Ενόργανη Ανάλυση Εργαστήριο Φασματοσκοπία Raman (Raman Spectroscopy)

Ενόργανη Ανάλυση Εργαστήριο Φασματοσκοπία Raman (Raman Spectroscopy) Πέτρος Α. Ταραντίλης 1

Σκέδαση Raman 2

Οργανολογία Φασματομέτρου Raman Ανιχνευτής σύζευξης φορτίου - chargecoupled device (CCD) είγμα Πηγή Laser 3

Οργανολογία Φασματομέτρου Raman Φασματόμετρα μ Raman Ανιχνευτής σύζευξης φορτίου - charge-coupled device (CCD) Πηγή Laser Φασματόμετρο ιασποράς Raman ιάφραγμα είγμα Ακίνητο κάτοπτρο Πηγή Laser Κινητό κάτοπτρο Φασματόμετρο FT-Raman ιαχωριστής δέσμης Συμβολόμετρο Michelson Ανιχνευτής είγμα

Οργανολογία Φασματομέτρου FT- Raman Τo φασματόμετρο μ FT-Raman του εργαστηρίου μας 1. Πηγή ακτινοβολίας Laser: ιόντα νεοδυμίου και πυριτικά άλατα υττρίουαργιλίου (Nd +3 /YAG). Εκπομπή στα 2 3 1 1064 nm 2. Συμβολόμετρο Michelson: όπως στο FT-IR με διαχωριστή δέσμης CaF 2 3. Laser HeNe 4. Ανιχνευτής: ινδίου γαλλίου - 4 αρσενικού (Indium Galliumm - Arsenic, InGaAs) 5

Οργανολογία Φασματομέτρου Raman Τo φασματόμετρο μ Raman του εργαστηρίου μας 1. Πηγή ακτινοβολίας Laser 2. Ορατή Ακτινοβολία 785 nm 3. Φίλτρο 4. ιαχωριστής δέσμης 5. Φακός 6. ί είγμα 7. Ακτινοβολία Raman 8. ιάφραγμα Περίθλασης 9. Ανιχνευτής 10. Έλεγχος ηλεκτρονικών 6

Τεχνικές Λήψης Φάσματος 1. Υγρά δείγματα: 1-2 ml δείγματος σε λεπτούς σωλήνες τύπου NMR 2. Στερεά δί δείγματα: α) Με μορφή διαλύματος σε λεπτούς σωλήνες τύπου NMR β) Σε στερεή ρήμορφή σε λεπτούς σωλήνες τύπου NMR 3. Τεχνική SERS (Surface-Εnhanced Raman Scattering spectroscopy) α) σε κολλοειδή διαλύματα μετάλλων β) σε αντικειμενοφόρο πλάκα επιστρωμένη επιφανειακά με μέταλλο άργυρος (Ag), χρυσός (Au) και χαλκός (Cu) 4. Φυτικοί / Ζωικοί Ιστοί, Βιολογικά Υλικά, Πετρώματα κλπ ως έχουν με τη βοήθεια Κάμερας ή Μικροσκοπίου. 7

Τεχνικές Λήψης Φάσματος Χώρος δείγματος του οργάνου Raman της εταιρείας Nicolet. Το δείγμα τοποθετείται σε δειγματοληπτικούς σωλήνες τύπου NMR 8

Τεχνικές Λήψης Φάσματος Χώρος δείγματος του οργάνου Raman της εταιρείας DeltaNu. Το δείγμα τοποθετείται σε δειγματοληπτικούς σωλήνες τύπου NMR 9

Τεχνικές Λήψης Φάσματος Χώρος δείγματος του οργάνου Raman της εταιρείας DeltaNu. Υποδοχέας δείγματος XYZ: Ογκώδη δείγματα τοποθετούνται ως έχουν. 10

Τεχνικές Λήψης Φάσματος Χώρος δείγματος του οργάνου Raman της εταιρείας DeltaNu. Καταγραφή φάσματος με τη βοήθεια κάμερας από δείγμα ως έχει. 11

