ATR-FTIR spektroskopija

Oslabljena skupna odbojnost (ATR) je metodologija vzorčenja, ki omogoča neposreden pregled trdnih ali tekočih vzorcev brez nadaljnje priprave. Uporablja popolno notranjo refleksijo za ustvarjanje minljivega vala, ki prodre v vzorec in zagotavlja dragocene molekularne informacije.

ATR se pogosto uporablja s Fourierjevo transformacijsko infrardečo (FTIR) spektroskopijo (ATR-FTIR spektroskopija), saj omogoča lepo analizo trdnih in tekočih vzorcev - poenostavlja merjenje skoraj vseh snovi.

V nasprotju s prenosom (druga pogosto uporabljena metoda vzorčenja) je dolžina merilne poti neodvisna od debeline vzorca. ATR je metoda, ki temelji na notranjem odsevu, dolžina poti vzorca pa je odvisna od globine prodiranja infrardeče energije v vzorec. Trdni vzorec je lahko debel 100 mikronov ali 100 mm, posneti infrardeči spekter pa bo v bistvu videti enako. Če je vzorec tekočine ali gnojevke v stiku s površino ATR, se zabeleži infrardeči spekter tekočega deleža. Zaradi tega slednjega pojava je oslabljena skupna odbojnost tako močna za spremljanje kemijskih reakcij.

Ta bela knjiga prikazuje, kako kombinacija ReactIR z programsko opremo za kinetično modeliranje, kot sta Reaction Lab in Dynochem, pospešuje optimizacijo procesov. S pomočjo farmacevtskih primerov, vključno s sklopitvami Suzuki in SNAr, ponazarja, kako podatki in situ izboljšujejo izkoristek in varnost ter hkrati zmanjšujejo potrebo po eksperimentih, ki zahtevajo veliko virov. Prenesite priročnik in izvedite, kako izkoristiti analitiko v realnem času za hitrejše gradnjo modelov in bolj trajnostno povečevanje obsega.

ATR-FTIR spektroskopija se uporablja za naloge, kot so prepoznavanje kemičnih spojin, preučevanje molekularnih struktur, preučevanje površinskih lastnosti, analiza polimerov, raziskovanje biomolekul, spremljanje kemijskih reakcij in ocenjevanje sestave materialov v industrijah, kot so farmacevtska industrija, znanost o materialih, forenzika in okoljska analiza.

Ker lahko ATR-FTIR meri spektre brez potrebe po kakršnih koli pripravah ali redčenju vzorcev, je spektroskopija ATR našla uporabnost pri analizi trdnih in tekočih materialov. Ena prvih uporab ATR je bila pridobitev infrardečih spektrov polimernih vzorcev in filmov. Pred približno 25 leti je bil izumljen diamantni ATR DiComp , ki je razširil uporabo ATR na številne nove aplikacije, vključno s spremljanjem kemijskih reakcij.

V ATR-FTIR svetlobna energija prehaja skozi optični material (tj. Senzor ATR), ki ima dve glavni značilnosti:

1. Biti mora optično prosojna glede na frekvenco energije, tako da material senzorja absorbira malo ali nič sevanja;
   
2. Material senzorja ATR ima indeks loma, ki je višji od indeksa okoliških medijev, zato ATR deluje kot valovod, ki notranje odbija svetlobno energijo.

Z izbiro specifičnih optičnih materialov in nadzorom izdelave senzorja je mogoče natančno prilagoditi število odsevov ali vozlišč v senzorju ATR. Efektivna dolžina poti senzorja se določi tako, da se število notranjih odsevov pomnoži z globino prodiranja evanescentnega vala. Na vsakem vozlišču se s površine oddaja stacionarni val energije, ki prispeva k celotnemu pojavu ATR.

Ta energija je minljiva, saj se njena intenzivnost zmanjšuje kot funkcija oddaljenosti od površine senzorja. Vsaka snov, ki je v neposrednem stiku s senzorjem, je tako zaslišana z energijo.

