fon 160754
TRANSCRIPT
Harmonic Oscillator
Harmonic oscillators คอการสนแบบลกตมขนลง อนเนองมาจากมวล 2 มวล จะตองใชกฎ
ของ Hooke’s law
where F => force
m => mass
a => acceleration (ความเรง)
k => force constant
y => distance of displacement (ระยะทางทตางไป)
ไมวาจะเปนมวลทมาจาก 1 mass หรอมวลทมาจาก 2 mass เรากยงคงใชท านาย Frequency
ได (เคาขอใช F แทน frequency นะ) โดยเทยบกบมวล, ความแขงแรง
... ...อยาลมสตรนนะ
Potential Energy Diagram
รปนเอามาใหดวา ในความเปนจรงแลวนอกจากจะเหนการ
เคลอนททพลงงานกบระยะทางมความสมมาตรกน โดยตอกนแบบ
หลายๆ bond แลวยงมแบบNon bonding energy , ใน 1
โมเลกลไมไดมเรองของbond อยางเดยวยงม intermolecular
bonding, intramolecular bonding , inducible bonding
เพราะฉะนน ถาเหนกราฟนใหรวาเปน non bonding (ใหรเฉยๆ)
วชาAnalysis II
ชวโมงท 04 กรกฏาคม2554part2
อาจารยอรวรรณ
แกะโดย...ฝน
Proof โดยเนส
F = m a = - k y
เภสชกรควรรโครงสรางทางเคม สมพนธกบ biological activity อยางไร เชน Struc. มผลตอ
การไปลดการอกเสบไดอยางไร แตวาเคาไมไดท านายแคตวโมเลกลอยางเดยวแลว เคายงเอาตวแปร
ตางๆ เชน พลงงาน, non bondingไปสรางเปนสมการ Quantitative เชน โมเลกลนจบกบ factor
อาศย factor อะไรบาง แตสรปวา วชานถกตดทงไปแลว เราไมไดเรยน เย!
EXAMPLE : IR เราพดถง bonding คอ covalent bond
จากสตร σ =
; โดยท wave number = σ
เราสามารถค านวณF ไดเลย โดยทคาความแขงแรง (Force constant, k) ขนอยกบพนธะ
เดยว/ค/สาม อยางกรณนเปนพนธะเดยว C-O เราจะเหนไดวาค านวณจากสตรขางบนออกมาเปน 1112
cm-1(จ าไดไหมวา ทอาจารยเคยบอก C-O peak จะขนท 1300-1100 nm)
The force constant : single bond 5.0 X 105 dynes/cm
: double bond 10.0 X 105 dynes/cm
: triple bond 15.0 X 105 dynes/cm
C = 3X108 คอ ความเรวแสงในหนวย cm/sนะเพอนๆ
Q ;ท าไมสตรนม c ?
A ;มนเกดจากการแปลงสตรนะ ถาไมเขาใจมาถามได เดยวขางหลงอาจารยจะอธบายวาท าไมตองใช c
Q ;wave number ใชสตรนหรอคะ ไมใชสวนกลบของ wavelength หรอคะ ?
