Informacije dobijene iz spektra IR refleksije. Spektroskopija u infracrvenom području

IR spektroskopija se zasniva na proučavanju spektra apsorpcije u infracrvenom području spektra. Za razliku od ultraljubičastog i vidljivog zračenja, apsorpcija infracrvenog zračenja dovodi do promjene vibracijskih i rotacijskih kretanja pojedinih dijelova molekula u odnosu jedan prema drugom.

Opšti principi IR spektroskopije

U normalnom stanju, u bilo kojoj molekuli, jezgra atoma prave male oscilacije oko ravnotežnog položaja. Apsorpcija infracrvenog zračenja dovodi do povećanja ovih vibracija, a samo takvo infracrveno zračenje apsorbuje supstanca čija se frekvencija poklapa sa frekvencijom vibracija atoma.

U poliatomskoj molekuli sva jezgra vrše složena oscilatorna kretanja, koja se mogu predstaviti kao superpozicija takozvanih normalnih vibracija, tj. takav, u kojem sva jezgra atoma molekule vibriraju istom frekvencijom i fazom, a njeno središte mase ostaje nepomično. Broj normalnih vibracija odgovara broju vibracijskih stupnjeva slobode u molekulu. Na primjer, kod N-atomska nelinearna molekula ima (3 N- 6) vibracioni stepeni slobode. Energija svake normalne vibracije je kvantizirana, a ukupna energija vibracija poliatomske molekule jednaka je zbroju energija njegovih normalnih vibracija.

Normalne vibracije se obično dijele na valence(v) zbog kretanja atoma duž osi veze, i deformacija(5, l, G, t), pri kojem se uglovi veze mijenjaju, ali se dužine veze praktički ne mijenjaju. Frekvencije vibracija istezanja su više od reda veličine veće od frekvencija vibracija savijanja. Za trenutno poznate molekule, frekvencije normalnih vibracija odgovaraju infracrvenom području spektra - X 2,5 do 100 µm (4000 do 100 cm").

Tokom normalnih vibracija, sva jezgra atoma vibriraju istom frekvencijom i fazom, ali sa različitim amplitudama. Ponekad amplituda vibracija atoma koji formiraju određenu vezu može značajno premašiti amplitudu vibracija drugih atoma. Tada se frekvencija ovih oscilacija uslovno pripisuje (pripisuje) oscilacijama ove veze. Ako se ova frekvencija malo mijenja kada se kreće s jedne molekule na drugu, naziva se karakteristika. Prisustvo u IR spektru supstance apsorpcionih traka koje odgovaraju karakterističnim frekvencijama nedvosmisleno ukazuje na prisustvo u molekulima odgovarajućih hemijskih veza. Ova okolnost se široko koristi za strukturno-grupnu analizu supstanci prema njihovim infracrvenim apsorpcionim spektrima. Karakteristične frekvencije za različite vrste hemijskih veza mogu se naći u odgovarajućim tabelama.

Opsezi apsorpcije uočeni u IR spektrima često imaju složenu strukturu. Njegova pojava u tvarima u plinovitom stanju je zbog činjenice da se plinoviti molekuli mogu dovoljno slobodno rotirati. Svaki vibracioni prijelaz u molekulu je praćen velikim brojem rotacijskih prijelaza. Stoga, uz vibracione trake sa obe njihove strane, spektri takođe sadrže trake koje odgovaraju vibracijsko-rotacionim prelazima. Kako molekuli postaju složeniji, odvojene uske trake se preklapaju jedna s drugom i uočavaju se široke, slabo strukturirane vibraciono-rotacijske trake.

Kristalne tvari ne pokazuju vibracionu strukturu, ali se zbog interakcije molekula u kristalu u određenom broju slučajeva može uočiti cijepanje jedne trake na nekoliko traka (multipleta). Snažno širenje traka u spektrima čvrstih i tečnih supstanci, kao i njihovih koncentrisanih rastvora, može biti posledica prisustva međumolekularnih vodoničnih veza.

Za snimanje IR spektra gasovitih uzoraka koriste se specijalne gasne kivete koje su cilindar dužine oko 10 cm sa hermetičkim prozorima od KBr ili CaF 2 prozirnim u IR području spektra na krajevima i vakuum ventilima za punjenje testom. gas i ispumpavanje. Postoje plinske kivete s više prolaza, u kojima ogledala omogućavaju višestruki prolaz zraka kroz plin koji se proučava. U takvim kivetama dužina putanje zraka može biti do 10 m.

Tečnosti i tečni rastvori se ispituju u obliku tankih filmova određene debljine zatvorenih između dve ravnoparalelne ploče od halogenida alkalnih ili zemnoalkalnih metala (LiF, KBr, CaF.;). Debljina sloja tečnosti je postavljena teflonskom zaptivkom postavljenom između ploča. Kao rastvarači koriste se tekućine bez vlage, providne u onim spektralnim područjima gdje se očekuje pojava spektralnih traka otopljene tvari. U te svrhe najčešće se koriste benzen, hloroform, ugljični tetrahlorid, tetrahloretilen, acetonitril, dioksan.

Čvrsti uzorci se analiziraju ili kao fina suspenzija u vazelinskom ulju ili drugim sličnim tečnostima, ili kao tablete kalijum bromida u koje se u fazi proizvodnje unosi fini prah analita. Za proučavanje tankih filmova, oni se preliminarno nanose na površinu silikonske pločice visokog otpora (specifični otpor ne manji od 10-15 Ohm-cm).

IR spektri su vrlo specifični i stoga se široko koriste za identifikaciju supstanci. Ne postoje dvije supstance koje imaju isti IR spektar. Trenutno postoje atlasi u kojima su navedeni spektri različitih organskih, elementarnih i neorganskih jedinjenja, uslovi za pripremu uzoraka i snimanje spektra, kao i modeli spektrometara na kojima su spektri snimljeni.

Identifikacija nepoznate supstance po njenom IR spektru sastoji se u poređenju njenog spektra sa referentnim spektrom datim u atlasu. S obzirom da se spektri iste supstance dobijeni pod različitim uslovima mogu razlikovati jedan od drugog, najvažniji uslov za ispravno poređenje spektra je istovetnost uslova za njihovu registraciju.

Podudarnost spektra dvije supstance ukazuje na njihov identitet. Odsustvo u spektru uzorka koji se proučava, traka prisutnih u spektru standarda jasno ukazuje na razliku između ovih supstanci. Prisustvo u spektru ispitnog uzorka većeg broja traka u poređenju sa spektrom standarda može ukazivati ​​i na razliku između te dvije supstance i na kontaminaciju uzorka nečistoćama.

Uz pomoć IR Siektroskoia moguće je izvršiti kvalitativnu analizu mješavine tvari nepoznatog ili djelomično poznatog sastava, pri čemu se prva provodi nakon odvajanja mješavine poznatim metodama.

Koristeći osnovni zakon apsorpcije svjetlosti, može se izvršiti i kvantitativna analiza uzoraka i odrediti debljina poluvodičkih i dielektričnih filmova. Analiza smeša supstanci IR skatroskopijom zasniva se na osnovnom zakonu apsorpcije svetlosti i zakonu aditiva optičkih gustoća. Budući da su vrijednosti molarnih koeficijenata u IR području spektra relativno male (a ~ 1-H0-10 3), granica detekcije supstanci IR spektroskopijom je prilično visoka (0,1-10 tež.%) sa relativno niska tačnost određivanja (5-20 %).

FEDERALNA AGENCIJA ZA OBRAZOVANJE OREL DRŽAVNA TEHNIČKA

UNIVERZITET

PREHRAMBENI BIOTEHNOLOŠKI I KOMODIČNI FAKULTET

Abstract

infracrvena spektroskopija

Završeno: učenik grupe 11TE,

Prehrambeno-biotehnološki i roboslovni fakultet

Lezhepekov I.S.

naučni savetnik:

Klimova N.V.

Orao, 2009

Uvod…………………………………………………………………….3

Princip metode…………………………………………3

Teorijske osnove metode……………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… 4

Uređaji, oprema……………………………………………………6

Primjena………………………………………………………...10

Zaključak…………………………………………………………… 12

Spisak korišćene literature…………………………………13

Aplikacija

Uvod.

Savremena proizvodnja prehrambenih proizvoda garantovanog kvaliteta zahteva upotrebu dobro reproducibilnih i tačnih ekspresnih metoda za praćenje sastava i svojstava. Postizanje stabilno visokog kvaliteta proizvoda neraskidivo je povezano sa organizacijom pravovremene kontrole kvaliteta sirovina i poluproizvoda u svim fazama tehnološkog procesa. U tom smislu, opremanje proizvodnih laboratorija uređajima za ekspresnu kontrolu omogućava vam da pravovremeno odgovorite na svako odstupanje tehnoloških parametara; glavna prednost upravljanja instrumentima je efikasnost. Ove metode operativne analize treba, naravno, uključiti i one koje su rasprostranjene u mnogim zemljama svijeta metoda spektroskopije.

Metoda IR spektroskopije igra važnu ulogu u identifikaciji hemijskih i organskih supstanci, zbog činjenice da svako hemijsko jedinjenje ima jedinstven IC spektar

1. Princip metode

Infracrvena spektroskopija (IR spektroskopija), dio molekularne optičke spektroskopije koji proučava spektre apsorpcije i refleksije elektromagnetnog zračenja u IR području, tj. u opsegu talasnih dužina od 10 -6 do 10 -3 m. IR spektar je složena kriva sa velikim brojem maksimuma i minimuma. Glavne karakteristike IR spektra apsorpcije: broj apsorpcionih traka u spektru, njihov položaj, određen frekvencijom (ili talasnom dužinom), širina i oblik traka, veličina apsorpcije - određeni su prirodom (strukturom i hemijski sastav) apsorbujuće supstance, a zavise i od stanja agregacije supstance, temperature, pritiska itd. Spektralne karakteristike (položaji maksimuma traka, njihova poluširina, intenzitet) pojedinačnog molekula zavise od mase njegovih sastavnih atoma, geom. struktura, karakteristike međuatomskih sila, distribucija naelektrisanja itd. Stoga su IC spektri veoma individualni, što određuje njihovu vrednost u identifikaciji i proučavanju strukture jedinjenja. infracrvena spektroskopija daje vrlo važne informacije o vibracijskim frekvencijama jezgara, koje zavise od strukture molekula i jačine valentnih veza. Frekvencije vibracija određenog para hemijski povezanih atoma (vibracije istezanja) obično leže u određenim granicama. Na primjer, frekvencije C–H vibracija imaju različite raspone ovisno o preostalim vezama atoma ugljika, što često omogućava određivanje prisutnosti odgovarajućih grupa u organskom spoju.

2. Teorijske osnove metode

Atomi u molekuli doživljavaju kontinuirane vibracije, a sama molekula rotira kao cjelina, pa ima nove energetske nivoe kojih nema u izolovanim atomima.Molekul može biti u više energetskih stanja sa većim (E 2) ili manjim (E 1) vibracijska energija. Ova energetska stanja se nazivaju kvantizovana. Apsorpcija kvanta svjetlosti s energijom E jednakom E 2 - E 1 prenosi molekul iz nižeg energetskog stanja u više. To se zove ekscitacija molekula.

Kao rezultat toga, atomi vezani jedan za drugog u molekuli počinju intenzivnije vibrirati u odnosu na neke početne pozicije. Ako posmatramo molekul kao sistem atoma-loptica povezanih oprugama, tada se opruge sabijaju i rastežu, osim toga savijaju.

