Biograafiad Omadused Analüüs
Laienda
Kodu ›

IR peegeldusspektritest saadud teave. Spektroskoopia infrapuna piirkonnas

IR-spektroskoopia põhineb spektri infrapunapiirkonna neeldumisspektrite uurimisel. Erinevalt ultraviolett- ja nähtavast kiirgusest põhjustab infrapunakiirguse neeldumine molekuli üksikute osade vibratsiooni- ja pöörlemisliikumise muutumist üksteise suhtes.

IR-spektroskoopia üldpõhimõtted

Normaalses olekus teevad igas molekulis aatomite tuumad tasakaaluasendi ümber väikeseid võnkeid. Infrapunakiirguse neeldumine toob kaasa nende vibratsioonide suurenemise ja aine neelab ainult sellist infrapunakiirgust, mille sagedus langeb kokku aatomite vibratsiooni sagedusega.

Polüaatomises molekulis sooritavad kõik tuumad keerulisi võnkeliigutusi, mida võib kujutada nn normaalsete vibratsioonide superpositsioonina, s.o. selline, milles kõik molekuli aatomite tuumad vibreerivad sama sageduse ja faasiga ning selle massikese jääb liikumatuks. Normaalsete vibratsioonide arv vastab molekuli vibratsioonivabadusastmete arvule. Näiteks kl N-aatomi mittelineaarsel molekulil on (3 N- 6) vibratsioonilised vabadusastmed. Iga normaalse vibratsiooni energia kvantifitseeritakse ja polüaatomilise molekuli vibratsiooni koguenergia on võrdne selle normaalsete vibratsioonide energiate summaga.

Tavalised vibratsioonid jagunevad tavaliselt järgmisteks osadeks valents(v) aatomite liikumise tõttu mööda sidemete telgesid ja deformatsioon(5, l, G, t), mille juures sideme nurgad muutuvad, kuid sideme pikkused praktiliselt ei muutu. Venitusvibratsiooni sagedused on rohkem kui suurusjärgu võrra kõrgemad kui painutusvibratsiooni sagedused. Praegu teadaolevate molekulide puhul vastavad normaalsete vibratsioonide sagedused spektri infrapunapiirkonnale - X 2,5 kuni 100 µm (4000 kuni 100 cm”).

Tavaliste vibratsioonide ajal vibreerivad kõik aatomite tuumad sama sageduse ja faasiga, kuid erineva amplituudiga. Mõnikord võib teatud sidet moodustavate aatomite vibratsiooni amplituud oluliselt ületada teiste aatomite vibratsiooni amplituudi. Siis omistatakse (omistatakse) nende võnkumiste sagedus tinglikult selle ühenduse võnkumistele. Kui see sagedus muutub ühest molekulist teise liikudes vähe, nimetatakse seda iseloomulik. Aine iseloomulikele sagedustele vastavate neeldumisribade olemasolu IR-spektris näitab üheselt vastavate keemiliste sidemete olemasolu molekulides. Seda asjaolu kasutatakse laialdaselt ainete struktuurirühmade analüüsiks nende infrapuna neeldumisspektri järgi. Erinevat tüüpi keemiliste sidemete iseloomulikud sagedused leiate vastavatest tabelitest.

IR-spektrites täheldatud neeldumisribadel on sageli keeruline struktuur. Selle ilmumine gaasilises olekus olevates ainetes on tingitud asjaolust, et gaasilised molekulid saavad piisavalt vabalt pöörlema. Iga molekuli vibratsiooni üleminekuga kaasneb suur hulk pöörlevaid üleminekuid. Seetõttu sisaldavad spektrid koos vibratsiooniribadega nende mõlemal küljel ka vibratsiooni-rotatsiooni üleminekutele vastavaid ribasid. Molekulide keerukamaks muutudes asetsevad üksteise peale eraldi kitsad ribad ja vaadeldakse laiu, nõrga struktuuriga vibratsiooni-rotatsiooni ribasid.

Kristallilised ained ei oma vibratsioonilist struktuuri, kuid kristallis olevate molekulide vastastikmõjude tõttu võib paljudel juhtudel täheldada ühe riba jagunemist mitmeks ribaks (multipletiks). Tahkete ja vedelate ainete, aga ka nende kontsentreeritud lahuste spektrite ribade tugev laienemine võib olla tingitud molekulidevaheliste vesiniksidemete olemasolust.

Gaasiliste proovide IR-spektrite registreerimiseks kasutatakse spetsiaalseid gaasiküvette, mis on umbes 10 cm pikkune silinder, mille otstes on spektri IR-piirkonnas läbipaistvad KBr või CaF 2 hermeetilised aknad ja vaakumklapid testiga täitmiseks. gaasi ja selle väljapumpamisest. On olemas mitme läbipääsuga gaasiküvetid, milles peeglid võimaldavad kiirt mitmekordselt läbi uuritava gaasi. Sellistes küvettides võib kiirte tee pikkus olla kuni 10 m.

