Πληροφορίες που λαμβάνονται από φάσματα ανάκλασης υπερύθρων. Φασματοσκοπία στην υπέρυθρη περιοχή

Η φασματοσκοπία IR βασίζεται στη μελέτη των φασμάτων απορρόφησης στην υπέρυθρη περιοχή του φάσματος. Σε αντίθεση με την υπεριώδη και την ορατή ακτινοβολία, η απορρόφηση της υπέρυθρης ακτινοβολίας οδηγεί σε αλλαγή στις δονητικές και περιστροφικές κινήσεις μεμονωμένων τμημάτων του μορίου μεταξύ τους.

Γενικές αρχές φασματοσκοπίας IR

Στην κανονική κατάσταση, σε οποιοδήποτε μόριο, οι πυρήνες των ατόμων κάνουν μικρές ταλαντώσεις γύρω από τη θέση ισορροπίας. Η απορρόφηση της υπέρυθρης ακτινοβολίας οδηγεί σε αύξηση αυτών των δονήσεων και μόνο αυτή η υπέρυθρη ακτινοβολία απορροφάται από την ουσία, η συχνότητα της οποίας συμπίπτει με τη συχνότητα των δονήσεων των ατόμων.

Σε ένα πολυατομικό μόριο, όλοι οι πυρήνες εκτελούν πολύπλοκες ταλαντωτικές κινήσεις, οι οποίες μπορούν να αναπαρασταθούν ως υπέρθεση των λεγόμενων κανονικών δονήσεων, δηλ. τέτοια, στην οποία όλοι οι πυρήνες των ατόμων του μορίου δονούνται με την ίδια συχνότητα και φάση και το κέντρο μάζας του παραμένει ακίνητο. Ο αριθμός των κανονικών δονήσεων αντιστοιχεί στον αριθμό των δονητικών βαθμών ελευθερίας στο μόριο. Για παράδειγμα, στο Ν-Το ατομικό μη γραμμικό μόριο έχει (3 Ν- 6) βαθμοί ελευθερίας δόνησης. Η ενέργεια κάθε κανονικής δόνησης κβαντίζεται και η συνολική δονητική ενέργεια ενός πολυατομικού μορίου είναι ίση με το άθροισμα των ενεργειών των κανονικών δονήσεων του.

Οι κανονικές δονήσεις συνήθως υποδιαιρούνται σε σθένος(v) λόγω της κίνησης των ατόμων κατά μήκος των αξόνων του δεσμού, και παραμόρφωση(5, l, σολ, t), στις οποίες αλλάζουν οι γωνίες του δεσμού, αλλά τα μήκη των δεσμών πρακτικά δεν αλλάζουν. Οι συχνότητες δόνησης τάνυσης είναι περισσότερο από μια τάξη μεγέθους υψηλότερες από τις συχνότητες δόνησης κάμψης. Για επί του παρόντος γνωστά μόρια, οι συχνότητες των κανονικών δονήσεων αντιστοιχούν στην υπέρυθρη περιοχή του φάσματος - Χ 2,5 έως 100 μm (4000 έως 100 cm").

Κατά τη διάρκεια των κανονικών δονήσεων, όλοι οι πυρήνες των ατόμων δονούνται με την ίδια συχνότητα και φάση, αλλά με διαφορετικά πλάτη. Μερικές φορές το πλάτος των δονήσεων των ατόμων που σχηματίζουν έναν συγκεκριμένο δεσμό μπορεί να υπερβεί σημαντικά το πλάτος των δονήσεων άλλων ατόμων. Τότε η συχνότητα αυτών των ταλαντώσεων αποδίδεται υπό όρους (αποδίδεται) στις ταλαντώσεις αυτής της σύνδεσης. Εάν αυτή η συχνότητα αλλάζει ελάχιστα όταν μετακινείται από το ένα μόριο στο άλλο, ονομάζεται χαρακτηριστικό γνώρισμα.Η παρουσία στο φάσμα IR μιας ουσίας ζωνών απορρόφησης που αντιστοιχούν στις χαρακτηριστικές συχνότητες υποδηλώνει ξεκάθαρα την παρουσία στα μόρια των αντίστοιχων χημικών δεσμών. Αυτή η περίσταση χρησιμοποιείται ευρέως για ανάλυση δομικών ομάδων ουσιών από τα φάσματα απορρόφησης υπερύθρων τους. Χαρακτηριστικές συχνότητες για διαφορετικούς τύπους χημικών δεσμών μπορείτε να βρείτε στους αντίστοιχους πίνακες.

Οι ζώνες απορρόφησης που παρατηρούνται στα φάσματα IR έχουν συχνά πολύπλοκη δομή. Η εμφάνισή του σε ουσίες σε αέρια κατάσταση οφείλεται στο γεγονός ότι τα αέρια μόρια μπορούν να περιστρέφονται αρκετά ελεύθερα. Κάθε δονητική μετάβαση σε ένα μόριο συνοδεύεται από μεγάλο αριθμό περιστροφικών μεταβάσεων. Επομένως, μαζί με τις δονητικές ζώνες και στις δύο πλευρές τους, τα φάσματα περιέχουν επίσης ζώνες που αντιστοιχούν σε δονητικές-περιστροφικές μεταβάσεις. Καθώς τα μόρια γίνονται πιο πολύπλοκα, χωριστές στενές ζώνες υπερτίθενται η μία πάνω στην άλλη και παρατηρούνται ευρείες, ασθενώς δομημένες δονητικές-περιστροφικές ζώνες.

Οι κρυσταλλικές ουσίες δεν παρουσιάζουν δονητική δομή, αλλά λόγω των αλληλεπιδράσεων των μορίων σε έναν κρύσταλλο, σε ορισμένες περιπτώσεις μπορεί να παρατηρηθεί διάσπαση μιας ζώνης σε πολλές ζώνες (πολλαπλές). Η έντονη διεύρυνση των ζωνών στα φάσματα στερεών και υγρών ουσιών, καθώς και των συμπυκνωμένων διαλυμάτων τους, μπορεί να οφείλεται στην παρουσία διαμοριακών δεσμών υδρογόνου.

Για την καταγραφή των φασμάτων IR των αέριων δειγμάτων, χρησιμοποιούνται ειδικές κυψελίδες αερίου, οι οποίες είναι ένας κύλινδρος μήκους περίπου 10 cm με ερμητικά παράθυρα KBr ή CaF 2 διαφανή στην περιοχή IR του φάσματος στα άκρα και βαλβίδες κενού για πλήρωση με τη δοκιμή αέριο και την άντλησή του. Υπάρχουν κυψελίδες αερίου πολλαπλών διελεύσεων, στις οποίες οι καθρέφτες παρέχουν πολλαπλή διέλευση της δέσμης μέσω του υπό μελέτη αερίου. Σε τέτοιες κυβέτες, το μήκος της διαδρομής της δέσμης μπορεί να είναι έως και 10 m.

Τα υγρά και τα υγρά διαλύματα εξετάζονται με τη μορφή λεπτών μεμβρανών δεδομένου πάχους που περικλείονται μεταξύ δύο επίπεδων παράλληλων πλακών κατασκευασμένων από αλογονίδια μετάλλων αλκαλίων ή αλκαλικών γαιών (LiF, KBr, CaF.;). Το πάχος του υγρού στρώματος ρυθμίζεται από ένα παρέμβυσμα Teflon που τοποθετείται μεταξύ των πλακών. Ως διαλύτες χρησιμοποιούνται υγρά χωρίς υγρασία, διαφανή σε εκείνες τις φασματικές περιοχές όπου αναμένεται η εμφάνιση φασματικών ζωνών της διαλυμένης ουσίας. Για τους σκοπούς αυτούς, βενζόλιο, χλωροφόρμιο, τετραχλωράνθρακας, τετραχλωροαιθυλένιο, ακετονιτρίλιο, διοξάνη χρησιμοποιούνται συχνότερα.

Τα στερεά δείγματα αναλύονται είτε ως λεπτό εναιώρημα σε λάδι βαζελίνης ή άλλα παρόμοια υγρά, είτε ως δισκία βρωμιούχου καλίου στα οποία εισάγεται μια λεπτή σκόνη της αναλυόμενης ουσίας κατά το στάδιο της παρασκευής. Για τη μελέτη λεπτών μεμβρανών, εφαρμόζονται προκαταρκτικά στην επιφάνεια μιας γκοφρέτας πυριτίου υψηλής αντοχής (ειδική αντίσταση όχι μικρότερη από 10-15 Ohm-cm).

Τα φάσματα υπερύθρων είναι εξαιρετικά ειδικά και ως εκ τούτου χρησιμοποιούνται ευρέως για την ταυτοποίηση ουσιών. Δεν υπάρχουν δύο ουσίες που να έχουν τα ίδια φάσματα IR. Επί του παρόντος, υπάρχουν άτλαντες που απαριθμούν τα φάσματα διαφόρων οργανικών, οργανοστοιχειακών και ανόργανων ενώσεων, τις συνθήκες προετοιμασίας δειγμάτων και την καταγραφή των φασμάτων, καθώς και μοντέλα φασματόμετρων στα οποία καταγράφηκαν τα φάσματα.

Η αναγνώριση μιας άγνωστης ουσίας από το φάσμα υπερύθρων της συνίσταται στη σύγκριση του φάσματος της με το φάσμα αναφοράς που δίνεται στον άτλαντα. Δεδομένου ότι τα φάσματα της ίδιας ουσίας που λαμβάνονται υπό διαφορετικές συνθήκες μπορεί να διαφέρουν μεταξύ τους, η πιο σημαντική προϋπόθεση για τη σωστή σύγκριση των φασμάτων είναι η ταυτότητα των συνθηκών καταχώρισής τους.

Η σύμπτωση των φασμάτων δύο ουσιών υποδηλώνει την ταυτότητά τους. Η απουσία στο φάσμα του υπό μελέτη δείγματος των ζωνών που υπάρχουν στο φάσμα του προτύπου δείχνει σαφώς τη διαφορά μεταξύ αυτών των ουσιών. Η παρουσία στο φάσμα του δείγματος δοκιμής μεγαλύτερου αριθμού ζωνών σε σύγκριση με το φάσμα του προτύπου μπορεί να υποδηλώνει τόσο τη διαφορά μεταξύ των δύο ουσιών όσο και τη μόλυνση του δείγματος με ακαθαρσίες.

Με τη βοήθεια του IR Siektroskoi, είναι δυνατό να πραγματοποιηθεί ποιοτική ανάλυση ενός μείγματος ουσιών άγνωστης ή μερικώς γνωστής σύνθεσης, με την πρώτη να πραγματοποιείται μετά τον διαχωρισμό του μείγματος με γνωστές μεθόδους.

Χρησιμοποιώντας τον βασικό νόμο της απορρόφησης φωτός, μπορεί κανείς να πραγματοποιήσει ποσοτική ανάλυση δειγμάτων και να καθορίσει το πάχος των ημιαγωγών και των διηλεκτρικών μεμβρανών. Η ανάλυση των μιγμάτων ουσιών με IR scasroscopy βασίζεται στον βασικό νόμο της απορρόφησης φωτός και στο νόμο της προσθετικότητας των οπτικών πυκνοτήτων. Δεδομένου ότι οι τιμές των μοριακών συντελεστών στην περιοχή IR του φάσματος είναι σχετικά μικρές (a ~ 1-H0-10 3), το όριο ανίχνευσης ουσιών με φασματοσκοπία IR είναι αρκετά υψηλό (0,1-10 wt.%) με σχετικά χαμηλή ακρίβεια προσδιορισμού (5-20 %).

ΟΜΟΣΠΟΝΔΙΑΚΟΣ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗ OREL STATE TECHNICAL

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

ΣΧΟΛΗ ΒΙΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΡΟΦΙΜΩΝ ΚΑΙ ΕΜΠΟΡΕΥΜΑΤΩΝ

Αφηρημένη

υπέρυθρη φασματοσκοπία

Ολοκληρώθηκε το:μαθητής της ομάδας 11ΤΕ,

Σχολή Βιοτεχνολογίας Τροφίμων και Επιστήμης Εμπορευμάτων

Lezhepekov I.S.

επιστημονικός σύμβουλος:

Klimova N.V.

Eagle, 2009

Εισαγωγή……………………………………………………….3

Η αρχή της μεθόδου………………………………………………3

Θεωρητικές βάσεις της μεθόδου…………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………4

Συσκευές, εξοπλισμός………………………………………6

Αίτηση………………………………………………10

Συμπέρασμα………………………………………………… 12

Κατάλογος χρησιμοποιημένης βιβλιογραφίας………………………13

Εφαρμογή

Εισαγωγή.

Η σύγχρονη παραγωγή προϊόντων διατροφής εγγυημένης ποιότητας απαιτεί τη χρήση καλά αναπαραγώγιμων και ακριβών μεθόδων express για την παρακολούθηση της σύνθεσης και των ιδιοτήτων. Η επίτευξη σταθερής υψηλής ποιότητας προϊόντων είναι άρρηκτα συνδεδεμένη με την οργάνωση του έγκαιρου ποιοτικού ελέγχου των πρώτων υλών και των ημικατεργασμένων προϊόντων σε όλα τα στάδια της τεχνολογικής διαδικασίας. Από αυτή την άποψη, ο εξοπλισμός των εργαστηρίων παραγωγής με συσκευές ταχείας ελέγχου σάς επιτρέπει να ανταποκρίνεστε έγκαιρα σε οποιαδήποτε απόκλιση των τεχνολογικών παραμέτρων· το κύριο πλεονέκτημα του ελέγχου οργάνων είναι η αποτελεσματικότητα. Αυτές οι μέθοδοι επιχειρησιακής ανάλυσης θα πρέπει φυσικά να περιλαμβάνουν τις ευρέως διαδεδομένες σε πολλές χώρες του κόσμου μέθοδος φασματοσκοπίας.

Η μέθοδος της φασματοσκοπίας υπερύθρων παίζει σημαντικό ρόλο στην ταυτοποίηση χημικών και οργανικών ουσιών, λόγω του γεγονότος ότι κάθε χημική ένωση έχει ένα μοναδικό φάσμα υπερύθρων

1. Αρχή της μεθόδου

Φασματοσκοπία υπέρυθρης ακτινοβολίας (IR spectroscopy), ένα τμήμα της μοριακής οπτικής φασματοσκοπίας που μελετά τα φάσματα απορρόφησης και ανάκλασης της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας στην περιοχή IR, δηλ. στο εύρος μήκους κύματος από 10 -6 έως 10 -3 μ. Το φάσμα IR είναι μια σύνθετη καμπύλη με μεγάλο αριθμό μεγίστων και ελάχιστων. Τα κύρια χαρακτηριστικά του φάσματος απορρόφησης IR: ο αριθμός των ζωνών απορρόφησης στο φάσμα, η θέση τους, που καθορίζεται από τη συχνότητα (ή το μήκος κύματος), το πλάτος και το σχήμα των ζωνών, το μέγεθος της απορρόφησης - καθορίζονται από τη φύση (δομή και χημική σύνθεση) της απορροφητικής ουσίας και εξαρτώνται επίσης από την κατάσταση συσσωμάτωσης της ουσίας, τη θερμοκρασία, την πίεση κ.λπ. μάζες των συστατικών του ατόμων, γεωμ. δομή, χαρακτηριστικά διατομικών δυνάμεων, κατανομή φορτίου κ.λπ. Επομένως, τα φάσματα υπερύθρων είναι εξαιρετικά ατομικά, γεγονός που καθορίζει την αξία τους στον εντοπισμό και τη μελέτη της δομής των ενώσεων. υπέρυθρη φασματοσκοπίαδίνει πολύ σημαντικές πληροφορίες για τις συχνότητες δόνησης των πυρήνων, οι οποίες εξαρτώνται από τη δομή των μορίων και από την ισχύ των δεσμών σθένους. Οι συχνότητες δόνησης ενός συγκεκριμένου ζεύγους χημικά συνδεδεμένων ατόμων (δονήσεις τεντώματος) συνήθως βρίσκονται εντός ορισμένων ορίων. Για παράδειγμα, οι συχνότητες των δονήσεων C–H έχουν διαφορετικά εύρη ανάλογα με τους εναπομείναντες δεσμούς των ατόμων άνθρακα, γεγονός που συχνά καθιστά δυνατό τον προσδιορισμό της παρουσίας των αντίστοιχων ομάδων σε μια οργανική ένωση.

2. Θεωρητικές βάσεις της μεθόδου

Τα άτομα στο μόριο υφίστανται συνεχείς δονήσεις και το ίδιο το μόριο περιστρέφεται ως σύνολο, επομένως έχει νέα επίπεδα ενέργειας που απουσιάζουν σε μεμονωμένα άτομα. Το μόριο μπορεί να βρίσκεται σε πολλές ενεργειακές καταστάσεις με υψηλότερο (E 2) ή χαμηλότερο (E 1) Δονητική ενέργεια. Αυτές οι ενεργειακές καταστάσεις ονομάζονται κβαντισμένες. Η απορρόφηση ενός κβαντικού φωτός με ενέργεια E ίση με E 2 - E 1 μεταφέρει το μόριο από μια χαμηλότερη ενεργειακή κατάσταση σε μια υψηλότερη. Αυτό ονομάζεται διέγερση του μορίου.

Ως αποτέλεσμα, τα άτομα που συνδέονται μεταξύ τους στο μόριο αρχίζουν να δονούνται πιο έντονα σε σχέση με ορισμένες αρχικές θέσεις. Αν θεωρήσουμε ένα μόριο ως ένα σύστημα ατόμων-μπάλες που συνδέονται μεταξύ τους με ελατήρια, τότε τα ελατήρια συμπιέζονται και τεντώνονται, επιπλέον, κάμπτονται.