Globina prodiranja je odvisna tudi od specifične valovne dolžine energije, zato bo pri skeniranju vzorca z moduliranim sevanjem za pridobitev spektra položaj vrhov podoben položaju spektra prenosa / absorbance, vendar se intenzivnost posameznih pasov razlikuje od spektra prenosa / absorpcije.

Oglejte si e-predstavitev v živo iz službe ali domače pisarne po urniku.

ATR-FTIR spektroskopija: idealna za čiste ali optično goste snovi
Oslabljena skupna odbojnost (ATR) uporablja optični senzorski material, ki ima dovolj visok indeks loma, da omogoča notranji odboj znotraj senzorja. Odvisno od izbranega optičnega materiala in načina izdelave senzorja je mogoče skrbno nadzorovati število odsevov ali vozlišč in doseči učinkovite dolžine poti, ki se dobro ujemajo z optično gostimi vzorci. Vsaka snov, ki je v neposrednem stiku s senzorjem, je zaslišana z energijo. Intenzivnost spektra FTIR je v osnovi odvisna od števila odsevov, globine prodiranja evanescentnega vala v vzorec, števila molekul, ki so zanimive v vzorcu, in njihove absorpcije.

V nasprotju s tehniko prenosa, pri kateri mora svetloba prečkati vzorec, v ATR-FTIR debelina vzorca ni pomembna. Tekoči ali trdni vzorec je lahko debel 10 mikronov ali 10 cm in v obeh primerih je mogoče pridobiti uporaben spekter FTIR. Zaradi tega je ATR idealen za preučevanje širokega spektra kemijskih reakcij, saj za pridobitev uporabnih spektrov ni potrebna priprava ali redčenje vzorca. Poleg tega so na voljo senzorji ATR, ki so odporni na obrabo in lahko prenesejo težke reakcijske pogoje, povezane s številnimi kemikalijami.

Nasprotno: transmisijska IR spektroskopija običajno zahteva pripravo vzorca za pridobitev uporabnega spektra
Da bi dobili spekter prenosa tekočine, je vzorec zaprt v celico z infrardečimi prozornimi okni, energija pa mora prečkati vzorec. Intenzivnost spektra je povezana z dolžino poti celice in raztopino, ki se analizira. Če je dolžina poti vzorca predolga in/ali vzorec vsebuje molekule topila ali topila, ki močno absorbirajo infrardeče svetlobe ali se močno razpršijo, bo infrardeči detektor dosegel malo ali nič energije. Zaradi tega je analizo večine kemijskih reakcij težko ali nemogoče izvesti v načinu prenosa. V primerih, ko se ustrezna dolžina poti ujema z analitom, se pridobi spekter prenosa. Ker je mogoče konstruirati celice z dolgo dolžino, je lahko transmisijska IR spektroskopija koristna za identifikacijo in sledenje organokovinskih vrst z nizko koncentracijo v homogenih reakcijah katalize. Za pridobitev IR spektra večine trdnih snovi je treba vzorec razredčiti bodisi z muliranjem v nujol olju, stiskanjem kalijevega bromidnega peleta ali pripravo ultra tanke rezine materiala. 

ATR-FTIR na kraju samem ponuja številne prednosti pred alternativnimi analitskimi metodami, vključno z drugimi tehnikami molekularne spektroskopije. Raziskovalci in znanstveniki izboljšujejo kemijski razvoj z izkoriščanjem teh prednosti, vključno z:

