Spektroskopie
im IR- und UV/VIS-Bereich
Spektrometer
Dr. Thomas SchmidHCI D323
http://www.analytik.ethz.ch
Allgemeiner Aufbau einesSpektrometers
d
I0
IProbe
Lichtintensität
Abstand
Strahlungs-quelle
Monochromator Probenzelle(Küvette)
Detektor Signalerfassungund
-auswertung
UV- und VIS-Bereich: Anregung elektronischer Übergänge in den äußeren Schalen
(Valenzelektronen, chemische Bindungen, nichtbindende Orbitale)
IR-Bereich:Anregung von Molekülschwingungen
Monochromatoren I: Prisma
• Wellenlängendispersion von Prismen isteine nichtlineare Funktion derWellenlänge, daher werden heute fastausschließlich Gitter verwendet, da derenDispersion linear mit der Wellenlängeverknüpft ist
Dispersion eines Prismas
Monochromatoren II: Gitter
Konstruktive Interferenz, nur wennm λ = d sin Θ
(Braggsches Gesetz)
m .... Ordnung (natürliche Zahl)λ ..... Wellenlänged ..... Gitterkonstante (Abstand zwischen zwei Gitterlinien)Θ .... Einfallswinkel
Monochromatoren II: Gitter
Czerny-Turner-MonochromatorA ... Polychromatisches Licht E ... Folussierender SpiegelB ... Eintrittsspalt E ... Gitter F ... AustrittsspaltC ... Kollimierender Spiegel G ... Monochromatisches Licht
Diodenarray-Spektrometer
• Schnelle Spektrenaufzeichnung (gesamtes Spektrum gleichzeitig)
• Mechanisch robust, da keine beweglichen Teile
• Gut miniaturisierbar
Fourier-Transform(FT)-Spektrometer 1 IR-Quelle 2 Spiegel 3 Blendenrad 4 Spiegel
5 Strahlteiler 6 Feststehender
Spiegel 7 Beweglicher
Spiegel
8 Spiegel 9 Probenraum10 Probe11 Spiegel12 Detektor
13 HeNe-Laser(λ = 632.8 nm)
14 Optik15 Spiegel16 Spiegel17 Detektor
Fourier-Transform(FT)-Spektrometer
Michelson-Interferometer
Sinus.xls
1 Von der IR-Quelle kommender Strahl 4 Feststehender Spiegel2 Strahteiler mit aktiver Fläche 3 5 Beweglicher Spiegel
6 Strahl zum Detektor
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Messarm
Ref
eren
zarm
Fourier-Transform(FT)-Spektrometer
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Grau: Strahl des ReferenzarmsPink: Strahl des MessarmsRot: Aus der Interferenz resultierender Strahl
Fourier-Transform(FT)-Spektrometer
http://www.chemgapedia.de/vsengine/vlu/vsc/de/ch/3/anc/ir_spek/ir_geraete.vlu/Page/vsc/de/ch/3/anc/ir_spek/ir_spektroskopie/ir_geraetetechnik/ir_8_5/ftirspektr_mzu0703.vscml.html
http://www.chemgapedia.de – IR-Gerätetechnik – FT-IR-Spektroskopie
Fourier-Transform(FT)-Spektrometer
http://www.chemgapedia.de/vsengine/vlu/vsc/de/ch/3/anc/ir_spek/ir_geraete.vlu/Page/vsc/de/ch/3/anc/ir_spek/ir_spektroskopie/ir_geraetetechnik/ir_8_5/ftirspektr_mzu0703.vscml.html
http://www.chemgapedia.de – IR-Gerätetechnik – FT-IR-Spektroskopie
Fourier-Transform(FT)-Spektrometer
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http://www.chemgapedia.de – IR-Gerätetechnik – FT-IR-Spektroskopie
Fourier-Transform(FT)-Spektrometer
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http://www.chemgapedia.de – IR-Gerätetechnik – FT-IR-Spektroskopie
Sinus.xls
Fourier-Transform(FT)-SpektrometerFourier-Transformation (FT)
FT
http://www.chemgapedia.de/vsengine/vlu/vsc/de/ma/1/mc/ma_12/ma_12_01/ma_12_01_01.vlu.html
http://www.chemgapedia.de – Reelle Fouriersynthese
Fourier-Transform(FT)-SpektrometerFourier-Transformation (FT)
FT
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http://www.chemgapedia.de – Reelle Fouriersynthese
Fourier-Transform(FT)-SpektrometerFourier-Transformation (FT)
FT
Fourier-Transform(FT)-SpektrometerFourier-Transformation (FT)
Helium-Neon-Laser (HeNe): λ = 632.8 nm
Fourier-Transform(FT)-SpektrometerZusammenfassung
InterferometerDas Interferogramm (Signalintensität vs. Spiegelweg) entspricht dem
Spektrum in der Zeitdomäne(zeitlicher Verlauf der elektromagnetischen Wellen)
Fourier Transformation (FT)FT transformiert das Spektrum in die Frequenzdomäne
IR-Spektrum(Signalintensität vs. Wellenzahl)
FT
Fourier-Transform(FT)-SpektrometerVorteile eines FT-IR-Spektrometers
• Keine Schlitze hoher Lichtdurchsatz
• Alle Frequenzen werden gleichzeitig gemessen
• Hohe Wellenlängenpräzision (Die Kalibrierung ergibt sich automatisch aus der Position des Interferenzmaximums und den Abständen der Interferenzmaxima des HeNe-Lasers)
• Hohe Auflösung über einen grossen Spektralbereich
Maximale Auflösung: ! !" cm-1#$ %& =
1maximaler Wegunterschied cm-1#$ %&
SpektrometerEs müssen immer Referenz- und Probenspektrum gemessen werdenReferenzspektrum: Luft oder Probengefäss und -matrix ohne Analyten
Einstrahlspektrometer: Referenz- und Probenspektrum werden nacheinander gemessenZweistrahlspektrometer: Beide Spektren werden gleichzeitig gemessen
(zwei parallele Strahlengänge)
Spektrometer
Zweistrahlspektrometer mit Gittermonochromator
Spektrometer
• UV/VIS-Spektroskopie
• (Prismenmonochromator)• Gittermonochromator• Diodenarrayspektrometer (meistens mit Beugungsgitter)
• IR-Spektroskopie
• (Gittermonochromator)• FT-IR-Spektrometer