Αν και το φάσμα IR είναι χαρακτηριστικό ολόκληρου του μορίου, αποδεικνύεται ότι ορισμένες ομάδες ατόμων έχουν ζώνες απορρόφησης σε μια ορισμένη συχνότητα, ανεξάρτητα από τη δομή του υπόλοιπου μορίου. Αυτές οι ζώνες, που ονομάζονται χαρακτηριστικές, μεταφέρουν πληροφορίες για τα δομικά στοιχεία του μορίου.

Υπάρχουν πίνακες χαρακτηριστικών συχνοτήτων, σύμφωνα με τους οποίους πολλές ζώνες του φάσματος IR μπορούν να συσχετιστούν με ορισμένες λειτουργικές ομάδες που αποτελούν το μόριο (Παράρτημα). Χαρακτηριστικές θα είναι οι δονήσεις ομάδων που περιέχουν ελαφρύ άτομο υδρογόνου (С–Н, О–Н, N–Н), δονήσεις ομάδων με πολλαπλούς δεσμούς (С=С, С=N, С=O) κ.λπ.. Τέτοιες λειτουργικές Οι ομάδες εμφανίζονται στο φασματικό εύρος από 4000 έως 1600 cm–1.

Η περιοχή του φάσματος από 1300 έως 625 cm–1 είναι γνωστή ως περιοχή «δακτυλικών αποτυπωμάτων». Αυτό περιλαμβάνει ζώνες απορρόφησης που αντιστοιχούν σε δονήσεις των ομάδων С–С, С–О, С–N, καθώς και δονήσεις κάμψης. Ως αποτέλεσμα της ισχυρής αλληλεπίδρασης αυτών των δονήσεων, είναι αδύνατο να αντιστοιχιστούν οι ζώνες απορρόφησης σε μεμονωμένους δεσμούς. Ωστόσο, ολόκληρο το σύνολο των ζωνών απορρόφησης σε αυτήν την περιοχή είναι ένα μεμονωμένο χαρακτηριστικό της ένωσης. Η σύμπτωση όλων των ζωνών μιας άγνωστης (ερευνημένης) ουσίας με το φάσμα ενός γνωστού προτύπου είναι μια εξαιρετική απόδειξη της ταυτότητάς τους. Οι παράμετροι των μοριακών μοντέλων είναι οι μάζες των ατόμων που συνθέτουν το σύστημα, τα μήκη των δεσμών, οι γωνίες δεσμού και στρέψης, τα πιθανά χαρακτηριστικά επιφάνειας (σταθερές δύναμης κ.λπ.), οι διπολικές ροπές δεσμού και τα παράγωγά τους ως προς τα μήκη δεσμών κ.λπ.

Η φασματοσκοπία υπέρυθρης ακτινοβολίας καθιστά δυνατή την αναγνώριση χωρικών και διαμορφωτικών ισομερών, τη μελέτη ενδο- και διαμοριακών αλληλεπιδράσεων, τη φύση των χημικών δεσμών, την κατανομή των φορτίων στα μόρια, τους μετασχηματισμούς φάσης, την κινητική των χημικών αντιδράσεων, την καταγραφή βραχείας διάρκειας (διάρκεια ζωής μέχρι έως 10 -6 s) σωματίδια, για να βελτιώσετε μεμονωμένες γεωμετρικές παραμέτρους, να λάβετε δεδομένα για τον υπολογισμό θερμοδυναμικών συναρτήσεων κ.λπ.

Απαραίτητο στάδιο τέτοιων μελετών είναι η ερμηνεία των φασμάτων, δηλ. προσδιορισμός της μορφής των κανονικών δονήσεων, κατανομή της δονητικής ενέργειας σε βαθμούς ελευθερίας, επιλογή σημαντικών παραμέτρων που καθορίζουν τη θέση των ζωνών στα φάσματα και την έντασή τους. Οι υπολογισμοί των φασμάτων των μορίων που περιέχουν έως και 100 άτομα, συμπεριλαμβανομένων των πολυμερών, πραγματοποιούνται με χρήση υπολογιστή. Σε αυτή την περίπτωση, είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε τα χαρακτηριστικά των μοριακών μοντέλων (σταθερές δυνάμεων, ηλεκτρο-οπτικές παράμετροι κ.λπ.), τα οποία βρίσκονται με την επίλυση των αντίστοιχων αντίστροφων φασματικών προβλημάτων ή με κβαντικούς χημικούς υπολογισμούς. Και στις δύο περιπτώσεις, είναι συνήθως δυνατό να ληφθούν δεδομένα για μόρια που περιέχουν άτομα μόνο των τεσσάρων πρώτων περιόδων του περιοδικού συστήματος.

3. Συσκευές, εξοπλισμός

Τα κύρια μέρη ενός κλασικού φασματοφωτόμετρου είναι μια πηγή συνεχούς θερμικής ακτινοβολίας, ένας μονοχρωμάτης και ένας μη επιλεκτικός ανιχνευτής ακτινοβολίας. Μια κυψελίδα με μια ουσία (σε οποιαδήποτε κατάσταση συσσωμάτωσης) τοποθετείται μπροστά από την είσοδο (μερικές φορές πίσω από την έξοδο) σχισμή. Ως διάταξη διασποράς του μονοχρωμάτορα χρησιμοποιούνται πρίσματα από διάφορα υλικά (LiF, NaCl, KCl, CsF κ.λπ.) και περίθλαση πλέγματος. Η διαδοχική αφαίρεση της ακτινοβολίας διαφορετικών μηκών κύματος προς τη σχισμή εξόδου και τον δέκτη ακτινοβολίας (σάρωση) πραγματοποιείται με περιστροφή του πρίσματος ή του πλέγματος.

Η λειτουργία της συσκευής σε σχήμα δύο δοκών βασίζεται στη μέθοδο μηδέν. Η ακτινοβολία από την πηγή ακτινοβολίας 1 κατευθύνεται μέσω των κατόπτρων 2 - 5 μέσω δύο καναλιών: στο ένα κανάλι (I) τοποθετείται το δείγμα δοκιμής (6), στο άλλο (II) - μια φωτομετρική σφήνα (7) και μια αναφορά δείγμα (8).

Με τη βοήθεια ενός κοπτήρα (9), οι δέσμες φωτός από τα κανάλια I και II περνούν εναλλάξ μέσα από το σύστημα διασποράς του μονοχρωμάτορα που σχηματίζεται από το πρίσμα 10 αλάτων LiF, NaCl ή KBr, αποσυντίθενται σε ένα φάσμα και εισέρχονται στον δέκτη ακτινοβολίας βολόμετρο. Όταν η ένταση των δεσμών και στα δύο κανάλια είναι ίδια, σταθερή θερμική ακτινοβολία εισέρχεται στο βολόμετρο και δεν εμφανίζεται σήμα στην είσοδο του ενισχυτή. Με την παρουσία απορρόφησης, ακτίνες διαφορετικής έντασης πέφτουν στο βολόμετρο και εμφανίζεται ένα εναλλασσόμενο σήμα σε αυτό. Αυτό το σήμα, μετά την ενίσχυση, μετατοπίζει τη φωτομετρική σφήνα, μηδενίζοντας τη διαφορά μεταξύ της απορρόφησης του δείγματος και της φωτομετρικής σφήνας. Η φωτομετρική σφήνα συνδέεται μηχανικά με το στυλό, το στυλό καταγράφει την τιμή απορρόφησης.

Οπτικό σχήμα.

Πηγές ακτινοβολίας - ράβδοι που θερμαίνονται με ηλεκτρικό ρεύμα από διάφορα υλικά. Δέκτες: ευαίσθητα θερμοστοιχεία, θερμικές αντιστάσεις μετάλλων και ημιαγωγών (βολόμετρα) και θερμικοί μετατροπείς αερίου, η θέρμανση του τοιχώματος του αγγείου των οποίων οδηγεί σε θέρμανση του αερίου και αλλαγή της πίεσής του, η οποία είναι σταθερή. Το σήμα εξόδου έχει τη μορφή μιας συμβατικής φασματικής καμπύλης. Πλεονεκτήματα των συσκευών του κλασικού σχήματος: απλότητα σχεδιασμού, σχετική φθηνότητα.

Μειονεκτήματα: η αδυναμία καταγραφής αδύναμων σημάτων λόγω της χαμηλής αναλογίας σήματος προς θόρυβο, η οποία περιπλέκει πολύ την εργασία στην περιοχή της μακρινής υπέρυθρης ακτινοβολίας. σχετικά χαμηλή ανάλυση μακροπρόθεσμη (μέσα σε λίγα λεπτά) καταγραφή φασμάτων.

Φασματόμετρο Fourier

Τα φασματόμετρα Fourier δεν έχουν σχισμές εισόδου και εξόδου και το κύριο στοιχείο είναι ένα συμβολόμετρο. Η ροή ακτινοβολίας από την πηγή χωρίζεται σε δύο δέσμες που διέρχονται από το δείγμα και παρεμβάλλονται. Η διαφορά διαδρομής των δοκών μεταβάλλεται από ένα κινητό κάτοπτρο που αντανακλά μία από τις δοκούς.

Το αρχικό σήμα εξαρτάται από την ενέργεια της πηγής ακτινοβολίας και από την απορρόφηση του δείγματος και έχει τη μορφή του αθροίσματος ενός μεγάλου αριθμού αρμονικών συστατικών. Για να ληφθεί το φάσμα στη συνήθη μορφή, εκτελείται ο αντίστοιχος μετασχηματισμός Fourier χρησιμοποιώντας έναν ενσωματωμένο υπολογιστή. Πλεονεκτήματα του φασματόμετρου Fourier: υψηλή αναλογία σήματος προς θόρυβο, δυνατότητα λειτουργίας σε μεγάλο εύρος μηκών κύματος χωρίς αλλαγή του στοιχείου διασποράς, γρήγορη καταχώρηση (σε δευτερόλεπτα και κλάσματα δευτερολέπτων) του φάσματος, υψηλή ανάλυση (έως 0,001 cm -1). Μειονεκτήματα: πολυπλοκότητα κατασκευής και υψηλό κόστος.

Όλα τα φασματοφωτόμετρα είναι εξοπλισμένα με υπολογιστή που εκτελεί την πρωτογενή επεξεργασία των φασμάτων: συσσώρευση σημάτων, διαχωρισμός τους από το θόρυβο, αφαίρεση του φόντου και φάσματος σύγκρισης (φάσμα διαλύτη), αλλαγή κλίμακας της εγγραφής, υπολογισμός πειραματικών φασματικών παραμέτρων, σύγκριση φάσματα με δεδομένα, διαφοροποίηση φασμάτων κ.λπ. Οι κυψελίδες για φασματοφωτόμετρα υπερύθρων κατασκευάζονται από υλικά που είναι διαφανή στην περιοχή υπερύθρων. Ως διαλύτες χρησιμοποιούνται συνήθως CCl4, CHCl3, τετραχλωροαιθυλένιο, έλαιο βαζελίνης. Τα στερεά δείγματα συχνά συνθλίβονται, αναμιγνύονται με σκόνη KBr και συμπιέζονται σε δισκία. Για την εργασία με επιθετικά υγρά και αέρια, χρησιμοποιούνται ειδικές προστατευτικές επιστρώσεις (Ge, Si) στα παράθυρα των κυβετών. Η παρεμβολή του αέρα εξαλείφεται με την εκκένωση της συσκευής ή τον καθαρισμό της με άζωτο. Στην περίπτωση ουσιών που απορροφούν ασθενώς (σπάνια αέρια κ.λπ.), χρησιμοποιούνται κυψέλες πολλαπλής διέλευσης, στις οποίες το μήκος της οπτικής διαδρομής φτάνει τα εκατοντάδες μέτρα λόγω πολλαπλών ανακλάσεων από ένα σύστημα παράλληλων κατόπτρων.

Η μέθοδος απομόνωσης μήτρας, στην οποία το αέριο δοκιμής αναμιγνύεται με αργό και στη συνέχεια το μείγμα καταψύχεται, έχει γίνει ευρέως χρησιμοποιούμενη. Ως αποτέλεσμα, το μισό πλάτος των ζωνών απορρόφησης μειώνεται απότομα και το φάσμα αποκτά μεγαλύτερη αντίθεση.

Η χρήση ειδικής μικροσκοπικής τεχνικής καθιστά δυνατή την εργασία με αντικείμενα πολύ μικρών μεγεθών (κλάσματα του mm). Για την καταγραφή των φασμάτων της επιφάνειας των στερεών, χρησιμοποιείται η μέθοδος της απογοητευμένης ολικής εσωτερικής ανάκλασης. Βασίζεται στην απορρόφηση από το επιφανειακό στρώμα μιας ουσίας της ενέργειας της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που αναδύεται από ένα πρίσμα ολικής εσωτερικής ανάκλασης, το οποίο βρίσκεται σε οπτική επαφή με την υπό μελέτη επιφάνεια.

4. Εφαρμογή

Η υπέρυθρη φασματοσκοπία χρησιμοποιείται ευρέως για την ανάλυση μειγμάτων και την ταυτοποίηση καθαρών ουσιών. Η ποσοτική ανάλυση βασίζεται στην εξάρτηση της έντασης των ζωνών απορρόφησης από τη συγκέντρωση μιας ουσίας σε ένα δείγμα. Σε αυτή την περίπτωση, η ποσότητα μιας ουσίας δεν κρίνεται από μεμονωμένες ζώνες απορρόφησης, αλλά από φασματικές καμπύλες στο σύνολό τους σε ένα ευρύ φάσμα μηκών κύματος. Εάν ο αριθμός των συστατικών είναι μικρός (4-5), τότε είναι δυνατή η μαθηματική εξαγωγή των φασμάτων τους ακόμη και με σημαντική επικάλυψη των τελευταίων.

Τα συστήματα τεχνητής νοημοσύνης χρησιμοποιούνται για τον εντοπισμό νέων ουσιών (τα μόρια των οποίων μπορούν να περιέχουν έως και 100 άτομα). Στα συστήματα αυτά δημιουργούνται μόρια δομής με βάση φασματοδομικές συσχετίσεις και στη συνέχεια κατασκευάζονται τα θεωρητικά φάσματα τους, τα οποία συγκρίνονται με πειραματικά δεδομένα. Η μελέτη της δομής των μορίων και άλλων αντικειμένων μέσω φασματοσκοπίας υπέρυθρης ακτινοβολίας συνεπάγεται τη λήψη πληροφοριών σχετικά με τις παραμέτρους των μοριακών μοντέλων και μειώνει μαθηματικά στην επίλυση του προορισμού των αντίστροφων φασματικών προβλημάτων. Η επίλυση τέτοιων προβλημάτων πραγματοποιείται με διαδοχική προσέγγιση των επιθυμητών παραμέτρων που υπολογίζονται χρησιμοποιώντας μια ειδική θεωρία φασματικών καμπυλών στις πειραματικές.

Τα φάσματα IR μετρώνται για αέριες, υγρές και στερεές ενώσεις, καθώς και τα διαλύματά τους σε διάφορους διαλύτες. Μερικές εφαρμογές της φασματοσκοπίας υπερύθρων

Χημεία και πετροχημεία.
Ποιοτική και ποσοτική ανάλυση πρώτων υλών, ενδιάμεσων και τελικών προϊόντων σύνθεσης. Σύνθεση κλασματικών και δομικών ομάδων πετρελαιοειδών. Ανάλυση καυσίμου: αιθέρες, αλκοόλες, αρωματικές ενώσεις, αριθμός οκτανίων. Τα φασματόμετρα Fourier μπορούν να χρησιμοποιηθούν για ρητή ανάλυση ελαίων, συμπυκνωμάτων αερίου, φυσικού αερίου και προϊόντων της επεξεργασίας τους.

Χημεία πολυμερών.
Ανάλυση συμπολυμερών. Συνθετικά λάστιχα: σύνθεση, δομικά χαρακτηριστικά. Ανάλυση τροποποιητικών προσθέτων: πλαστικοποιητές, αντιοξειδωτικά.

φαρμακευτική βιομηχανία.
Προσδιορισμός της γνησιότητας ουσιών σύμφωνα με τα πρότυπα IR, ποιοτικός έλεγχος δοσολογικών μορφών και πρώτων υλών.

Ανάλυση αερίων. Ανάλυση μειγμάτων αερίων πολλαπλών συστατικών.
Ποιοτικός έλεγχος προϊόντων της βιομηχανίας αερίου, ανάλυση της σύστασης και της περιεκτικότητας σε υγρασία του φυσικού αερίου.

Ηλεκτρονική βιομηχανία.
Ποιοτικός έλεγχος πυριτίου ημιαγωγών και παραμέτρων λεπτών στρωμάτων. Ανάλυση της σύστασης των αερίων διεργασίας.

Βιομηχανία τροφίμων και αρωμάτων.
Εξπρές έλεγχος πρώτων υλών και τελικών προϊόντων: περιεκτικότητα σε πρωτεΐνες, φυτικές ίνες, λίπος, υγρασία.

Περιβαλλοντικός έλεγχος.
Έλεγχος προϊόντων πετρελαίου σε νερό και έδαφος. Έλεγχος του ατμοσφαιρικού αέρα, του αέρα μιας ζώνης εργασίας και των εκπομπών των βιομηχανικών επιχειρήσεων.

Ιατροδικαστική, ιατροδικαστική και βιοκλινική ανάλυση.
Ποιοτική και ποσοτική ανάλυση φυσικών ουσιών και προϊόντων σύνθεσης. Αναγνώριση ναρκωτικών, παραγόντων και εκρηκτικών. Ανάλυση ιχνών υπολειμμάτων ουσιών.

