1. IR Spectroscopy سپکتروسکوپی ماتحت سرخ
Downloaded from
دیپارتمنت کیمیای فارمسی وکنترول ادویه

2. دیپارتمنت کیمیای فارمسی وکنترول ادویه
Different Types of IR
Near Infrared
1-3 m (wavelength) used in particle and composition analysis
Middle Infrared
3-50 m (wavelength) primarily used in compound characterization
Far Infrared
m (wavelength) not used
دیپارتمنت کیمیای فارمسی وکنترول ادویه

3. دیپارتمنت کیمیای فارمسی وکنترول ادویه
Principles of IR
Measures heat or thermal energy in a molecule or a system
IR spectroscopy measures the absorption of light due to bond stretching or bending
IR energies correspond to the energies of bond stretching in most molecules
Different types of bonds absorb at different energies (frequencies)
دیپارتمنت کیمیای فارمسی وکنترول ادویه

4. Infrared Spectroscopy (IR) Molecular Vibrations
Fundamental principle
Absorption of photons causes changes in molecular vibrations
Molecular Vibrations
Bonded atoms move around in space
Very fast: one vibration cycle ~10-15 seconds
Bending (H-O-H)
Motion not along bond axis
Less important than stretching
Stretching (H-Cl)
Atoms move along bond axis
دیپارتمنت کیمیای فارمسی وکنترول ادویه

5. دیپارتمنت کیمیای فارمسی وکنترول ادویه
Principles of IR hn
Low Energy High Energy
دیپارتمنت کیمیای فارمسی وکنترول ادویه

6. دیپارتمنت کیمیای فارمسی وکنترول ادویه
IR-Spectroscopy
Atoms in a molecule are constantly in motion
There are two main vibrational modes:
Stretching - (symmetrical/asymmetrical) change in bond length - high frequency
Bending - (scissoring/stretch/rocking/twisting) change in bond angle - low freq.
The rotation and vibration of bonds occur in specific frequencies
Every type of bond has a natural frequency of vibration, depending on
the mass of bonded atoms (lighter atoms vibrate at higher frequencies)
the stiffness of bond (stiffer bonds vibrate at higher frequencies)
the force constant of bond (electronegativity)
the geometry of atoms in molecule
The same bond in different compounds has a slightly different vibration frequ.
Functional groups have characteristic stretching frequencies.
دیپارتمنت کیمیای فارمسی وکنترول ادویه

7. دیپارتمنت کیمیای فارمسی وکنترول ادویه
IR-Spectroscopy
IR region
The part of electromagnetic radiation between the visible and microwave regions 0.8 m to 50 m (12,500 cm cm-1).
Most interested region in Infrared Spectroscopy is between 2.5m-25 m
(4,000cm-1-400cm-1), which corresponds to vibrational frequency of molecules
Interaction of IR with molecules
Only molecules containing covalent bonds with dipole moments are infrared sensitive
Only the infrared radiation with the frequencies matching the natural vibrational frequencies of a bond (the energy states of a molecule are quantitised) is absorbed
Absorption of infrared radiation by a molecule rises the energy state of the molecule
increasing the amplitude of the molecular rotation & vibration of the covalent bonds
Rotation - Less than 100 cm-1 (not included in normal Infrared Spectroscopy)
Vibration - 10,000 cm-1 to 100 cm-1
The energy changes thr. infrared radiation absorption is in the range of 8-40 KJ/mol
دیپارتمنت کیمیای فارمسی وکنترول ادویه

8. Different Types of Vibration
Symmetric Stretch Asymmetric Stretch Wagging
دیپارتمنت کیمیای فارمسی وکنترول ادویه

9. Different Types of Vibration
Rocking Twisting Scissoring
دیپارتمنت کیمیای فارمسی وکنترول ادویه

10. دیپارتمنت کیمیای فارمسی وکنترول ادویه
The IR Equation m2
hn = k(m1 + m2)
m1 m2 k m1
دیپارتمنت کیمیای فارمسی وکنترول ادویه

11. دیپارتمنت کیمیای فارمسی وکنترول ادویه
INFRARED SPECTRA
دیپارتمنت کیمیای فارمسی وکنترول ادویه

12. IR Characteristic Vibrations
دیپارتمنت کیمیای فارمسی وکنترول ادویه

13. IR Units of Measurement
Energies ~ 1-10 kcal/mol or eV
Wavelength ~ 1000 nm - 100,000 nm
Frequency ~ Hz
Wave number (1/l) ~ cm-1 12 15
n = c/l
Frequency is proportional to wave number
دیپارتمنت کیمیای فارمسی وکنترول ادویه

14. دیپارتمنت کیمیای فارمسی وکنترول ادویه
UV vs. IR
IR has narrower peaks relative to UV
IR yields more information than UV
IR allows you to collect data on solids, liquids and gases
UV is more quantitative than IR
UV spectra are easier/faster to collect
UV samples are easier to prepare
UV spectrometers are cheaper
دیپارتمنت کیمیای فارمسی وکنترول ادویه

15. دیپارتمنت کیمیای فارمسی وکنترول ادویه
IR vs. UV
Absorbance
دیپارتمنت کیمیای فارمسی وکنترول ادویه

16. A Modern FTIR instrument
FT = Fourier Transfrom
دیپارتمنت کیمیای فارمسی وکنترول ادویه

17. دیپارتمنت کیمیای فارمسی وکنترول ادویه
FTIR Schematic
50% beamsplitter
fixed mirror
path “b”
moving mirror
path “a” a b x
j- stop
detector
sample
source
دیپارتمنت کیمیای فارمسی وکنترول ادویه