Iako je IR spektar karakteristika cijele molekule, pokazalo se da određene grupe atoma imaju apsorpcione trake na određenoj frekvenciji, bez obzira na strukturu ostatka molekula. Ove trake, koje se nazivaju karakteristične, nose informacije o strukturnim elementima molekula.

Postoje tabele karakterističnih frekvencija, prema kojima se mnoge trake IR spektra mogu povezati sa određenim funkcionalnim grupama koje čine molekul (Dodatak). Karakteristične će biti vibracije grupa koje sadrže laki atom vodonika (S–N, O–N, N–N), vibracije grupa sa višestrukim vezama (S=S, S=N, S=O) itd. grupe se pojavljuju u spektralnom opsegu od 4000 do 1600 cm–1.

Područje spektra od 1300 do 625 cm–1 poznato je kao područje "otiska prsta". Ovo uključuje apsorpcione trake koje odgovaraju vibracijama grupa S–S, S–O, S–N, kao i vibracije savijanja. Kao rezultat snažne interakcije ovih vibracija, nemoguće je dodijeliti apsorpcione trake pojedinačnim vezama. Međutim, čitav niz apsorpcionih traka u ovoj regiji je individualna karakteristika spoja. Podudarnost svih traka nepoznate (istražene) supstance sa spektrom poznatog standarda odličan je dokaz njihovog identiteta. Parametri molekularnih modela su mase atoma koji čine sistem, dužine veze, uglovi veze i torzije, karakteristike potencijalne površine (konstante sile, itd.), dipolni momenti veze i njihovi derivati ​​u odnosu na dužine veze, itd.

Infracrvena spektroskopija omogućava identifikaciju prostornih i konformacionih izomera, proučavanje intra- i intermolekularnih interakcija, prirodu hemijskih veza, raspodelu naelektrisanja u molekulima, fazne transformacije, kinetiku hemijskih reakcija, da registruju kratkotrajne (životni vek) do 10 -6 s) čestica, za preciziranje pojedinačnih geometrijskih parametara, primanje podataka za proračun termodinamičkih funkcija itd.

Neophodna faza ovakvih studija je interpretacija spektra, tj. određivanje oblika normalnih vibracija, raspodjela energije vibracija po stupnjevima slobode, izbor značajnih parametara koji određuju položaj traka u spektrima i njihov intenzitet. Proračuni spektra molekula koji sadrže do 100 atoma, uključujući polimere, vrše se pomoću kompjutera. U ovom slučaju potrebno je poznavati karakteristike molekularnih modela (konstante sile, elektrooptički parametri, itd.), koje se pronalaze rješavanjem odgovarajućih inverznih spektralnih problema ili kvantno-hemijskim proračunima. U oba slučaja obično je moguće dobiti podatke za molekule koji sadrže atome samo prva četiri perioda periodnog sistema.

3. Uređaji, oprema

Glavni dijelovi klasičnog spektrofotometra su izvor kontinuiranog toplinskog zračenja, monohromator i neselektivni detektor zračenja. Ispred ulaznog (ponekad iza izlaznog) proreza postavlja se kiveta sa supstancom (u bilo kojem stanju agregacije). Kao disperzioni uređaj monohromatora koriste se prizme od različitih materijala (LiF, NaCl, KCl, CsF itd.) i difrakcija na rešetki. Sekvencionalno odvođenje zračenja različitih valnih dužina do izlaznog proreza i prijemnika zračenja (skeniranje) vrši se okretanjem prizme ili rešetke.

Rad uređaja u shemi s dva zraka temelji se na nultom metodu. Zračenje iz izvora zračenja 1 usmjerava se pomoću ogledala 2 - 5 kroz dva kanala: u jedan kanal (I) postavljen je ispitni uzorak (6), u drugi (II) - fotometrijski klin (7) i referentni uzorak (8).

Pomoću čopera (9) svjetlosni snopovi iz kanala I i II naizmenično prolaze kroz disperzivni sistem monohromatora formiranog prizmom 10 soli LiF, NaCl ili KBr, razlažu se u spektar i ulaze u prijemnik zračenja. bolometar. Kada je intenzitet zraka u oba kanala isti, konstantno toplotno zračenje ulazi u bolometar i na ulazu pojačala se ne pojavljuje signal. U prisustvu apsorpcije, zraci različitog intenziteta padaju na bolometar i na njemu se pojavljuje naizmjenični signal. Ovaj signal, nakon pojačanja, pomiče fotometrijski klin, dovodeći na nulu razliku između apsorbancije uzorka i fotometrijskog klina. Fotometrijski klin je mehanički povezan sa olovkom, olovka registruje vrednost apsorpcije.

Optička shema.

Izvori zračenja - šipke koje se zagrijavaju električnom strujom iz različitih materijala. Prijemnici: osjetljivi termoparovi, metalni i poluprovodnički toplinski otpori (bolometri) i plinski termalni pretvarači, čije zagrijavanje stijenke posude dovodi do zagrijavanja plina i promjene njegovog pritiska, koji je fiksan. Izlazni signal ima oblik konvencionalne spektralne krive. Prednosti uređaja klasične sheme: jednostavnost dizajna, relativna jeftinost.

Nedostaci: nemogućnost registracije slabih signala zbog niskog odnosa signal-šum, što uvelike otežava rad u dalekom infracrvenom području; relativno niske rezolucije, dugotrajna (u roku od nekoliko minuta) registracija spektra.

Fourier spektrometar

Fourier spektrometri nemaju ulazne i izlazne proreze, a glavni element je interferometar. Tok zračenja iz izvora se dijeli na dva snopa koji prolaze kroz uzorak i interferiraju. Razlika u putanji snopa varira pomoću pokretnog ogledala koje odražava jednu od greda.

Početni signal zavisi od energije izvora zračenja i od apsorpcije uzorka i ima oblik zbira velikog broja harmonijskih komponenti. Za dobijanje spektra u uobičajenom obliku, odgovarajuća Fourierova transformacija se izvodi pomoću ugrađenog računara. Prednosti Fourierovog spektrometra: visok omjer signal-šum, mogućnost rada u širokom rasponu valnih dužina bez promjene disperzivnog elementa, brza (u sekundama i dijelovima sekunde) registracija spektra, visoka rezolucija (do 0,001 cm -1). Nedostaci: složenost proizvodnje i visoka cijena.

Svi spektrofotometri su opremljeni kompjuterom koji obavlja primarnu obradu spektra: akumulaciju signala, njihovo odvajanje od šuma, oduzimanje pozadine i spektra poređenja (spektra rastvarača), reskaliranje snimanja, proračun eksperimentalnih spektralnih parametara, poređenje spektri sa zadatim, diferencijacija spektra itd. Kivete za IC spektrofotometre izrađuju se od materijala koji su transparentni u IC području. CCl 4 , CHCl 3 , tetrahloretilen, vazelinsko ulje se obično koriste kao rastvarači. Čvrsti uzorci se često drobe, miješaju s KBr prahom i komprimiraju u tablete. Za rad s agresivnim tekućinama i plinovima, na prozorima kivete koriste se posebni zaštitni premazi (Ge, Si). Ometajući utjecaj zraka eliminiše se evakuacijom uređaja ili pročišćavanjem dušikom. U slučaju slabo apsorbirajućih supstanci (razrijeđeni plinovi i sl.), koriste se višeprolazne ćelije kod kojih dužina optičke staze doseže stotine metara zbog višestrukih refleksija od sistema paralelnih ogledala.

Metoda izolacije matrice, u kojoj se ispitni plin miješa s argonom, a zatim se smjesa zamrzava, postala je široka primjena. Kao rezultat toga, poluširina apsorpcionih traka naglo se smanjuje, a spektar postaje kontrastniji.

Upotreba posebne mikroskopske tehnike omogućava rad s objektima vrlo malih veličina (frakcije mm). Za registraciju spektra površine čvrstih tijela koristi se metoda frustrirane ukupne unutrašnje refleksije. Zasnovan je na apsorpciji površinskim slojem tvari energije elektromagnetnog zračenja koje izlazi iz ukupne unutrašnje refleksijske prizme, koja je u optičkom kontaktu s površinom koja se proučava.

4. Aplikacija

Infracrvena spektroskopija se široko koristi za analizu smeša i identifikaciju čistih supstanci. Kvantitativna analiza zasniva se na zavisnosti intenziteta apsorpcionih traka o koncentraciji supstance u uzorku. U ovom slučaju, količina supstance se ne procjenjuje prema pojedinačnim apsorpcijskim trakama, već prema spektralnim krivuljama u cjelini u širokom rasponu valnih dužina. Ako je broj komponenti mali (4-5), onda je moguće matematički izdvojiti njihove spektre čak i uz značajno preklapanje potonjih.

Sistemi umjetne inteligencije se koriste za identifikaciju novih supstanci (čiji molekuli mogu sadržavati do 100 atoma). U ovim sistemima se generišu strukturni molekuli na osnovu spektrostrukturnih korelacija, zatim se konstruišu njihovi teorijski spektri koji se upoređuju sa eksperimentalnim podacima. Proučavanje strukture molekula i drugih objekata pomoću infracrvene spektroskopije podrazumijeva dobijanje informacija o parametrima molekularnih modela i matematički se svodi na rješavanje odredišta inverznih spektralnih problema. Rješenje ovakvih problema vrši se uzastopnom aproksimacijom željenih parametara izračunatih pomoću posebne teorije spektralnih krivulja eksperimentalnim.

IR spektri se mjere za gasovita, tečna i čvrsta jedinjenja, kao i njihova rastvora u različitim rastvaračima. Neke primjene IC spektroskopije

Hemija i petrohemija.
Kvalitativna i kvantitativna analiza sirovina, međuproizvoda i finalnih proizvoda sinteze. Frakcijski i strukturno-grupni sastav naftnih derivata. Analiza goriva: etri, alkoholi, aromati, oktanski broj. Fourier spektrometri se mogu koristiti za ekspresnu analizu ulja, gasnih kondenzata, prirodnog gasa i proizvoda njihove prerade.

Hemija polimera.
Analiza kopolimera. Sintetičke gume: sastav, strukturne karakteristike. Analiza modificirajućih aditiva: plastifikatora, antioksidansa.

farmaceutska industrija.
Utvrđivanje autentičnosti supstanci prema IR standardima, kontrola kvaliteta doznih oblika i sirovina.

Analiza gasa. Analiza višekomponentnih gasnih mešavina.
Kontrola kvaliteta proizvoda gasne industrije, analiza sastava i sadržaja vlage prirodnog gasa.

Elektronska industrija.
Kontrola kvaliteta poluprovodničkog silicijuma i parametri tankih slojeva. Analiza sastava procesnih gasova.

Prehrambena i parfemska industrija.
Ekspresna kontrola sirovina i gotovih proizvoda: sadržaja proteina, vlakana, masti, vlage.

Kontrola životne sredine.
Kontrola naftnih derivata u vodi i zemljištu. Kontrola atmosferskog vazduha, vazduha radne zone i emisija industrijskih preduzeća.

Forenzička, forenzička i bioklinička analiza.
Kvalitativna i kvantitativna analiza prirodnih supstanci i proizvoda sinteze. Identifikacija droga, agenasa i eksploziva. Analiza tragova ostataka supstanci.

Zaključak

Metoda infracrvene spektroskopije omogućava predviđanje kvalitativnog kvantitativnog sastava hemijskih jedinjenja sa velikom verovatnoćom. Savremeni instrumenti omogućavaju da se postupak mjerenja ovih pokazatelja provede sa dovoljnom preciznošću i visokom ponovljivošću rezultata mjerenja.