συμπέρασμα

Η μέθοδος της υπέρυθρης φασματοσκοπίας καθιστά δυνατή την πρόβλεψη της ποιοτικής ποσοτικής σύνθεσης των χημικών ενώσεων με μεγάλη πιθανότητα. Τα σύγχρονα όργανα καθιστούν δυνατή τη διεξαγωγή της διαδικασίας μέτρησης αυτών των δεικτών με επαρκή ακρίβεια και υψηλή αναπαραγωγιμότητα των αποτελεσμάτων των μετρήσεων.

Τα κύρια πλεονεκτήματα αυτής της μεθόδου είναι

1. Σημαντική μείωση του χρόνου για ανάλυση.

2. Σημαντική εξοικονόμηση ενέργειας.

3.οι συσκευές δεν απαιτούν τη χρήση ακριβών αναλώσιμων και χημικών ουσιών.

4. Πολύ λιγότερο αυστηρές απαιτήσεις για ειδική εκπαίδευση επιβάλλονται στο προσωπικό σέρβις που εκτελεί μετρήσεις ρουτίνας (σε σύγκριση με τους ομολόγους τους που εκτελούν παραδοσιακές εργαστηριακές μεθόδους ανάλυσης).

Κατάλογος χρησιμοποιημένης βιβλιογραφίας.

1. Bellamy L., Infrared spectra of molecules, trans. from English, Μ., 1957;

2. Cross A., Εισαγωγή στην πρακτική υπέρυθρη φασματοσκοπία, μετάφρ. from English, Μ., 1961;

3. Kazitsyna L.A., Kupletskaya N.B. Εφαρμογή UV, IR, NMR και φασματοσκοπίας μάζας στην οργανική χημεία. Μ.: Εκδοτικός Οίκος της Μόσχας. un-ta, 1979, 240 p.;

4. Silverstein R., Bassler G., Morril Τ. Φασματομετρική ταυτοποίηση οργανικών ενώσεων. Μ.: Mir, 1977, 590 p. φασματοσκοπία στη χημεία, μετάφρ. from English, Μ., 1959;

5. Chulanovsky V. M., Introduction to molecular spectral analysis, 2nd ed., M.-L., 1951.

Εφαρμογή

Τραπέζι"Συχνότητες χαρακτηριστικών δονήσεων που περιλαμβάνουν απλούς δεσμούς"

		Εργασία και σημειώσεις
		Συνδέσεις C-C. Συνήθως υπάρχουν πολλές μπάντες. Δεν ισχύει για σκοπούς αναγνώρισης
		ν ως (C–O–C) σε ακυκλικούς αιθέρες
		ν ως (C–O–C) σε αλκυλαρυλ και αλκυλοβινυλαιθέρες
		ν(C–O) αντίστοιχα σε πρωτοταγείς, δευτεροταγείς και τριτοταγείς αλκοόλες, οι ενδείξεις είναι ενδεικτικές


		ν(C–Ο) στις φαινόλες
		ν(C–N) σε αρωματικές αμίνες και αμίδια
		ν(C–N) σε αλειφατικές αμίνες και αμίδια
		ν(C–N) σε νιτροενώσεις
		Σε μονοφθορο-υποκατεστημένο
		Σε δι- και πολυφθορο-υποκατεστημένα. Όσο υψηλότερος είναι ο βαθμός υποκατάστασης, τόσο μεγαλύτερη είναι η συχνότητα
		Σε μονόχλωρο. Σε πολυχλωρο-υποκατεστημένο παραπάνω - έως 800 cm -1


		σε αρωματικές ενώσεις
		Παρατηρήθηκε μαζί με το δ(CH 3) στα 1360 cm -1
1430 1115±25	v.s v.s	Άγνωστη η ακριβής αποστολή
		σε αλειφατικούς αιθέρες

Πίνακας ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΕΣ ΣΥΧΝΟΤΗΤΕΣ ΤΑΛΑΝΤΩΣΕΩΝ ΜΕΡΙΚΕΣ ΟΜΑΔΕΣ
Ομάδα (τύπος δόνησης)	Αριθμός κύματος, cm –1
O–H (σθένος)
N–H (σθένος)
C–H (σθένος)
C C (σθένος)
C=O (σθένος)
C=N (σθένος)
C=C (σθένος)
N–H (παραμόρφωση)
C–H (παραμόρφωση)
O–H (παραμόρφωση)

Υπέρυθρα φάσματα οργανικών ενώσεων

Φάσμα IR του η-εξανίου CH 3 (CH 2 ) 4 CH 3

Φάσμα IR εξανίου-1 CH 2 =CH(CH 2 ) 3 CH 3

Φάσμα IR εξανόλης-2 CH 3 (CH 2 ) 3 CH(OH)CH 3

Φάσμα IR εξανόνης-2 CH 3 (CH 2 ) 3 C(O)CH 3

IR φάσμα τολουολίου CH 3

Μια εργασία. Ποια από τις παρακάτω ενώσεις ανήκει στο φάσμα υπερύθρων που φαίνεται στο σχήμα Εξηγήστε την επιλογή σας.

Φάσμα IR μιας άγνωστης ένωσης

Λύση. Δεν υπάρχει απορρόφηση στην περιοχή 1800–1650 cm–1· επομένως, η ένωση δεν περιέχει ομάδα C=O. Από τις δύο υπόλοιπες ουσίες - φαινόλη και βενζυλική αλκοόλη - επιλέγουμε αλκοόλη, επειδή το φάσμα έχει μια ζώνη  C–H = 2950–2850 cm–1 της ομάδας CH 2 (άνθρακας σε κατάσταση υβριδισμού sp 2).

Εργασία μαθήματος

Μέθοδοι υπέρυθρης φασματοσκοπίας και τεχνική εφαρμογή τους

Εισαγωγή

Η φασματοσκοπία είναι κλάδος της φυσικής και της αναλυτικής χημείας που είναι αφιερωμένος στη μελέτη των φασμάτων της αλληλεπίδρασης της ακτινοβολίας με την ύλη. Στη φυσική, χρησιμοποιούνται φασματοσκοπικές μέθοδοι για τη μελέτη των διαφόρων ιδιοτήτων αυτών των αλληλεπιδράσεων. Οι περιοχές εφαρμογής της φασματοσκοπίας χωρίζονται ανάλογα με τα αντικείμενα μελέτης: ατομική φασματοσκοπία, μοριακή φασματοσκοπία, φασματοσκοπία μάζας, πυρηνική φασματοσκοπία, υπέρυθρη φασματοσκοπία και άλλα.

Η εμφάνιση της φασματοσκοπίας μπορεί να αποδοθεί στο 1666, όταν ο I. Newton αποσυνέθεσε για πρώτη φορά το ηλιακό φως σε φάσμα. Τα σημαντικότερα στάδια στην περαιτέρω ανάπτυξη της φασματοσκοπίας ήταν η ανακάλυψη και η έρευνα στις αρχές του 19ου αιώνα. γραμμές απορρόφησης στο ηλιακό φάσμα (γραμμές Fraunhofer), η δημιουργία σύνδεσης μεταξύ των φασμάτων εκπομπής και απορρόφησης (G.R. Kirchhoff and R. Bunsen, 1859) και η εμφάνιση φασματικής ανάλυσης στη βάση του. Με τη βοήθειά του, για πρώτη φορά, ήταν δυνατό να προσδιοριστεί η σύνθεση των αστρονομικών αντικειμένων - ο Ήλιος, τα αστέρια, τα νεφελώματα. Στο 2ο μισό του 19ου - αρχές 20ου αι. Η φασματοσκοπία συνέχισε να αναπτύσσεται ως εμπειρική επιστήμη, τεράστιο υλικό συσσωρεύτηκε στα οπτικά φάσματα ατόμων και μορίων και καθιερώθηκαν κανονικότητες στη διάταξη των φασματικών γραμμών και ζωνών. Το 1913, ο N. Bohr εξήγησε αυτούς τους νόμους με βάση την κβαντική θεωρία, σύμφωνα με την οποία τα φάσματα της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας προκύπτουν κατά τις κβαντικές μεταβάσεις μεταξύ των ενεργειακών επιπέδων των ατομικών συστημάτων σύμφωνα με τα αξιώματα του Bohr. Στη συνέχεια, η φασματοσκοπία έπαιξε σημαντικό ρόλο στη δημιουργία της κβαντικής μηχανικής και της κβαντικής ηλεκτροδυναμικής, η οποία, με τη σειρά της, έγινε η θεωρητική βάση της σύγχρονης φασματοσκοπίας. Αυτές οι μελέτες αναπτύχθηκαν περαιτέρω από τον Rubens, ο οποίος επιβεβαίωσε πλήρως την εγκυρότητα του τύπου του Planck (1921).

Η ανάπτυξη της έρευνας στην υπέρυθρη περιοχή του φάσματος και η βελτίωση των πειραματικών μεθόδων οδηγούν σε μια ολοένα μεγαλύτερη αποσαφήνιση της δομής της ύλης και σε μια σειρά ερωτημάτων στην κβαντική μηχανική. Ιδιαίτερη σημασία έχει το πρόβλημα της ποσοτικής μέτρησης των εντάσεων, καθώς και των μετρήσεων στο μεγάλο μήκος κύματος τμήμα του φάσματος.

Αν θέλουμε να διαιρέσουμε την ιστορία της υπέρυθρης φασματοσκοπίας σε περιόδους (αν και δεν μπορεί να χαράξει ένα απότομο όριο), τότε η περίοδος πριν από το έργο του Langley μπορεί να ονομαστεί η πρωτοποριακή περίοδος μετά την οποία αρχίζει η γενική ευρεία μελέτη του φάσματος και η έντονη ανάπτυξη μεθόδων για τη μελέτη του ξεκινά? ταυτόχρονα καθιερώθηκαν οι κύριες κανονικότητες. Μπορούμε να υποθέσουμε ότι αυτή η περίοδος τελειώνει με τον θάνατο του Ρούμπενς το 1923, μετά τον οποίο μπαίνουμε σε μια περίοδο εις βάθος και λεπτομερούς μελέτης.

Στην ανάπτυξη της φασματοσκοπίας ως φυσικής μεθόδου για τη μελέτη της ύλης, μπορούν να διακριθούν δύο κύρια στάδια. Το πρώτο στάδιο είναι μια περίοδος εμπειρικής συσσώρευσης γεγονότων - αποσύνθεση του λευκού χρώματος σε φάσμα με χρήση πρίσματος, παρατήρηση γραμμών και ζωνών απορρόφησης. η καθιέρωση πολλών προτύπων - η σχέση μεταξύ της απορρόφησης και της εκπομπής μιας ουσίας, η επίδραση στις φασματικές γραμμές των εξωτερικών μαγνητικών και ηλεκτρικών πεδίων, καθώς και προσπάθειες για θεωρητική περιγραφή των παρατηρούμενων εξαρτήσεων.

Το δεύτερο στάδιο, που ξεκίνησε μετά τη διατύπωση του Bohr το 1913

Τα περίφημα κβαντικά αξιώματά του και η επακόλουθη ταχεία ανάπτυξη της κβαντικής θεωρίας, χαρακτηρίστηκαν από το γεγονός ότι η φασματοσκοπία τέθηκε σε μια σταθερή επιστημονική βάση. Σημαντική συμβολή σε αυτό είχαν Ρώσοι και Σοβιετικοί επιστήμονες. Παράλληλα με τη δημιουργία των θεωρητικών θεμελίων της φασματοσκοπίας, που οδήγησαν στην ανακάλυψη μιας σειράς νέων οπτικών εφέ (το φαινόμενο της σκέδασης του φωτός Raman). Όλα αυτά δημιούργησαν τις προϋποθέσεις για την ευρεία εισαγωγή των μεθόδων φασματοσκοπικής έρευνας στα πιο ποικίλα πεδία της επιστήμης και της πρακτικής.

Οι μέθοδοι φασματοσκοπίας χρησιμοποιούνται για τη μελέτη των ενεργειακών επιπέδων των ατόμων, των μορίων και των μακροσκοπικών συστημάτων που σχηματίζονται από αυτά και των κβαντικών μεταπτώσεων μεταξύ των ενεργειακών επιπέδων, η οποία παρέχει σημαντικές πληροφορίες για τη δομή και τις ιδιότητες της ύλης. Ως αντικείμενα φασματοσκοπικής μελέτης, μπορεί να χρησιμοποιηθεί μια μεγάλη ποικιλία ουσιών σε οποιαδήποτε κατάσταση συσσωμάτωσης. Στην απλούστερη περίπτωση, πρόκειται για ένα σπάνιο αέριο, η μέση απόσταση μεταξύ των μορίων του οποίου είναι τόσο μεγάλη που μπορούν να θεωρηθούν μεμονωμένα το ένα από το άλλο. Στην πιο περίπλοκη περίπτωση, πρόκειται για ένα συμπυκνωμένο σώμα, στο οποίο κάθε σωματίδιο που το σχηματίζει βρίσκεται υπό την επίδραση των δυνάμεων της διαμοριακής αλληλεπίδρασης. Από αυτή την άποψη, από φασματοσκοπικά δεδομένα μπορεί κανείς να λάβει πληροφορίες τόσο για τη δομή και τις ιδιότητες των μορίων, όσο και για τις δυνάμεις της διαμοριακής αλληλεπίδρασης και, κατά συνέπεια, για τη δομή της ύλης στο σύνολό της.

Χρησιμοποιώντας τα υπέρυθρα φάσματα των οργανικών ενώσεων, μπορούμε να προσδιορίσουμε τη σύνθεση μιας ουσίας και να καθορίσουμε όχι μόνο τη στοιχειακή σύνθεση, αλλά και δομικά χαρακτηριστικά.

1. Προέλευση των φασμάτων IR

Η υπέρυθρη φασματοσκοπία είναι ένας κλάδος της φασματοσκοπίας που καλύπτει την περιοχή μεγάλου μήκους κύματος του φάσματος (πάνω από 730 nm πέρα από το κόκκινο όριο του ορατού φωτός). Τα υπέρυθρα φάσματα προκύπτουν ως αποτέλεσμα της δονητικής (μερικώς περιστροφικής) κίνησης των μορίων, συγκεκριμένα, ως αποτέλεσμα των μεταβάσεων μεταξύ των επιπέδων δόνησης της βασικής ηλεκτρονικής κατάστασης των μορίων. Στη φυσική, χρησιμοποιούνται φασματοσκοπικές μέθοδοι για τη μελέτη των διαφόρων ιδιοτήτων αυτών των αλληλεπιδράσεων. Στην αναλυτική χημεία - για την ανίχνευση και τον προσδιορισμό ουσιών, με τη μέτρηση των χαρακτηριστικών τους φασμάτων, δηλ. μεθόδους φασματομετρίας.

Η μέθοδος της υπέρυθρης φασματοσκοπίας είναι μια καθολική φυσική και χημική μέθοδος, η οποία χρησιμοποιείται στη μελέτη των δομικών χαρακτηριστικών διαφόρων οργανικών και ανόργανων ενώσεων. Βασίζεται στο φαινόμενο της απορρόφησης από ομάδες ατόμων του ελεγμένου αντικειμένου της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας στην υπέρυθρη περιοχή. Η απορρόφηση σχετίζεται με τη διέγερση των μοριακών δονήσεων από κβάντα υπέρυθρου φωτός. Όταν ένα μόριο ακτινοβολείται με υπέρυθρη ακτινοβολία, απορροφώνται μόνο εκείνα τα κβάντα, οι συχνότητες των οποίων αντιστοιχούν στις συχνότητες του σθένους, της παραμόρφωσης και των ηλεκτρονικών δονήσεων των μορίων. Αυτή η μέθοδος βασίζεται σε ένα τέτοιο φυσικό φαινόμενο όπως η υπέρυθρη ακτινοβολία. Η υπέρυθρη ακτινοβολία ονομάζεται επίσης «θερμική» ακτινοβολία, αφού όλα τα σώματα, στερεά και υγρά, που θερμαίνονται σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία, ακτινοβολούν ενέργεια στο υπέρυθρο φάσμα. Σε αυτή την περίπτωση, τα μήκη κύματος που εκπέμπονται από το σώμα εξαρτώνται από τη θερμοκρασία θέρμανσης: όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία, τόσο μικρότερο είναι το μήκος κύματος και τόσο μεγαλύτερη είναι η ένταση της ακτινοβολίας.

Συνήθως, η συχνότητα χρησιμοποιείται για την απεικόνιση των φασμάτων IR, λιγότερο συχνά του μήκους κύματος. Ο αριθμός των χαρακτηριστικών ζωνών απορρόφησης των ατομικών ομάδων, η έντασή τους και η θέση των μεγίστων που παρατηρούνται στα υπέρυθρα φάσματα δίνουν μια ιδέα για τη δομή μιας μεμονωμένης ένωσης ή για τη σύνθεση συστατικών σύνθετων ουσιών. Η ένταση της ζώνης απορρόφησης καθορίζεται από την ποσότητα που απορροφούν οι ατομικές ή λειτουργικές ομάδες του δείγματος όταν οι υπέρυθρες ακτίνες διέρχονται από αυτές. Ένας σημαντικός διαγνωστικός δείκτης των ζωνών απορρόφησης είναι η τιμή μετάδοσης. Αυτός ο δείκτης και η συγκέντρωση της ουσίας στο αφαιρούμενο αντικείμενο είναι αντιστρόφως ανάλογες, το οποίο χρησιμοποιείται για ποσοτικούς προσδιορισμούς της περιεκτικότητας μεμονωμένων συστατικών.