Vedelikke ja vedelaid lahuseid uuritakse etteantud paksusega õhukeste kilede kujul, mis on suletud kahe tasapinnalise paralleelse plaadi vahele, mis on valmistatud leelis- või leelismuldmetallide halogeniididest (LiF, KBr, CaF.;). Vedeliku kihi paksuse määrab plaatide vahele asetatud teflontihend. Lahustitena kasutatakse niiskusvabu vedelikke, mis on läbipaistvad neis spektripiirkondades, kus eeldatakse lahustunud aine spektriribade tekkimist. Nendel eesmärkidel kasutatakse kõige sagedamini benseeni, kloroformi, süsiniktetrakloriidi, tetrakloroetüleeni, atsetonitriili, dioksaani.

Tahkeid proove analüüsitakse kas peene suspensioonina vaseliiniõlis või muudes sarnastes vedelikes või kaaliumbromiidi tablettidena, millesse lisatakse valmistamisetapis peen analüüdi pulber. Õhukeste kilede uurimiseks kantakse need eelnevalt suure takistusega (eritakistus vähemalt 10-15 Ohm-cm) räniplaadi pinnale.

IR-spektrid on väga spetsiifilised ja seetõttu kasutatakse neid laialdaselt ainete tuvastamiseks. Kahel ainel pole ühesuguseid IR-spektreid. Praegu on olemas atlased, kus on kirjas erinevate orgaaniliste, organoelementaarsete ja anorgaaniliste ühendite spektrid, proovide ettevalmistamise ja spektrite registreerimise tingimused, samuti spektromeetrite mudelid, millel spektrid registreeriti.

Tundmatu aine identifitseerimine selle IR-spektri järgi seisneb selle spektri võrdlemises atlases antud võrdlusainega. Arvestades, et erinevatel tingimustel saadud sama aine spektrid võivad üksteisest erineda, on spektrite õige võrdlemise kõige olulisem tingimus nende registreerimise tingimuste identsus.

Kahe aine spektrite kokkulangevus näitab nende identsust. Standardi spektris esinevate ribade puudumine uuritava proovi spektris näitab selgelt nende ainete erinevust. Standardi spektriga võrreldes suurema arvu ribade esinemine uuritava proovi spektris võib viidata nii kahe aine erinevusele kui ka proovi saastumisele lisanditega.

IR Siektroskoi abil on võimalik läbi viia tundmatu või osaliselt teadaoleva koostisega ainete segu kvalitatiivne analüüs, kusjuures esimene viiakse läbi pärast segu eraldamist tuntud meetoditega.

Valguse neeldumise põhiseadust kasutades saab läbi viia nii proovide kvantitatiivse analüüsi kui ka määrata pooljuht- ja dielektrikkile paksuse. Ainesegude analüüs IR-skatroskoopiaga põhineb valguse neeldumise põhiseadusel ja optiliste tiheduste liite seadusel. Kuna spektri IR-piirkonna molaarkoefitsientide väärtused on suhteliselt väikesed (a ~ 1-H0-10 3), on ainete avastamispiir IR-spektroskoopia abil üsna kõrge (0,1-10 massiprotsenti). suhteliselt madal määramistäpsus (5-20 %).

Föderaalne haridusagentuur OREL STATE TECHNICAL

ÜLIKOOL

TOIDU BIOTEHNOLOOGIA JA KAUBATEADUSKOND

Abstraktne

infrapuna spektroskoopia

Lõpetatud: 11TE rühma õpilane,

Toiduainete biotehnoloogia ja kaubateaduse teaduskond

Ležepekov I.S.

teaduslik nõunik:

Klimova N.V.

Kotkas, 2009

Sissejuhatus……………………………………………………….3

    Meetodi põhimõte……………………………………………3

    Meetodi teoreetilised alused………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………4

    Seadmed, seadmed…………………………………………6

    Rakendus ……………………………………………………………

Järeldus …………………………………………………… 12

Kasutatud kirjanduse loetelu…………………………13

Rakendus

Sissejuhatus.

Kaasaegne garanteeritud kvaliteediga toiduainete tootmine eeldab hästi reprodutseeritavate ja täpsete kiirmeetodite kasutamist koostise ja omaduste jälgimiseks. Toodete stabiilse kõrge kvaliteedi saavutamine on lahutamatult seotud toorainete ja pooltoodete õigeaegse kvaliteedikontrolli korraldamisega tehnoloogilise protsessi kõikides etappides. Sellega seoses võimaldab tootmislaborite varustamine kiirjuhtimisseadmetega õigeaegselt reageerida tehnoloogiliste parameetrite mis tahes kõrvalekalletele; instrumentide juhtimise peamine eelis on tõhusus. Need operatiivanalüüsi meetodid peaksid loomulikult hõlmama paljudes maailma riikides laialt levinud spektroskoopia meetod.

IR-spektroskoopia meetodil on oluline roll keemiliste ja orgaaniliste ainete tuvastamisel, kuna igal keemilisel ühendil on ainulaadne IR-spekter.