A ;ถาให wavelength มา กคดเปนสวนกลบได แตถาเหนแบบน ไมม wavelengthใหอางองอนนคอ
มวล, ความแขงแรง (เหนตวแปรไมคะ คาตางกน ไมเชอลองไปค านวณดส 555 อาจารยวางน)
Note!!! ทราบทฤษฏพนฐานวาเปนอยางไร?**************
Wave number หามาไดอยางไร?***************
Dispersive IR Spectrophotometer
ภาพนเปนเครองมอทลงคมาจากเทคนคอนๆ (ปจจบน
ไมไดใชเทคนคนแลว) แตมนเทยบไดกบ UVกคอม
แหลงก าเนดแสง แลวแบงออกไปผาน reference และผาน
sample แลวกเขาส monochromator, detector
FTIR Spectrophotometer
เหตผลทเคาเปลยนแปลงเทคนคจาก IR เปน FTIR เพราะ IR มก าลงแสงนอย เพราะฉะนน
เวลาทยงเขาส sample มนจะได peak ทไมคอยเคลยร intensity กไมคอยสง โดยการเปลยนแปลงจะ
เรมจากทผาน sample ไปแลว เขาสชวงของ monochromatorเคาจะเปลยนใหเปน Michelson
Interferometer(Michelson ตามชอคนคดคน Interferometer มาจากค าวา Interfere)
การเปลยนแปลงโดยใชเทคนค Michelson Interferometer โดยมการเปลยนแปลงทกระจก
ใหม 2 แบบ คอ กระจกหนงอน fixed อกอนเคลอนทได โดยจะตงฉากกน และการแสดงผลจะไมแสดง
ในรป Time-domain Interferogramแตวาจะเปนfrequency-domain single-beam spectrum
ปกตแลวเวลายงแสงไปผาน sample กบ reference
แลวเขาส detector เลย แตส าหรบเทคนคนเคาจะมอปกรณ
พเศษคอตวแบงแสง(beam splitter) (ตรงเสนประนะ) ท า
หนาทแบงให 50% ของแสงไปท M1(เปนกระจกท fixed) และ
อก 50% ไปท M2(กระจกทมการเคลอนท)ผลของการเคลอนท
จงเกดการ interfere กน ปกตแลว คลนจะอธบายเปน sine
wave (แสง 1 แสง กได 1sine wave ขนกบระยะทาง)
เนองจากวา M2 มการเคลอนท(อาจจะเปน 1/2, 1/4แลวแตจะก าหนด) ดงนน wave จะ
ถก interfere ดวย ระยะทางของกระจกทเปลยนไป ท าใหแสงทตกกระทบแลวยอนกลบมาเชน 1/2,
1/4จะเหนวามนมการแทรกสอด และการหกลางกน
M2 = (1/2) ถา M2 = 1/4 มนกยงจะตางกน ขนอยกบการปรบ M2
คลายกบรปถาย ถายครงท 1 ทาบเอาไว ถายครงท 2 กเอามาทาบเอาไว ท าไปเรอยๆ
ตวทมนม intensity สง กจะยงมการสะสมความเขมขนของ intensity (peak) ไปเรอยๆ เปน
พนๆครง เคาบอกวาเมอใชวธน จะท าใหสามารถเหน spectrum ไดชดเจนยงขน อนเกดจากการ
interfere ของ sine curve ทงหมด 2 เสน เกดจากการยงแลวได peak ของอะตอมตอกบ bond 1
ชนด เพยงแตวามนมการสงสมของการแทรกสอดของคลนทเกดจากกระจกท fixed และกระจกท
เคลอนทได
อยางกรณน เคาบอกวา ถามนเปน F ของ bond 2 ชนด
ถาสมมตวาเจอแบบ mixed เราจะเกดความสบสน เราจะไมรวาทมนแทรกสอดกนน อนไหน
เปน F ของ bond ท 1 หรอ F ของ bond ท 2 แตถาใชเทคนค FTIR อนไหนทมนเดน มนกจะยงเดน
ขน 2 bond นนจะมความเดนทแตกตางกน(หนกนไป)
เทคนค interferogramจะท าให intensity ของ peak แตละ bond สงขน
สงทตองรคอ ภาพน
การเกด interferogramเกดขนเนองจากการทล าแสง
1 ล าแสงถกแบง 50% ไปท M1 (fixed) และอก 50%
ไป M2 ทมการเคลอนท แลวมการตกกระทบกลบมา
ท าใหเกดการแทรกสอด (แทรกสอด peak สงขน
หกลาง peak ต าลง) มนจะท าให peak มความเดนขน
peak ม intensity สงขน ท าใหเครองม sensitivity
สงขนดวย
สมมตวานคอ bond ระหวาง C-C อกอนเปน bond ของ C-O ชวงคลนมนตางกน ดงนนเวลา
มนเกด interfere มนกจะตางกน ท าใหลกษณะ curve มนกหนกน ทเคาท าใหมนเปน frequency-
Bond ท 2
1
Bond ท 1
1
domain(แกน y เปน %T แกน x เปน F) แปลวา Fทตางไปเปนอยางไร ถาเปนTime-domain(แกน
y เปน %T แกน x เปน เวลา) เพราะวาถาเราพดถง sine curve แปลวา ระยะทางทตางไป ถาเคาพด
ถง sine curve แลวเปน Time-domain แลวเคากแปลเปนตวน(ตวไหนหวา) โดยใชสมการทาง
คณตศาสตร (อยาอยากรเลยนะ ไมไดเนน) จะท าใหเราได Fทเปน wavenumber ตรงนนาจะแปลวามน
คอ bond ระหวางอะไรกบอะไร=>>นคอ FTIR (ตอนนคนแกะ งง มาก ตองการใหเรารอะไร+คนพรฟก
งง ถาเพอนๆไมเชอ สามารถตดตามผลงานได นาทท 1.09.00 น.นะ จกหยงดอก!!!)