18. دیپارتمنت کیمیای فارمسی وکنترول ادویه
for = m, get constructive interference
 = 0
 is “retardation”
=/2
for = (m+1/2), get destructive interference
دیپارتمنت کیمیای فارمسی وکنترول ادویه

19. دیپارتمنت کیمیای فارمسی وکنترول ادویه
Interferogram:
x = 0
x = 0
Mirror travel FT
Single beam
spectrum of air:
Sample = Cyclohexane
A interferogram m:\kjf\ft raman\080499\ifs\chbh.spc
B interferogram-same as A cm-1 region magnified
C spectrum after FT
Instrument Parameters:
1064 nm excitation
6 mm aperture; scanner velocity = 5.0 KHz; apodization function = Blackman-Harris 4-term; phase resolution = 64; phase correction mode = power spectrum; zero-filling factor = 2; acquisition mode = double sided, correlation test mode = full interferogram length; gain set to automatic, actual signal gain =
100%
H2O
CO2
H2O
4000
400
دیپارتمنت کیمیای فارمسی وکنترول ادویه
Frequency, (cm-1)

20. Fourier Transformation
iwt
F(w) = f(t)e dt
Converts from units of time to units of frequency
دیپارتمنت کیمیای فارمسی وکنترول ادویه

21. دیپارتمنت کیمیای فارمسی وکنترول ادویه
Principles of FTIR
دیپارتمنت کیمیای فارمسی وکنترول ادویه

22. دیپارتمنت کیمیای فارمسی وکنترول ادویه
IR Sample Preparation
Most flexible system for analyzing all 3 states of matter (solid, liquid, gas)
“Neat” (analysis of liquids/oils)
Pellet (analysis of solids)
Thin Cell (analysis of dissolved solid samples - solutions)
Long Cell (analysis of gases)
دیپارتمنت کیمیای فارمسی وکنترول ادویه

23. دیپارتمنت کیمیای فارمسی وکنترول ادویه
IR Spectroscopy
aspirin
دیپارتمنت کیمیای فارمسی وکنترول ادویه

24. Preparing a “Neat” IR Sample
دیپارتمنت کیمیای فارمسی وکنترول ادویه

25. دیپارتمنت کیمیای فارمسی وکنترول ادویه
Preparing a KBr Disk
دیپارتمنت کیمیای فارمسی وکنترول ادویه

26. دیپارتمنت کیمیای فارمسی وکنترول ادویه
Apparatus for KBr Disk
دیپارتمنت کیمیای فارمسی وکنترول ادویه

27. Pressed Disk Preparation
Use powdered, dry KBr, KI, CsI
Mix reagent with KBr in 1:10 ratio
Grind material to 2 m diameter using agate mortar or vibrating ball mill (Wig-L-Bug amalgamator)
Place into die and press to 30 tons/in2 using hand press or wrench + nut
Remove carefully, handle with gloves
دیپارتمنت کیمیای فارمسی وکنترول ادویه

28. دیپارتمنت کیمیای فارمسی وکنترول ادویه
IR Liquid Sample Cell
دیپارتمنت کیمیای فارمسی وکنترول ادویه

29. دیپارتمنت کیمیای فارمسی وکنترول ادویه
IR Gas Sample “Cell”
دیپارتمنت کیمیای فارمسی وکنترول ادویه

30. دیپارتمنت کیمیای فارمسی وکنترول ادویه
Analyzing IR Spectra
Look for C=O peak ( cm-1)
If C=O check for OH ( cm-1)
indicates carboxylic acid
If C=O check for NH (3500 cm-1)
indicates amide
If C=O check for C-O ( cm-1)
indicates ester
If no OH, NH or C-O then ketone
دیپارتمنت کیمیای فارمسی وکنترول ادویه

31. دیپارتمنت کیمیای فارمسی وکنترول ادویه
Analyzing IR Spectra
If no C=O check for OH ( cm-1)
indicates alcohol
If no C=O check for NH (3500 cm-1)
indicates amine
If no C=O & no OH check C-O (1300 cm-1)
indicates ether
Look for C=C ( cm-1) then aromatic
دیپارتمنت کیمیای فارمسی وکنترول ادویه

32. IR Characteristic Vibrations
دیپارتمنت کیمیای فارمسی وکنترول ادویه

33. دیپارتمنت کیمیای فارمسی وکنترول ادویه
Sample IR Spectrum #1
A - CO-OH stretch (3000)
B - CH stretch (2800)
C - C=O ester (1757)
D - C=O carboxy (1690)
E - C=C aromatic (1608)
F - C=C aromatic (1460)
دیپارتمنت کیمیای فارمسی وکنترول ادویه

34. دیپارتمنت کیمیای فارمسی وکنترول ادویه
Sample IR Spectrum #2 C B
C CH3 O A
Acetophenone
A) C=O (1730) B) C=C aromatic (1590) C) C-H aromatic (3050)
دیپارتمنت کیمیای فارمسی وکنترول ادویه

35. دیپارتمنت کیمیای فارمسی وکنترول ادویه
Applications
Qualitative “fingerprint” check for identification of drugs
Used for screening compounds and rapid identification of C=O groups
Can be used to characterize samples in solid states (creams and tablets)
Can detect different crystal isoforms (polymorphs)
Water content measurement
دیپارتمنت کیمیای فارمسی وکنترول ادویه

36. دیپارتمنت کیمیای فارمسی وکنترول ادویه
Applications
Analysis of urine and other biofluids (urea, creatinine, protein)
دیپارتمنت کیمیای فارمسی وکنترول ادویه

37. Applications of Near IR (NIR)
Quality control of pharmaceutical formulations
Determination of particle size
Determination of blend uniformity
Determination or identification of polymorphic drugs
دیپارتمنت کیمیای فارمسی وکنترول ادویه