Glavne prednosti ove metode su

1. Značajno smanjenje vremena za analizu;

2. značajne uštede energije;

3.uređaji ne zahtevaju upotrebu skupog potrošnog materijala i hemikalija;

4. Mnogo manje strogi zahtjevi za specijalnu obuku nameću se uslužnom osoblju koje obavlja rutinska mjerenja (u poređenju sa njihovim kolegama koji izvode tradicionalne laboratorijske metode analize).

Spisak korišćene literature.

1. Bellamy L., Infracrveni spektri molekula, trans. sa engleskog, M., 1957;

2. Cross A., Uvod u praktičnu infracrvenu spektroskopiju, trans. sa engleskog, M., 1961;

3. Kazitsyna L.A., Kupletskaya N.B. Primena UV, IR, NMR i masene spektroskopije u organskoj hemiji. M.: Izdavačka kuća Moskve. un-ta, 1979, 240 str.;

4. Silverstein R., Bassler G., Morril T. Spektrometrijska identifikacija organskih jedinjenja. M.: Mir, 1977, 590 str. spektroskopija u hemiji, trans. sa engleskog, M., 1959;

5. Chulanovsky V. M., Uvod u molekularnu spektralnu analizu, 2. izdanje, M.-L., 1951.

Aplikacija

Table"Frekvencije karakterističnih vibracija koje uključuju jednostruke veze"

			Zadatak i bilješke
			C-C konekcije. Obično postoji nekoliko bendova. Nije primjenjivo u svrhu identifikacije
			ν kao (C–O–C) u acikličnim eterima
			ν kao (C–O–C) u alkilaril i alkilvinil eterima
			ν(C–O) u primarnim, sekundarnim i tercijarnim alkoholima, indikacije su indikativne
			ν(C–O) u fenolima
			ν(C–N) u aromatičnim aminima i amidima
			ν(C–N) u alifatskim aminima i amidima
			ν(C–N) u nitro jedinjenjima
			U monofluoro-supstituisanom
			U di- i polifluoro-supstituisanim. Što je veći stepen supstitucije, to je veća frekvencija
			U monohloru. U polihlor-supstituisanom iznad - do 800 cm -1
			u aromatičnim jedinjenjima
			Posmatrano zajedno sa δ(CH 3) na 1360 cm -1
	1430 1115±25	v.s v.s	Tačan zadatak nepoznat
			u alifatskim etrima

Tabela KARAKTERISTIČNE FREKVENCIJE OSCILACIJA NEKE GRUPE
Grupa (vrsta vibracije)	Talasni broj, cm –1
O–H (valencija)
N–H (valencija)
C–H (valencija)
C C (valencija)
C=O (valencija)
C=N (valencija)
C=C (valencija)
N–H (deformacija)
C–H (deformacija)
O–H (deformacija)

Infracrveni spektri organskih jedinjenja

IR spektar n-heksana CH 3 (CH 2 ) 4 CH 3

IR spektar heksena-1 CH 2 =CH(CH 2 ) 3 CH 3

IR spektar heksanola-2 CH 3 (CH 2 ) 3 CH(OH)CH 3

IR spektar heksanona-2 CH 3 (CH 2 ) 3 C(O)CH 3

IR spektar toluena CH 3

Zadatak. Koje od sljedećih jedinjenja pripada IR spektru prikazanom na slici Objasnite svoj izbor.

IR spektar nepoznatog jedinjenja

Rješenje. U području od 1800–1650 cm–1 nema apsorpcije, stoga jedinjenje ne sadrži C=O grupu. Od dvije preostale supstance - fenola i benzil alkohola - biramo alkohol, jer spektar ima traku  C–H = 2950–2850 cm–1 CH 2 grupe (ugljenik u stanju sp 2 hibridizacije).

Rad na kursu

Metode infracrvene spektroskopije i njihova tehnička implementacija

Uvod

Spektroskopija je grana fizike i analitičke hemije posvećena proučavanju spektra interakcije zračenja sa materijom. U fizici se spektroskopske metode koriste za proučavanje različitih svojstava ovih interakcija. Područja primjene spektroskopije podijeljena su prema predmetima proučavanja: atomska spektroskopija, molekularna spektroskopija, masena spektroskopija, nuklearna spektroskopija, infracrvena spektroskopija i dr.

Pojava spektroskopije može se pripisati 1666. godini, kada je I. Newton prvi razložio sunčevu svjetlost u spektar. Najvažnije faze u daljem razvoju spektroskopije bile su otkriće i istraživanja početkom 19. stoljeća. apsorpcione linije u sunčevom spektru (Fraunhoferove linije), uspostavljanje veze između emisionog i apsorpcionog spektra (G.R. Kirchhoff i R. Bunsen, 1859) i pojava spektralne analize na njenoj osnovi. Uz njegovu pomoć, po prvi put je bilo moguće odrediti sastav astronomskih objekata - Sunca, zvijezda, maglina. U 2. polovini 19. - početkom 20. vijeka. spektroskopija se nastavila razvijati kao empirijska nauka, akumuliran je ogroman materijal na optičkim spektrima atoma i molekula, a utvrđene su pravilnosti u rasporedu spektralnih linija i traka. N. Bohr je 1913. godine objasnio ove zakone na osnovu kvantne teorije, prema kojoj spektri elektromagnetnog zračenja nastaju tokom kvantnih prelaza između energetskih nivoa atomskih sistema u skladu sa Borovim postulatima. Nakon toga, spektroskopija je igrala važnu ulogu u stvaranju kvantne mehanike i kvantne elektrodinamike, koja je zauzvrat postala teorijska osnova moderne spektroskopije. Ove studije je dalje razvio Rubens, koji je u potpunosti potvrdio valjanost Planckove formule (1921).

Razvoj istraživanja infracrvenog područja spektra i unapređenje eksperimentalnih metoda dovode do sve većeg rasvjetljavanja strukture materije i niza pitanja u kvantnoj mehanici. Od posebnog značaja je problem kvantitativnog merenja intenziteta, kao i merenja u dugotalasnom delu spektra.

Ako želimo podijeliti povijest infracrvene spektroskopije na periode (iako se ne može povući oštra granica), onda se vrijeme prije Langleyjevog rada može nazvati pionirskim periodom nakon kojeg počinje opće široko proučavanje spektra i energičan razvoj metoda. za proučavanje počinje; istovremeno su utvrđene glavne pravilnosti. Možemo pretpostaviti da se ovaj period završava smrću Rubensa 1923. godine, nakon čega ulazimo u period dubljeg detaljnog proučavanja.

U razvoju spektroskopije kao fizičke metode za proučavanje materije, mogu se razlikovati dvije glavne faze. Prva faza je period empirijske akumulacije činjenica - razlaganje bijele boje u spektar pomoću prizme, posmatranje linija i apsorpcionih traka; uspostavljanje mnogih obrazaca - odnosa između apsorpcije i emisivnosti supstance, uticaj na spektralne linije spoljašnjih magnetnih i električnih polja, kao i pokušaji da se teorijski opišu posmatrane zavisnosti.

Druga faza, koja je započela nakon Borove formulacije 1913

njegove čuvene kvantne postulate i kasniji brzi razvoj kvantne teorije, obilježila je činjenica da je spektroskopija stavljena na čvrstu naučnu osnovu. Značajan doprinos tome dali su ruski i sovjetski naučnici. Uporedo sa stvaranjem teorijskih osnova spektroskopije, što je dovelo do otkrića niza novih optičkih efekata (fenomen Ramanovog raspršenja svetlosti). Sve to stvorilo je pretpostavke za široko uvođenje spektroskopskih metoda istraživanja u najrazličitije oblasti nauke i prakse.

Spektroskopske metode se koriste za proučavanje energetskih nivoa atoma, molekula i makroskopskih sistema nastalih od njih i kvantnih prelaza između energetskih nivoa, što daje važne informacije o strukturi i svojstvima materije. Kao objekti spektroskopskog proučavanja, mogu se koristiti različite supstance u bilo kom stanju agregacije. U najjednostavnijem slučaju, ovo je razrijeđeni plin, čija je prosječna udaljenost između molekula toliko velika da se mogu razmatrati odvojeno jedan od drugog. U najsloženijem slučaju radi se o kondenziranom tijelu, u kojem je svaka čestica koja ga formira pod utjecajem sila međumolekularne interakcije. S tim u vezi, iz spektroskopskih podataka mogu se dobiti informacije kako o strukturi i svojstvima molekula, tako i o silama međumolekularne interakcije, a samim tim i o strukturi materije u cjelini.

Koristeći infracrvene spektre organskih jedinjenja, možemo odrediti sastav supstance i utvrditi ne samo elementarni sastav, već i strukturne karakteristike.

1. Poreklo IR spektra

Infracrvena spektroskopija je grana spektroskopije koja pokriva područje dugotalasne dužine spektra (više od 730 nm izvan crvene granice vidljive svjetlosti). Infracrveni spektri nastaju kao rezultat vibracionog (delimično rotacionog) kretanja molekula, odnosno kao rezultat prelaza između vibracionih nivoa osnovnog elektronskog stanja molekula. U fizici se spektroskopske metode koriste za proučavanje različitih svojstava ovih interakcija. U analitičkoj hemiji - za detekciju i određivanje supstanci, merenjem njihovih karakterističnih spektra, tj. metode spektrometrije.

Metoda infracrvene spektroskopije je univerzalna fizičko-hemijska metoda koja se koristi u proučavanju strukturnih karakteristika različitih organskih i neorganskih spojeva. Zasnovan je na fenomenu apsorpcije od strane grupa atoma ispitivanog objekta elektromagnetnog zračenja u infracrvenom opsegu. Apsorpcija je povezana s pobuđivanjem molekularnih vibracija kvantima infracrvene svjetlosti. Kada je molekul ozračen infracrvenim zračenjem, apsorbuju se samo oni kvanti čije frekvencije odgovaraju frekvencijama valencije, deformacije i elektronskih vibracija molekula. Ova metoda se temelji na takvom fizičkom fenomenu kao što je infracrveno zračenje. Infracrveno zračenje se naziva i "toplinsko" zračenje, jer sva tijela, čvrsta i tečna, zagrijana na određenu temperaturu, zrače energiju u infracrvenom spektru. U ovom slučaju, talasne dužine koje emituje telo zavise od temperature grejanja: što je temperatura viša, to je talasna dužina kraća i intenzitet zračenja je veći.

Obično se frekvencija koristi za snimanje IR spektra, rjeđe talasne dužine. Broj karakterističnih apsorpcionih traka atomskih grupa, njihov intenzitet i položaj maksimuma uočenih u infracrvenim spektrima daju ideju o strukturi pojedinačnog spoja ili o komponentnom sastavu složenih supstanci. Intenzitet apsorpcione trake određen je količinom koju atomske ili funkcionalne grupe uzorka apsorbuju kada infracrvene zrake prolaze kroz njih. Važan dijagnostički indikator apsorpcionih traka je transmisiona vrijednost. Ovaj pokazatelj i koncentracija supstance u uklonjenom predmetu su obrnuto proporcionalni, što se koristi za kvantitativna određivanja sadržaja pojedinih komponenti.

Infracrvena spektroskopija se uglavnom bavi proučavanjem molekularnih spektra, budući da se većina vibracionih i rotacionih spektra molekula nalazi u IR području. Proučavanje strukture molekula i drugih objekata pomoću infracrvene spektroskopije podrazumijeva dobijanje informacija o parametrima molekularnih modela i matematički se svodi na rješavanje inverznih spektralnih problema. Rješenje ovakvih problema vrši se uzastopnom aproksimacijom željenih parametara izračunatih pomoću posebne teorije spektralnih krivulja eksperimentalnim.

