Uvod
S obzirom na to da su spektroskopske metode u svojoj izvedbi brze i jednostavane metode koje daju jasan i detaljan uvid u kemijske sustave s obzirom na njihovu molekulsku strukturu i sastav, nameće se mogućnost njihove upotrebe u praćenju procesa in situ (na licu mjesta) i u realnom vremenu. Prikupljanjem spektroskopskih podataka u ovisnosti o nekom vanjskom utjecaju na promatrani sustav, lako možemo doći do vrijednih podataka o strukturnim pojedinostima opaženih promjena.
Spektroskopske metode su u svojoj izvedbi brze i jednostavane metode.
Daju jasan i detaljan uvid u kemijske sustave s obzirom na njihovu molekulsku strukturu i sastav.
Nameće se mogućnost njihove upotrebe u praćenju procesa in situ (na licu mjesta) i u realnom vremenu.
Prikupljanjem spektroskopskih podataka u ovisnosti o nekom vanjskom utjecaju na promatrani sustav,
lako možemo doći do vrijednih podataka o strukturnim pojedinostima opaženih promjena.
Što je in-situ spektroskopija?
Spektroskopija je u biti metoda kojom mjerimo omjer intenziteta propuštene (I) i upadne (I0) svjetlosti u ovisnosti o valnoj duljini (ili frekvenciji ili valnom broju):
[latex]T(\lambda )=\dfrac{I(\lambda )}{I_0(\lambda )}[/latex]
gdje je T transmitancija, a λ valna duljina svjetlosti.
Zračenje točno određenih valnih duljina uzorak apsorbira, pa dobivamo karakterističan spektar:
No, utječemo li na promatrani sustav nekom vanjskom perturbacijom, onda će se opaženi spektar mijenjati u ovisnosti o djelovanju tog vanjskog utjecaja. Perturbacija može biti najraznolikija, npr. vrijeme, temperatura, vlažnost zraka, tlak, mehanička sila, koncentracija dodanog reaktanta itd. Ako perturbaciju označimo općenito kao koordinatu x, onda intenzitet prolazne svjetlosti ovisi i o toj koordinati, tj.
[latex]I=I(\lambda ,x)[/latex]
U izvedbi, snimamo uzastopne spektre uz pažljivo praćenje količine unesene perturbacije:
Utječemo li na promatrani sustav nekom vanjskom perturbacijom,
onda će se opaženi spektar mijenjati u ovisnosti o djelovanju tog vanjskog utjecaja.
Perturbacija može biti najraznolikija.
Vrijeme, temperatura, vlažnost zraka, tlak, mehanička sila, koncentracija dodanog reaktanta neki su od primjera.
Ako perturbaciju označimo općenito kao koordinatu x,
onda intenzitet prolazne svjetlosti ovisi i o toj koordinati, tj.
[latex]I=I(\lambda ,x)[/latex]
U izvedbi, snimamo uzastopne spektre uz pažljivo praćenje količine unesene perturbacije:
Primjer - termička razgradnja borazana
Borazan ima formulu NH3BH3 i taj spoj se intenzivno proučava kao potencijalno efikasan sustav za kemijsku pohranu vodika.
On otpušta prvi ekvivalent vodika pri 105 °C, a drugi pri oko 150 °C. IR spektroskopijom je praćena ta termička razgradnja s tehnološki ključnim dehidrogeniranjem. Prikazujemo rezultate tog in situ praćenja, u kojem je perturbacijska koordinata temperatura.
Iz snimljenih spektara sad možemo izdvojiti zanimljive vrpce pa prikazati njihove odreske pri konstantnim valnim brojevima, slično kao što odreskom geografske karte dobivamo odrezak reljefa. Slika koju dobivamo je ovisnost intenziteta pri određenom valnom broju o temperaturi:
Iz tog prikaza vidimo kako se polazna tvar raspada (opada intenzitet njene karakteristične vrpce) i postupno nestaje u rasponu od 105 do 150 °C. Istovremeno u rasponu od 105 do 125 °C raste vrpca karakteristična za međuprodukt, a onda intenzitet te iste vrpce opada do 160 °C, kad završava i rast intenziteta vrpce karakteristične za konačni produkt.
Daljnjom detaljnom analizom IR spektara i kombiniranjem tih mjerenja s podatcima dobivenim nekim drugim metodama dolazimo do vrijednih podataka, ključnih za razrješenje reakcijskih mehanizama.
Iz tog prikaza vidimo kako se polazna tvar raspada i postupno nestaje u rasponu od 105 do 150 °C.
Opada intenzitet njene karakteristične vrpce.
Istovremeno u rasponu od 105 do 125 °C raste vrpca karakteristična za međuprodukt,
Onda intenzitet te iste vrpce opada do 160 °C,
kad završava i rast intenziteta vrpce karakteristične za konačni produkt.
Daljnjom detaljnom analizom IR spektara i kombiniranjem tih mjerenja s podatcima dobivenim nekim drugim metodama
dolazimo do vrijednih podataka, ključnih za razrješenje reakcijskih mehanizama.
Pitanja i prijedlozi
Istražite neki primjer primjene in-situ spektroskopije.
Opišite koja je spektroskopska metoda primijenjena za praćenje procesa i zašto je odabrana upravo ta metoda. Koji su podatci o sustavu dobiveni tom metodom? Kako je in-situ praćenje procesa pridonijelo rješavanju centralnog problema?Predložite kako biste primijenili in-situ spektroskopska mjerenja na rješavanje nekog problema o kojem ste učili u prethodnim poglavljima.
O kojim bi kriterijima trebalo voditi računa pri odabiru podesne metode za in situ praćenje fizikalnih i kemijskih procesa?