Teaching FT-IR spectroscopy with the ALPHA

Význam tématu

FT-IR spektroskopie je klíčovou metodou pro charakterizaci organických i anorganických vzorků díky své schopnosti poskytnout informace o molekulárních vazbách a struktuře. Vzdělávací platformy vyžadují robustní, snadno ovladatelné a cenově dostupné přístroje, které studentům a výzkumníkům umožní osvojit si principy ro-vibrační analýzy a identifikace látek bez složitého servisu.

Cíle a přehled článku

Cílem aplikované poznámky je představit FT-IR spektrometr ALPHA od firmy Bruker jako ideální nástroj pro výuku a drobný výzkum. Článek popisuje:

• Vlastnosti přístroje a jeho modulární příslušenství
• Nabídku výukového kitu pro standardní laboratorní cvičení
• Příklady aplikací na spektra plynů, polymerů a vzorků citlivých na vzdušnou vlhkost

Použitá metodika a instrumentace

Spektrometr ALPHA je kompaktní FT-IR přístroj vybavený:

• Patentovaným RockSolid interferometrem pro vysokou stabilitu a přesnost
• Trvalou polovodičovou diodovou laserovou službu jako laserový zdroj
• Vyměnitelným IR zdrojem a desikantem přístupným zezadu
• Mechanismem QuickSnap™ pro rychlou výměnu modulů bez nářadí

Výukový kit zahrnuje:

• Kapalinovou buňku pro kvantitativní měření dle Lambert–Beerova zákona
• Držák polymerních fólií a rozsáhlou databázi polymerů pro identifikaci a stanovení tloušťky interference fringes metodou
• Korozivzdornou plynovou buňku s CaF₂ okny pro měření HCl plynné fáze
• Softwarového průvodce (wizard) a podrobný manuál s připravenými experimenty

Hlavní výsledky a diskuse

1. Ro-vibrační spektrum HCl:
Rozlišení rotační jemné struktury ukázalo dvojité větvení v důsledku izotopů ³⁵Cl a ³⁷Cl. ALPHA s vysokým rozlišením přinesl kvalitní spektra přesně ilustrující fyzikálně-chemické principy.
2. Identifikace polymerních fólií:
Analýza interference fringes a vyhledání v polymerové databázi umožnily rychlé určení typu materiálu a tloušťky folie.
3. Měření vzorků v anaerobním prostředí:
ALPHA umístěný v gloveboxu s diamantovým ATR modulem umožnil bezpečnou a rychlou analýzu vzorků citlivých na vlhkost a kyslík i v rukavicové komoře.
4. Knihovní vyhledávání pro organické sloučeniny:
Automatizované porovnání spektra syntetizované kyseliny acetylsalicylové s databází dosáhlo hit-quality 940 z 1000, což potvrdilo přesnost identifikace.

Přínosy a praktické využití metody

ALPHA poskytuje robustní a flexibilní platformu pro výuku a základní výzkum. Výukový kit s wizardem minimalizuje čas přípravy a usnadňuje pochopení teorie i praxe FT-IR. Rychlá výměna modulů a nízké provozní náklady umožňují využití v běžných cvičeních i malých laboratořích QA/QC.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace s on-line výukovými platformami a virtuálními laboratořemi
• Rozšíření spektrální databáze o nové materiály a biopolymery
• Vývoj automatizovaných protokolů pro rychlou analýzu v průmyslové výrobě
• Kompatibilita s IoT a dálkovou správou přes cloudová řešení

Závěr

FT-IR spektrometr ALPHA spolu s výukovým kitem představuje efektivní nástroj pro vzdělávání i výzkum. Spojení jednoduché obsluhy, modulárnosti a kvalitních spekter umožňuje detailní studium ro-vibrační spektroskopie, identifikaci látek a rychlou kvantifikaci v různých aplikačních scénářích.

Reference

1. Application Note AN M88: Teaching FT-IR Spectroscopy with the ALPHA, Bruker Optics BOPT-01 (2021)