stessa. E 1 E 2 E 3 I/I 0 1 (= E 1 /h) 2 (= E 2 /h) 3 (= E 3 /h) I0I0 Sorgente MonocromatoreCampioneRivelatore I

30 OH Un altro ancora…… m-metil- benzil-metanolo

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33 Tiriamo le somme…..

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36 Le esperienze……..

37 C-H vinilico

38 Analizziamo la molecola di CO 2 Stiramento: Planare: 3N-5 gradi di libertà 4 modi normali di vibrazione Ripiegamento: degeneri

39 Vibrazioni per la molecola di H 2 O Non planare: 3N-6 gradi di libertà 3 modi normali di vibrazione

40 Le regioni importanti nello spettro: La zona dello stretching dellidrogeno 3700 to 2700 cm -1 La zona del triplo legame 2700 to 1850 cm -1 La zona dei doppi legami (C=C, C=O ecc…) 1950 to 1550 cm -1 La zona dellimpronta digitale (legami singoli) 1500 to 700 cm -1

41 Si dice lunghezza donda ( ) la distanza spaziale tra due massimi dellonda. La frequenza ( ) è il numero di onde in un secondo Sono correlate dalla seguente relazione: =c =c dove c è la velocità della luce. Lampiezza (A) rappresenta la distanza tra il massimo dellonda e la direzione di propagazione

42 Le tecniche spettroscopiche in riflettanza: tecniche non distruttive. Strato preparativo legante vernice (gesso e colla) (tempera duovo) (cera dapi)

43 Analisi in bulk. Campionamento selettivo Il campione viene trattato ed analizzato in laboratorio. Si ottiene un risultato. Spettro IR

44 Assorbimento IR La radiazione IR ha una energia troppo bassa per permettere transizioni elettroniche (regione spettro: cm -1 ) =1/ Numero donda (cm-1) =1/ Lassorbimento è limitato alle rotazioni e vibrazioni Ricorda: frequenza delle vibrazioni = frequenza della radiazione incidente

45 Esiste una relazione tra la frequenza di una radiazione elettromagnetica e la sua energia: Energia della radiazione elettromagnetica Maggiore è la lughezza donda ( ) di una radiazione elettromagnetica e minore è la sua energia. Quindi lenergia e la lunghezza donda sono inversamente proporzionali. Maggiore è la frequenza ( ) di una radiazione elettromagnetica e maggiore è la sua energia. Quindi lenergia e la frequenza sono direttamente proporzionali. h = costante di Planck = · J · s


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