1. Meetodi põhimõte

Infrapunaspektroskoopia (IR spectroscopy), molekulaaroptilise spektroskoopia osa, mis uurib elektromagnetilise kiirguse neeldumis- ja peegeldusspektreid IR-piirkonnas, s.o. lainepikkuste vahemikus 10 -6 kuni 10 -3 m. IR-spekter on komplekskõver, millel on palju maksimume ja miinimume. IR neeldumisspektri peamised omadused: neeldumisribade arv spektris, nende asukoht, mis on määratud sageduse (või lainepikkuse) järgi, ribade laius ja kuju, neeldumise suurus - on määratud olemusega (struktuuriga) ja keemiline koostis) ning sõltuvad ka aine agregatsiooni olekust, temperatuurist, rõhust jne. Üksikmolekuli spektraalsed omadused (ribade maksimumide asukohad, nende poollaius, intensiivsus) sõltuvad selle koostisosade aatomite massid, geom. struktuur, aatomitevaheliste jõudude tunnused, laengujaotus jne. Seetõttu on IR-spektrid väga individuaalsed, mis määrab nende väärtuse ühendite struktuuri tuvastamisel ja uurimisel. infrapuna spektroskoopia annab väga olulist teavet tuumade võnkesageduste kohta, mis sõltuvad molekulide struktuurist ja valentssidemete tugevusest. Teatud keemiliselt seotud aatomipaari vibratsioonisagedused (venivad vibratsioonid) jäävad tavaliselt teatud piiridesse. Näiteks on C–H võnkesagedustel erinevad vahemikud sõltuvalt süsinikuaatomite järelejäänud sidemetest, mis võimaldab sageli määrata vastavate rühmade olemasolu orgaanilises ühendis.

2. Meetodi teoreetilised alused

Molekulis olevad aatomid kogevad pidevat vibratsiooni ja molekul ise pöörleb tervikuna, mistõttu on tal uued energiatasemed, mis isoleeritud aatomites puuduvad.Molekul võib olla mitmes energiaseisundis kõrgema (E 2) või madalama (E) energiatasemega. 1) vibratsioonienergia. Neid energiaseisundeid nimetatakse kvantiseeritud. Valguskvanti, mille energia on E 2 - E 1, neeldumine viib molekuli madalamast energiast kõrgemasse. Seda nimetatakse molekuli ergastamiseks.

Selle tulemusena hakkavad molekulis üksteisega seotud aatomid mõne algpositsiooni suhtes intensiivsemalt vibreerima. Kui vaadelda molekuli kui vedrudega omavahel ühendatud aatomite-kuulikeste süsteemi, siis vedrud surutakse kokku ja venitatakse, lisaks painduvad.

Kuigi IR-spekter on iseloomulik kogu molekulile, selgub, et teatud aatomirühmadel on teatud sagedusel neeldumisribad, sõltumata ülejäänud molekuli struktuurist. Need ribad, mida nimetatakse iseloomulikeks, kannavad teavet molekuli struktuurielementide kohta.

On olemas iseloomulike sageduste tabelid, mille järgi saab paljusid IR-spektri ribasid seostada teatud funktsionaalrühmadega, millest molekul koosneb (lisa). Iseloomulikud on kerget vesinikuaatomit sisaldavate rühmade vibratsioonid (С–Н, О–Н, N–Н), mitme sidemega rühmade vibratsioonid (С=С, С=N, С=O) jne. rühmad esinevad spektrivahemikus 4000–1600 cm–1.

Spektri piirkonda 1300–625 cm–1 tuntakse kui "sõrmejälgede" piirkonda. See hõlmab С, СО, СN rühmade vibratsioonile vastavaid neeldumisribasid, aga ka painutusvibratsioone. Nende vibratsioonide tugeva vastasmõju tõttu on võimatu määrata neeldumisribasid üksikutele sidemetele. Kuid kogu selle piirkonna neeldumisribade komplekt on ühendi individuaalne omadus. Tundmatu (uuritud) aine kõigi ribade kokkulangevus teadaoleva standardi spektriga on suurepärane tõend nende identiteedist. Molekulaarmudelite parameetriteks on süsteemi moodustavate aatomite massid, sideme pikkused, side- ja väändenurgad, potentsiaalsed pinnaomadused (jõukonstandid jne), sideme dipoolmomendid ja nende tuletised sidemete pikkuste suhtes jne.

Infrapunaspektroskoopia võimaldab tuvastada ruumilisi ja konformatsioonilisi isomeere, uurida molekulidesiseseid ja intermolekulaarseid interaktsioone, keemiliste sidemete olemust, laengute jaotumist molekulides, faasimuutusi, keemiliste reaktsioonide kineetikat, registreerida lühiealisi (eluiga üles). kuni 10 -6 s) osakesi, täpsustada üksikuid geomeetrilisi parameetreid, saada andmeid termodünaamiliste funktsioonide arvutamiseks jne.

Selliste uuringute vajalik etapp on spektrite tõlgendamine, s.o. normaalvõnke vormi määramine, võnkeenergia jaotus vabadusastmete lõikes, oluliste parameetrite valik, mis määravad ribade asukoha spektris ja nende intensiivsuse. Kuni 100 aatomit sisaldavate molekulide, sealhulgas polümeeride spektrite arvutused tehakse arvuti abil. Sel juhul on vaja teada molekulaarmudelite omadusi (jõukonstandid, elektrooptilised parameetrid jne), mis leitakse vastavate pöördspektriülesannete lahendamise või kvantkeemiliste arvutuste abil. Mõlemal juhul on tavaliselt võimalik saada andmeid molekulide kohta, mis sisaldavad ainult perioodilise süsteemi nelja esimese perioodi aatomeid.