Infracrvena spektroskopija omogućava identifikaciju prostornih izomera, proučavanje intra- i intermolekularnih interakcija, prirodu hemijskih veza, distribuciju naelektrisanja u molekulima, registrovanje kratkog veka (životni vek do 10 6c) čestice, dobijanje podataka za izračunavanje termodinamičkih funkcija, utvrđivanje oblika normalnih vibracija, distribucija energije vibracija po stepenima slobode, položaj traka u spektrima i njihovi intenziteti. Proračuni spektra molekula koji sadrže do 100 atoma, uključujući polimere, vrše se pomoću kompjutera. U ovom slučaju potrebno je poznavati karakteristike molekularnih modela (konstante sile, elektrooptički parametri, itd.), koje se pronalaze rješavanjem odgovarajućih inverznih spektralnih problema ili kvantno-hemijskim proračunima. Stoga se infracrvena spektroskopija kao metoda za proučavanje strukture molekula najviše koristi u organskoj hemiji. U nekim slučajevima, za gasove u infracrvenom području, moguće je posmatrati rotacionu strukturu vibracionih traka. Ovo omogućava da se izračunaju dipolni momenti i geometrijski parametri molekula, da se preciziraju konstante sile, itd.

Infracrvena spektroskopija ima niz prednosti u odnosu na spektroskopiju u vidljivom i ultraljubičastom području, jer omogućava praćenje promjene svih glavnih tipova veza u molekulima ispitivanih tvari. Kada se koristi infracrvena spektroskopija za određivanje kvalitativnog i kvantitativnog sastava prirodnih mješavina, nema uništavanja tvari, što im omogućava da se koriste za naknadna istraživanja.

1.1 Klasična teorija vibracionih spektra

Vibracioni spektri su izuzetno specifične i osetljive karakteristike molekula, pa se široko koriste u hemijskim istraživanjima. Prednost metoda vibracijske spektroskopije je u tome što se mogu koristiti za proučavanje gotovo bilo koje tvari u bilo kojem agregacijskom stanju (gasovitom, tekućem ili čvrstom, uključujući kristale). Ova metoda analize zasniva se na snimanju infracrvenih apsorpcionih spektra supstance. Apsorpcija tvari u infracrvenom području nastaje zbog vibracija atoma u molekulima. Za dobijanje vibracionih spektra dovoljna je vrlo mala količina materijala koji se proučava (u zavisnosti od vrste i osetljivosti spektrometra, do nekoliko miligrama).

Postoji nekoliko vrsta vibracija atoma u poliatomskoj molekuli: valentna (razmak između atoma se mijenja), dijele se na simetrične i antisimetrične; deformacija (ugao između veza se menja bez promene njihove dužine) (Slika 1, a - c).

a b in

a − valentno-simetrično; b - valentno-antisimetrično; c - deformacija

Slika 1. Vibracije atoma u triatomskom SO molekulu

Tokom valentno-simetričnih vibracija, dipolni moment se ne mijenja (nema linija u IR području). Valentno-antisimetrične vibracije i deformacije narušava simetriju molekula, pojavljuje se dipolni moment i, kao rezultat, pojavljuju se linije u IR području. Prelazi između različitih vibracionih stanja u molekulima su kvantizovani, zbog čega apsorpcija u IR oblasti ima oblik spektra, gde svaka vibracija ima svoju talasnu dužinu. Talasna dužina svake vibracije zavisi od toga koji atomi učestvuju u njoj, a osim toga, malo zavisi od njihovog okruženja. Odnosno, za svaku funkcionalnu grupu karakteristične su oscilacije određene talasne dužine, tačnije, čak i za svaku grupu je karakterističan niz oscilacija (odnosno, pojasevi u IC spektru). Upravo na ovim svojstvima IR spektra zasniva se identifikacija jedinjenja na osnovu spektralnih podataka. (Slika 2).

Slika 2. Grafički prikaz rotacionih, vibracionih, elektronskih prelaza

Od svih vibracijskih prelaza, prelazak na najbliži vibracioni podnivo je najverovatniji. Odgovara spektralnoj liniji koja se zove glavna. Manje vjerovatni prijelaz na više vibracione podnivoe odgovara spektralnim linijama koje se nazivaju prizvuci. Njihova frekvencija je 2, 3 itd. puta veći od frekvencije glavne linije, a intenzitet je znatno manji. Glavna linija je označena slovom n, a prizvuci su 2n, 3n, itd. Većina poznatih vibracionih frekvencija leži u opsegu od 1012-1014 Hz, što odgovara infracrvenom (IR) opsegu elektromagnetnog zračenja.

Glavne metode vibracione spektroskopije su IR spektroskopija i Ramanova spektroskopija (RS), koja se naziva i Ramanovo rasejanje. IR spektri su apsorpcioni spektri i tumače se u smislu apsorpcionih traka.

IR spektrometri omogućavaju brzo dobijanje vibracionih spektra tečnosti i gasova, kao i čvrstih tela koji su dovoljno transparentni u proučavanom opsegu frekvencija zračenja (otprilike 40-6000 cm-1 za najčešće instrumente), što omogućava kvalitativnu i kvantitativnu analizu uzoraka. Zbog činjenice da neki vibracioni prijelazi mogu biti zabranjeni pravilima selekcije, određeni broj frekvencija vibracija svojstvenih karakterističnim strukturnim grupama može biti odsutan u spektrima snimljenim IR spektrometrima. U ovom slučaju, Ramanova metoda može priskočiti u pomoć ako su odgovarajući spektralni pojasevi dopušteni pravilima odabira za radijacijske prijelaze.

Slika 3. Primjeri vibracionih spektra

.2 Kvantno-mehanička reprezentacija vibracionih spektra

Primena metoda vibracione spektroskopije zahteva drugačiju dubinu poznavanja teorije vibracionih spektra. Moderna tehnologija elektroničkog računanja omogućava teoretski izračunavanje vibracionog spektra i niza molekularnih parametara čak i za relativno složene molekule.

Nivoi energije vibracija molekula mogu se dobiti rješavanjem odgovarajućeg kvantnomehaničkog problema. Stanja molekula kao jedinstvenog sistema jezgara i elektrona opisana su kompletnom talasnom funkcijom Y . Kvantno-mehanički operator Ĥ (Hamiltonian) u Schrödingerovoj talasnoj jednačini

Ĥ Y = E Y

koji određuje energiju E stacionarnih stanja, uključuje termine povezane sa orbitalnim i spinskim kretanjem elektrona: vibracijsko i rotaciono kretanje nuklearnog skeleta (translaciono kretanje se može zanemariti).

U aproksimaciji koja uzima u obzir veliku razliku u masama i pokretljivosti elektrona i jezgara, moguće je, prije svega, razdvojiti elektronsko i nuklearno kretanje, a za valne funkcije - do (m/M) Ѕ , a za energije - do (m/M) ј , gdje je m masa elektrona, a M masa jezgara. Tada možete napisati: Y = Y e Y n i H e +Ĥ n , gdje Y e i H e primjenjuju se samo na elektronsko kretanje, i Y n i H n - samo na kretanje jezgara. U aproksimaciji koja je dovoljno dobra za mnoge svrhe, može se odvojiti i oscilatorno i rotaciono kretanje nuklearnog skeleta, tj. uvesti

Y = Y e Y u Y r i Ĥ= Ĥ e + Ĥ u + Ĥ r ,

što omogućava da se odvojeno reše tri jednadžbe oblika (1) i da se nađu energije elektronskog, vibracionog i rotacionog stanja molekula koje čine ukupnu energiju E = E e + E u + E r .

Ovdje nas zanima rezultat rješavanja samo jednadžbe vibracija

Ĥ u Y u = E u Y u

Za razmatranje oscilatornog kretanja potrebno je uvesti koordinate koje bi opisale samo relativne pomake jezgara. Translatorno kretanje molekula može se opisati sa tri koordinate koje karakterišu položaj centra mase, a rotaciono sa tri koordinate, koje se mogu izabrati kao uglovi koji opisuju orijentaciju molekula u odnosu na spoljašnji koordinatni sistem sa poreklo u centru mase. U slučaju linearne molekule, njenu orijentaciju u potpunosti karakteriziraju dvije nezavisne koordinate. Dvoatomski molekul ima samo jedan vibracioni stepen slobode (n=1), tj. samo jedna koordinata Q= D r predstavlja promjenu međunuklearne udaljenosti, o kojoj ovisi vibracijska valna funkcija. Za N-atomsku molekulu, možete unijeti n = 3N-6 (za linearni 5N-5) takve koordinate Q k da svaki od njih u potpunosti karakterizira pomicanje jezgara u odnosu na ravnotežne položaje u bilo kojem osnovnom vibracionom stanju. To su takozvane normalne koordinate.

Kada se koriste normalne koordinate, vibracijska valna funkcija i vibracijska energija N-atomske molekule mogu se predstaviti kao proizvod:

I iznos:

U harmonijskoj aproksimaciji Y k i E k - vlastite funkcije i svojstvene vrijednosti operatora , u zavisnosti od samo jedne koordinate Q k :

gdje je ħ= h/2 str ; h je Plankova konstanta; l k = 4str 2n k 2.

Ovaj operator vodi do Schrödingerove jednadžbe za harmonijski oscilator. Njegove vlastite energetske vrijednosti:

gdje u k = 0, 1, 2, 3,… je vibracioni kvantni broj, i u ek - oscilatorna konstanta.

Za dvoatomske molekule, indeks k se može svugdje izostaviti, pod pretpostavkom da je Q= D r i konstanta , tj. poklapa se sa izrazom za klasičnu frekvenciju harmonijskih oscilacija. Evo m = m 1m 2/m 1+ m 2 - smanjena masa dvoatomske molekule sa jezgrima mase m 1i m 2; k e - konstanta harmonske sile koja predstavlja drugi izvod funkcije potencijalne energije u tački ravnoteže, tj. . Potencijalna kriva za stvarnu dvoatomsku molekulu aproksimirana je Morseovom funkcijom:

gdje je D e i b - trajno.

Zajedno sa paraboličkom funkcijom harmonijskog oscilatora, ova funkcija je prikazana na slici 4. Sistem energetskih jednačina zapravo konvergira do granice, a ne sistem ekvidistantnih nivoa, prema formuli (12), dobijenoj u harmonijskoj aproksimaciji .

Vibraciona energija poliatomske molekule u harmonijskoj aproksimaciji je funkcija n vibracionih kvantnih brojeva u k :

gdje d k - stepen degeneracije (može biti jednak 1, 2, 3) vibracionog stanja, koji se razmatra jednom, tj. u prisustvu degeneracije n<3N-6 (или 3N-5).

Valna vibracijska funkcija poliatomske molekule kao produkt valnih funkcija harmonijskog oscilatora ima oblik:

gdje je N u - faktor normalizacije; H u k je Hermitov polinom.

Degenerirana stanja imaju istu energiju, ali ih karakteriziraju različite valne funkcije (različite koordinate).

Dakle, poliatomska molekula ima skup vibracionih stanja sa određenom energijom koja zavisi od n vibracionih kvantnih brojeva u k , koju karakterizira oscilatorna valna funkcija koja ovisi o svim 3N-6 (ili 3N-5) oscilatornim koordinatama.

Nivoi koje karakterizira skup kvantnih brojeva, od kojih samo jedan ima vrijednost jedan, a ostali su jednaki nuli, nazivaju se glavnim ili fundamentalnim. Ako bilo koji kvantni broj u k ima vrijednost veću od jedan, a ostali su jednaki nuli, tada se nivo naziva prizvukom. Kada se dva ili više kvantnih brojeva koje karakteriše nivo razlikuju od nule, nivo se naziva kompozitnim ili kombinovanim.