Η φασματοσκοπία υπέρυθρης ακτινοβολίας ασχολείται κυρίως με τη μελέτη των μοριακών φασμάτων, καθώς τα περισσότερα από τα δονητικά και περιστροφικά φάσματα των μορίων βρίσκονται στην περιοχή IR. Η μελέτη της δομής των μορίων και άλλων αντικειμένων μέσω φασματοσκοπίας υπέρυθρης ακτινοβολίας συνεπάγεται τη λήψη πληροφοριών σχετικά με τις παραμέτρους των μοριακών μοντέλων και μειώνει μαθηματικά στην επίλυση αντίστροφων φασματικών προβλημάτων. Η επίλυση τέτοιων προβλημάτων πραγματοποιείται με διαδοχική προσέγγιση των επιθυμητών παραμέτρων που υπολογίζονται χρησιμοποιώντας μια ειδική θεωρία φασματικών καμπυλών στις πειραματικές.

Η φασματοσκοπία υπέρυθρης ακτινοβολίας καθιστά δυνατό τον εντοπισμό χωρικών ισομερών, τη μελέτη ενδο- και διαμοριακών αλληλεπιδράσεων, τη φύση των χημικών δεσμών, την κατανομή των φορτίων στα μόρια, την καταγραφή βραχύβιας διάρκειας (διάρκεια ζωής έως 10 6γ) σωματίδια, λήψη δεδομένων για τον υπολογισμό των θερμοδυναμικών συναρτήσεων, τον καθορισμό της μορφής των κανονικών δονήσεων, την κατανομή της δονητικής ενέργειας σε βαθμούς ελευθερίας, τη θέση των ζωνών στα φάσματα και τις εντάσεις τους. Οι υπολογισμοί των φασμάτων των μορίων που περιέχουν έως και 100 άτομα, συμπεριλαμβανομένων των πολυμερών, πραγματοποιούνται με χρήση υπολογιστή. Σε αυτή την περίπτωση, είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε τα χαρακτηριστικά των μοριακών μοντέλων (σταθερές δυνάμεων, ηλεκτρο-οπτικές παράμετροι κ.λπ.), τα οποία βρίσκονται με την επίλυση των αντίστοιχων αντίστροφων φασματικών προβλημάτων ή με κβαντικούς χημικούς υπολογισμούς. Ως εκ τούτου, η υπέρυθρη φασματοσκοπία ως μέθοδος για τη μελέτη της δομής των μορίων χρησιμοποιείται ευρύτερα στην οργανική χημεία. Σε ορισμένες περιπτώσεις, για αέρια στην υπέρυθρη περιοχή, είναι δυνατό να παρατηρηθεί η περιστροφική δομή των ζωνών δόνησης. Αυτό καθιστά δυνατό τον υπολογισμό των διπολικών ροπών και των γεωμετρικών παραμέτρων των μορίων, τη βελτίωση των σταθερών δυνάμεων κ.λπ.

Η υπέρυθρη φασματοσκοπία έχει μια σειρά από πλεονεκτήματα έναντι της φασματοσκοπίας στις ορατές και υπεριώδεις περιοχές, καθώς καθιστά δυνατή την ανίχνευση της αλλαγής σε όλους τους κύριους τύπους δεσμών στα μόρια των μελετημένων ουσιών. Όταν χρησιμοποιείται φασματοσκοπία υπέρυθρης ακτινοβολίας για τον προσδιορισμό της ποιοτικής και ποσοτικής σύνθεσης των φυσικών μειγμάτων, δεν υπάρχει καταστροφή ουσιών, γεγονός που τους επιτρέπει να χρησιμοποιηθούν για μεταγενέστερες μελέτες.

1.1 Κλασική θεωρία φασμάτων δόνησης

Τα φάσματα δόνησης είναι εξαιρετικά συγκεκριμένα και ευαίσθητα χαρακτηριστικά των μορίων, επομένως χρησιμοποιούνται ευρέως στη χημική έρευνα. Το πλεονέκτημα των μεθόδων φασματοσκοπίας δόνησης είναι ότι μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μελέτη σχεδόν οποιασδήποτε ουσίας σε οποιαδήποτε κατάσταση συσσωμάτωσης (αέρια, υγρά ή στερεά, συμπεριλαμβανομένων των κρυστάλλων). Αυτή η μέθοδος ανάλυσης βασίζεται στην καταγραφή των φασμάτων υπέρυθρης απορρόφησης μιας ουσίας. Η απορρόφηση από μια ουσία στην υπέρυθρη περιοχή συμβαίνει λόγω των δονήσεων των ατόμων στα μόρια. Για τη λήψη φασμάτων δόνησης, αρκεί μια πολύ μικρή ποσότητα του υπό μελέτη υλικού (ανάλογα με τον τύπο και την ευαισθησία του φασματόμετρου, έως αρκετά χιλιοστόγραμμα).

Υπάρχουν διάφοροι τύποι δονήσεων ατόμων σε ένα πολυατομικό μόριο: σθένος (η απόσταση μεταξύ των ατόμων αλλάζει), χωρίζονται σε συμμετρικές και αντισυμμετρικές. παραμόρφωση (η γωνία μεταξύ των δεσμών αλλάζει χωρίς να αλλάζει το μήκος τους) (Εικόνα 1, α - γ).

α β σε

α − σθένος-συμμετρικό; β - σθένος-αντισυμμετρικό. γ - παραμόρφωση

Εικόνα 1. Δονήσεις ατόμων σε τριατομικό μόριο SO

Κατά τη διάρκεια των δονήσεων συμμετρικού σθένους, η διπολική ροπή δεν αλλάζει (δεν υπάρχουν γραμμές στην περιοχή υπερύθρων). Σθένους-αντισυμμετρικές δονήσεις και παραμόρφωση σπάσει τη συμμετρία του μορίου, εμφανίζεται μια διπολική ροπή και, ως αποτέλεσμα, εμφανίζονται γραμμές στην περιοχή IR. Οι μεταβάσεις μεταξύ διαφορετικών καταστάσεων δόνησης σε μόρια κβαντίζονται, λόγω των οποίων η απορρόφηση στην περιοχή IR έχει τη μορφή φάσματος, όπου κάθε δόνηση έχει το δικό της μήκος κύματος. Το μήκος κύματος για κάθε δόνηση εξαρτάται από το ποια άτομα συμμετέχουν σε αυτήν και, επιπλέον, εξαρτάται ελάχιστα από το περιβάλλον τους. Δηλαδή για κάθε λειτουργική ομάδα είναι χαρακτηριστικές ταλαντώσεις συγκεκριμένου μήκους κύματος, ακριβέστερα, ακόμη και για κάθε ομάδα χαρακτηριστική είναι μια σειρά ταλαντώσεων (αντίστοιχα, ζώνες στο φάσμα IR). Σε αυτές τις ιδιότητες των φασμάτων IR βασίζεται η ταυτοποίηση των ενώσεων με βάση φασματικά δεδομένα. (Σχήμα 2).

Εικόνα 2. Γραφική αναπαράσταση περιστροφικών, δονήσεων, ηλεκτρονικών μεταβάσεων

Από όλες τις δονητικές μεταβάσεις, η μετάβαση στο πλησιέστερο υποεπίπεδο δόνησης είναι η πιο πιθανή. Αντιστοιχεί σε μια φασματική γραμμή που ονομάζεται κύρια. Μια λιγότερο πιθανή μετάβαση σε υψηλότερα υποεπίπεδα δόνησης αντιστοιχεί σε φασματικές γραμμές που ονομάζονται υπέρηχοι. Η συχνότητά τους είναι 2, 3 κ.λπ. φορές μεγαλύτερη από τη συχνότητα της κύριας γραμμής και η ένταση είναι πολύ μικρότερη. Η κύρια γραμμή συμβολίζεται με το γράμμα n και οι τόνοι είναι 2n, 3n, κ.λπ. Οι περισσότερες από τις γνωστές συχνότητες δόνησης βρίσκονται στο εύρος των 1012-1014 Hz, που αντιστοιχεί στο υπέρυθρο (IR) εύρος της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας.

Οι κύριες μέθοδοι φασματοσκοπίας δόνησης είναι η φασματοσκοπία IR και η φασματοσκοπία Raman (RS), που ονομάζεται επίσης σκέδαση Raman. Τα φάσματα IR είναι φάσματα απορρόφησης και ερμηνεύονται ως προς τις ζώνες απορρόφησης.

Τα φασματόμετρα υπερύθρων καθιστούν δυνατή τη γρήγορη λήψη φασμάτων δόνησης υγρών και αερίων, καθώς και στερεών που είναι επαρκώς διαφανή στο μελετημένο εύρος συχνοτήτων ακτινοβολίας (περίπου 40-6000 cm-1 για τα πιο κοινά όργανα), γεγονός που επιτρέπει ποιοτική και ποσοτική ανάλυση των δειγμάτων. Λόγω του γεγονότος ότι ορισμένες μεταπτώσεις δόνησης μπορεί να απαγορεύονται από τους κανόνες επιλογής, ένας αριθμός δονήσεων που είναι εγγενείς σε χαρακτηριστικές δομικές ομάδες μπορεί να απουσιάζουν στα φάσματα που καταγράφονται από τα φασματόμετρα IR. Σε αυτή την περίπτωση, η μέθοδος Raman μπορεί να έρθει στη διάσωση εάν οι αντίστοιχες φασματικές ζώνες επιτρέπονται από τους κανόνες επιλογής για μεταβάσεις ακτινοβολίας.

Εικόνα 3. Παραδείγματα φασμάτων δόνησης

.2 Κβαντομηχανική αναπαράσταση φασμάτων δόνησης

Η εφαρμογή των μεθόδων φασματοσκοπίας δόνησης απαιτεί διαφορετικό βάθος γνώσης της θεωρίας των φασμάτων δόνησης. Η σύγχρονη τεχνολογία ηλεκτρονικών υπολογιστών καθιστά δυνατό τον θεωρητικό υπολογισμό του φάσματος δόνησης και ορισμένων μοριακών παραμέτρων ακόμη και για σχετικά πολύπλοκα μόρια.

Τα επίπεδα δονητικής ενέργειας ενός μορίου μπορούν να ληφθούν επιλύοντας το αντίστοιχο κβαντομηχανικό πρόβλημα. Οι καταστάσεις ενός μορίου ως ενιαίου συστήματος πυρήνων και ηλεκτρονίων περιγράφονται από την πλήρη κυματική συνάρτηση Υ . Κβαντομηχανικός τελεστής Ĥ (Hamiltonian) στην κυματική εξίσωση Schrödinger

Ĥ Υ = Ε Υ

που καθορίζει την ενέργεια Ε των στατικών καταστάσεων, περιλαμβάνει όρους που σχετίζονται με την τροχιακή και περιστροφική κίνηση των ηλεκτρονίων: δονητική και περιστροφική κίνηση του πυρηνικού σκελετού (η μεταφραστική κίνηση μπορεί να παραμεληθεί).

Σε μια προσέγγιση που λαμβάνει υπόψη τη μεγάλη διαφορά στις μάζες και την κινητικότητα των ηλεκτρονίων και των πυρήνων, είναι δυνατό, πρώτα απ 'όλα, να διαχωριστεί η ηλεκτρονική και η πυρηνική κίνηση και για τις κυματικές συναρτήσεις - μέχρι (m / M) Ѕ , και για ενέργειες - έως (m/M) ј , όπου m είναι η μάζα των ηλεκτρονίων και M είναι η μάζα των πυρήνων. Τότε μπορείτε να γράψετε: Υ = Υ μι Υ n και Χ μι +Ĥ n , όπου Υ μι και Χ μι ισχύουν μόνο για την ηλεκτρονική κίνηση και Υ n και Χ n - μόνο στην κίνηση των πυρήνων. Σε μια προσέγγιση που είναι αρκετά καλή για πολλούς σκοπούς, μπορεί κανείς επίσης να διαχωρίσει τις ταλαντωτικές και περιστροφικές κινήσεις του πυρηνικού σκελετού, δηλ. παρουσιάζω

Υ = Υ μι Υ u Υ r και Ĥ= Ĥ μι + Ĥ u + Ĥ r ,

που καθιστά δυνατή την επίλυση τριών εξισώσεων της μορφής (1) χωριστά και την εύρεση, αντίστοιχα, των ενεργειών της ηλεκτρονικής, δονητικής και περιστροφικής κατάστασης του μορίου, που συνθέτουν τη συνολική ενέργεια E = E μι + Ε u + Ε r .

Εδώ μας ενδιαφέρει το αποτέλεσμα της επίλυσης μόνο της εξίσωσης δόνησης

Ĥ u Υ u = Ε u Υ u

Για να εξετάσουμε την ταλαντωτική κίνηση, απαιτείται η εισαγωγή συντεταγμένων που θα περιγράφουν μόνο τις σχετικές μετατοπίσεις των πυρήνων. Η μεταφορική κίνηση ενός μορίου μπορεί να περιγραφεί με τρεις συντεταγμένες που χαρακτηρίζουν τη θέση του κέντρου μάζας και η περιστροφική κίνηση με τρεις συντεταγμένες, οι οποίες μπορούν να επιλεγούν ως γωνίες που περιγράφουν τον προσανατολισμό του μορίου σε σχέση με το εξωτερικό σύστημα συντεταγμένων με το προέλευση στο κέντρο μάζας. Στην περίπτωση ενός γραμμικού μορίου, ο προσανατολισμός του χαρακτηρίζεται πλήρως από δύο ανεξάρτητες συντεταγμένες. Ένα διατομικό μόριο έχει μόνο έναν δονητικό βαθμό ελευθερίας (n=1), δηλ. μόνο μία συντεταγμένη Q= ρε r που αντιπροσωπεύει τη μεταβολή της διαπυρηνικής απόστασης, από την οποία εξαρτάται η συνάρτηση του δονητικού κύματος. Για ένα N-ατομικό μόριο, μπορείτε να εισαγάγετε n = 3N-6 (για γραμμικό 5N-5) τέτοιες συντεταγμένες Q κ ότι καθένας από αυτούς χαρακτηρίζει πλήρως τη μετατόπιση των πυρήνων σε σχέση με τις θέσεις ισορροπίας σε οποιαδήποτε βασική κατάσταση δόνησης. Αυτές είναι οι λεγόμενες κανονικές συντεταγμένες.

Όταν χρησιμοποιούνται κανονικές συντεταγμένες, η συνάρτηση δονητικού κύματος και η δονητική ενέργεια ενός Ν-ατομικού μορίου μπορούν να αναπαρασταθούν, αντίστοιχα, ως το γινόμενο:

Και το άθροισμα:

Στην αρμονική προσέγγιση Υ κ και Ε κ - Ιδιοσυναρτήσεις και ιδιοτιμές τελεστών , ανάλογα με μία μόνο συντεταγμένη Q κ :

όπου ħ= h/2 Π ; h είναι η σταθερά του Planck. μεγάλο κ = 4Π 2n κ 2.

Αυτός ο τελεστής οδηγεί στην εξίσωση Schrödinger για έναν αρμονικό ταλαντωτή. Οι δικές του ενεργειακές αξίες:

όπου u κ = 0, 1, 2, 3,… είναι ο δονητικός κβαντικός αριθμός και u εκ - σταθερά ταλάντωσης.

Για τα διατομικά μόρια, ο δείκτης k μπορεί να παραλειφθεί παντού, υποθέτοντας Q= ρε r, και η σταθερά , δηλ. συμπίπτει με την έκφραση για την κλασική συχνότητα των αρμονικών ταλαντώσεων. Εδώ Μ = m 1Μ 2/Μ 1+ m 2 - μειωμένη μάζα διατομικού μορίου με πυρήνες με μάζες m 1και μ 2; κ μι - σταθερά αρμονικής δύναμης που αντιπροσωπεύει τη δεύτερη παράγωγο της συνάρτησης δυναμικής ενέργειας στο σημείο ισορροπίας, δηλ. . Η καμπύλη δυναμικού για ένα πραγματικό διατομικό μόριο προσεγγίζεται από τη συνάρτηση Morse:

όπου ο Δ μι και σι - μόνιμη.

Μαζί με την παραβολική συνάρτηση του αρμονικού ταλαντωτή, αυτή η συνάρτηση φαίνεται στο Σχήμα 4. Το σύστημα εξισώσεων ενέργειας στην πραγματικότητα συγκλίνει προς το όριο, και όχι ένα σύστημα ισαπεχόντων επιπέδων, σύμφωνα με τον τύπο (12), που προκύπτει με την αρμονική προσέγγιση .

Η δονητική ενέργεια ενός πολυατομικού μορίου στην αρμονική προσέγγιση είναι συνάρτηση n δονήσεων κβαντικών αριθμών u κ :

όπου δ κ - ο βαθμός εκφυλισμού (μπορεί να είναι ίσος με 1, 2, 3) της κατάστασης δόνησης, που θεωρείται μία φορά, δηλ. παρουσία εκφυλισμού n<3N-6 (или 3N-5).

Η κυματική δονητική συνάρτηση ενός πολυατομικού μορίου ως γινόμενο των κυματοσυναρτήσεων ενός αρμονικού ταλαντωτή έχει τη μορφή:

όπου ο Ν u - συντελεστής κανονικοποίησης. H u κ είναι το πολυώνυμο Ερμίτης.

Οι εκφυλισμένες καταστάσεις έχουν την ίδια ενέργεια αλλά χαρακτηρίζονται από διαφορετικές κυματοσυναρτήσεις (διαφορετικές συντεταγμένες).

Έτσι, ένα πολυατομικό μόριο έχει ένα σύνολο καταστάσεων δόνησης με μια ορισμένη ενέργεια ανάλογα με n δονητικούς κβαντικούς αριθμούς u κ , που χαρακτηρίζεται από μια συνάρτηση ταλάντωσης κύματος που εξαρτάται από όλες τις συντεταγμένες ταλάντωσης 3N-6 (ή 3N-5).

