FTIR Talk Letter Vol. 44

Význam tématu

Metody infračervené spektroskopie, zejména ve vzdáleně infračervené oblasti (far-IR), a pokročilé detektory pro infračervené mikroskopie představují klíčové nástroje pro charakterizaci katalytických materiálů, polymerů i organických funkcí. Schopnost sledovat vibrace kationtů v zeolitech, analyzovat stínění a nelinearity detektorů či porozumět posunům pásů uhlíkovýchylových skupin významně zlepšuje spolehlivost analytických postupů v průmyslové a akademické praxi.

Cíle a přehled studie / článku

1. Ověřit možnost měření far-IR spekter kationtů v zeolitových katalyzátorech běžným FTIR systémem bez speciálních zdrojů či chladicích zařízení.
2. Porovnat vlastnosti nových detektorů typu II Super Lattice (T2SL), termoelektricky chlazeného MCT a standardního DLATGS v infračervených mikroskopech.
3. Rozebrat faktory ovlivňující polohu pásu C=O strečinku v IR spektru a vytvořit přehled posunů vyplývajících z okolních struktur.

Použitá metodika a instrumentace

• Far-IR FTIR měření: komerční FTIR se 5 µm mylarovým děličem, PE-TGS detektor, in-situ bunka s PE okny, teplotní rozsah −180 až 650 °C, 256 opakování při 4 cm⁻¹ rozlišení.
• Infračervené mikroskopy: IRXross/AIRsight s T2SL detektorem (14,5 µm cut-off), IRTracer-100/AIM-9000 s LN₂-MCT, volitelně TEC MCT a DLATGS.
• Spektrální analýza karbonylů: FTIR spektrofotometrie, srovnání pásů C=O u ketonů, esterů, laktonů, aromátů a solí karboxylátů.

Hlavní výsledky a diskuse

• Far-IR FTIR umožňuje pozorovat kmitání alkali kationtů a molekulárních NH₄⁺ a pyridiniumových kationtů ve zeolitech, přičemž frekvence kmitání se řídí hmotnostní závislostí (1/√m) a topologií pórové struktury.
• T2SL detektor dosahuje vyšší linearity až do Abs≈2,5 a širšího rozsahu detekce než MCT, které saturuje kolem Abs≈1,5. TEC MCT nabídne provoz bez LN₂ pro plošky ≥25 µm, DLATGS pro ≥100 µm.
• Polohy pásů C=O strečinku (1 750–1 630 cm⁻¹) jsou ovlivněny hmotností sousedních skupin, úhlem vazby, indukčními efekty (posun na vyšší kmitočty) a mesomerií (posun na nižší kmitočty).

Přínosy a praktické využití metody

• Přímé měření kationtových vibrací poskytuje detailní pohled na aktivní kyselé místa v zeolitech a usnadňuje studium mechanizmů heterogenní katalýzy.
• Vysoká linearita a citlivost T2SL detektorů zlepšuje kvantitativní analýzu v mikrozónách polymerů, biologických vzorků či povrchově citlivých aplikacích.
• Systematické porozumění posunům pásu C=O usnadňuje identifikaci a klasifikaci organických funkčních skupin v QA/QC procesech.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření far-IR FTIR pro dynamické in-situ studie ad/ desorpce a proton-hop behavior v katalyzátorech za reálných podmínek reakce.
• Další vývoj detektorů T2SL směřující k provozu při vyšší teplotě a snižování šumových proudů pro super-rozlišení v IR mikroskopii.
• Integrace pokročilých výpočetních metod a AI pro automatickou interpretaci posunů pásů a predikci spektrálních efektů okolních struktur.

Závěr

Popsané postupy pro far-IR FTIR, nové infračervené detektory a systematická analýza C=O pásů významně rozšiřují možnosti analytické chemie. Umožňují hlubší pochopení interakcí v katalyzátorech, zvyšují přesnost mikroskopických měření i spolehlivost identifikace organických sloučenin.

Reference

• Nomura J. Far-Infrared Fourier Transform Infrared Spectroscopy for Observation of the Status of Zeolite Cations. Institute of Science Tokyo, DEI Section.
• Wakuda S. Infrared Microscope Detectors. Shimadzu Spectroscopy Business Unit, Analytical & Measuring Instruments Division, 2023.
• Tange Y. Notes on Infrared Spectral Analysis — Carbonyls (Part 1). Shimadzu Solutions COE, Analytical & Measuring Instruments Division.