Vibracioni spektar supstance se posmatra kada apsorbuje IR zračenje ili Ramanovo rasejanje svetlosti, kada je kao rezultat interakcije molekula sa fotonima h n dolazi do promjena u vibracionim stanjima, tj. molekuli prelaze na druge energetske nivoe. Razlika između energija stanja između kojih dolazi do prijelaza je, prema Borovoj relaciji:

D E=h n =hc w

gdje n - frekvencija apsorbovanog (ili emitovanog) zračenja.

U IR spektru apsorpcije, intenzitet je proporcionalan vjerovatnoći, tj. i kvadrat prijelaznog momenta ï M u ï 2:

gdje je operator električnog dipolnog momenta, koji je funkcija vibracijskih koordinata.

Imajući u vidu povezanost trenutka sa njegovim projekcijama na koordinatne ose

komponente se takođe mogu napisati

koji su određeni integrali po čitavom koordinatnom prostoru, tj. brojevi i ne mijenjaju se prilikom izvođenja operacije simetrije.

Za prelaz između država i bilo moguće, barem jedna od komponenti M x , M y , M z mora biti različit od nule. Intenzitet zavisi od vrednosti ovih komponenti. Ako se u aproksimaciji malih oscilacija (pomaka) proširimo m x (m y , m z ) u nizu po stepenu Q k blizu ravnotežnog položaja, onda, izostavljajući proračune i zanemarujući više članove ekspanzije, imamo

(u slične izraze za M y i M z ). Dakle, da bi prijelaz bio moguć, barem jedan od derivata

ne smije biti nula.

U zavisnosti od toga koja od projekcija V x , M y ili M z ¹ 0 ili ono što je najveće, govori se o polarizaciji prijelaza duž odgovarajuće ose. To ponekad omogućava izdvajanje takozvanih paralelnih i okomitih prijelaza. Relativni intenzitet spektralnih opsega za različite tipove prelaza zavisi od populacije vibracionih stanja ili nivoa.

N( u )= nN exp (- E( u )/kT),

Na sobnoj temperaturi, nulti nivo vibracione energije je najnaseljeniji. Shodno tome, opsezi osnovnih ili osnovnih frekvencija su najintenzivniji u spektru.

Vibraciono-rotacioni spektri molekula u gasnoj fazi pri dovoljno visokoj rezoluciji mogu imati razvijenu rotacionu strukturu, čije proučavanje može biti od nezavisnog interesa, posebno za relativno jednostavne molekule, i služiti za tumačenje samih vibracionih spektra. Teorija vibracionih spektra molekula u kondenzovanim fazama je komplikovana intermolekularnim interakcijama i uticajem kristalnog polja.

2. Principi projektovanja IC spektrometara

Sa mnogo različitih tipova savremenih IR spektrometara, prema opštim principima uređaja, mogu se podeliti u dve glavne grupe. Prvi uključuje uređaje sa sekvencijalnim skeniranjem i registracijom spektra pomoću jednokanalnog prijemnika, a drugi uključuje spektrometre u kojima zračenje cijelog proučavanog spektralnog raspona odmah pogađa prijemnik, ali se signali pretvaraju i dekodiraju tako da se dobija informacija o svaka pojedinačna sekcija i puni spektar se snima u svim rasponima. IR spektrometri prema shemi osvjetljenja su jednosmjerni i dvosmjerni. Kod jednosnopne šeme, apsorpcioni spektar posmatranog objekta snima se na krivulji intenziteta zračenja izvora, koji opada sa talasnom dužinom, zajedno sa pozadinskom apsorpcijom. Da bi se dobio spektar (u procentima transmisije), potrebno je registrovati i krivu intenziteta emisije izvora (pozadinski spektar). Uzimajući intenzitet na svakom l u ovim spektrima, respektivno, kao I l i ja 0l pronađite vrijednost prijenosa T l = (I l /I 0l )× 100% i stoje na tačkama spektralne krive u zavisnosti od l (ili w ) ili slično za apsorpciju (1-T) × 100%, ili na skali optičke gustoće A= lg (1/T).

Sada se češće koristi shema s dvije zrake, koja vam omogućava da izjednačite pozadinu, tj. punim dalekovodom i kompenziraju apsorpciju atmosferske pare H 2O i CO 2, kao i slabljenje snopova prozorima kivete i, ako je potrebno, upijanje rastvarača.

Registracija spektra se vrši na sljedeći način. IR zračenje iz izvora 1 podijeljeno je u dva snopa. Radni snop prolazi kroz uzorak, a referentni snop prolazi kroz kompenzator (kivetu sa rastvaračem, prozorčić, itd.). Uz pomoć sjeckalice 5, snopovi se naizmjenično usmjeravaju na ulazni prorez 6 monohromatora i kroz njega na disperzioni element 7. Kada se polako okreće (ili Littrow ogledalo iza prizme) vrši se zamah motora 14, kroz izlazni prorez 8 monohromatora do prijemnika 9, zraci se sužavaju u talasnoj dužini. Ako zračenje date valne dužine u radnom snopu i uporednom zraku ima različite intenzitete, na primjer, oslabi ga u radnom snopu apsorpcijom uzorka, tada se na prijemniku pojavljuje naizmjenični električni signal. Nakon pojačanja i konverzije, ovaj signal se dovodi do izduvnog motora 11, koji pokreće fotometrijski klin 12 (dijafragmu) sve dok se tokovi zračenja ne izjednače. Kretanje fotometrijskog klina povezano je s kretanjem olovke pisača 13 po ordinati, a rotacija disperznog elementa povezana je s izvlačenjem papirne trake ili kretanjem držača olovke duž apscise. Tako se, u zavisnosti od kalibracije tokom skeniranja, može snimiti spektralna kriva zavisnosti transmisije (apsorpcije) u procentima ili optičke gustine uzorka od talasnog broja (ili talasne dužine).

Glavni dio skenirajućih spektrometara je monohromator. Kao disperzioni uređaj u njemu mogu poslužiti prizme od materijala prozirnih u IC području sa odgovarajućom disperzijskom ili difrakcijskom rešetkom. Budući da je disperzija materijala najveća na dugovalnoj granici njihove prozirnosti i brzo opada sa smanjenjem talasne dužine, u srednjem IR području obično se koriste zamjenjive prizme, napravljene od monokristala LiF, NaCI, KBr.

Trenutno se prizme sve više zamjenjuju difrakcijskim rešetkama. Ali rešetke, koje prenose energiju zračenja za red veličine bolje od prizme, imaju nedostatak koji daje superpozicija spektra viših redova. Ne eliminiše ga prisustvo u spektrometru nekoliko izmjenjivih rešetki za različite spektralne regije i zahtijeva, posebno u dugovalnom području, gdje je intenzitet zračenja vrlo nizak, dobre spektralne filtere.

Kao izvori kontinuiranog IC zračenja obično se koristi silikatna šipka - "globar" (igla od silicijum karbida) ili Nernst igla (od oksida rijetkih zemnih elemenata).

Zbog slabosti izvora javlja se problem korisnog filtriranja zračenja. Koriste se četiri glavne vrste filtera: apsorbujući (kristalni kvarc, kristali halogenih alkalnih metala, ploče nekih poluprovodničkih materijala), reflektujući (jonski kristali - filteri zaostalih zraka), rasejni (metalne rešetke, aluminijumske ploče sa hrapavom površinom), interferencijski (ravnoparalelni slojevi prozirnih materijala sa različitim indeksima prelamanja).

Kao prijemnici zračenja u spektrometrima za srednje IR područje koriste se osjetljivi termoparovi („termopilari“) ili bolometri izgrađeni na principu otpornih termometara. Površine prijemnika topline reda od desetina do cijelih mm 2radi veće efikasnosti prekriveni su crnom bojom, a prijemnik je smešten u evakuisano kućište sa prozorom providnim za IC zračenje.

Toplotni izvori također uključuju pneumatski ili opto-akustički prijemnik, u kojem se toplinsko širenje plina događa pod djelovanjem zračenja. Gas se stavlja u pocrnjelu komoru sa fleksibilnim zidom, koji ima vanjski premaz nalik na ogledalo. Kretanje svetlosnog snopa reflektovanog od ogledala snima fotoćelija. Ovaj prijemnik se obično pravi za dugotalasno IR područje, gdje se koristi i druga grupa prijemnika: kvantni ili fotonski, na primjer: takvi prijemnici sa fotoprovodljivošću.

Fourierova spektroskopija ima niz prednosti. Dvije glavne prednosti u odnosu na konvencionalne spektrometre su sljedeće. Ovdje se u interferometru, tokom cijelog vremena skeniranja, istovremeno dobijaju informacije o cijelom spektralnom rasponu koji se proučava, a u konvencionalnom spektrometru se u različito vrijeme dobija informacija samo o uskim spektralnim vrpcama proučavanog raspona. Također omogućava povećanje razlučive moći interferometra bez smanjenja toka energije zračenja. Rezolucija Fourier-spektrometra je proporcionalna maksimalnoj razlici putanja zraka, a da biste na primjer udvostručili rezoluciju spektra, potrebno je samo udvostručiti dužinu kretanja zrcala, tj. i vrijeme registracije, mogućnost korištenja velikih uglova i kod izvora i kod prijemnika. Za difrakcijske spektrometre rezolucija je obrnuto proporcionalna širini proreza, a energija koja upada na prijemnik je proporcionalna kvadratu površine dva identična proreza. Ako se širina proreza prepolovi (da bi se povećala rezolucija), tada će se signal smanjiti za faktor četiri, a kako bi se održao omjer signal-šum, vrijeme registracije mora se povećati za faktor 16 .

Prednosti Fourierove spektroskopije: vrlo visoka osjetljivost i tačnost mjerenja intenziteta, posebno kod višestrukog skeniranja i akumulacije signala; veoma visoka rezolucija i visoka tačnost talasnih brojeva; brzina, tj. sposobnost brzog proučavanja širokog spektralnog područja (vrijeme skeniranja za interval od nekoliko stotina cm -1manji je od 1s) itd.

Pošaljite svoj dobar rad u bazu znanja je jednostavno. Koristite obrazac ispod

Studenti, postdiplomci, mladi naučnici koji koriste bazu znanja u svom studiranju i radu biće vam veoma zahvalni.

Objavljeno na http://www.allbest.ru/

NASTAVNI RAD

Metoda IC spektroskopije, primjena metode IR spektroskopije u farmaceutskoj analizi

Uvod

1. Suština metode infracrvene spektroskopije

2. Oscilirajuća karakteristika

3. Upotreba infracrvene spektroskopije za kvalitativnu detekciju i određivanje strukture

4. Uređaji za infracrvenu spektroskopiju

5. Priprema uzorka

6. Identifikacija

6.1 Identifikacija pomoću referentnih materijala

6.2 Identifikacija korištenjem referentnih spektra

Zaključak

Bibliografija

Aplikacija

Uvod

Farmaceutska hemija je nauka koja, na osnovu opštih zakona hemijskih nauka, istražuje načine dobijanja, strukturu, fizička i hemijska svojstva lekovitih supstanci, odnos između njihove hemijske strukture i dejstva na organizam, metode kontrole kvaliteta i promene koje nastaju tokom skladištenja.

Glavne metode za proučavanje medicinskih supstanci u farmaceutskoj hemiji su analiza i sinteza.

Zadaci koji stoje pred farmaceutskom hemijom rješavaju se uz pomoć klasičnih fizičkih, hemijskih i fizičko-hemijskih metoda, koje se koriste kako za sintezu tako i za analizu ljekovitih supstanci.