Τα επίπεδα που χαρακτηρίζονται από ένα σύνολο κβαντικών αριθμών, εκ των οποίων μόνο ένας έχει τιμή 1 και οι υπόλοιποι είναι ίσοι με μηδέν, ονομάζονται κύρια ή θεμελιώδη. Εάν υπάρχει ένας κβαντικός αριθμός u κ έχει τιμή μεγαλύτερη από ένα, και τα υπόλοιπα είναι ίσα με μηδέν, τότε το επίπεδο ονομάζεται υπερτονικό. Όταν δύο ή περισσότεροι κβαντικοί αριθμοί που χαρακτηρίζονται από ένα επίπεδο είναι διαφορετικοί από το μηδέν, το επίπεδο ονομάζεται σύνθετο ή συνδυασμένο.

Το φάσμα δόνησης μιας ουσίας παρατηρείται όταν απορροφά ακτινοβολία υπερύθρων ή σκέδαση Raman του φωτός, όταν, ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης μορίων με φωτόνια h n υπάρχουν αλλαγές σε καταστάσεις δόνησης, δηλ. τα μόρια μετακινούνται σε άλλα ενεργειακά επίπεδα. Η διαφορά μεταξύ των ενεργειών των καταστάσεων μεταξύ των οποίων συμβαίνει η μετάβαση είναι, σύμφωνα με τη σχέση Bohr:

ρε E=h n =hc w

όπου n - συχνότητα απορροφούμενης (ή εκπεμπόμενης) ακτινοβολίας.

Στο φάσμα απορρόφησης υπερύθρων, η ένταση είναι ανάλογη της πιθανότητας, δηλ. και το τετράγωνο της μεταβατικής στιγμής ï Μ u ï 2:

όπου είναι ο τελεστής της ηλεκτρικής διπολικής ροπής, η οποία είναι συνάρτηση των συντεταγμένων δόνησης.

Έχοντας κατά νου τη σύνδεση της στιγμής με τις προβολές της στους άξονες συντεταγμένων

εξαρτήματα μπορούν επίσης να γραφτούν

που είναι καθορισμένα ολοκληρώματα σε ολόκληρο τον χώρο των συντεταγμένων, δηλ. αριθμοί και δεν αλλάζουν κατά την εκτέλεση της πράξης συμμετρίας.

Στη μετάβαση μεταξύ των κρατών και ήταν δυνατό, τουλάχιστον ένα από τα συστατικά του M Χ , Μ y , Μ z πρέπει να είναι διαφορετικό από το μηδέν. Η ένταση εξαρτάται από την αξία αυτών των συστατικών. Αν κατά προσέγγιση μικρών ταλαντώσεων (μετατοπίσεων) επεκταθούμε Μ Χ (Μ y , Μ z ) σε μια σειρά σε δυνάμεις του Q κ κοντά στη θέση ισορροπίας, τότε, παραλείποντας τους υπολογισμούς και αγνοώντας τους υψηλότερους όρους της διαστολής, έχουμε

(σε παρόμοιες εκφράσεις για τον Μ y και Μ z ). Έτσι, για να είναι δυνατή η μετάβαση, τουλάχιστον ένα από τα παράγωγα

δεν πρέπει να είναι μηδέν.

Ανάλογα με το ποια από τις προβολές V Χ , Μ y ή Μ z ¹ 0 ή όποιο είναι το μεγαλύτερο, μιλάμε για πόλωση της μετάβασης κατά μήκος του αντίστοιχου άξονα. Αυτό μερικές φορές καθιστά δυνατό να ξεχωρίσουμε τις λεγόμενες παράλληλες και κάθετες μεταβάσεις. Η σχετική ένταση των φασματικών ζωνών για διαφορετικούς τύπους μεταβάσεων εξαρτάται από τον πληθυσμό των καταστάσεων ή των επιπέδων δόνησης.

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

Σε θερμοκρασία δωματίου, το μηδενικό επίπεδο ενέργειας δόνησης είναι το πιο πυκνοκατοικημένο. Αντίστοιχα, οι ζώνες θεμελιωδών ή θεμελιωδών συχνοτήτων είναι οι πιο έντονες στο φάσμα.

Τα δονητικά-περιστροφικά φάσματα των μορίων στην αέρια φάση σε αρκετά υψηλή ανάλυση μπορούν να έχουν μια ανεπτυγμένη περιστροφική δομή, η μελέτη της οποίας μπορεί να έχει ανεξάρτητο ενδιαφέρον, ειδικά για σχετικά απλά μόρια, και να χρησιμεύσει στην ερμηνεία των ίδιων των φασμάτων δόνησης. Η θεωρία των φασμάτων δόνησης των μορίων σε συμπυκνωμένες φάσεις περιπλέκεται από τις διαμοριακές αλληλεπιδράσεις και την επίδραση του κρυσταλλικού πεδίου.

2. Αρχές σχεδίασης φασματόμετρων υπερύθρων

Με πολλούς διαφορετικούς τύπους σύγχρονων φασματόμετρων υπερύθρων, σύμφωνα με τις γενικές αρχές της συσκευής, μπορούν να χωριστούν σε δύο κύριες ομάδες. Το πρώτο περιλαμβάνει συσκευές με διαδοχική σάρωση και καταχώρηση φάσματος χρησιμοποιώντας δέκτη μονού καναλιού και το δεύτερο περιλαμβάνει φασματόμετρα στα οποία η ακτινοβολία ολόκληρου του μελετημένου φασματικού εύρους χτυπά αμέσως τον δέκτη, αλλά τα σήματα μετατρέπονται και αποκωδικοποιούνται έτσι ώστε να λαμβάνονται πληροφορίες σχετικά με κάθε μεμονωμένο τμήμα και το πλήρες φάσμα καταγράφεται σε όλο το εύρος. Τα φασματόμετρα IR σύμφωνα με το σχήμα φωτισμού είναι μονής και διπλής δέσμης. Με ένα σχήμα μονής δέσμης, το φάσμα απορρόφησης του υπό μελέτη αντικειμένου καταγράφεται στην καμπύλη της έντασης ακτινοβολίας της πηγής, η οποία μειώνεται με το μήκος κύματος, μαζί με την απορρόφηση υποβάθρου. Για να ληφθεί το φάσμα (σε ποσοστό μετάδοσης), είναι επίσης απαραίτητο να καταχωρηθεί η καμπύλη έντασης εκπομπής της πηγής (φάσμα φόντου). Λαμβάνοντας ένταση στο καθένα μεγάλο σε αυτά τα φάσματα, αντίστοιχα, όπως εγώ μεγάλο και εγώ 0μεγάλο βρείτε την τιμή μετάδοσης T μεγάλο = (Ι μεγάλο /ΕΓΩ 0μεγάλο )× 100% και σταθείτε στα σημεία της φασματικής καμπύλης ανάλογα με μεγάλο (ή w ) ή παρόμοιο για απορρόφηση (1-T) × 100%, ή στην κλίμακα οπτικής πυκνότητας A= lg (1/ T).

Τώρα χρησιμοποιείται πιο συχνά ένα σχέδιο δύο δοκών, το οποίο σας επιτρέπει να εξισορροπήσετε το φόντο, δηλ. πλήρης γραμμή μεταφοράς και αντιστάθμιση της απορρόφησης των ατμοσφαιρικών ατμών H 2O και CO 2, καθώς και την εξασθένηση των δοκών από τα παράθυρα της κυβέτας και, εάν χρειάζεται, την απορρόφηση διαλυτών.

Η καταχώρηση του φάσματος πραγματοποιείται ως εξής. Η ακτινοβολία IR από την πηγή 1 χωρίζεται σε δύο δέσμες. Η δοκός εργασίας διέρχεται από το δείγμα και η δέσμη αναφοράς διέρχεται από έναν αντισταθμιστή (μια κυψελίδα με διαλύτη, ένα παράθυρο κ.λπ.). Με τη βοήθεια ενός κόφτη 5, οι δοκοί κατευθύνονται εναλλάξ στη σχισμή εισόδου 6 του μονοχρωματικού μηχανισμού και μέσω αυτής στο στοιχείο διασποράς 7. Όταν περιστρέφεται αργά (ή ο καθρέφτης Littrow πίσω από το πρίσμα) εκτελείται από το σκούπισμα κινητήρα 14, διαμέσου της σχισμής εξόδου 8 του μονοχρωματού προς τον δέκτη 9, οι ακτίνες στενεύουν σε μήκος κύματος. Εάν η ακτινοβολία ενός δεδομένου μήκους κύματος στη δέσμη εργασίας και τη δέσμη σύγκρισης έχει διαφορετικές εντάσεις, για παράδειγμα, εξασθενεί στη δέσμη εργασίας από την απορρόφηση του δείγματος, τότε εμφανίζεται ένα εναλλασσόμενο ηλεκτρικό σήμα στον δέκτη. Μετά την ενίσχυση και τη μετατροπή, αυτό το σήμα τροφοδοτείται στον κινητήρα εξαγωγής 11, ο οποίος κινεί τη φωτομετρική σφήνα 12 (διάφραγμα) μέχρι να εξισωθούν οι ροές ακτινοβολίας. Η κίνηση της φωτομετρικής σφήνας σχετίζεται με την κίνηση της πένας του καταγραφέα 13 κατά μήκος της τεταγμένης και η περιστροφή του στοιχείου διασποράς σχετίζεται με το σχέδιο της χαρτοταινίας ή την κίνηση της θήκης στυλό κατά μήκος της τετμημένης. Έτσι, ανάλογα με τη βαθμονόμηση κατά τη σάρωση, μπορεί να καταγραφεί μια φασματική καμπύλη της εξάρτησης της μετάδοσης (απορρόφησης) ως ποσοστό ή της οπτικής πυκνότητας του δείγματος από τον αριθμό κύματος (ή το μήκος κύματος).

Το κύριο μέρος των φασματόμετρων σάρωσης είναι ο μονοχρωμάτης. Ως συσκευή διασποράς σε αυτό, μπορούν να χρησιμεύσουν πρίσματα κατασκευασμένα από υλικά διαφανή στην περιοχή IR με κατάλληλο πλέγμα διασποράς ή περίθλασης. Δεδομένου ότι η διασπορά των υλικών είναι μεγαλύτερη στο όριο μεγάλου μήκους κύματος της διαφάνειάς τους και μειώνεται γρήγορα με τη μείωση του μήκους κύματος, στην περιοχή mid-IR, συνήθως χρησιμοποιούνται αντικαταστάσιμα πρίσματα, κατασκευασμένα από μονοκρυστάλλους LiF, NaCI, KBr.

Επί του παρόντος, τα πρίσματα αντικαθίστανται όλο και περισσότερο από πλέγματα περίθλασης. Αλλά οι σχάρες, που μεταδίδουν ενέργεια ακτινοβολίας μια τάξη μεγέθους καλύτερα από ένα πρίσμα, έχουν το μειονέκτημα που δίνει η υπέρθεση φασμάτων υψηλότερων τάξεων. Δεν εξαλείφεται από την παρουσία στο φασματόμετρο πολλών εναλλάξιμων σχάρων για διαφορετικές φασματικές περιοχές και απαιτεί, ειδικά στην περιοχή μεγάλων κυμάτων, όπου η ένταση ακτινοβολίας είναι πολύ χαμηλή, καλά φασματικά φίλτρα.

Ως πηγές συνεχούς ακτινοβολίας IR, χρησιμοποιείται συνήθως μια πυριτική ράβδος - μια "σφαιρική" (μια καρφίτσα από καρβίδιο του πυριτίου) ή μια καρφίτσα Nernst (από οξείδια στοιχείων σπάνιων γαιών).

Λόγω της αδυναμίας των πηγών, προκύπτει το πρόβλημα του χρήσιμου φιλτραρίσματος ακτινοβολίας. Χρησιμοποιούνται τέσσερις κύριοι τύποι φίλτρων: απορροφητικά (κρυσταλλικός χαλαζίας, κρύσταλλοι αλογονιδίων αλκαλίων, πλάκες ορισμένων ημιαγωγικών υλικών), ανακλαστικά (ιονικοί κρύσταλλοι - φίλτρα υπολειμματικών ακτίνων), σκέδαση (μεταλλικά πλέγματα, πλάκες αλουμινίου με τραχιά επιφάνεια), παρεμβολές (επίπεδα-παράλληλες στρώσεις διαφανών υλικών με διαφορετικούς δείκτες διάθλασης).

Ως δέκτες ακτινοβολίας σε φασματόμετρα για την περιοχή mid-IR χρησιμοποιούνται ευαίσθητα θερμοστοιχεία ("θερμοκολώνες") ή βολόμετρα που κατασκευάζονται με βάση την αρχή των θερμομέτρων αντίστασης. Περιοχές δεκτών θερμότητας της τάξης από δέκατα έως ολόκληρα mm 2για μεγαλύτερη απόδοση, καλύπτονται με μαύρο χρώμα και ο δέκτης τοποθετείται σε κενό περίβλημα με παράθυρο διαφανές στην ακτινοβολία IR.

Οι θερμικές πηγές περιλαμβάνουν επίσης έναν πνευματικό ή οπτικοακουστικό δέκτη, στον οποίο η θερμική διαστολή του αερίου λαμβάνει χώρα υπό τη δράση της ακτινοβολίας. Το αέριο τοποθετείται σε ένα μαυρισμένο θάλαμο με ένα εύκαμπτο τοίχωμα, το οποίο έχει μια εξωτερική επικάλυψη που μοιάζει με καθρέφτη. Η κίνηση της φωτεινής δέσμης που ανακλάται από τον καθρέφτη καταγράφεται από ένα φωτοκύτταρο. Αυτός ο δέκτης κατασκευάζεται συνήθως για την περιοχή υπερύθρων μακρών κυμάτων, όπου χρησιμοποιείται επίσης μια άλλη ομάδα δεκτών: κβαντικοί ή φωτονικοί, για παράδειγμα: τέτοιοι δέκτες με φωτοαγωγιμότητα.

Η φασματοσκοπία Fourier έχει πολλά πλεονεκτήματα. Τα δύο κύρια πλεονεκτήματα σε σχέση με τα συμβατικά φασματόμετρα είναι τα ακόλουθα. Εδώ, στο συμβολόμετρο, κατά τη διάρκεια ολόκληρου του χρόνου σάρωσης, λαμβάνονται πληροφορίες ταυτόχρονα για ολόκληρο το φασματικό εύρος που μελετάται και σε ένα συμβατικό φασματόμετρο, πληροφορίες λαμβάνονται σε διαφορετικούς χρόνους μόνο για στενές φασματικές ζώνες του μελετημένου εύρους. Καθιστά επίσης δυνατή την αύξηση της ικανότητας ανάλυσης του συμβολόμετρου χωρίς να μειώνεται η ροή ακτινοβολίας ενέργειας. Η ανάλυση του φασματόμετρου Fourier είναι ανάλογη της μέγιστης διαφοράς διαδρομής των δεσμών και για να διπλασιαστεί η ανάλυση του φάσματος, για παράδειγμα, χρειάζεται απλώς να διπλασιαστεί το μήκος της κίνησης του κατόπτρου, δηλ. και χρόνος εγγραφής, δυνατότητα χρήσης μεγάλων γωνιών τόσο στις πηγές όσο και στον δέκτη. Για τα φασματόμετρα περίθλασης, η ανάλυση είναι αντιστρόφως ανάλογη με το πλάτος των σχισμών και η ενέργεια που προσπίπτει στον δέκτη είναι ανάλογη με το τετράγωνο της περιοχής δύο όμοιων σχισμών. Εάν το πλάτος των σχισμών μειωθεί κατά το ήμισυ (για να αυξηθεί η ανάλυση), τότε το σήμα θα μειωθεί κατά τέσσερα και για να διατηρηθεί η αναλογία σήματος προς θόρυβο, ο χρόνος εγγραφής πρέπει να αυξηθεί κατά 16 .

Πλεονεκτήματα της φασματοσκοπίας Fourier: πολύ υψηλή ευαισθησία και ακρίβεια των μετρήσεων έντασης, ειδικά με πολλαπλή σάρωση και συσσώρευση σήματος. πολύ υψηλή ανάλυση και υψηλή ακρίβεια αριθμών κυμάτων. ταχύτητα, δηλ. την ικανότητα γρήγορης μελέτης μιας ευρείας φασματικής περιοχής (χρόνος σάρωσης για διάστημα αρκετών εκατοντάδων cm -1είναι μικρότερο από 1s) κ.λπ.

Στείλτε την καλή δουλειά σας στη βάση γνώσεων είναι απλή. Χρησιμοποιήστε την παρακάτω φόρμα

Φοιτητές, μεταπτυχιακοί φοιτητές, νέοι επιστήμονες που χρησιμοποιούν τη βάση γνώσεων στις σπουδές και την εργασία τους θα σας είναι πολύ ευγνώμονες.

Δημοσιεύτηκε στις http://www.allbest.ru/

ΕΡΓΑΣΙΑ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ

Μέθοδος φασματοσκοπίας IR, Εφαρμογή της μεθόδου φασματοσκοπίας IR στη Φαρμακευτική Ανάλυση

Εισαγωγή

1. Η ουσία της μεθόδου της υπέρυθρης φασματοσκοπίας

2. Χαρακτηριστικό ταλάντωσης

3. Χρήση υπέρυθρης φασματοσκοπίας για ποιοτική ανίχνευση και προσδιορισμό δομής

4. Συσκευές για υπέρυθρη φασματοσκοπία

5. Προετοιμασία δείγματος

6. Ταυτοποίηση

6.1 Ταυτοποίηση με χρήση υλικών αναφοράς

6.2 Ταυτοποίηση με χρήση φασμάτων αναφοράς

συμπέρασμα

Βιβλιογραφία

Εφαρμογή

Εισαγωγή

Η φαρμακευτική χημεία είναι μια επιστήμη που, με βάση τους γενικούς νόμους των χημικών επιστημών, διερευνά τις μεθόδους λήψης, τη δομή, τις φυσικές και χημικές ιδιότητες των φαρμακευτικών ουσιών, τη σχέση μεταξύ της χημικής δομής και της επίδρασής τους στον οργανισμό, τις μεθόδους ποιοτικού ελέγχου και τις αλλαγές που συμβαίνουν κατά την αποθήκευση.