3. Seadmed, seadmed

Klassikalise spektrofotomeetri põhiosad on pideva soojuskiirguse allikas, monokromaator ja mitteselektiivne kiirgusdetektor. Küvett ainega (mis tahes agregatsiooni olekus) asetatakse sissepääsu (mõnikord väljapääsu taha) pilu ette. Monokromaatori dispergeerimisseadmena kasutatakse erinevatest materjalidest (LiF, NaCl, KCl, CsF jt) ja võredifraktsioonist valmistatud prismasid. Erineva lainepikkusega kiirguse järjestikune eemaldamine väljundpilusse ja kiirgusvastuvõtjasse (skaneerimine) toimub prisma või võre pööramise teel.

Seadme töö kahekiire skeemil põhineb nullmeetodil. Kiirgusallikast 1 tulev kiirgus suunatakse peeglite 2 - 5 abil läbi kahe kanali: ühte kanalisse (I) asetatakse uuritav proov (6), teise (II) - fotomeetriline kiil (7) ja referents. näidis (8).

Hakkuri (9) abil läbivad I ja II kanali valguskiired vaheldumisi LiF, NaCl või KBr soolade prismast 10 moodustatud monokromaatori dispersioonisüsteemi, lagunevad spektriks ja sisenevad kiirgusvastuvõtjasse. bolomeeter. Kui mõlema kanali kiirte intensiivsus on sama, siseneb bolomeetrisse pidev soojuskiirgus ja võimendi sisendisse signaali ei ilmu. Absorptsiooni korral langevad bolomeetrile erineva intensiivsusega kiired ja sellele ilmub vahelduv signaal. See signaal nihutab pärast võimendamist fotomeetrilist kiilu, viies proovi ja fotomeetrilise kiilu vahelise erinevuse nullini. Fotomeetriline kiil on mehaaniliselt pliiatsi külge ühendatud, pliiats registreerib neeldumisväärtuse.

Optiline skeem.

Kiirgusallikad - erinevatest materjalidest elektrivooluga kuumutatud vardad. Vastuvõtjad: tundlikud termopaarid, metalli- ja pooljuhtide soojustakistid (bolomeetrid) ja gaasitermomuundurid, mille anuma seina kuumutamine toob kaasa gaasi kuumenemise ja selle rõhu muutumise, mis on fikseeritud. Väljundsignaal on tavapärase spektraalkõvera kujul. Klassikalise skeemi seadmete eelised: disaini lihtsus, suhteline odavus.

Puudused: nõrkade signaalide registreerimise võimatus madala signaali-müra suhte tõttu, mis raskendab oluliselt tööd kauges infrapuna piirkonnas; suhteliselt madala eraldusvõimega pikaajaline (minutite jooksul) spektrite registreerimine.

Fourier spektromeeter

Fourier-spektromeetritel pole sisend- ja väljundpilusid ning põhielemendiks on interferomeeter. Allikast tulev kiirgusvoog jaguneb kaheks kiireks, mis läbivad proovi ja segavad. Kiirte teevahet muudetakse ühte kiirt peegeldava liigutatava peegli abil.

Algsignaal sõltub kiirgusallika energiast ja proovi neeldumisest ning on suure hulga harmooniliste komponentide summa kujul. Spektri saamiseks tavalisel kujul teostatakse sisseehitatud arvuti abil vastav Fourier' teisendus. Fourier spektromeetri eelised: kõrge signaali-müra suhe, võime töötada laias lainepikkuste vahemikus ilma hajutavat elementi muutmata, spektri kiire (sekundites ja sekundite murdosades) registreerimine, kõrge eraldusvõime (kuni 0,001). cm -1). Puudused: valmistamise keerukus ja kõrge hind.

Kõik spektrofotomeetrid on varustatud arvutiga, mis teostab spektrite esmast töötlemist: signaalide kogunemist, nende eraldamist mürast, tausta ja võrdlusspektri (lahustispektri) lahutamist, salvestise ümberskaalamist, eksperimentaalsete spektriparameetrite arvutamist, signaalide võrdlemist. spektrid etteantutega, spektrite eristamine jne. IR-spektrofotomeetrite küvetid on valmistatud materjalidest, mis on IR-piirkonnas läbipaistvad. Tavaliselt kasutatakse lahustitena CCl 4, CHCl 3, tetrakloroetüleeni, vaseliiniõli. Tahked proovid sageli purustatakse, segatakse KBr pulbriga ja pressitakse tablettideks. Agressiivsete vedelike ja gaasidega töötamiseks kasutatakse küveti akendel spetsiaalseid kaitsekatteid (Ge, Si). Õhu segav mõju kõrvaldatakse seadme evakueerimise või lämmastikuga läbipuhumisega. Nõrgalt neelavate ainete (haruldased gaasid jne) puhul kasutatakse multipass rakke, milles paralleelpeeglite süsteemist tuleneva mitmekordse peegelduse tõttu ulatub optilise tee pikkus sadade meetriteni.