Q ; component ของ FTIR กบ IR ตางกนท mirror หรอคะ?
A ;ใชคะ แลวก beam splitter 50% กมผลมาก
Multiplexing (FT) Spectrometers
FT-IR instrument
-Mirror length of travel ranges from 1 to 20 cm.
-Scan rates from 0.1 to 10 cm/s
-Detectors are usually pyroelectric or photoconductingเนองจากคลน IR เปนคลนความรอน
ตว detector กจะตองไวความรอน (pyroelectric or photoconducting) เชน ปนยงกลางคน ใชรงส
IR ในการจบความรอน โดยมตวเราเปน detector
-Use multiple scans and signal averaging to improve S/N.ท าใหมการเพม signal per noise
ratio(S/N)
ปกตแลว spectrum ม baseline ม peak เวลาเรยน HPLC, UV แลวไดกราฟมา เวลาจะหา
พนทใตกราฟจะหาทงของ signal และของ noise แลวเอาพนทของ signal หารดวยพนทของ noise
peak นจะบอกไดวาเปน peak ของยาไดจรงกตอเมอ S/N ratio ตองมากกวา 4 แปลวาพนทของ
signal ตองมากกวา noise อย 4 เทา ยง signal มคามากเทาไหร เทากบวา peak นนสงรบกวนนอย
ดงนนการทบอกวาการใช FTIR เปนการ improve S/N แปลวาท าให peak มความคมชด เทากบเปน
การปรบ baseline ใหเปนเสนตรงนนเอง(baseline เรยบขน) พกเถอะ!!
ทบทวนความเขาใจ
1. Definition term => IR absorption จะขนอยกบ 1. Dipole moment ถาม Dipole moment สง
มการเปลยนแปลง Dipole moment ได แสดงวามการ absorb IR ได 2. จะตองเปน F ทตรงกบ
natural frequency
2. ปจจยทมผลตอคา F 1) ความแขงแรงของพนธะ 2) น าหนกหรอขนาดของโมเลกล 3)รปแบบการสน
เปน stressing หรอ blending จะม Fทแตกตางกน 4) Hybridization ซงมนจะเกยวกบความ
แขงแรงของพนธะ (sp3 sp
2 spHybridization) 5) Resonance effect ถามการ resonance มนจะ
เกลยหมอกอเลกตรอน เชน จากพนธะค เปนพนธะหนงครง ท าใหความแขงแรงของพนธะนอยลง สงผล
ใหม Fนอยลง
รปนคอ stressing คอการเปลยนแปลงระยะทาง เวลาทรปมนอธบายวามนสน แปลวา มนหด
ลง รปทมนยาวขน แปลวามนยดออก
นคออะตอม Cl-H bond
นมการเปลยนแปลง
ระยะทางเปนหดสนเขาและ
ยดออกและในขณะเดยวกน
ระยะทางเทากน ไมเปลยน
แปลง มนเลยเปนศนย
อนนมการเปลยน
แปลงทตางกน ม∆
angleมนเปลยนคอ
ม scissoring
สวนอนนการเคลอนทแบบ
symmetric ยดสดๆ ไดภาพ
น ใชหรอไม แบบเทาๆกน
สวนอนน C-O กบ C-O
ระยะทางมนเทากนไหม
แปลวาเปน stressing แบบ
asymmetric หรอปาว
3. Q ;ท าไมสตรค านวณ Fถงใสความเรวแสงเขาไปดวย
A ;เพราะเราก าลงหาแสง กเลยใสเขาไป ในสวนทไมมความเรวแสงอนนใชค านวณ Harmonic
oscillator(มแคมวลกบความแขงแรงของพนธะ)