• Energetska regija srednje IR prinaša podrobne spektre »prstnih odtisov« vhodnih materialov, vmesnih izdelkov, proizvodov in stranskih proizvodov, ki omogočajo stalno sledenje tem ključnim vrstam kot funkciji časa
• Merjenje v realnem času, ki se izvaja vsako minuto ali manj
• In situ ekstraktivno vzorčenje ni potrebno; izmerite kemijo brez motenj reakcije
• Nedestruktivno; ohranjanje celovitosti kemijske reakcije
• Meri reakcije v seriji, polseriji ali operaciji z neprekinjenim tokom
• Merjenje reakcij poteka pod tlakom ali pri povišani ali nizki temperaturi
• Meri reakcije v vodnem ali nevodnem mediju in v širokem razponu pH
• Na potopljeni senzor ATR običajno ne vplivajo korozivni reagenti
• Reakcije z jedkimi, strupenimi ali nevarnimi pogoji je mogoče spremljati brez vzorčenja
• Meri fazo rešitve; mehurčki ali trdni delci ne motijo
• Spektralne podatke je mogoče pretvoriti v podatke o koncentraciji v realnem času, kar omogoča razvoj ključnih kinetičnih parametrov in natančno določanje končnih točk
• Dobro preizkušena metoda PAT, FTIR spektroskopija na kraju samem , podpira prizadevanja za kakovost po zasnovi (QbD) in zagotavlja, da so CPP definirani in nadzorovani
• Zagotavlja primarno sredstvo za pridobivanje pomembnih kinetičnih podatkov in dejanskih dokazov, ki podpirajo predlagane mehanizme
• FTIR na kraju samem pomaga prepoznati in spremljati prehodne vmesne produkte, ki bi lahko vplivali na donos in kakovost izdelka, in je ključnega pomena za mehanistično razumevanje
• Reakcijski trendi se spremljajo v realnem času, kar omogoča spremljanje ključnih reakcijskih dogodkov, kot so začetek, stanje dinamičnega ravnovesja, končna točka in razgradnja

Metodologija ATR je idealno dopolnilo FTIR spektroskopiji za analizo in situ v realnem času in spremljanje kemijskih reakcij. Reakcijske zmesi so običajno optično gosto do srednjega infrardečega sevanja. Omejena globina prodiranja infrardeče energije v reakcijsko raztopino, ki je v stiku s senzorjem ATR, omogoča snemanje visokokakovostnih FTIR spektrov.

Senzor ATR, izdelan iz ustreznega materiala, ki je nameščen na koncu cevne sonde ali kot del pretočne celice, omogoča analizo reakcij v paketnem ali neprekinjenem pretoku. Primerni senzorji ATR za analizo kemijskih reakcij morajo imeti potreben indeks loma, da omogočijo notranji odboj, vendar morajo delovati tudi v težkih kemičnih okoljih brez razgradnje. Tako diamant kot silicij sta odlična senzorska materiala za analizo kemije ATR-FTIR in izbira katere uporabe je odvisna od vrste kemije in infrardečih vrhov, ki jih je treba spremljati.

Z uporabo spektroskopije ATR-FTIR se dosežejo naslednje koristi:

• Reakcije se spremljajo v realnem času, na kraju samem v dejanskih reakcijskih pogojih
• Informacije o reakcijskih trendih, napredku in kinetiki se zlahka pridobijo
• Ključni prehodni reakcijski vmesni produkti so opaženi v pomoč pri študijah mehanizmov
• Izpostavljenost strupenim kemikalijam ali nevarnim, energetskim reakcijam je čim manjša
• Razumevanje razmerja med reakcijskimi spremenljivkami in splošno reakcijsko uspešnostjo je močno izboljšano

Zaradi hitrosti pridobivanja spektrov s FTIR in razvoja nove generacije kemično odpornih senzorjev ATR uporaba te kombinirane tehnologije revolucionira sredstva za pridobivanje kemične kinetike in mehanističnih informacij.

ReactIR 702L je prvi FTIR spektrometer, ki resnično združuje moč FTIR v realnem času na kraju samem z enakovrednim udobjem delovanja. ReactIR je pripravljen za vsakega kemika in za vsak poskus.

ReactIR je pripravljen za zagon čez noč!
Uživajte v brezhibnem in učinkovitem spremljanju kemikalij z avtomatiziranimi nalogami.

ReactIR je pripravljen zgrabiti in oditi!
Povečajte svoj laboratorijski prostor s kompaktnimi in zložljivimi enotami ReactIR, s čimer prihranite dragocene nepremičnine na pokrovu. 

ReactIR je pripravljen na vašo kemijo!
Tehnologije vzorčenja na podlagi sond in pretoka, ki znanstvenikom omogočajo raziskovanje kemije tekoče in plinske faze v šaržnih ali neprekinjenih nastavitvah. 