Laialdaselt on kasutatud maatriksiisolatsiooni meetodit, mille puhul katsegaas segatakse argooniga ja seejärel segu külmutatakse. Selle tulemusena väheneb järsult neeldumisribade poollaius ja spekter muutub kontrastsemaks.

Spetsiaalse mikroskoopilise tehnika kasutamine võimaldab töötada väga väikese suurusega (mm murdosa) objektidega. Tahkete ainete pinna spektrite registreerimiseks kasutatakse täieliku frustreeritud sisepeegelduse meetodit. See põhineb uuritava pinnaga optilises kontaktis olevast täielikust sisemisest peegeldusprismast väljuva elektromagnetilise kiirguse energia neeldumisel aine pinnakihti.

4. Taotlus

Infrapunaspektroskoopiat kasutatakse laialdaselt segude analüüsiks ja puhaste ainete tuvastamiseks. Kvantitatiivne analüüs põhineb neeldumisribade intensiivsuse sõltuvusel aine kontsentratsioonist proovis. Sel juhul hinnatakse aine kogust mitte üksikute neeldumisribade, vaid spektraalkõverate kui terviku järgi laias lainepikkuste vahemikus. Kui komponentide arv on väike (4-5), siis on võimalik nende spektreid matemaatiliselt eraldada isegi viimaste olulise kattumise korral.

Uute ainete (mille molekulid võivad sisaldada kuni 100 aatomit) tuvastamiseks kasutatakse tehisintellekti süsteeme. Nendes süsteemides genereeritakse spektrostruktuursete korrelatsioonide alusel struktuurimolekulid, seejärel konstrueeritakse nende teoreetilised spektrid, mida võrreldakse eksperimentaalsete andmetega. Molekulide ja muude objektide struktuuri uurimine infrapunaspektroskoopia abil eeldab molekulaarmudelite parameetrite kohta teabe saamist ja taandub matemaatiliselt pöördspektriprobleemide sihtkoha lahendamisele. Selliste probleemide lahendamine viiakse läbi spetsiaalse spektraalkõverateooria abil arvutatud soovitud parameetrite järjestikuse lähendamise teel eksperimentaalsetele.

IR-spektreid mõõdetakse gaasiliste, vedelate ja tahkete ühendite, samuti nende lahuste jaoks erinevates lahustites. Mõned IR-spektroskoopia rakendused

Keemia ja naftakeemia.
Toorainete, sünteesi vahe- ja lõppsaaduste kvalitatiivne ja kvantitatiivne analüüs. Naftasaaduste fraktsionaalne ja struktuurne koostis. Kütuseanalüüs: eetrid, alkoholid, aromaatsed ühendid, oktaanarv. Fourier-spektromeetreid saab kasutada õlide, gaasikondensaatide, maagaasi ja nende töötlemisproduktide ekspressanalüüsiks.

Polümeeride keemia.
Kopolümeeride analüüs. Sünteetilised kummid: koostis, struktuuriomadused. Modifitseerivate lisandite analüüs: plastifikaatorid, antioksüdandid.

farmaatsiatööstus.
Ainete ehtsuse määramine IR standardite järgi, ravimvormide ja tooraine kvaliteedikontroll.

Gaasi analüüs. Mitmekomponentsete gaasisegude analüüs.
Gaasitööstuse toodete kvaliteedikontroll, maagaasi koostise ja niiskusesisalduse analüüs.

Elektroonikatööstus.
Pooljuhträni kvaliteedikontroll ja õhukeste kihtide parameetrid. Protsessi gaaside koostise analüüs.

Toidu- ja parfüümitööstus.
Tooraine ja valmistoodete ekspresskontroll: valkude, kiudainete, rasvade, niiskuse sisaldus.

Keskkonnakontroll.
Naftasaaduste kontroll vees ja pinnases. Atmosfääriõhu, töötsooni õhu ja tööstusettevõtete heitkoguste kontroll.

Kohtuekspertiisi, kohtuekspertiisi ja biokliiniline analüüs.
Looduslike ainete ja sünteesiproduktide kvalitatiivne ja kvantitatiivne analüüs. Narkootikumide, ainete ja lõhkeainete tuvastamine. Ainete jääkide analüüs.

Järeldus

Infrapunaspektroskoopia meetod võimaldab suure tõenäosusega ennustada keemiliste ühendite kvalitatiivset kvantitatiivset koostist. Kaasaegsed instrumendid võimaldavad nende näitajate mõõtmise protseduuri läbi viia piisava täpsusega ja mõõtmistulemuste kõrge reprodutseeritavusega.

Selle meetodi peamised eelised on

1. Analüüsi aja märkimisväärne vähenemine;

2. märkimisväärne energiasääst;

3.seadmed ei nõua kallite kulumaterjalide ja kemikaalide kasutamist;

4. Rutiinseid mõõtmisi tegevatele teenindajatele (võrreldes traditsioonilisi laboratoorseid analüüsimeetodeid tegevate kolleegidega) kehtestatakse palju leebemad eriväljaõppe nõuded.

Kasutatud kirjanduse loetelu.