Ali metode farmaceutske analize moraju se sistematski unapređivati ​​u vezi sa stvaranjem novih lijekova i stalnim povećanjem zahtjeva za njihovim kvalitetom. Štaviše, rastu zahtjevi kako za stepen čistoće lijeka, tako i za kvantitativni sadržaj. Zbog toga je neophodna široka upotreba ne samo hemijskih, već i osetljivijih fizičkih i hemijskih metoda za procenu kvaliteta lekova.

Fizičko-hemijske metode analize (PCMA) zasnivaju se na korišćenju zavisnosti fizičkih svojstava supstanci (na primer, apsorpcija svetlosti, električna provodljivost, itd.) o njihovom hemijskom sastavu.

Ove metode analize uključuju: optičke metode; metode zasnovane na apsorpciji zračenja; metode zasnovane na emisiji zračenja; metode zasnovane na upotrebi magnetnog polja; elektrohemijske metode; metode razdvajanja; termičke metode.

Spektroskopija je grana fizike i analitičke hemije koja se bavi proučavanjem spektra interakcije zračenja (uključujući elektromagnetno zračenje, akustične talase, itd.) sa materijom. (Spektralne metode se zasnivaju na apsorpciji elektromagnetnog zračenja od strane supstance koja se utvrđuje).

Područja primjene spektroskopije podijeljena su prema predmetima proučavanja: atomska spektroskopija, molekularna spektroskopija, masena spektroskopija, nuklearna spektroskopija, infracrvena spektroskopija i dr.

Infracrveni spektri (vibracioni spektri) (IR spektri) nastaju usled apsorpcije energije elektromagnetnog zračenja pri vibracijama jezgara atoma u molekulama ili jonima, koje su praćene promenom dipolnih momenata, a predstavljaju zavisnost transmisije ili apsorpcije od talasnu dužinu (l) ili frekvenciju vibracije (n).

Metoda IR spektroskopije igra važnu ulogu u identifikaciji hemijskih i organskih supstanci, zbog činjenice da svako hemijsko jedinjenje ima jedinstveni IR spektar.

1. ODSuština metode infracrvene spektroskopije

Infracrveni region (IR region) se odnosi na elektromagnetno zračenje u opsegu talasnih dužina od 0,78 do 400 μm. Područje od 780 do 2500 nm (od 0,78 do 2,5 µm) se smatra bliskim IR područjem, područje od 2,5 do 25 µm (od 4000 do 400 cm -1) se odnosi na srednju IR regiju spektra i područje od 25 do 400 µm odnosi se na daleko infracrveno područje. Najčešće korištena je srednja IR regija.

Talasna dužina (l) u IR spektrima obično se mjeri u mikrometrima (mikronima), mikronima.

Budući da frekvencija oscilovanja u IC spektru ima velike numeričke vrijednosti, obično se ne koriste frekvencije (n), već valni brojevi (), koji se mjere u cm -1 i odnose se na frekvenciju ( n) po jednačini:

= n /With,

gdje n- frekvencija, Hz (s -1);

With- brzina svjetlosti u vakuumu, cm s -1 .

Talasni broj () povezan je sa talasnom dužinom (l, µm) relacijom:

\u003d 10 4 / l.

Opsezi apsorpcije nastaju kao rezultat prelaza između vibracionih nivoa osnovnog elektronskog stanja sistema koji se proučava. Spektralne karakteristike pojedinog molekula zavise od masa njegovih sastavnih atoma, geometrije strukture, osobina međuatomskih sila, raspodjele naboja itd. Stoga su infracrveni spektri vrlo individualni, što određuje njihovu vrijednost u identifikaciji i proučavanju struktura jedinjenja.

Da bismo razumeli principe na kojima se zasniva IR spektroskopija, neophodno je upoznati se sa unutrašnjim kretanjem atoma u molekulu. Molekuli su dinamički sistemi. Kovalentno povezani atomi ne ostaju nepomični jedni u odnosu na druge, već kontinuirano vrše vibracije različitih tipova, od kojih su najvažnije valentne i deformacijske.

2. Karakterističnooklevanje

Valentne vibracije nazivaju se vibracije dva atoma duž linije veze i dovode do promjene udaljenosti između atoma (razdaljina između dva atoma se smanjuje ili povećava, ali atomi ostaju na svojoj osi valentne veze).

Oni su označeni sa "n".

Vibracije istezanja mogu biti:

Vibracije savijanja zahtijevaju manje energije u odnosu na vibracije istezanja, što znači da trake koje odgovaraju ovim vibracijama imaju manji talasni broj.

Kada je molekul izložen zračenju koje odgovara IR području, oscilacije se mijenjaju. U tom slučaju se pojavljuju apsorpcione trake.

Grafički su prikazani kao zavisnost vrijednosti apsorpcije od frekvencije.

3. Korištenje infracrvene spektroskopije za kvalitativnu detekciju i određivanje strukture

infracrvena spektroskopija farmaceutski medicinski

Metoda infracrvene spektroskopije je univerzalna fizičko-hemijska metoda koja se koristi u proučavanju strukturnih karakteristika različitih organskih i neorganskih spojeva.

U infracrvenoj spektroskopiji, u opsegu svake hemijske grupe organskog molekula, odgovara određeni skup apsorpcionih traka, koji su dobro proučeni i navedeni u relevantnim referentnim knjigama.

Karakteristika metode infracrvene spektroskopije je da se apsorpcione trake iste vrste vibracije atomske grupe različitih supstanci nalaze u određenom opsegu infracrvenog spektra (na primjer, 3720-3550 cm-1 je raspon od rastezljive vibracije -OH grupa 3050-2850 cm-1 - -CH, -CH2, -CH3 grupe organskih supstanci). Tačan položaj maksimuma apsorpcione trake atomske grupe unutar ovog raspona ukazuje na prirodu tvari (na primjer, maksimum od 3710 cm-1 ukazuje na prisustvo -OH grupa, a maksimum od 3030 cm-1 ukazuje na prisustvo =C-H grupa aromatičnih struktura).

Analiza uslovno razlikuje 4 oblasti:

3700-2500 cm -1 - površina jednostrukih veza ("vodonik");

2500-1900 cm -1 - oblast trostrukih veza;

1900-1300 cm -1 - površina dvostrukih veza;

Manje od 1300 cm -1 - područje otiska prsta (specifično za svaku supstancu).

Broj karakterističnih apsorpcionih traka atomskih grupa, njihov intenzitet i položaj maksimuma uočenih u infracrvenim spektrima daju ideju o strukturi pojedinačnog spoja ili o komponentnom sastavu složenih supstanci. Intenzitet apsorpcionog pojasa određen je vrijednošću numerički jednakom energiji koju atomske ili funkcionalne grupe uzorka apsorbuju kada infracrvene zrake prolaze kroz njih. Važan dijagnostički indikator apsorpcionih traka je transmisiona vrijednost. Ovaj pokazatelj i koncentracija supstance u uklonjenom predmetu su obrnuto proporcionalni, što se koristi za kvantitativna određivanja sadržaja pojedinih komponenti.

Metoda infracrvene spektroskopije vam omogućava da istražite čvrste, tečne faze biološke mase. Ova metoda omogućava proučavanje uzorka u cjelini, bez njegove disekcije i preliminarne kemijske obrade, kao i korištenje malih uzoraka.

4. Instrumenti za infracrvenu spektroskopiju

Mogu se koristiti infracrveni spektrofotometri opremljeni optičkim sistemom (prizme ili difrakcione rešetke) koji emituju monohromatsko zračenje u mjerenom području ili spektrofotometri Fourierove transformacije. Potonji koristi polihromatsko zračenje i izračunava spektar u datom opsegu frekvencija Fourierovom transformacijom originalnih podataka. U takvim uređajima umjesto disperzivnog uređaja koristi se interferometar, a spektralni podaci se obrađuju pomoću kompjutera.

Uklanjanje IR spektra se vrši u području od 4000-400 cm -1. Izvor IR zračenja 1 emituje zračenje koje se fokusira pomoću sfernih ogledala 2 na ćeliju sa supstancom 3 i referentnu ćeliju 4 . Zračenje koje prolazi kroz kivetu kroz sistem ogledala 5 ulazi u monohromator. Kao monohromator koriste se prizma ili dvije difrakcijske rešetke. Prizma se polako rotira oko svoje ose, pri svakom kutu rotacije, zračenje određene strogo određene valne dužine ulazi u detektore 8 kroz izlazne proreze 7. Ako u nekom trenutku detektori prime zračenje koje nije apsorbovano u kiveti sa supstancom, tada će intenzitet zračenja upada na oba detektora biti isti, što znači da će se električni signal iz njih međusobno oduzimati i dati nulta linija u spektru. Ako pri sljedećoj rotaciji prizme počne prenositi zračenje koje apsorbira ispitivana tvar, tada će intenzitet zračenja upada na oba detektora biti različit. Kao rezultat toga, oduzimanje signala detektora će rezultirati pojavom apsorpcionog pojasa na grafikonu.

Kao izvor zračenja koristi se cilindar dužine 2 cm, debljine 1 mm, napravljen od oksida rijetkih zemljanih elemenata, zagrijanih na t=15000 0 C (silitne šipke), kroz koje prolazi električna struja. Sva optika u IC - spektroskopiji (kivete, ogledala, monohromator) izrađena je od soli KBr, NaCl, CaCl 2. Pošto obično staklo i kvarc apsorbuju IC zračenje. Termobar se koristi kao detektor.

5. Ppriprema uzorka

Za snimanje spektra transmisije ili apsorpcije, uzorak tvari se priprema prema jednoj od sljedećih metoda.

Tečnosti. Tečnosti se ispituju u obliku filma između dve ploče providne za infracrveno zračenje ili u kiveti sa malom (obično 0,01 - 0,05 mm) debljinom sloja, takođe providnom za infracrveno zračenje.

Tečnosti ili čvrste supstance u rastvoru. Pripremite rastvor supstance koja se ispituje u odgovarajućem rastvaraču. Odaberite koncentraciju supstance i debljinu sloja kivete da biste dobili zadovoljavajući spektar.

Općenito se dobri rezultati postižu pri koncentracijama od 10 do 100 g/l sa debljinom sloja od 0,5 do 0,1 mm.

Upijanje rastvarača se nadoknađuje postavljanjem slične kivete koja sadrži odabrani rastvarač u uporedni kanal.

Kivete. Ako kivete punjene rastvaračem imaju različite apsorbancije na odabranoj talasnoj dužini, ispravite izmerenu apsorpciju test rastvora. Kada se koriste spektrofotometri sa Fourierovom transformacijom, korekcija kivete nije potrebna jer se ista kiveta može koristiti i za otapalo i za testnu otopinu. Područje prozirnosti kivete u IR području ovisi o korištenom materijalu.

Rastvarači. Ne postoje rastvarači koji bi bili potpuno transparentni za IR spektar sa značajnom debljinom sloja. Tetrahlorid ugljenika (sa debljinom sloja do 5 mm) je praktično providan do 6 μm (1666 cm -1). Ugljen-disulfid (debljine 1 mm) je pogodan kao rastvarač do 40 µm (250 cm -1) osim za područja od 4,2 do 5,0 µm (2381 do 2000 cm -1) i 5,5 do 7,5 µm (od 1819 do 1333 cm - 1), gde ima jaku apsorpciju. Ostali rastvarači su providni u relativno uskom području. Rastvarači koji se koriste u infracrvenoj spektrometriji moraju biti inertni prema materijalu od kojeg je kiveta napravljena.