Οι κύριες μέθοδοι για τη μελέτη των φαρμακευτικών ουσιών στη φαρμακευτική χημεία είναι η ανάλυση και η σύνθεση.

Οι εργασίες που αντιμετωπίζει η φαρμακευτική χημεία επιλύονται με τη βοήθεια κλασικών φυσικών, χημικών και φυσικοχημικών μεθόδων, οι οποίες χρησιμοποιούνται τόσο για τη σύνθεση όσο και για την ανάλυση φαρμακευτικών ουσιών.

Όμως οι μέθοδοι της φαρμακευτικής ανάλυσης πρέπει να βελτιώνονται συστηματικά σε σχέση με τη δημιουργία νέων φαρμάκων και τη συνεχή αύξηση των απαιτήσεων για την ποιότητά τους. Επιπλέον, οι απαιτήσεις αυξάνονται τόσο για τον βαθμό καθαρότητας του φαρμάκου όσο και για την ποσοτική περιεκτικότητα. Ως εκ τούτου, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιούνται ευρέως όχι μόνο χημικές, αλλά και πιο ευαίσθητες φυσικές και χημικές μέθοδοι για την αξιολόγηση της ποιότητας των φαρμάκων.

Οι φυσικοχημικές μέθοδοι ανάλυσης (PCMA) βασίζονται στη χρήση της εξάρτησης των φυσικών ιδιοτήτων των ουσιών (για παράδειγμα, απορρόφηση φωτός, ηλεκτρική αγωγιμότητα κ.λπ.) από τη χημική τους σύνθεση.

Αυτές οι μέθοδοι ανάλυσης περιλαμβάνουν: οπτικές μεθόδους; μέθοδοι που βασίζονται στην απορρόφηση της ακτινοβολίας. μεθόδους που βασίζονται στην εκπομπή ακτινοβολίας· μέθοδοι που βασίζονται στη χρήση μαγνητικού πεδίου. ηλεκτροχημικές μέθοδοι? μέθοδοι διαχωρισμού· θερμικές μεθόδους.

Η φασματοσκοπία είναι κλάδος της φυσικής και της αναλυτικής χημείας που αφιερώνεται στη μελέτη των φασμάτων της αλληλεπίδρασης της ακτινοβολίας (συμπεριλαμβανομένης της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, των ακουστικών κυμάτων κ.λπ.) με την ύλη. (Οι φασματικές μέθοδοι βασίζονται στην απορρόφηση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας από την ουσία που προσδιορίζεται).

Οι περιοχές εφαρμογής της φασματοσκοπίας χωρίζονται ανάλογα με τα αντικείμενα μελέτης: ατομική φασματοσκοπία, μοριακή φασματοσκοπία, φασματοσκοπία μάζας, πυρηνική φασματοσκοπία, υπέρυθρη φασματοσκοπία και άλλα.

Τα υπέρυθρα φάσματα (φάσματα δόνησης) (φάσματα IR) προκύπτουν λόγω της απορρόφησης ενέργειας ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας κατά τη διάρκεια δονήσεων των πυρήνων των ατόμων σε μόρια ή ιόντα, τα οποία συνοδεύονται από αλλαγή στις διπολικές ροπές και αντιπροσωπεύουν την εξάρτηση της μετάδοσης ή της απορρόφησης από το μήκος κύματος (l) ή τη συχνότητα δόνησης (n ).

Η μέθοδος της φασματοσκοπίας IR παίζει σημαντικό ρόλο στην αναγνώριση χημικών και οργανικών ουσιών, λόγω του γεγονότος ότι κάθε χημική ένωση έχει ένα μοναδικό φάσμα IR.

1. ΑΠΟΗ ουσία της μεθόδου της υπέρυθρης φασματοσκοπίας

Η υπέρυθρη περιοχή (περιοχή IR) αναφέρεται στην ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία στην περιοχή μήκους κύματος από 0,78 έως 400 μm. Η περιοχή από 780 έως 2500 nm (από 0,78 έως 2,5 μm) θεωρείται ως η περιοχή πλησίον IR, η περιοχή από 2,5 έως 25 μm (από 4000 έως 400 cm -1) αναφέρεται στην περιοχή μεσαίου IR του φάσματος και το Η περιοχή 25 έως 400 μm αναφέρεται στην περιοχή μακρινής υπέρυθρης ακτινοβολίας. Η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη είναι η περιοχή mid-IR.

Το μήκος κύματος (l) στα φάσματα IR μετριέται συνήθως σε μικρόμετρα (μικρά), μικρά.

Δεδομένου ότι η συχνότητα ταλάντωσης στα φάσματα υπερύθρων έχει μεγάλες αριθμητικές τιμές, συνήθως δεν χρησιμοποιούνται οι συχνότητες (n), αλλά οι αριθμοί κυμάτων (), οι οποίοι μετρώνται σε cm -1 και σχετίζονται με τη συχνότητα ( n) από την εξίσωση:

= n /Με,

όπου n- συχνότητα, Hz (s -1);

Με- ταχύτητα φωτός στο κενό, cm s -1 .

Ο κυματικός αριθμός () σχετίζεται με το μήκος κύματος (l, μm) με τη σχέση:

\u003d 10 4 / l.

Οι ζώνες απορρόφησης εμφανίζονται ως αποτέλεσμα των μεταβάσεων μεταξύ των επιπέδων δόνησης της επίγειας ηλεκτρονικής κατάστασης του υπό μελέτη συστήματος. Τα φασματικά χαρακτηριστικά ενός μεμονωμένου μορίου εξαρτώνται από τις μάζες των συστατικών του ατόμων, τη γεωμετρία της δομής, τα χαρακτηριστικά των διατομικών δυνάμεων, την κατανομή φορτίου κ.λπ. Επομένως, τα υπέρυθρα φάσματα είναι εξαιρετικά ατομικά, γεγονός που καθορίζει την αξία τους για τον προσδιορισμό και τη μελέτη του δομή των ενώσεων.

Για να κατανοήσουμε τις αρχές στις οποίες βασίζεται η φασματοσκοπία υπερύθρων, είναι απαραίτητο να εξοικειωθούμε με την εσωτερική κίνηση των ατόμων σε ένα μόριο. Τα μόρια είναι δυναμικά συστήματα. Τα άτομα με ομοιοπολικό δεσμό δεν παραμένουν ακίνητα μεταξύ τους, αλλά εκτελούν συνεχώς δονήσεις διαφόρων τύπων, οι σημαντικότεροι από τους οποίους είναι το σθένος και η παραμόρφωση.

2. Χαρακτηριστικό γνώρισμαδισταγμός

Οι δονήσεις σθένους ονομάζονται δονήσεις δύο ατόμων κατά μήκος της γραμμής δεσμού και οδηγούν σε αλλαγή της απόστασης μεταξύ των ατόμων (η απόσταση μεταξύ δύο ατόμων μειώνεται ή αυξάνεται, αλλά τα άτομα παραμένουν στον άξονά τους του δεσμού σθένους).

Σημειώνονται με "n".

Οι δονήσεις τεντώματος μπορεί να είναι:

Οι δονήσεις κάμψης απαιτούν λιγότερη ενέργεια σε σύγκριση με τις δονήσεις τάνυσης, πράγμα που σημαίνει ότι οι ζώνες που αντιστοιχούν σε αυτές τις δονήσεις έχουν μικρότερους αριθμούς κυμάτων.

Όταν ένα μόριο εκτίθεται σε ακτινοβολία που αντιστοιχεί στην περιοχή IR, οι ταλαντώσεις αλλάζουν. Σε αυτή την περίπτωση, εμφανίζονται ζώνες απορρόφησης.

Γραφικά, απεικονίζονται ως εξάρτηση της τιμής απορρόφησης από τη συχνότητα.

3. Χρήση υπέρυθρης φασματοσκοπίας για ποιοτική ανίχνευση και προσδιορισμό δομής

υπέρυθρη φασματοσκοπία φαρμακευτική φαρμακευτική

Στη φασματοσκοπία υπέρυθρης ακτινοβολίας, στο εύρος κάθε χημικής ομαδοποίησης ενός οργανικού μορίου, αντιστοιχεί ένα συγκεκριμένο σύνολο ζωνών απορρόφησης, οι οποίες είναι καλά μελετημένες και καταχωρημένες στα σχετικά βιβλία αναφοράς.

Ένα χαρακτηριστικό της μεθόδου της υπέρυθρης φασματοσκοπίας είναι ότι οι ζώνες απορρόφησης του ίδιου τύπου δόνησης της ατομικής ομάδας διαφόρων ουσιών βρίσκονται σε ένα ορισμένο εύρος του υπέρυθρου φάσματος (για παράδειγμα, 3720-3550 cm-1 είναι το εύρος τεντωτικές δονήσεις ομάδων -ΟΗ· 3050-2850 cm-1 - -CH, -CH2, -CH3 ομάδες οργανικών ουσιών). Η ακριβής θέση της μέγιστης ζώνης απορρόφησης της ατομικής ομάδας εντός αυτού του εύρους υποδεικνύει τη φύση της ουσίας (για παράδειγμα, το μέγιστο 3710 cm-1 υποδηλώνει την παρουσία ομάδων -ΟΗ και το μέγιστο 3030 cm-1 υποδηλώνει την παρουσία =C-H ομάδων αρωματικών δομών).

Η ανάλυση διακρίνει υπό όρους 4 τομείς:

3700-2500 cm -1 - περιοχή απλών δεσμών ("υδρογόνο").

2500-1900 cm -1 - περιοχή τριπλών δεσμών.

1900-1300 cm -1 - περιοχή διπλών δεσμών.

Λιγότερο από 1300 cm -1 - περιοχή δακτυλικών αποτυπωμάτων (συγκεκριμένη για κάθε ουσία).

Ο αριθμός των χαρακτηριστικών ζωνών απορρόφησης των ατομικών ομάδων, η έντασή τους και η θέση των μεγίστων που παρατηρούνται στα υπέρυθρα φάσματα δίνουν μια ιδέα για τη δομή μιας μεμονωμένης ένωσης ή για τη σύνθεση συστατικών σύνθετων ουσιών. Η ένταση της ζώνης απορρόφησης καθορίζεται από μια τιμή αριθμητικά ίση με την ενέργεια που απορροφούν οι ατομικές ή λειτουργικές ομάδες του δείγματος όταν τις υπερύθρων ακτίνες διέρχονται από αυτές. Ένας σημαντικός διαγνωστικός δείκτης των ζωνών απορρόφησης είναι η τιμή μετάδοσης. Αυτός ο δείκτης και η συγκέντρωση της ουσίας στο αφαιρούμενο αντικείμενο είναι αντιστρόφως ανάλογες, το οποίο χρησιμοποιείται για ποσοτικούς προσδιορισμούς της περιεκτικότητας μεμονωμένων συστατικών.

Η μέθοδος της υπέρυθρης φασματοσκοπίας σας επιτρέπει να εξερευνήσετε τις στερεές, υγρές φάσεις της βιολογικής μάζας. Αυτή η μέθοδος καθιστά δυνατή τη μελέτη του δείγματος στο σύνολό του, χωρίς ανατομή και προκαταρκτικές χημικές επεξεργασίες, καθώς και τη χρήση μικρών δειγμάτων.

4. Όργανα υπέρυθρης φασματοσκοπίας

Μπορούν να χρησιμοποιηθούν φασματοφωτόμετρα υπερύθρων εξοπλισμένα με οπτικό σύστημα (πρίσματα ή πλέγματα περίθλασης) που εκπέμπουν μονοχρωματική ακτινοβολία στην περιοχή μέτρησης ή φασματοφωτόμετρα μετασχηματισμού Fourier. Το τελευταίο χρησιμοποιεί πολυχρωμική ακτινοβολία και υπολογίζει το φάσμα σε μια δεδομένη περιοχή συχνοτήτων με μετασχηματισμό Fourier των αρχικών δεδομένων. Σε τέτοιες συσκευές, χρησιμοποιείται ένα συμβολόμετρο αντί για συσκευή διασποράς και τα φασματικά δεδομένα επεξεργάζονται χρησιμοποιώντας υπολογιστή.

Η αφαίρεση του φάσματος IR πραγματοποιείται στην περιοχή των 4000-400 cm-1. Η πηγή ακτινοβολίας υπερύθρων 1 εκπέμπει ακτινοβολία, η οποία εστιάζεται μέσω σφαιρικών κατόπτρων 2 σε μια κυψέλη με μια ουσία 3 και μια κυψέλη αναφοράς 4 . Η ακτινοβολία που διέρχεται μέσω της κυψελίδας μέσω ενός συστήματος κατόπτρων 5 εισέρχεται στον μονοχρωμάτορα. Ένα πρίσμα ή δύο πλέγματα περίθλασης χρησιμοποιούνται ως μονόχρωμα. Το πρίσμα περιστρέφεται αργά γύρω από τον άξονά του, σε κάθε γωνία περιστροφής, ακτινοβολία συγκεκριμένου αυστηρά καθορισμένου μήκους κύματος εισέρχεται στους ανιχνευτές 8 μέσω των σχισμών εξόδου 7. Εάν κάποια στιγμή οι ανιχνευτές λάβουν ακτινοβολία που δεν απορροφήθηκε στην κυψελίδα με την ουσία, τότε η ένταση της ακτινοβολίας που προσπίπτει και στους δύο ανιχνευτές θα είναι η ίδια, πράγμα που σημαίνει ότι το ηλεκτρικό σήμα από αυτούς θα αφαιρέσει αμοιβαία και θα δώσει ένα μηδενική γραμμή στο φάσμα. Εάν, στην επόμενη περιστροφή του πρίσματος, αρχίσει να μεταδίδει ακτινοβολία που απορροφάται από την υπό μελέτη ουσία, τότε η ένταση της ακτινοβολίας που προσπίπτει και στους δύο ανιχνευτές θα είναι διαφορετική. Ως αποτέλεσμα, η αφαίρεση των σημάτων του ανιχνευτή θα έχει ως αποτέλεσμα την εμφάνιση μιας ζώνης απορρόφησης στο γράφημα.

Ως πηγή ακτινοβολίας χρησιμοποιείται ένας κύλινδρος μήκους 2 cm, πάχους 1 mm, από οξείδια σπάνιων γαιών, θερμαινόμενος στους t=15000 0 C (ράβδοι πυριτίου), με ηλεκτρικό ρεύμα να περνά μέσα από αυτόν. Όλα τα οπτικά στη φασματοσκοπία IR (κυβέτες, καθρέφτες, μονοχρωματικά) είναι κατασκευασμένα από άλατα KBr, NaCl, CaCl 2. Επειδή το συνηθισμένο γυαλί και ο χαλαζίας απορροφούν την ακτινοβολία IR. Ως ανιχνευτές χρησιμοποιείται ένα thermobar.

5. ΠΗ προετοιμασία των δειγμάτων

Για την καταγραφή του φάσματος μετάδοσης ή απορρόφησης, παρασκευάζεται δείγμα της ουσίας σύμφωνα με μία από τις ακόλουθες μεθόδους.

Υγρά.Τα υγρά εξετάζονται με τη μορφή φιλμ μεταξύ δύο πλακών διαφανών στην υπέρυθρη ακτινοβολία ή σε κυψελίδα με μικρό (συνήθως 0,01 - 0,05 mm) πάχος στρώματος, επίσης διαφανές στην υπέρυθρη ακτινοβολία.

Υγρά ή στερεά σε διάλυμα.Παρασκευάστε ένα διάλυμα της προς δοκιμή ουσίας σε κατάλληλο διαλύτη. Επιλέξτε τη συγκέντρωση της ουσίας και το πάχος του στρώματος της κυβέτας για να αποκτήσετε ένα ικανοποιητικό φάσμα.

Γενικά καλά αποτελέσματα λαμβάνονται σε συγκεντρώσεις 10 έως 100 g/l με πάχος στρώσης 0,5 έως 0,1 mm.

Η πρόσληψη διαλύτη αντισταθμίζεται με την τοποθέτηση παρόμοιας κυψελίδας που περιέχει τον επιλεγμένο διαλύτη στο κανάλι σύγκρισης.

Κουβέτες.Εάν οι γεμισμένες με διαλύτη κυψελίδες έχουν διαφορετική απορρόφηση στο επιλεγμένο μήκος κύματος, διορθώστε τη μετρούμενη απορρόφηση του διαλύματος δοκιμής. Όταν χρησιμοποιείτε φασματοφωτόμετρα μετασχηματισμού Fourier, δεν απαιτείται διόρθωση κυψελίδας επειδή η ίδια κυψελίδα μπορεί να χρησιμοποιηθεί τόσο για διαλύτη όσο και για δοκιμαστικό διάλυμα. Η περιοχή διαφάνειας της κυβέτας στην περιοχή IR εξαρτάται από το υλικό που χρησιμοποιείται.

Διαλύτες.Δεν υπάρχουν διαλύτες που να είναι εντελώς διαφανείς στα φάσματα IR με σημαντικό πάχος στρώσης. Ο τετραχλωράνθρακας (με πάχος στρώματος έως 5 mm) είναι πρακτικά διαφανής έως 6 μm (1666 cm -1). Ο δισουλφίδιο του άνθρακα (πάχος 1 mm) είναι κατάλληλος ως διαλύτης έως 40 μm (250 cm -1) εκτός από περιοχές από 4,2 έως 5,0 μm (2381 έως 2000 cm -1) και 5,5 έως 7,5 μm (από 1819 έως 1333 cm - 1), όπου έχει ισχυρή απορρόφηση. Άλλοι διαλύτες είναι διαφανείς σε μια σχετικά στενή περιοχή. Οι διαλύτες που χρησιμοποιούνται στη φασματομετρία υπερύθρων πρέπει να είναι αδρανείς ως προς το υλικό από το οποίο κατασκευάζεται η κυψελίδα.