Področja uporabe skupne oslabljene skupne odbojnosti (ATR) vključujejo:

1. Nguyen, T., Shamsabadi, AA in Bavarian, M. (2023). Spajanje ATR-FTIR spektroskopije z multivariatno analizo za proizvodnjo polimerov in kontrolo molekulske mase polimerov. Digitalno kemijsko inženirstvo, 7, 100089. https://doi.org/10.1016/j.dche.2023.100089
2. Simone, E., Beveridge, G., Sillers, P., Webb, J., George, N., & Hone, J. (2022). Analiza raztapljanja in kristalizacije delno nemešajočih se ternarnih mešanic z uporabo kompozitnega senzorskega niza in situ ATR-FTIR, laserskega povratnega sipanja in slikanja. Raziskave industrijske in inženirske kemije, 61(50), 18514–18529. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.2c03494
3. Li, Z., & Zhang, B. (2022). Raziskava polimorfne transformacije glicina s spektroskopijo ATR-FTIR in FT-Raman na kraju samem. Kristali, 12(8), 1141. https://doi.org/10.3390/cryst12081141
4. Lomont, J. P., Ralbovsky, N. M., Guza, C., Saha-Shah, A., Burzynski, J., Konietzko, J., Wang, S., McHugh, P. C., Mangion, I., & Smith, J. A. (2022b). Spremljanje procesa deketalizacije polisaharidov za razvoj biokonjugacije cepiva z uporabo analitične metodologije in situ. Revija za farmacevtske in biomedicinske analize, 209, 114533. https://doi.org/10.1016/j.jpba.2021.114533
5. Zapata, F., López-Fernández, A., Ortega-Ojeda, F., Quintanilla, G., García-Ruiz, C., & Montalvo, G. (2021). Uvedba ATR-FTIR spektroskopije z analizo zdravil acetaminofena: praktične lekcije za interdisciplinarno in progresivno učenje za dodiplomske študente. Revija za kemijsko izobraževanje, 98(8), 2675–2686. https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.0c01231
6. Wang, Z., Gérardy, R., Gauron, G., Damblon, C., & Monbaliu, J. (2019). Organokatalitna priprava cikličnih organskih karbonatov brez topil v pogojih neprekinjenega pretoka. Reakcijska kemija in inženiring,4(1), 17–26. https://doi.org/10.1039/c8re00209f
7. Dunn, AL, Leitch, DC, Journet, M., Martin, MC, Tabet, E., Curtis, N. F., Williams, GD, Goss, C. W., Shaw, T., O'Hare, B., Wade, CE, Toczko, MA, & Liu, P. (2019). Selektivna jodiranje z neprekinjenim tokom, ki ga vodi neposredno spektroskopsko opazovanje uravnoteženih arilnih litijevih regioizomerov. Organokovine, 38(1), 129–137. https://doi.org/10.1021/acs.organomet.8b00538
8. Clagg, K., Hold, S., Kumar, A., Koenig, SG in Angelaud, R. (2019). Teleskopska strategija spajanja Knochel-Hauser/Kumada-Corriu s funkcionaliziranimi aromatskimi heterocikli. Tetraedrska pisma, 60(1), 5–7. https://doi.org/10.1016/j.tetlet.2018.11.014
9. Folsom, TM, & Darensbourg, D. J. (2019). Kinetične študije toplotne disociacije ligandov ogljikovega monoksida iz tri- in tetrakarbonilnih derivatov mangana, ki vsebujejo obsežni dipiperidilmetanski ligand, CH2Pip2. Inorganica Chimica Acta, 484, 443–449. https://doi.org/10.1016/j.ica.2018.09.004
10. Hammarback, L. A., Robinson, A., Lynam, J. M., & Fairlamb, I. J. S. (2019). Mehanistični vpogled v katalitično redoks-nevtralno aktivacijo C-H vezi, ki vključuje manganove (I) karbonile: poti aktivacije, prometa in deaktivacije katalizatorja razkrivajo zapleteno mrežo korakov. Revija Ameriškega kemijskega društva, 141(6), 2316–2328. https://doi.org/10.1021/jacs.8b09095