Τεχνικές Λήψης Φάσματος Χώρος δείγματος του οργάνου Raman της εταιρείας DeltaNu. Καταγραφή φάσματος με τη βοήθεια κάμερας από δείγμα ως έχει. 12

Τεχνικές Λήψης Φάσματος Καταγραφή φάσματος με τη βοήθεια κάμερας από δείγμα ως έχει. 13

Τεχνικές Λήψης Φάσματος Καταγραφή φάσματος με τη βοήθεια φορητού συστήματος Ramanτης εταιρείας DeltaNu. 14

Ταυτοποίηση με FT-Raman - Ερμηνεία Φασμάτων H φασματοσκοπία Raman δίνει πληροφορίες για το σκελετό του μορίου (δομικές πληροφορίες), ενώ η φασματοσκοπία IR για χαρακτηριστικές ομάδες Οι C=C δίνουν κορυφή στα 1700-1500 cm -1 Οι C-C δίνουν κορυφή στα 1300-1000 cm -1 Για την αναγνώριση και απόδοση των κορυφών ενός φάσματος υπάρχει η δυνατότητα αναφοράς σε πίνακες που περιέχουν τις διάφορες χαρακτηριστικές ομάδες με τους αντίστοιχους κυματαριθμούς. 15

Ταυτοποίηση με FT-Raman - Ερμηνεία Φασμάτων 16

Ταυτοποίηση με FT-Raman - Ερμηνεία Φασμάτων C=C C-C CH 3 CH 3 CH 3 H 3 C H 3 C 1517 1160 CH 3 CH 3 CH 3 all-trans β-καροτένιο CH 3 CH3 1540 1166 R 1 O CH 3 CH 3 O OR 2 1542 1166 O CH 3 CH 3 Κροκετίνη:R1=R2=H ιμεθυλοκροκετίνη:r1=r2=ch3 Κροκίνες: R1, R2 = γλυκοζυλ, ή γεντιοβιοζυλ 1540 1168 Στίγμα Saffron 1540 1160 17

Ταυτοποίηση με FT- IR / Raman H 3 CO CH 3 CH 3 O O CH 3 CH ιμέθυλοκροκετίνη 3 OCH 3 Τα φάσματα FT-IR FT-Raman είναι συμπληρωματικά 18

I Φασματοσκοπία Raman (Raman Spectroscopy) Ποσοτική Ανάλυση με FT-Raman Προσδιορισμός α-πινενίου και β-μυρκενίου σε μαστιχέλαιο In nt 8 6 4 1659 16 634 Μαστιχέλαιο 2 Int 8 6 4 2 1660 α-πινένιο 2,6,6-Trimethyl-bicyclo[3.1.1]hept-2-ene 80 Int 60 40 1634 β-μυρκένιο 20 7-Methyl-3-methylene-octa-1,6-diene Int 100 50 Κυκλοεξάνιο 803 1500 Raman shift (cm -1 ) 1000 19

Ποσοτική Ανάλυση με FT-Raman Προσδιορισμός α-πενενίου και β-μυρκενίου σε μαστιχέλαιο Λ 24,0 22,0 20,0 18,0 16,0 14,0 12,0 10,00 30 40 50 60 70 80 90 Πινένιο (%) Λ 90,0 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 0 20 40 60 80 Μυρκένιο (%) Η περιεκτικότητα του μαστιχελαίου σε α-πινένιο είναι 41 έως 70 % και σε β-μυρκένιο 7έως 58 % 20

Βιοχημικές / Βιοϊατρικές Εφαρμογές CH 3 CH 3 O H 3 CO OCH 3 O ιμέθυλοκροκετίνη CH 3 CH 3 Φάσματα Raman της DMCRT (α) σε διάλυμα, (β) σε καρκινικά κύτταρα HL-60 και (γ) σε καρκινικά κύτταρα Κ562. 21

Βιοχημικές / Βιοϊατρικές Εφαρμογές Φωτομικρογραφία και εικόνα Raman ιστών του εγκεφάλου ποντικού (οι έγχρωμες περιοχές αντιπροσωπεύουν το φάσμα offset Raman που παρουσιάζεται στα δεξιά) 22