čvrste materije.Čvrste tvari se ispituju u čvrstom stanju (halogeni diskovi alkalnih metala), dispergirani u odgovarajućoj tekućini u obliku suspenzije ili formirani u film rastaljene mase između dvije infracrvene prozirne ploče. Priprema uzoraka opisana je u monografiji.

Diskovi. 1 - 3 mg supstance koja se ispituje triturira se sa 150 - 200 mg (osim ako nije drugačije naznačeno u monografiji) pažljivo mljevenog i osušenog kalijum bromida ili kalijum hlorida (obično se koristi kalijum bromid). Tipični uslovi za sušenje kalijum bromida: na 105°C u vakuumu 12 sati.Uobičajeno je ova količina dovoljna da se pripremi disk prečnika 13 mm i dobije spektar odgovarajućeg intenziteta. Smjesa se pažljivo melje, postižući potrebnu uniformnost, a disk se pritisne pod pritiskom od oko 800 MPa (8 t/cm 2) u vakuumu (2 - 3 mm Hg) u trajanju od 2 - 5 minuta.

Razlog za formiranje diskova lošeg kvaliteta mogu biti faktori kao što su nedovoljno ili pretjerano trljanje, vlaga ili druge nečistoće u disperzionom mediju. Disk nije prikladan za ispitivanje ako disk ima pukotine na putu snopa, ili ako nije ujednačen u transparentnosti vizuelnim pregledom, ili ako je njegov prijenos na 2000 cm -1 (5 µm) manji od 60% bez kompenzacije u odsustvo specifične apsorpcione trake.

Suspenzije. Mala količina supstance koja se ispituje se triturira sa minimalnom količinom vazelinskog ulja ili druge odgovarajuće tečnosti (pomešati 5-20 mg čvrste supstance sa 1-2 kapi tečnosti za uranjanje). Dobivena suspenzija je komprimirana između dvije ploče (NaCl ili KBr) koje su prozirne za infracrveno zračenje.

Gasovi. Gasovi se ispituju u kiveti koja je providna za infracrveno zračenje, sa optičkom dužinom puta od oko 100 mm. Kiveta se evakuiše i puni analiziranim gasom kroz ventil sa ventilom ili iglom.

Ako je potrebno, dovedite pritisak u kiveti na atmosferski pritisak pomoću gasa koji je providan za infracrveno zračenje (npr. azot ili argon). Kako bi se eliminisale smetnje povezane s apsorpcijom vode, ugljičnog dioksida ili drugih atmosferskih plinova, identična kiveta se postavlja u uporedni kanal, koji se ili evakuira ili puni plinom providnim za infracrveno zračenje.

Za snimanje spektra metodom frustrirane ukupne unutrašnje refleksije, uzorak se priprema jednom od metoda.

Rješenja. Supstanca se rastvara u odgovarajućem rastvaraču, poštujući uslove date u monografiji. Rastvor se isparava na površini unutrašnjeg reflektora, koji se obično pravi od kristala talij jodid bromida (KRS-5), germanijuma ili drugog minerala sa visokim indeksom prelamanja.

čvrste materije. Supstanca se postavlja na površinu unutrašnjeg reflektivnog elementa na način da se postigne najbliži i potpuni kontakt sa cijelom površinom kristala (obično se priprema takvih uzoraka vrši pod pritiskom).

Priprema uzoraka za spektrometriju u infracrvenom području difuzne refleksije: ispitivana tvar se triturira sa pažljivo mljevenim i osušenim kalijevim bromidom ili kalijum hloridom. Ukoliko nije drugačije navedeno u monografiji, sadržaj ispitivane supstance u nastaloj smeši treba da bude oko 5%. Smjesa se temeljno triturira i spektar se snima.

nečistoće u gasovima. Za analizu nečistoća u gasovima koristi se kiveta koja je providna za infracrveno zračenje i ima odgovarajuću optičku dužinu puta. Kiveta se puni kako je naznačeno u odjeljku "Gasovi". Za detekciju i kvantifikaciju nečistoća koriste se metode navedene u farmakopejskim člancima.

6.Iidentifikaciju

6.1 Identifikacijakoristeći standardne uzorke

Uzorak ispitivane supstance i standardni uzorak pripremaju se po istoj proceduri i snimaju se spektri, osim ako nije drugačije naznačeno u monografiji, u rasponu od 4000 do 650 cm -1 , u nekim slučajevima i do 200 cm -1 , pod istim uslovima. Apsorpcione trake u spektru ispitnog uzorka treba da odgovaraju po položaju apsorpcionim trakama u spektru standardnog uzorka.

IR spektri standardnog uzorka (A) i ispitivane supstance (B).

Ako spektri dobijeni u čvrstom stanju pokazuju razlike u položaju apsorpcionih traka, tada se ispitivana tvar i standardni uzorak tretiraju na isti način tako da kristaliziraju ili se dobiju u istom obliku, ili se tretiraju u na način naveden u monografiji, a zatim uzeti spektre.

6 . 2 Identifikacija korištenjem referentnih spektra

Kontrola rezolucije. Snima se spektar polistirenskog filma debljine 0,04 mm. Razlika x (slika) između procenta transmisije pri maksimalnom prijenosu A na 2870 cm -1 (3,48 µm) i minimalnom prijenosu B na 2849,5 cm -1 (3,51 µm) mora biti veća od 18. Razlika y između procenta transmisija pri maksimalnom prijenosu C na 1589 cm -1 (6,29 μm) i minimalnom prijenosu D na 1583 cm -1 (6,32 μm) bi trebala biti veća od 10.

Kontrola rezolucije IC spektrometara Fourierove transformacije vrši se u skladu sa preporukama proizvođača instrumenta.

Provjera skale valnih brojeva. Skala talasnog broja može se proveriti sa polistirenskim filmom koji ima minimum transmisije (maksimum apsorpcije) na talasnim brojevima (u cm -1) datim u tabeli.

Metodologija. Supstanca je pripremljena za ispitivanje u skladu sa uputstvima priloženim uz referentni spektar. Koristeći uslove pod kojima je proveden test rezolucije, snimite spektar uzorka za ispitivanje i nanesite trake od polistirena na 2849,5 cm -1 (3,51 μm), 1601,2 cm -1 (6,25 μm) i 1028,3 cm -1 (9,72 μm) . Uporedite dva spektra (referentni i ispitni spektar supstance) i polistirenske trake navedene gore. Kada se koriste položaji polistirenskih traka kao standardne vrijednosti, pozicije značajnih traka u spektru ispitivane supstance i u referentnom spektru treba da odgovaraju jedna drugoj unutar 0,5% skale talasnog broja. Relativna veličina traka oba spektra mora se međusobno slagati.

Slika - Tipični spektar polistirena koji se koristi za testiranje rezolucije

Tabela 1 - Minimum prijenosa i dopuštena ograničenja za polistirenski film

Minimum prijenosa, cm -1	Dozvoljene granice, cm -1
	IR spektrometar sa monohromatorom	IR spektrometar Fourierove transformacije

Zaključak

Infracrvena spektroskopija nalazi primenu u proučavanju strukture poluprovodničkih materijala, polimera, bioloških objekata i direktno živih ćelija, a kao metoda za proučavanje strukture molekula najrasprostranjenija je u organskoj i organoelementnoj hemiji. U nekim slučajevima, za gasove u infracrvenom području, moguće je posmatrati rotacionu strukturu vibracionih traka.

IR spektroskopija svake godine postaje sve raširenija kao vrlo vrijedna fizička metoda za proučavanje strukture molekula i moćna analitička metoda.

Uvođenje spektroskopije u područje farmaceutske analize lijekova poslužilo je kao snažan poticaj za njen razvoj i unapređenje. Zbog raznovrsnosti mogućnosti primene, visoke tačnosti rezultata i osetljivosti detekcije, značajno smanjenje vremena analize.

Bibliografija

materijal za predavanje.

T. Kh. Vergeichik, Toxicological Chemistry.

V. G. Belikov, Farmaceutska hemija.

Državna farmakopeja Ruske Federacije XIII izdanje.

Državna farmakopeja Ruske Federacije XI izdanje.

A.V. Vasiliev, E.V. Grinenko "Infracrveni spektri organskih i prirodnih jedinjenja", Sankt Peterburg, 2007, 30 str.

Bellamy L., Infracrveni spektri molekula, trans. sa engleskog, M., 1957;

Cross A., Uvod u praktičnu infracrvenu spektroskopiju, trans. sa engleskog, M., 1961;

Kazitsyna L.A., Kupletskaya N.B. Primena UV, IR, NMR i masene spektroskopije u organskoj hemiji. M.: Izdavačka kuća Moskve. un-ta, 1979, 240 str.;

Yukhnevich G.V. Infracrvena spektroskopija vode. M. 1973.

Kazitsyna L.A., Kupletskaya N.B. Primena UV, IR, NMR i masene spektroskopije u organskoj hemiji. M.: Izdavačka kuća Moskve. un-ta, 1979.

Yaroslavsky N. G., Metode i oprema dugotalasne infracrvene spektroskopije, "Napredak u fizičkim naukama", 1957, tom 2.

Hostirano na Allbest.ru

...

Slični dokumenti

Proučavanje teorijskih osnova metoda depozicije organskih i neorganskih ljekovitih supstanci. Analiza karakteristika interakcije lekovitih supstanci sa indikatorima u metodama depozicije. Metode indikacije za određivanje krajnje tačke titracije.

seminarski rad, dodan 30.01.2014


Impulsno elektromagnetno zračenje koje nastaje opterećenjem kompozita. Infracrvena spektroskopska studija procesa polimerizacije i kopolimerizacije u polimernim kompozicijama za organska stakla. Zavisnost sadržaja frakcije gela.

sažetak, dodan 04.05.2009


Suština i priroda vodonične veze. Vodikove veze i svojstva organskih jedinjenja. Metoda infracrvene spektroskopije. Infracrveno zračenje i vibracije molekula. Analiza spektralnih karakteristika rastvora sterički otežanih fenola.

seminarski rad, dodan 28.04.2010


Razmatranje reakcija zasnovanih na stvaranju kompleksnih spojeva metala i bez njihovog učešća. Koncept funkcionalno-analitičkih i analitičko-aktivnih grupa. Upotreba organskih jedinjenja kao indikatora titrimetrijskih metoda.

seminarski rad, dodan 01.04.2010


Magnetoplastika kao nova klasa tipova polimernih kompozitnih materijala. Sinteza polikaproamida iz kaprolaktama. Određivanje niskomolekularnih jedinjenja, viskoziteta, molekulske mase. Metoda infracrvene spektroskopije i termogravimetrijske analize.

izvještaj o praksi, dodan 26.07.2009


Uporedne karakteristike organskih i neorganskih hemijskih jedinjenja: klasifikacija, struktura molekularne kristalne rešetke; prisustvo i vrsta hemijske veze između atoma; relativna molekulska težina, distribucija na planeti.

prezentacija, dodano 11.05.2014


Dobijanje i proučavanje svojstava rastvora PAN/DMF i PAN/DMF/AgNO3 UV spektroskopijom. Kontrola strukturnog gradijenta Ag/PAN nanovlakna tretmanom rastvaračem. Metoda diferencijalne skenirajuće kalorimetrije. Metoda IR spektroskopije.

teze, dodato 04.06.2017


Koncept refrakcije kao mjere elektronske polarizabilnosti atoma, molekula, jona. Procjena indeksa refrakcije za identifikaciju organskih jedinjenja, minerala i ljekovitih supstanci, njihovih hemijskih parametara, kvantitativna i strukturna analiza.

seminarski rad, dodan 05.06.2011


Osnovne operacije pri radu u laboratoriju organske hemije. Najvažnije fizičke konstante. Metode utvrđivanja strukture organskih jedinjenja. Osnove strukture, svojstava i identifikacije organskih jedinjenja. Sinteze organskih jedinjenja.

priručnik za obuku, dodan 24.06.2015


Struktura atomskog i molekularnog spektra. Osobine i prednosti Fourier transformacijske spektroskopije. Protonska magnetna rezonanca. Spektroskopija nuklearne magnetne rezonancije 13S jezgara. Identifikacija organskog jedinjenja, interpretacija spektra.