1. Bellamy L., Molekulide infrapunaspektrid, trans. inglise keelest, M., 1957;

2. Rist A., Sissejuhatus praktilisse infrapunaspektroskoopias, tlk. inglise keelest, M., 1961;

3. Kazitsyna L.A., Kupletskaja N.B. UV, IR, NMR ja massispektroskoopia rakendamine orgaanilises keemias. M.: Moskva kirjastus. un-ta, 1979, 240 lk;

4. Silverstein R., Bassler G., Morril T. Orgaaniliste ühendite spektromeetriline identifitseerimine. M.: Mir, 1977, 590 lk. spektroskoopia keemias, trans. inglise keelest, M., 1959;

5. Chulanovski V. M., Sissejuhatus molekulaarsesse spektraalanalüüsi, 2. väljaanne, M.-L., 1951.

Rakendus

Tabel"Üksidemeid hõlmavate iseloomulike vibratsioonide sagedused"

Ülesanne ja märkmed

C-C ühendused. Tavaliselt on bände mitu. Ei kohaldata tuvastamise eesmärgil

ν kui (C–O–C) atsüklilistes eetrites

ν kui (C–O–C) alküülarüül- ja alküülvinüüleetrites

ν(C–O) vastavalt primaarsetes, sekundaarsetes ja tertsiaarsetes alkoholides, näidustused on soovituslikud

ν(C–О) fenoolides

ν(C–N) aromaatsetes amiinides ja amiidides

ν(C–N) alifaatsetes amiinides ja amiidides

ν(C–N) nitroühendites

Monofluoro-asendatud

Di- ja polüfluoro-asendatud. Mida kõrgem on asendusaste, seda suurem on sagedus

Monoklooris. Eespool polüklooriga asendatud - kuni 800 cm -1

aromaatsetes ühendites

Täheldatud koos δ(CH3)-ga 1360 cm-1 juures

1430
1115±25

v.s
v.s

Täpne ülesanne teadmata

alifaatsetes eetrites

Tabel VÕNGETE ISELOOMULIKUD SAGEDUSED
MÕNED RÜHMAD

Rühm (vibratsioonitüüp)

Lainearv, cm –1

O-H (valents)

N–H (valents)

C–H (valents)

C C (valents)

C=O (valents)

C=N (valents)

C=C (valents)

N–H (deformatsioon)

C-H (deformatsioon)

O-H (deformatsioon)

Orgaaniliste ühendite infrapunaspektrid

n-heksaani CH IR-spekter 3 (CH 2 ) 4 CH 3

Hekseen-1 CH IR-spekter 2 =CH(CH 2 ) 3 CH 3

Heksanool-2 CH IR-spekter 3 (CH 2 ) 3 CH(OH)CH 3

Heksanoon-2 CH IR-spekter 3 (CH 2 ) 3 C(O)CH 3

Tolueeni IR-spekter CH 3

Ülesanne. Millised järgmistest ühenditest kuuluvad joonisel näidatud IR-spektrisse Selgitage oma valikut.




Tundmatu ühendi IR-spekter

Lahendus. Piirkonnas 1800–1650 cm–1 neeldumist ei toimu, seetõttu ei sisalda ühend C=O rühma. Kahest ülejäänud ainest - fenool ja bensüülalkohol - valime alkoholi, sest spektris on CH 2 rühma (süsinik sp 2 hübridisatsiooni olekus) riba  C–H = 2950–2850 cm–1.

Kursuse töö

Infrapunaspektroskoopia meetodid ja nende tehniline teostus

Sissejuhatus

Spektroskoopia on füüsika ja analüütilise keemia haru, mis on pühendatud kiirguse ja aine vastastikmõju spektrite uurimisele. Füüsikas kasutatakse nende vastastikmõjude erinevate omaduste uurimiseks spektroskoopilisi meetodeid. Spekroskoopia rakendusalad jagunevad vastavalt uurimisobjektidele: aatomispektroskoopia, molekulaarspektroskoopia, massispektroskoopia, tuumaspektroskoopia, infrapunaspektroskoopia jt.

Spekroskoopia tekkimist võib seostada 1666. aastaga, mil I. Newton lagundas esimest korda päikesevalguse spektriks. Spektroskoopia edasise arengu olulisemad etapid olid 19. sajandi alguse avastus ja uurimine. neeldumisjooned päikesespektris (Fraunhoferi jooned), seose loomine emissiooni- ja neeldumisspektrite vahel (G.R. Kirchhoff ja R. Bunsen, 1859) ning spektraalanalüüsi tekkimine selle alusel. Tema abiga oli esmakordselt võimalik määrata astronoomiliste objektide - Päike, tähed, udukogud - koostist. 19. sajandi 2. poolel - 20. sajandi alguses. spektroskoopia arenes edasi empiirilise teadusena, aatomite ja molekulide optiliste spektrite kohta kogunes tohutult materjali ning kehtestati seaduspärasused spektrijoonte ja -ribade paigutuses. 1913. aastal selgitas N. Bohr neid seadusi kvantteooria põhjal, mille kohaselt tekivad elektromagnetilise kiirguse spektrid aatomisüsteemide energiatasemete vahel toimuvate kvantüleminekute käigus vastavalt Bohri postulaatidele. Seejärel mängis spektroskoopia olulist rolli kvantmehaanika ja kvantelektrodünaamika loomisel, mis omakorda sai kaasaegse spektroskoopia teoreetiliseks aluseks. Neid uuringuid arendas edasi Rubens, kes kinnitas täielikult Plancki valemi (1921) kehtivust.