11. McMillan, A., Steven, A., Ashworth, IW, Mullen, AB, Chan, LW, Espinosa, MP, Pilling, MJ, Raw, SA in Jones, M. (2019). Stereoretentivna eterifikacija α-aril-β-amino alkohola z uporabo selektivne odprtine aziridinijevega obroča za sintezo AZD7594. Revija za organsko kemijo, 84(8), 4629–4638. https://doi.org/10.1021/acs.joc.8b01062
12. Sagmeister, P., Williams, J. D., Hone, C. A., & Kappe, C. O. (2019). Laboratorij prihodnosti: modularna pretočna platforma z več integriranimi orodji PAT za večstopenjske reakcije. Reakcijska kemija in inženiring, 4(9), 1571–1578. https://doi.org/10.1039/c9re00087a
13. Rao, KS, St-Jean, F., & Kumar, A. (2019). Kvantifikacija enolizacije ketonov in tvorbe stereoizomerov vinil sulfonata z uporabo inline IR spektroskopije in modeliranja. Raziskave in razvoj organskih procesov, 23(5), 945–951. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.9b00042
14. Dreimann, J. M., Kohls, E., Warmeling, H., Stein, M., Guo, L., Garland, M., Dinh, T., & Vorholt, A. J. (2019). in situ infrardeča spektroskopija kot orodje za spremljanje molekularnega katalizatorja za hidroformilacijo v neprekinjenih procesih. Kataliza ACS, 9(5), 4308–4319. https://doi.org/10.1021/acscatal.8b05066
15. Violet, L., Mifleur, A., Vanoye, L., Nguyen, D. K., Favre-Réguillon, A., Philippe, R., Gauvin, R. M., & Fongarland, P. (2019). Spletno spremljanje z infrardečo spektroskopijo z uporabo multivariatne analize - teorija ozadja in uporaba za katalitsko dehidrogenativno spajanje butanola z butil butiratom. Reakcijska kemija in inženiring,4(5), 909–918. https://doi.org/10.1039/c8re00238j
16. Herman, C., Haut, B., Halloin, V., Vermylen, V., & Leyssens, T. (2012). Uporaba in situ sond Raman, FBRM® in ATR-FTIR za razumevanje polimorfne transformacije II-I etiracetama v metanolu, posredovane s topilom. Rast in oblikovanje kristalov, 16, 49–56. https://difusion.ulb.ac.be/vufind/Record/ULB-DIPOT:oai:dipot.ulb.ac.be:2013/69679/Details
17. Makosch, M., Kartusch, C., Sá, J., Duarte, R. M., Van Bokhoven, J. A., Kvashnina, K. O., Glatzel, P., Fernandes, D. J., Nachtegaal, M., Kleymenov, E., Szlachetko, J., Neuhold, B., & Hungerbühler, K. (2012). Šaržna reaktorska celica HERFD XAS/ATR-FTIR. Fizikalna kemija Kemijska fizika, 14(7), 2164–2170. https://doi.org/10.1039/c1cp21933b
18. Salehpour, S., & Dubé, M. A. (2011). Spremljanje reakcije polimerizacije stopenjske rasti glicerola z uporabo ATR-FTIR spektroskopije. Makromolekularni reakcijski inženiring, 6(2–3), 85–92. https://doi.org/10.1002/mren.201100071
19. In B. O., & Glennon, B. (2005). Uporaba in situ FBRM in ATR-FTIR za spremljanje polimorfne transformacije d-manitola. Raziskave in razvoj organskih procesov, 9(6), 884–889. https://doi.org/10.1021/op0500887
20. Liotta, V., & Sabesan, V. (2004). Spremljanje in povratni nadzor prenasičenosti z uporabo ATR-FTIR za proizvodnjo aktivne farmacevtske sestavine želene velikosti kristala. Raziskave in razvoj organskih procesov, 8(3), 488–494. https://doi.org/10.1021/op049959n