στερεά.Τα στερεά εξετάζονται σε στερεά κατάσταση (δίσκοι αλογονιδίου αλκαλιμετάλλου), διασκορπίζονται σε κατάλληλο υγρό με τη μορφή εναιωρήματος ή σχηματίζονται σε ένα φιλμ τετηγμένης μάζας μεταξύ δύο υπέρυθρων διαφανών πλακών. Η προετοιμασία του δείγματος περιγράφεται στη μονογραφία.

Δίσκοι. 1 - 3 mg της προς δοκιμή ουσίας λειοτριβείται με 150 - 200 mg (εκτός εάν αναφέρεται διαφορετικά στη μονογραφία) προσεκτικά αλεσμένου και αποξηραμένου βρωμιούχου καλίου ή χλωριούχου καλίου (συνήθως χρησιμοποιείται βρωμιούχο κάλιο). Τυπικές συνθήκες ξήρανσης βρωμιούχου καλίου: στους 105°C σε κενό για 12 ώρες Συνήθως αυτή η ποσότητα είναι επαρκής για την προετοιμασία ενός δίσκου με διάμετρο 13 mm και τη λήψη ενός φάσματος κατάλληλης έντασης. Το μείγμα αλέθεται προσεκτικά, επιτυγχάνοντας την απαραίτητη ομοιομορφία, και ο δίσκος πιέζεται σε πίεση περίπου 800 MPa (8 t/cm 2) σε κενό (2 - 3 mm Hg) για 2 - 5 λεπτά.

Ο λόγος για τον σχηματισμό δίσκων χαμηλής ποιότητας μπορεί να είναι παράγοντες όπως ανεπαρκές ή υπερβολικό τρίψιμο, υγρασία ή άλλες ακαθαρσίες στο μέσο διασποράς. Ο δίσκος δεν είναι κατάλληλος για δοκιμή εάν ο δίσκος έχει ρωγμές στη διαδρομή της δέσμης ή εάν δεν είναι ομοιόμορφος ως προς τη διαφάνεια με οπτική επιθεώρηση ή εάν η μετάδοσή του στα 2000 cm -1 (5 μm) είναι μικρότερη από 60% χωρίς αντιστάθμιση η απουσία συγκεκριμένης ζώνης απορρόφησης.

Αναστολές.Μια μικρή ποσότητα της προς δοκιμή ουσίας λειοτριβείται με ελάχιστη ποσότητα ελαίου βαζελίνης ή άλλου κατάλληλου υγρού (αναμείξτε 5-20 mg στερεού με 1-2 σταγόνες υγρού εμβάπτισης). Το προκύπτον εναιώρημα συμπιέζεται μεταξύ δύο πλακών (NaCl ή KBr) που είναι διαφανείς στην υπέρυθρη ακτινοβολία.

Αέρια.Τα αέρια εξετάζονται σε μια κυψελίδα που είναι διαφανής στην υπέρυθρη ακτινοβολία, με μήκος οπτικής διαδρομής περίπου 100 mm. Η κυψελίδα εκκενώνεται και γεμίζεται με το αναλυόμενο αέριο μέσω μιας στρόφιγγας ή βαλβίδας βελόνας.

Εάν είναι απαραίτητο, φέρτε την πίεση στην κυψελίδα στην ατμοσφαιρική πίεση χρησιμοποιώντας ένα αέριο που είναι διαφανές στην υπέρυθρη ακτινοβολία (π.χ. άζωτο ή αργό). Για την εξάλειψη των παρεμβολών που σχετίζονται με την απορρόφηση νερού, διοξειδίου του άνθρακα ή άλλων ατμοσφαιρικών αερίων, τοποθετείται μια πανομοιότυπη κυψελίδα στο κανάλι σύγκρισης, το οποίο είτε εκκενώνεται είτε γεμίζεται με ένα αέριο διαφανές στην υπέρυθρη ακτινοβολία.

Για την καταγραφή του φάσματος με τη μέθοδο της απογοητευμένης ολικής εσωτερικής ανάκλασης, το δείγμα παρασκευάζεται χρησιμοποιώντας μία από τις μεθόδους.

Λύσεις.Η ουσία διαλύεται σε κατάλληλο διαλύτη, τηρώντας τις συνθήκες που δίνονται στη μονογραφία. Το διάλυμα εξατμίζεται στην επιφάνεια του εσωτερικού ανακλαστήρα, ο οποίος συνήθως κατασκευάζεται από κρύσταλλο βρωμιούχου ιωδιούχου θαλλίου (KRS-5), γερμανίου ή άλλου ορυκτού με υψηλό δείκτη διάθλασης.

στερεά.Η ουσία τοποθετείται στην επιφάνεια του εσωτερικού στοιχείου ανάκλασης με τέτοιο τρόπο ώστε να επιτυγχάνεται η πλησιέστερη και πλήρης επαφή με ολόκληρη την επιφάνεια του κρυστάλλου (συνήθως, η προετοιμασία τέτοιων δειγμάτων πραγματοποιείται υπό πίεση).

Προετοιμασία δειγμάτων για φασματομετρία στην υπέρυθρη περιοχή διάχυτης ανάκλασης: η ελεγχόμενη ουσία λειοτριβείται με προσεκτικά αλεσμένο και αποξηραμένο βρωμιούχο κάλιο ή χλωριούχο κάλιο. Εκτός εάν ορίζεται διαφορετικά στη μονογραφία, η περιεκτικότητα της ελεγχόμενης ουσίας στο προκύπτον μείγμα πρέπει να είναι περίπου 5%. Το μίγμα λειοτριβείται επιμελώς και το φάσμα καταγράφεται.

ακαθαρσίες στα αέρια.Για την ανάλυση των ακαθαρσιών στα αέρια, χρησιμοποιείται μια κυψελίδα που είναι διαφανής στην υπέρυθρη ακτινοβολία και έχει κατάλληλο μήκος οπτικής διαδρομής. Η κυψελίδα γεμίζεται όπως υποδεικνύεται στην ενότητα "Αέρια". Για την ανίχνευση και τον ποσοτικό προσδιορισμό των ακαθαρσιών χρησιμοποιούνται οι μέθοδοι που καθορίζονται στα φαρμακοποιητικά είδη.

6.Iταυτοποίηση

6.1 Ταυτοποίησηχρησιμοποιώντας τυπικά δείγματα

Ένα δείγμα της ελεγχόμενης ουσίας και ένα πρότυπο δείγμα παρασκευάζονται σύμφωνα με την ίδια διαδικασία και τα φάσματα καταγράφονται, εκτός εάν αναφέρεται διαφορετικά στη μονογραφία, στην περιοχή από 4000 έως 650 cm-1, σε ορισμένες περιπτώσεις έως 200 cm-1, υπό τις ίδιες συνθήκες. Οι ζώνες απορρόφησης στο φάσμα του δείγματος δοκιμής πρέπει να αντιστοιχούν στη θέση τους με τις ζώνες απορρόφησης στο φάσμα του τυπικού δείγματος.

Φάσματα υπερύθρων του προτύπου δείγματος (Α) και της ελεγχόμενης ουσίας (Β).

Εάν τα φάσματα που λαμβάνονται σε στερεά κατάσταση παρουσιάζουν διαφορές στη θέση των ζωνών απορρόφησης, τότε η ελεγχόμενη ουσία και το πρότυπο δείγμα υποβάλλονται σε επεξεργασία με τον ίδιο τρόπο ώστε να κρυσταλλωθούν ή να ληφθούν στην ίδια μορφή ή να υποβληθούν σε επεξεργασία στην τρόπο που υποδεικνύεται στη μονογραφία και, στη συνέχεια, πάρτε τα φάσματα.

6 . 2 Ταυτοποίηση με χρήση φασμάτων αναφοράς

Έλεγχος ανάλυσης. Καταγράφεται το φάσμα μιας μεμβράνης πολυστυρενίου πάχους 0,04 mm. Η διαφορά x (σχήμα) μεταξύ του ποσοστού μετάδοσης στη μέγιστη μετάδοση A στα 2870 cm -1 (3,48 μm) και της ελάχιστης μετάδοσης B στα 2849,5 cm -1 (3,51 μm) πρέπει να είναι μεγαλύτερη από 18. Η διαφορά y μεταξύ του ποσοστού η μετάδοση στη μέγιστη μετάδοση C στα 1589 cm -1 (6,29 μm) και η ελάχιστη μετάδοση D στα 1583 cm -1 (6,32 μm) θα πρέπει να είναι μεγαλύτερη από 10.

Ο έλεγχος της διακριτικής ικανότητας των φασματόμετρων υπερύθρων μετασχηματισμού Fourier πραγματοποιείται σύμφωνα με τις συστάσεις του κατασκευαστή του οργάνου.

Έλεγχος της κλίμακας των αριθμών κυμάτων.Η κλίμακα κυμάτων μπορεί να ελεγχθεί με μια μεμβράνη πολυστυρενίου η οποία έχει ελάχιστο μετάδοση (μέγιστη απορρόφηση) στους κυματικούς αριθμούς (σε cm -1) που δίνονται στον πίνακα.

Μεθοδολογία.Η ουσία προετοιμάζεται για δοκιμή σύμφωνα με τις οδηγίες που επισυνάπτονται στο φάσμα αναφοράς. Χρησιμοποιώντας τις συνθήκες υπό τις οποίες πραγματοποιήθηκε η δοκιμή ανάλυσης, καταγράψτε το φάσμα του δείγματος δοκιμής και εφαρμόστε ταινίες πολυστυρενίου στα 2849,5 cm -1 (3,51 μm), 1601,2 cm -1 (6,25 μm) και 1028,3 cm -1 (9,72 μm) . Συγκρίνετε τα δύο φάσματα (φάσμα αναφοράς και ελεγχόμενης ουσίας) και τις ζώνες πολυστυρενίου που αναφέρονται παραπάνω. Όταν χρησιμοποιούνται οι θέσεις των ταινιών πολυστυρενίου ως τυπικές τιμές, οι θέσεις των σημαντικών ζωνών στο φάσμα της ελεγχόμενης ουσίας και στο φάσμα αναφοράς πρέπει να αντιστοιχούν μεταξύ τους εντός του 0,5% της κλίμακας κυματοαριθμού. Το σχετικό μέγεθος των ζωνών και των δύο φασμάτων πρέπει να συμφωνεί μεταξύ τους.

Εικόνα - Τυπικό φάσμα πολυστυρενίου που χρησιμοποιείται για τη δοκιμή της ανάλυσης

Πίνακας 1 - Ελάχιστα και επιτρεπόμενα όρια μετάδοσης για μεμβράνη πολυστυρενίου

Ελάχιστα μετάδοσης, cm -1	Επιτρεπόμενα όρια, cm -1
	Φασματόμετρο υπερύθρων με μονοχρωμάτορα	Φασματόμετρο IR μετασχηματισμού Fourier

συμπέρασμα

Η υπέρυθρη φασματοσκοπία βρίσκει εφαρμογή στη μελέτη της δομής ημιαγωγών υλικών, πολυμερών, βιολογικών αντικειμένων και άμεσα ζωντανών κυττάρων, ως μέθοδος για τη μελέτη της δομής των μορίων, έχει γίνει πιο διαδεδομένη στη χημεία οργανικών και οργανοστοιχείων. Σε ορισμένες περιπτώσεις, για αέρια στην υπέρυθρη περιοχή, είναι δυνατό να παρατηρηθεί η περιστροφική δομή των ζωνών δόνησης.

Η φασματοσκοπία υπερύθρων γίνεται ολοένα και πιο διαδεδομένη κάθε χρόνο ως μια πολύ πολύτιμη φυσική μέθοδος για τη μελέτη της δομής των μορίων και μια ισχυρή αναλυτική μέθοδος.

Η εισαγωγή της φασματοσκοπίας στον τομέα της φαρμακευτικής ανάλυσης φαρμάκων λειτούργησε ως ισχυρή ώθηση για την ανάπτυξη και τη βελτίωσή της. Λόγω της ποικιλίας των δυνατοτήτων εφαρμογής, της υψηλής ακρίβειας των αποτελεσμάτων και της ευαισθησίας ανίχνευσης, σημαντική μείωση του χρόνου ανάλυσης.

Βιβλιογραφία

υλικό διάλεξης.

T. Kh. Vergeichik, Τοξικολογική Χημεία.

V. G. Belikov, Φαρμακευτική χημεία.

Κρατική Φαρμακοποιία της Ρωσικής Ομοσπονδίας Έκδοση XIII.

Κρατική Φαρμακοποιία της Ρωσικής Ομοσπονδίας Έκδοση XI.

A.V. Vasiliev, E.V. Grinenko «Φάσματα υπερύθρων οργανικών και φυσικών ενώσεων», Αγία Πετρούπολη, 2007, 30σ.

Bellamy L., Infrared spectra of molecules, trans. from English, Μ., 1957;

Cross A., Εισαγωγή στην πρακτική υπέρυθρη φασματοσκοπία, μτφρ. from English, Μ., 1961;

Kazitsyna L.A., Kupletskaya N.B. Εφαρμογή UV, IR, NMR και φασματοσκοπίας μάζας στην οργανική χημεία. Μ.: Εκδοτικός Οίκος της Μόσχας. un-ta, 1979, 240 p.;

Yukhnevich G.V. Υπέρυθρη φασματοσκοπία νερού. Μ. 1973.

Kazitsyna L.A., Kupletskaya N.B. Εφαρμογή UV, IR, NMR και φασματοσκοπίας μάζας στην οργανική χημεία. Μ.: Εκδοτικός Οίκος της Μόσχας. un-ta, 1979.

Yaroslavsky N. G., Μέθοδοι και εξοπλισμός υπέρυθρης φασματοσκοπίας μεγάλου μήκους κύματος, "Πρόοδοι στις φυσικές επιστήμες", 1957, τ. 2.

Φιλοξενείται στο Allbest.ru

...

Παρόμοια Έγγραφα

Η μελέτη των θεωρητικών θεμελίων των μεθόδων εναπόθεσης οργανικών και ανόργανων φαρμακευτικών ουσιών. Ανάλυση των χαρακτηριστικών της αλληλεπίδρασης φαρμακευτικών ουσιών με δείκτες στις μεθόδους εναπόθεσης. Μέθοδοι ένδειξης για τον προσδιορισμό του τελικού σημείου της ογκομέτρησης.

θητεία, προστέθηκε 30/01/2014

Παλμική ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που προκύπτει από τη φόρτωση σύνθετων υλικών. Μελέτη υπέρυθρης φασματοσκοπίας διεργασιών πολυμερισμού και συμπολυμερισμού σε πολυμερείς συνθέσεις για οργανικά γυαλιά. Εξάρτηση της περιεκτικότητας του κλάσματος γέλης.

περίληψη, προστέθηκε 04/05/2009

Η ουσία και η φύση του δεσμού υδρογόνου. Δεσμοί υδρογόνου και ιδιότητες οργανικών ενώσεων. Μέθοδος υπέρυθρης φασματοσκοπίας. Υπέρυθρη ακτινοβολία και δονήσεις μορίων. Ανάλυση φασματικών χαρακτηριστικών διαλυμάτων στερικά παρεμποδισμένων φαινολών.

θητεία, προστέθηκε 28/04/2010

Εξέταση αντιδράσεων με βάση το σχηματισμό σύνθετων ενώσεων μετάλλων και χωρίς τη συμμετοχή τους. Η έννοια των λειτουργικών-αναλυτικών και αναλυτικών-ενεργών ομάδων. Η χρήση οργανικών ενώσεων ως δείκτες τιτρομετρικών μεθόδων.

θητεία, προστέθηκε 04/01/2010

Τα μαγνητοπλαστικά ως νέα κατηγορία τύπων πολυμερών σύνθετων υλικών. Σύνθεση πολυκαπροαμίδης από καπρολακτάμη. Προσδιορισμός ενώσεων χαμηλού μοριακού βάρους, ιξώδους, μοριακού βάρους. Μέθοδος υπέρυθρης φασματοσκοπίας και θερμοβαρυμετρικής ανάλυσης.

έκθεση πρακτικής, προστέθηκε 26/07/2009

Συγκριτικά χαρακτηριστικά οργανικών και ανόργανων χημικών ενώσεων: ταξινόμηση, δομή του μοριακού κρυσταλλικού πλέγματος. την παρουσία και τον τύπο του χημικού δεσμού μεταξύ των ατόμων· σχετικό μοριακό βάρος, κατανομή στον πλανήτη.

παρουσίαση, προστέθηκε 05/11/2014

Λήψη και μελέτη των ιδιοτήτων των διαλυμάτων PAN/DMF και PAN/DMF/AgNO3 με φασματοσκοπία UV. Έλεγχος της δομικής κλίσης μιας νανοΐνας Ag/PAN με επεξεργασία διαλύτη. Μέθοδος θερμιδομετρίας διαφορικής σάρωσης. Μέθοδος φασματοσκοπίας IR.

διατριβή, προστέθηκε 06/04/2017

Η έννοια της διάθλασης ως μέτρο της ηλεκτρονικής πόλωσης ατόμων, μορίων, ιόντων. Αξιολόγηση του δείκτη διάθλασης για την ταυτοποίηση οργανικών ενώσεων, μετάλλων και φαρμακευτικών ουσιών, των χημικών παραμέτρων τους, ποσοτική και δομική ανάλυση.