INFRACRVENA SPEKTROSKOPIJA (IR)- dio spektroskopije koji pokriva područje dugovalne dužine spektra (> 730 nm izvan crvene granice vidljive svjetlosti). Infracrveni spektri nastaju kao rezultat vibracionog (djelomično rotacionog) kretanja molekula, odnosno kao rezultat prijelaza između vibracionih nivoa osnovnog elektronskog stanja molekula. IR zračenje apsorbuju mnogi gasovi, sa izuzetkom kao što su O2, N2, H2, Cl2 i jednoatomni gasovi. Apsorpcija se dešava na talasnoj dužini karakterističnoj za svaki određeni gas, za CO, na primer, to je talasna dužina od 4,7 mikrona.

Koristeći infracrvene apsorpcione spektre, može se ustanoviti struktura molekula različitih organskih (i anorganskih) supstanci sa relativno kratkim molekulima: antibiotici, enzimi, alkaloidi, polimeri, kompleksna jedinjenja itd. Vibracioni spektri molekula različitih organskih (i anorganskih) supstanci sa relativno dugim molekulima (proteini, masti, ugljikohidrati, DNK, RNK, itd.) nalaze se u terahercnom opsegu, pa se struktura ovih molekula može utvrditi pomoću radiofrekventnih spektrometara u terahercnom opsegu. Po broju i položaju vrhova u IR apsorpcionim spektrima može se suditi o prirodi supstance (kvalitativna analiza), a po intenzitetu apsorpcionih traka o količini supstance (kvantitativna analiza). Glavni instrumenti su različite vrste infracrvenih spektrometara. Uz pomoć IR spektroskopije brzo i pouzdano se identifikuju različite funkcionalne grupe: karbonil, hidroksil, karboksil, amid, amino, cijano itd.; kao i razni nezasićeni fragmenti: dvostruke i trostruke ugljik-ugljik veze, aromatični ili heteroaromatični sistemi. Metode IR spektroskopije koriste se za proučavanje intra- i intermolekularnih interakcija, na primjer, formiranje vodoničnih veza. U hemiji drveta i hemiji prirodnih spojeva, IR spektroskopijom se proučavaju strukture ugljikohidrata, lignina, aminokiselina, terpena, steroida i mnogih drugih tvari. INFRACRVENA SPEKTROSKOPIJA (IR spektroskopija), presjek mol. optički spektroskopija, proučavanje spektra apsorpcije i refleksije elektromagneta. zračenje u IC regionu, tj. u opsegu talasnih dužina od 10-6 do 10-3 m. U koordinatama intenziteta apsorbovanog zračenja - talasna dužina (ili talasni broj) IR spektar je složena kriva sa velikim brojem maksimuma i minimuma. Apsorpcione trake se pojavljuju kao rezultat prijelaza između vibracija. osnovni nivoi. elektronsko stanje sistema koji se proučava (vidi Vibracioni spektri). Spektralne karakteristike (položaji maksimuma traka, njihova poluširina, intenzitet) pojedinačnog molekula zavise od masa njegovih sastavnih atoma, geom. struktura, karakteristike međuatomskih sila, distribucija naelektrisanja itd. Stoga su IC spektri veoma individualni, što određuje njihovu vrednost u identifikaciji i proučavanju strukture jedinjenja. Za registraciju spektra pomoću klasičnog. spektrofotometri i Fourier spektrometri. Main dijelovi klasike spektrofotometar - izvor kontinuiranog toplotnog zračenja, monohromator, neselektivni prijemnik zračenja. Ispred ulaznog (ponekad iza izlaznog) proreza postavlja se kiveta sa sadržajem (u bilo kom stanju agregacije). Kao disperzioni uređaj monohromatora, prizme iz dec. materijala (LiF, NaCl, KCl, CsF, itd.) i difrakcije. rešetke. Sekvencionalno uklanjanje radijacijske dekomp. talasne dužine do izlaznog proreza i prijemnika zračenja (skeniranje) se vrši okretanjem prizme ili rešetke. Izvori zračenja - užarene električne. strujne šipke od dec. materijala. Prijemnici: osjetljivi termoparovi, metalni. i poluvodičkih toplinskih otpora (bolometara) i plinskih termičkih pretvarača, zagrijavanje stijenke posude to-rykh dovodi do zagrijavanja plina i promjene njegovog tlaka, koji je fiksiran. Izlazni signal ima oblik konvencionalne spektralne krive. Prednosti klasičnih uređaja sheme: jednostavnost dizajna, odnosi. jeftinoća. Nedostaci: nemogućnost registrovanja slabih signala zbog niskog odnosa signal-šum, što u velikoj meri otežava rad u dalekom IC regionu; relativno niska rezolucija (do 0,1 cm-1), dugotrajna (u roku od nekoliko minuta) registracija spektra. U Fourierovim spektrometrima ne postoje ulazni i izlazni prorezi, već glavni element - interferometar. Tok zračenja iz izvora je podijeljen na dva snopa, koji prolaze kroz uzorak i interferiraju. Razlika u putanji snopa varira pomoću pokretnog ogledala koje odražava jednu od greda. Početni signal zavisi od energije izvora zračenja i od apsorpcije uzorka i ima oblik zbira velikog broja harmonika. komponente. Za dobijanje spektra u uobičajenom obliku, odgovarajuća Fourierova transformacija se izvodi pomoću ugrađenog računara. Prednosti Fourierovog spektrometra: visok omjer signal-šum, mogućnost rada u širokom rasponu valnih dužina bez promjene disperzivnog elementa, brza (u sekundama i dijelovima sekunde) registracija spektra, visoka rezolucija (do 0,001 cm-1). Nedostaci: složenost proizvodnje i visoka cijena. Svi spektrofotometri su opremljeni kompjuterom, to-rye obavljaju primarnu obradu spektra: akumulaciju signala, njihovo odvajanje od šuma, oduzimanje pozadine i spektra poređenja (spektra otapala), mijenjanje skale snimanja, izračunavanje eksperimenata . spektralni parametri, poređenje spektra sa datim, diferencijacija spektra itd. Kivete za IC spektrofotometre se izrađuju od materijala providnih u IC području. CCl4, CHCl3, tetrahloretilen, vazelinsko ulje se obično koriste kao rastvarači. Čvrsti uzorci se često drobe, miješaju s KBr prahom i komprimiraju u tablete. Za rad s agresivnim tekućinama i plinovima koristi se posebna oprema. zaštitno prskanje (Ge, Si) na prozorima ćelija. Ometajući utjecaj zraka eliminiše se evakuacijom uređaja ili pročišćavanjem dušikom. U slučaju slabo apsorbirajućeg in-in (razrijeđeni plinovi i sl.), koriste se višeprolazne kivete u kojima je dužina optičkog. Staza doseže stotine metara zbog višestrukih refleksija iz sistema paralelnih ogledala. Rasprostranjena je metoda izolacije matrice, u kojoj se ispitivani plin miješa s argonom, a zatim se smjesa zamrzava. Kao rezultat toga, poluširina apsorpcionih traka naglo se smanjuje i spektar postaje kontrastniji. Upotreba specijal mikroskopski Tehnologija vam omogućava rad s objektima vrlo malih veličina (frakcije mm). Za registraciju spektra površine čvrstih tijela korištena je metoda poremećene ukupne ekst. refleksije. Zasnovan je na apsorpciji elektromagnetne energije površinskim slojem. zračenje koje izlazi iz prizme puna ekst. refleksije, koja se nalazi u optičkom. kontakt sa proučavanom površinom. Infracrvena spektroskopija se široko koristi za analizu smeša i identifikaciju čistih supstanci. Količina. analiza se zasniva na Bouguer-Lambert-Beerovom zakonu (vidi Apsorpciona spektroskopija), odnosno na zavisnosti intenziteta apsorpcionih traka od koncentracije materije u uzorku. Istovremeno, broj ve in-va se ne prosuđuje po otd. apsorpcijski pojasevi i spektralne krive općenito u širokom rasponu valnih dužina. Ako je broj komponenti mali (4-5), onda je moguće matematički izolovati njihove spektre čak i na srednjim vrijednostima. pokrivajući potonje. Greška u količini. analiza je, po pravilu, delić procenta. Identifikacija čistog in-in obično se vrši uz pomoć sistema za pronalaženje informacija automatski. poređenje analiziranog spektra sa spektrima pohranjenim u memoriji računara. Karakteristična područja apsorpcije IR zračenja max. funkcije koje se često javljaju. grupe hem. conn. date su u tabeli. na letnom listu na kraju sveske. Za identifikaciju novih in-in (molekule to-rykh mogu sadržavati do 100 atoma) primjenjuju se umjetnički sistemi. intelekt. U ovim sistemima, na osnovu spektrostrukturnih korelacija, generišu se stubovi. strukture, onda se one grade teoretski. spektri, to-rye se upoređuju sa eksperimentom. podaci. Proučavanje strukture molekula i drugih objekata infracrvenom spektroskopijom uključuje dobijanje informacija o parametrima mola. modela i matematički se svodi na rješavanje tzv. inverzni spektralni problemi. Rješenje ovakvih problema vrši se sukcesivnom aproksimacijom željenih parametara, izračunatih pomoću posebnih. od teorije spektralnih krivulja do eksperimentalnih. Parametri kažu. modeli su mase atoma koji čine sistem, dužine veza, valentni i torzijski uglovi, karakteristike površine potencijala (konstante sile, itd.), dipolni momenti veza i njihovi derivati ​​u odnosu na dužine veze, itd. Infracrveni spektroskopija vam omogućava da identificirate prostorne i konformacijske izomere, proučavate unutar- i međumolekularne interakcije, prirodu kemikalije. veze, raspodjela naboja u molekulima, fazne transformacije, kemijska kinetika. p-cije, registruju kratkovečne (životni vek do 10-6 s) čestice, prečišćavaju pojedinačne geom. parametara, primaju podatke za proračun termodinamike. f-cije itd. Neophodna faza ovakvih studija je interpretacija spektra, tj. uspostavljanje oblika normalnih oscilacija, raspodjela oscilacija. energija po stepenima slobode, izbor značajnih parametara koji određuju položaj traka u spektrima i njihov intenzitet. Proračuni spektra molekula koji sadrže do 100 atoma, uklj. polimeri se izvode uz pomoć kompjutera. U ovom slučaju potrebno je poznavati karakteristike mola. modeli (konstante sile, elektro-optički parametri, itd.), koji se nalaze rješavanjem odgovarajućih inverznih spektralnih problema ili kvantne kemije. kalkulacije. U oba slučaja obično je moguće dobiti podatke za molekule koji sadrže atome samo prva četiri perioda periodičnog ciklusa. sistemima. Stoga je infracrvena spektroskopija kao metoda za proučavanje strukture molekula dobila najviše. distribucija u org. i elementoorg. hemija. U odeljenju slučajevima za gasove u IC regionu, moguće je posmatrati rotaciju. fluktuirajuća struktura. pruge. Ovo omogućava izračunavanje dipolnih momenata i geoma. parametre molekula, specificirati konstante sile, itd.