Spektri infrapunapiirkonna uurimise areng ja katsemeetodite täiustamine toovad kaasa aine struktuuri üha suurema selguse ja hulga kvantmehaanika küsimusi. Eriti oluline on intensiivsuste kvantitatiivse mõõtmise probleem, samuti mõõtmised spektri pika lainepikkusega osas.

Kui tahame jagada infrapunaspektroskoopia ajalugu perioodideks (kuigi teravat piiri tõmmata ei saa), siis Langley loomingule eelnenud aega võib nimetada pioneeriperioodiks, mille järel algab üldine lai spektri uurimine ja meetodite hoogne arendamine. õppimiseks see algab; samas pandi paika ka peamised seaduspärasused. Võib eeldada, et see periood lõpeb Rubensi surmaga 1923. aastal, misjärel siseneme põhjaliku üksikasjaliku uurimise perioodi.

Spekroskoopia kui aine uurimise füüsikalise meetodi väljatöötamisel võib eristada kahte peamist etappi. Esimene etapp on faktide empiirilise kuhjumise periood – valge värvi lagundamine spektriks prisma abil, joonte ja neeldumisribade vaatlemine; paljude mustrite kehtestamine - seos aine neeldumise ja emissiooni vahel, mõju väliste magnet- ja elektriväljade spektrijoontele, samuti katsed teoreetiliselt kirjeldada täheldatud sõltuvusi.

Teine etapp, mis algas pärast Bohri sõnastust 1913. aastal

tema kuulsatele kvantpostulaatidele ja sellele järgnenud kvantteooria kiirele arengule oli iseloomulik tõsiasi, et spektroskoopia pandi kindlale teaduslikule alusele. Olulise panuse sellesse andsid Venemaa ja Nõukogude teadlased. Koos spektroskoopia teoreetiliste aluste loomisega, mis viis mitmete uute optiliste efektide avastamiseni (Ramani valguse hajumise nähtus). Kõik see lõi eeldused spektroskoopiliste uurimismeetodite laialdaseks kasutuselevõtuks kõige erinevamates teaduse ja praktika valdkondades.

Spektroskoopia meetoditega uuritakse aatomite, molekulide ja neist moodustunud makroskoopiliste süsteemide energiatasemeid ning energiatasemete vahelisi kvantsiire, mis annab olulist infot aine ehituse ja omaduste kohta. Spektroskoopiliste uuringute objektidena saab kasutada mitmesuguseid aineid, mis on agregeeritud. Lihtsamal juhul on see haruldane gaas, mille molekulide keskmine kaugus on nii suur, et neid saab käsitleda üksteisest eraldatuna. Kõige keerulisemal juhul on see kondenseeritud keha, milles iga selle moodustav osake on molekulidevahelise interaktsiooni jõudude mõju all. Sellega seoses saab spektroskoopilistest andmetest saada teavet nii molekulide struktuuri ja omaduste kui ka molekulidevahelise interaktsiooni jõudude ja sellest tulenevalt ka aine kui terviku struktuuri kohta.

Orgaaniliste ühendite infrapunaspektrite abil saame määrata aine koostise ja teha kindlaks mitte ainult elemendi koostise, vaid ka struktuuriomadused.

1. IR-spektrite päritolu

Infrapunaspektroskoopia on spektroskoopia haru, mis hõlmab spektri pika lainepikkuse piirkonda (rohkem kui 730 nm kaugemale nähtava valguse punasest piirist). Infrapunaspektrid tekivad molekulide vibratsioonilise (osaliselt pöörleva) liikumise tulemusena, nimelt molekulide põhielektroonilise oleku vibratsioonitasemete vaheliste üleminekute tulemusena. Füüsikas kasutatakse nende vastastikmõjude erinevate omaduste uurimiseks spektroskoopilisi meetodeid. Analüütilises keemias - ainete avastamiseks ja määramiseks, mõõtes neile iseloomulikke spektreid, s.o. spektromeetria meetodid.

Infrapunaspektroskoopia meetod on universaalne füüsikaline ja keemiline meetod, mida kasutatakse erinevate orgaaniliste ja anorgaaniliste ühendite struktuuriomaduste uurimisel. See põhineb elektromagnetilise kiirguse uuritava objekti aatomirühmade neeldumise nähtusel infrapunapiirkonnas. Neeldumine on seotud molekulaarsete vibratsioonide ergastamisega infrapuna valguskvantide poolt. Molekuli kiiritamisel infrapunakiirgusega neelduvad ainult need kvantid, mille sagedused vastavad molekulide valentsi, deformatsiooni ja elektrooniliste vibratsioonide sagedustele. See meetod põhineb sellisel füüsikalisel nähtusel nagu infrapunakiirgus. Infrapunakiirgust nimetatakse ka "termiliseks" kiirguseks, kuna kõik kehad, nii tahked kui vedelad, kuumutatud teatud temperatuurini, kiirgavad energiat infrapunaspektris. Sel juhul sõltuvad keha poolt kiiratavad lainepikkused küttetemperatuurist: mida kõrgem on temperatuur, seda lühem on lainepikkus ja suurem kiirgusintensiivsus.