θητεία, προστέθηκε 06/05/2011

Βασικές λειτουργίες κατά την εργασία στο εργαστήριο οργανικής χημείας. Οι πιο σημαντικές φυσικές σταθερές. Μέθοδοι για τον καθορισμό της δομής των οργανικών ενώσεων. Βασικές αρχές της δομής, των ιδιοτήτων και της ταυτοποίησης των οργανικών ενώσεων. Συνθέσεις οργανικών ενώσεων.

εγχειρίδιο εκπαίδευσης, προστέθηκε 24/06/2015

Δομή ατομικών και μοριακών φασμάτων. Χαρακτηριστικά και πλεονεκτήματα της φασματοσκοπίας μετασχηματισμού Fourier. Μαγνητικός συντονισμός πρωτονίων. Φασματοσκοπία πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού πυρήνων 13С. Ταυτοποίηση οργανικής ένωσης, ερμηνεία φασμάτων.

ΦΑΣΜΑΤΟΚΟΠΗΣΗ ΥΠΕΡΥΘΡΗΣ (IR)- ένα τμήμα φασματοσκοπίας που καλύπτει την περιοχή μεγάλου μήκους κύματος του φάσματος (> 730 nm πέρα από το κόκκινο όριο του ορατού φωτός). Τα υπέρυθρα φάσματα προκύπτουν ως αποτέλεσμα της δονητικής (μερικώς περιστροφικής) κίνησης των μορίων, συγκεκριμένα, ως αποτέλεσμα των μεταβάσεων μεταξύ των επιπέδων δόνησης της βασικής ηλεκτρονικής κατάστασης των μορίων. Η ακτινοβολία IR απορροφάται από πολλά αέρια, με εξαίρεση όπως τα O2, N2, H2, Cl2 και τα μονοατομικά αέρια. Η απορρόφηση συμβαίνει σε ένα μήκος κύματος χαρακτηριστικό κάθε συγκεκριμένου αερίου, για το CO, για παράδειγμα, αυτό είναι το μήκος κύματος των 4,7 microns.

Χρησιμοποιώντας φάσματα υπέρυθρης απορρόφησης, μπορεί κανείς να καθορίσει τη δομή μορίων διαφόρων οργανικών (και ανόργανων) ουσιών με σχετικά μικρά μόρια: αντιβιοτικά, ένζυμα, αλκαλοειδή, πολυμερή, σύνθετες ενώσεις κ.λπ. Φάσματα δόνησης μορίων διαφόρων οργανικών (και ανόργανων) ουσιών με σχετικά μακρά μόρια (πρωτεΐνες, λίπη, υδατάνθρακες, DNA, RNA κ.λπ.) βρίσκονται στην περιοχή terahertz, επομένως η δομή αυτών των μορίων μπορεί να προσδιοριστεί χρησιμοποιώντας φασματόμετρα ραδιοσυχνοτήτων στην περιοχή terahertz. Από τον αριθμό και τη θέση των κορυφών στα φάσματα απορρόφησης IR, μπορεί κανείς να κρίνει τη φύση της ουσίας (ποιοτική ανάλυση) και από την ένταση των ζωνών απορρόφησης, την ποσότητα της ουσίας (ποσοτική ανάλυση). Τα κύρια όργανα είναι διάφοροι τύποι υπέρυθρων φασματόμετρων. Με τη βοήθεια της φασματοσκοπίας IR, αναγνωρίζονται γρήγορα και αξιόπιστα διάφορες λειτουργικές ομάδες: καρβονύλιο, υδροξύλιο, καρβοξυλικό, αμίδιο, αμινο, κυανό, κ.λπ. καθώς και διάφορα ακόρεστα θραύσματα: διπλοί και τριπλοί δεσμοί άνθρακα-άνθρακα, αρωματικά ή ετεροαρωματικά συστήματα. Οι μέθοδοι φασματοσκοπίας IR χρησιμοποιούνται για τη μελέτη ενδο- και διαμοριακών αλληλεπιδράσεων, για παράδειγμα, το σχηματισμό δεσμών υδρογόνου. Στη χημεία του ξύλου και στη χημεία των φυσικών ενώσεων, οι δομές των υδατανθράκων, των λιγνινών, των αμινοξέων, των τερπενίων, των στεροειδών και πολλών άλλων ουσιών μελετώνται χρησιμοποιώντας φασματοσκοπία IR. ΥΠΕΡΥΘΡΗ ΦΑΣΜΑΤΟΚΟΠΙΑ (IR φασματοσκοπία), τομή mol. οπτικός φασματοσκοπία, μελετώντας τα φάσματα απορρόφησης και ανάκλασης ηλεκτρομαγνήτη. ακτινοβολία στην περιοχή IR, δηλ. στην περιοχή μήκους κύματος από 10-6 έως 10-3 μ. Στις συντεταγμένες της έντασης της απορροφούμενης ακτινοβολίας - το μήκος κύματος (ή ο αριθμός κύματος) το φάσμα IR είναι μια σύνθετη καμπύλη με μεγάλο αριθμό μεγίστων και ελάχιστων. Οι ζώνες απορρόφησης εμφανίζονται ως αποτέλεσμα των μεταβάσεων μεταξύ των κραδασμών. βασικά επίπεδα. ηλεκτρονική κατάσταση του υπό μελέτη συστήματος (βλ. Φάσματα δόνησης). Τα φασματικά χαρακτηριστικά (θέσεις των μεγίστων της ζώνης, το μισό πλάτος τους, η έντασή τους) ενός μεμονωμένου μορίου εξαρτώνται από τις μάζες των συστατικών του ατόμων, γεωμ. δομή, χαρακτηριστικά διατομικών δυνάμεων, κατανομή φορτίου κ.λπ. Επομένως, τα φάσματα υπερύθρων είναι εξαιρετικά ατομικά, γεγονός που καθορίζει την αξία τους στον εντοπισμό και τη μελέτη της δομής των ενώσεων. Για να καταχωρήσετε τα φάσματα χρησιμοποιώντας το κλασικό. φασματοφωτόμετρα και φασματόμετρα Fourier. Κύριος μέρη του κλασικού φασματοφωτόμετρο - μια πηγή συνεχούς θερμικής ακτινοβολίας, ένας μονοχρωμάτης, ένας μη επιλεκτικός δέκτης ακτινοβολίας. Μια κυψελίδα με περιεχόμενο (σε οποιαδήποτε κατάσταση συνάθροισης) τοποθετείται μπροστά από τη σχισμή εισόδου (μερικές φορές πίσω από την έξοδο). Ως συσκευή διασποράς του μονοχρωμάτορα, πρίσματα από δεκ. υλικά (LiF, NaCl, KCl, CsF κ.λπ.) και περίθλαση. σχάρες. Διαδοχική αφαίρεση της αποσυμπίεσης ακτινοβολίας. μήκη κύματος μέχρι τη σχισμή εξόδου και τον δέκτη ακτινοβολίας (σάρωση) πραγματοποιείται με περιστροφή του πρίσματος ή της σχάρας. Πηγές ακτινοβολίας - ηλεκτρικά πυρακτώσεως. τρέχουσες ράβδοι από δεκ. υλικά. Δέκτες: ευαίσθητα θερμοστοιχεία, μεταλλικοί. και οι θερμικές αντιστάσεις ημιαγωγών (βολόμετρα) και οι θερμικοί μετατροπείς αερίου, η θέρμανση του τοιχώματος του αγγείου σε ρυκ οδηγεί σε θέρμανση του αερίου και αλλαγή της πίεσής του, η οποία είναι σταθερή. Το σήμα εξόδου έχει τη μορφή μιας συμβατικής φασματικής καμπύλης. Πλεονεκτήματα των κλασικών συσκευών σχήματα: απλότητα σχεδιασμού, σχετίζεται. φτήνια. Μειονεκτήματα: η αδυναμία καταχώρησης αδύναμων σημάτων λόγω της χαμηλής αναλογίας σήματος προς θόρυβο, η οποία περιπλέκει πολύ την εργασία στην μακρινή περιοχή υπερύθρων. σχετικά χαμηλή ανάλυση (έως 0,1 cm-1), μακροπρόθεσμη (εντός λεπτών) καταγραφή φασμάτων. Στα φασματόμετρα Fourier, δεν υπάρχουν σχισμές εισόδου και εξόδου, και το κύριο στοιχείο - συμβολόμετρο. Η ροή ακτινοβολίας από την πηγή χωρίζεται σε δύο δέσμες, οι οποίες διέρχονται από το δείγμα και παρεμβάλλονται. Η διαφορά διαδρομής των δοκών μεταβάλλεται από ένα κινητό κάτοπτρο που αντανακλά μία από τις δοκούς. Το αρχικό σήμα εξαρτάται από την ενέργεια της πηγής ακτινοβολίας και από την απορρόφηση του δείγματος και έχει τη μορφή του αθροίσματος ενός μεγάλου αριθμού αρμονικών. συστατικά. Για να ληφθεί το φάσμα στη συνήθη μορφή, εκτελείται ο αντίστοιχος μετασχηματισμός Fourier χρησιμοποιώντας έναν ενσωματωμένο υπολογιστή. Πλεονεκτήματα του φασματόμετρου Fourier: υψηλή αναλογία σήματος προς θόρυβο, δυνατότητα λειτουργίας σε μεγάλο εύρος μηκών κύματος χωρίς αλλαγή του στοιχείου διασποράς, γρήγορη καταχώρηση (σε δευτερόλεπτα και κλάσματα δευτερολέπτων) του φάσματος, υψηλή ανάλυση (έως 0,001 cm-1). Μειονεκτήματα: πολυπλοκότητα κατασκευής και υψηλό κόστος. Όλα τα φασματοφωτόμετρα είναι εξοπλισμένα με υπολογιστή, η to-rye εκτελεί την πρωταρχική επεξεργασία των φασμάτων: τη συσσώρευση σημάτων, τον διαχωρισμό τους από το θόρυβο, την αφαίρεση του φόντου και το φάσμα σύγκρισης (φάσμα διαλύτη), αλλαγή της κλίμακας εγγραφής, υπολογισμός πειραμάτων . φασματικές παράμετροι, σύγκριση φασμάτων με δεδομένα, διαφοροποίηση φασμάτων κ.λπ. Οι κυψελίδες για φασματοφωτόμετρα υπερύθρων κατασκευάζονται από υλικά διαφανή στην περιοχή IR. Ως διαλύτες χρησιμοποιούνται συνήθως CCl4, CHCl3, τετραχλωροαιθυλένιο, λάδι βαζελίνης. Τα στερεά δείγματα συχνά συνθλίβονται, αναμιγνύονται με σκόνη KBr και συμπιέζονται σε δισκία. Για την εργασία με επιθετικά υγρά και αέρια, χρησιμοποιείται ειδικός εξοπλισμός. προστατευτική εκτόξευση (Ge, Si) στα παράθυρα των κυψελών. Η παρεμβολή του αέρα εξαλείφεται με την εκκένωση της συσκευής ή τον καθαρισμό της με άζωτο. Σε περίπτωση ασθενούς απορρόφησης in-in (σπάνια αέρια κ.λπ.), χρησιμοποιούνται κυβέτες πολλαπλών περασμάτων, στις οποίες το μήκος του οπτικού. Το μονοπάτι φτάνει τα εκατοντάδες μέτρα λόγω πολλαπλών αντανακλάσεων από ένα σύστημα παράλληλων κατόπτρων. Η μέθοδος απομόνωσης μήτρας έχει γίνει ευρέως διαδεδομένη, στην οποία το υπό μελέτη αέριο αναμιγνύεται με αργό και στη συνέχεια το μείγμα καταψύχεται. Ως αποτέλεσμα, το μισό πλάτος των ζωνών απορρόφησης μειώνεται απότομα και το φάσμα αποκτά μεγαλύτερη αντίθεση. Η χρήση ειδικών μικροσκοπικός Η τεχνολογία σάς επιτρέπει να εργάζεστε με αντικείμενα πολύ μικρών μεγεθών (κλάσματα του mm). Για την καταγραφή των φασμάτων της επιφάνειας των στερεών, η μέθοδος της διαταραγμένης συνολικής εξωτ. αντανακλάσεις. Βασίζεται στην απορρόφηση της ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας από το επιφανειακό στρώμα. ακτινοβολία που εξέρχεται από ένα πρίσμα full ext. αντανακλάσεις, το οποίο βρίσκεται στο οπτικό. επαφή με τη μελετημένη επιφάνεια. Η υπέρυθρη φασματοσκοπία χρησιμοποιείται ευρέως για την ανάλυση μειγμάτων και την ταυτοποίηση καθαρών ουσιών. Ποσότητα. η ανάλυση βασίζεται στον νόμο Bouguer-Lambert-Beer (βλ. Φασματοσκοπία απορρόφησης), δηλαδή στην εξάρτηση της έντασης των ζωνών απορρόφησης από τη συγκέντρωση της ύλης στο δείγμα. Ταυτόχρονα, ο αριθμός των ve in-va δεν κρίνεται με otd. ζώνες απορρόφησης και γενικά φασματικές καμπύλες σε ένα ευρύ φάσμα μηκών κύματος. Εάν ο αριθμός των συστατικών είναι μικρός (4-5), τότε είναι δυνατό να απομονωθούν μαθηματικά τα φάσματα τους ακόμη και κατά μέσο όρο. καλύπτοντας το τελευταίο. Σφάλμα ποσότητας. η ανάλυση, κατά κανόνα, είναι ένα κλάσμα του ποσοστού. Η αναγνώριση καθαρής εισόδου γίνεται συνήθως με τη βοήθεια συστημάτων ανάκτησης πληροφοριών με αυτόματη. σύγκριση του αναλυόμενου φάσματος με τα φάσματα που είναι αποθηκευμένα στη μνήμη του υπολογιστή. Χαρακτηριστικές περιοχές απορρόφησης ακτινοβολίας IR max. λειτουργίες που εμφανίζονται συχνά. ομάδες χημ. συν. δίνονται στον πίνακα. στο μυγόφυλλο στο τέλος του τόμου. Για την αναγνώριση νέων in-in (τα μόρια to-rykh μπορούν να περιέχουν έως και 100 άτομα) εφαρμόζονται συστήματα τεχνών. διάνοια. Σε αυτά τα συστήματα, με βάση φασματοδομικές συσχετίσεις, δημιουργούνται προβλήτες. κατασκευές, τότε χτίζονται θεωρητικά. φάσματα, to-rye συγκρίνονται με το πείραμα. δεδομένα. Η μελέτη της δομής των μορίων και άλλων αντικειμένων με υπέρυθρη φασματοσκοπία περιλαμβάνει τη λήψη πληροφοριών σχετικά με τις παραμέτρους του mol. μοντέλα και ανάγεται μαθηματικά στην επίλυση των λεγόμενων. αντίστροφα φασματικά προβλήματα. Η επίλυση τέτοιων προβλημάτων πραγματοποιείται με διαδοχική προσέγγιση των επιθυμητών παραμέτρων, που υπολογίζονται με χρήση ειδικών. θεωρία φασματικών καμπυλών σε πειραματικές. Οι παράμετροι λένε. μοντέλα είναι οι μάζες των ατόμων που συνθέτουν το σύστημα, μήκη δεσμών, γωνίες σθένους και στρέψης, χαρακτηριστικά της επιφάνειας του δυναμικού (σταθερές δύναμης κ.λπ.), διπολικές ροπές δεσμών και τα παράγωγά τους ως προς τα μήκη δεσμών, κ.λπ. Υπέρυθρο Η φασματοσκοπία σάς επιτρέπει να προσδιορίσετε χωρικά και διαμορφωτικά ισομερή, να μελετήσετε τις ενδομοριακές και διαμοριακές αλληλεπιδράσεις, τη φύση της χημικής ουσίας. δεσμοί, κατανομή φορτίου σε μόρια, μετασχηματισμοί φάσης, χημική κινητική. p-tions, καταγράφουν σωματίδια μικρής διάρκειας (διάρκεια ζωής έως 10-6 δευτ.), βελτιστοποιούν το μεμονωμένο geom. παραμέτρους, λάβετε δεδομένα για τον υπολογισμό της θερμοδυναμικής. f-tions κλπ. Απαραίτητο στάδιο τέτοιων μελετών είναι η ερμηνεία των φασμάτων, δηλ. καθιέρωση της μορφής των κανονικών ταλαντώσεων, κατανομή των ταλαντώσεων. ενέργεια κατά βαθμούς ελευθερίας, επιλογή σημαντικών παραμέτρων που καθορίζουν τη θέση των ζωνών στα φάσματα και την έντασή τους. Υπολογισμοί των φασμάτων των μορίων που περιέχουν έως και 100 άτομα, συμπ. τα πολυμερή πραγματοποιούνται με τη βοήθεια υπολογιστή. Σε αυτή την περίπτωση, είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε τα χαρακτηριστικά του mol. μοντέλα (σταθερές δυνάμεων, ηλεκτροοπτικές παράμετροι κ.λπ.), τα οποία βρίσκονται επιλύοντας τα αντίστοιχα αντίστροφα φασματικά προβλήματα ή κβαντοχημικά. υπολογισμούς. Και στις δύο περιπτώσεις, είναι συνήθως δυνατό να ληφθούν δεδομένα για μόρια που περιέχουν άτομα μόνο των τεσσάρων πρώτων περιόδων του περιοδικού κύκλου. συστήματα. Ως εκ τούτου, η υπέρυθρη φασματοσκοπία ως μέθοδος για τη μελέτη της δομής των μορίων έλαβε τα περισσότερα. διανομή σε οργ. και elementoorg. χημεία. Στο τμήμα περιπτώσεις για αέρια στην περιοχή IR, είναι δυνατό να παρατηρηθεί περιστροφή. κυμαινόμενη δομή. ρίγες. Αυτό καθιστά δυνατό τον υπολογισμό των διπολικών ροπών και του γεωμ. παραμέτρους των μορίων, καθορίστε σταθερές δύναμης κ.λπ.