Φασματοσκοπίες Υπερύθρου & Raman (IR & Raman Spectroscopies) Συμπεράσματα Οι φασματοσκοπίες Υπερύθρου και Raman: 1. Βοηθούν στην Ποιοτική και Ποσοτική Ανάλυση 2. Είναι συμπληρωματικές 3. Είναι ταχύτατες 4. Μπορούν να εφαρμοστούν χωρίς προηγούμενη κατεργασία του δείγματος 5. εν καταστρέφουν τα δείγματα 23

Άσκηση 7 η : Προσδιορισμός του ποσοστού αιθανόλης σε υδατικό Πρακτική διάλυμα με τη χρήση της φασματοσκοπίας Raman εφαρμογή (Raman Spectroscopy) Σκοπός Σε αυτό το πείραμα θα καταγραφούν φάσματα Raman από υδατικά διαλύματα που θα περιέχουν σε διαφορετικά ποσοστά αιθανόλη. Χρησιμοποιώντας τα εμβαδά της χαρακτηριστικής κορυφής της αιθανόλης και τα ποσοστά της στα αντίστοιχα υδατικά διαλύματα θα κατασκευαστεί καμπύλη αναφοράς. Χρησιμοποιώντας αυτήν τη γραμμική σχέση θα προσδιοριστεί το ποσοστό της αιθανόλης στο σε άγνωστο υδατικό διάλυμα. Θεωρία Η φασματοσκοπία Raman μπορεί να είναι ένα πολύτιμο εργαλείο στην αναλυτική χημεία. Το εμβαδόν της κορυφής της αιθανόλης στα 883 cm -1, η οποία αντιστοιχεί στη συμμετρική δόνηση τάσης του C-C-O, C είναι ανάλογο του ποσοστού της αιθανόλης σε υδατικά διάλυμα. Η καμπύλη αναφοράς που μπορεί να κατασκευαστεί με τη χρήση διαλυμάτων γνωστών ποσοστών σε αιθανόλη, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό του ποσοστού της αιθανόλης σε άγνωστα υδατικά διαλύματα. 24

Άσκηση 7 η : Προσδιορισμός του ποσοστού αιθανόλης σε υδατικό Πρακτική διάλυμα με τη χρήση της φασματοσκοπίας Raman εφαρμογή (Raman Spectroscopy) Συσκευές Φασματόμετρο Raman και εξαρτήματα. Σιφώνια. Ογκομετρικές φιάλες Χημικά Ύδωρ Αιθανόλη 25

Άσκηση 7 η : Πρακτική εφαρμογή Προσδιορισμός του ποσοστού αιθανόλης σε υδατικό διάλυμα με τη χρήση της φασματοσκοπίας Raman (Raman Spectroscopy) ιαδικασία Μέρος 1: Ανάλυση γνωστών δειγμάτων 1.Για νααρχίσετεαυτότοπείραμα, κάνετε διαλύματα 5%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 100%, v/v, αιθανόλης σε νερό. 2.Έπειτα, λάβετε τα φάσματα Raman, σε χρόνο 10 s, για καθένα από τα 11 διαλύματα. 3.Για κάθε φάσμα, μετρείστε το εμβαδόν της κορυφής στα 883 cm -1. 4.Με βάση τα εμβαδά αυτά κατασκευάστε μια καμπύλη αναφοράς. Καθορίστε την κλίση και την «τεταγμένη επί την αρχή» της ευθείας, καθώς επίσης και το R. Αυτές οι πληροφορίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να προβλεφτεί το ποσοστό της αιθανόλη σε υδατικά διαλύματα άγνωστων δειγμάτων. Μέρος 2: Ανάλυση άγνωστου δείγματος δί Καταγράψατε το φάσμα Raman του άγνωστου δείγματος. Μετρείστε το εμβαδόν της κορυφής στα 883 cm -1 και προσδιορίστε το ποσοστό της αιθανόλης. Ερωτήσεις 1) Ποιο ήταν το ποσοστό (% V/V) της αιθανόλης στο άγνωστο δείγμα; 26