4. ประเดนหลกคอเครองมอ อธบายการยงแสง beam splitter 50% ไปทกระจกท fixed แลวก
กลบมา อกขางกเหมอนกน กระจกมนเคลอนท มนยงไปแลวกกลบมา แลวท าใหเกดการแทรกสอดกน
สงมาท detector
สมมตเราดท bond C-O ม sine wave ทมระยะทางเทาน 1ไปท M1กลบมาได sine wave
1 คา ถาท าให M2ได1/4จะได sine wave จาก M2 เพราฉะนนผลลพธของรปน เราจะไดรปน รปมน
จะเปลยนไป มบางอน intensityสงขน บางอนหกลาง
ถาไปดท C=O ม sine wave 1เทาน ในความเปนจรง ทมกระจก fixed เทานน เวลาแทรก
สอดกนมนจะมว ท าใหเราไมร F นนเปนของ bond ไหน แตถามนมกระจกทขยบได ท าใหได 1/4
เราจะเหนวาถากราฟมนเทากน จะได Fทหางกน แลวถาเรารนหลายๆครง มนกจะสงขน และ
แยกออกจากกน(หนกนไปเรอยๆ) เครองมอนท าให Fของ 2 bond ชดเจนยงขน (เนองจากเคาไม
สามารถวาดรปตามอาจารยได เคาเลยหารปมาเพออธบายใหเพอนๆเขาใจนะ)
ลองดกราฟสองเสนดานบน ทมความยาว
คลนตางกน เมอเกดการแทรกสอดกน
กราฟจะมต าแหนงทมนเดนขน ถาบอกวา
กราฟสองเสนบน เปนของแตละbond เมอ
มนมารวมกน กจะไมรวามนเปนของใคร
แตถาพจารณา แค 1 bond แลวเราใช
เทคนค FTIR ดงรปทางซายมอ เมอ
สะทอนความยาวคลนทแตตางกนไป
จะท าใหความเดนของกราฟ เดนชด
มากขนดงรปขวามอ สดทายเมอม
หลาย bond มารวมกน มนกจะสามารถ
แยกไดวา peak ไหน เปนของ bond
ไหน
Infrared Sources
Most Common IR Sources
Light source ทใชคอ Nernst glower ท ามาจาก rare-earth *อนนนยมสด รองลงมาคอ
glowbarเปน silicon carbide rodถาใชเปนแบบ incandescent wireกจะท าจาก nichrome wire
*ทนสด
Special Application IR Sources
ม mercury arc ท าใหมfar-infrared ท าใหชวงแสงกวางขน หรอถาเปน tungsten filament
กจะไดแค near-infraredถาเปน carbon diode laserจะสามารถปรบชวงคลนไดหมด(tunable)
Detectorsมหลกๆ 3 อยาง
1. Thermal transducer ตวนท าดวย bimetal junction มประสทธภาพแยสด ไมใชใน FTIR
2. Pyroelectric transducerท าดวย triglycine sulfate (TGS) นอกจากจะรบอณหภมไดสงๆ
แลว ยงเกยวของกบ polarization ไดดวย อนนนยมใชมากส าหรบ FTIR
3. Photoconducting transducerใช lead sulfide, mercury/cadmium telluride, or
indium antimonideพวกนเรยกรวมๆวา semiconducting material สามารถลด resistant ไดเยอะ
ท าใหม respond ไดด
มขอ 2,3 ทใชใน FTIR ถาเขาใจไมผด เครองมอของเราเปนขอ 3 เครองของเราจะมแทงก
ไนโตรเจนอยขางนอก มประโยชน 2 ขอ คอ 1. ท าใหแหง เพอไลอากาศ 2. ท าเปน incooling
มการสะสมความเขมขน ของ
intensity (peak) ไปเรอยๆ เหมอน
การถายรปเปนพนๆครง(เหมอนท
อาจารยบอกตอนแรกอะ)