Tavaliselt kasutatakse IR-spektrite, harvem lainepikkuse, kuvamiseks sagedust. Aatomirühmade iseloomulike neeldumisribade arv, nende intensiivsus ja infrapunaspektrites vaadeldavate maksimumide asukoht annavad aimu üksiku ühendi struktuurist või komplekssete ainete komponentide koostisest. Neeldumisriba intensiivsus määratakse koguse järgi, mille proovi aatom- või funktsionaalrühmad neelavad, kui infrapunakiired neid läbivad. Neeldumisribade oluline diagnostiline näitaja on ülekandeväärtus. See indikaator ja aine kontsentratsioon eemaldatud objektis on pöördvõrdelised, mida kasutatakse üksikute komponentide sisalduse kvantitatiivseks määramiseks.

Infrapunaspektroskoopia tegeleb peamiselt molekulaarspektrite uurimisega, kuna suurem osa molekulide vibratsiooni- ja pöörlemisspektritest asub IR-piirkonnas. Molekulide ja muude objektide struktuuri uurimine infrapunaspektroskoopia abil eeldab molekulaarmudelite parameetrite kohta teabe saamist ja taandub matemaatiliselt pöördspektriprobleemide lahendamisele. Selliste probleemide lahendamine viiakse läbi spetsiaalse spektraalkõverateooria abil arvutatud soovitud parameetrite järjestikuse lähendamise teel eksperimentaalsetele.

Infrapunaspektroskoopia võimaldab tuvastada ruumilisi isomeere, uurida molekulide sise- ja interaktsioone, keemiliste sidemete olemust, laengute jaotumist molekulides, registreerida lühiealisi (eluiga kuni 10). 6c) osakesed, andmete saamine termodünaamiliste funktsioonide arvutamiseks, normaalvõnkekuju kindlaksmääramiseks, võnkeenergia jaotumine vabadusastmete lõikes, ribade asukoht spektris ja nende intensiivsused. Kuni 100 aatomit sisaldavate molekulide, sealhulgas polümeeride spektrite arvutused tehakse arvuti abil. Sel juhul on vaja teada molekulaarmudelite omadusi (jõukonstandid, elektrooptilised parameetrid jne), mis leitakse vastavate pöördspektriülesannete lahendamise või kvantkeemiliste arvutuste abil. Seetõttu kasutatakse orgaanilises keemias enim infrapunaspektroskoopiat kui meetodit molekulide struktuuri uurimiseks. Mõnel juhul on infrapunapiirkonna gaaside puhul võimalik jälgida vibratsiooniribade pöörlemisstruktuuri. See võimaldab arvutada molekulide dipoolmomente ja geomeetrilisi parameetreid, täpsustada jõukonstante jne.

Infrapunaspektroskoopial on nähtava ja ultraviolettpiirkonna spektroskoopia ees mitmeid eeliseid, kuna see võimaldab jälgida kõigi peamiste sidemetüüpide muutusi uuritavate ainete molekulides. Infrapunaspektroskoopia kasutamisel looduslike segude kvalitatiivse ja kvantitatiivse koostise määramiseks ei toimu ainete hävitamist, mis võimaldab neid kasutada järgmistes uuringutes.

1.1 Klassikaline võnkespektrite teooria

Vibratsioonispektrid on molekulide äärmiselt spetsiifilised ja tundlikud omadused, mistõttu kasutatakse neid keemiauuringutes laialdaselt. Vibratsioonispektroskoopia meetodite eeliseks on see, et nendega saab uurida peaaegu kõiki aineid mis tahes agregatsiooniseisundis (gaasilised, vedelad või tahked, sh kristallid). See analüüsimeetod põhineb aine infrapuna neeldumisspektri registreerimisel. Aine neeldumine infrapunapiirkonnas toimub molekulides olevate aatomite vibratsiooni tõttu. Vibratsioonispektrite saamiseks piisab väga väikesest kogusest uuritavast materjalist (olenevalt spektromeetri tüübist ja tundlikkusest kuni mitu milligrammi).

Polüaatomilises molekulis on mitut tüüpi aatomite vibratsioone: valents (aatomite vaheline kaugus muutub), need jagunevad sümmeetrilisteks ja antisümmeetrilisteks; deformatsioon (sidemete vaheline nurk muutub nende pikkust muutmata) (joonis 1, a - c).

a b sisse

a − valentssümmeetriline; b - valents-antisümmeetriline; c - deformatsioon

1. pilt. Aatomite vibratsioon kolmeaatomilises SO molekulis

Valentssümmeetriliste vibratsioonide ajal dipoolmoment ei muutu (IR-piirkonnas pole jooni). Valents-antisümmeetrilised vibratsioonid ja deformatsioon murda molekuli sümmeetria, tekib dipoolmoment ja selle tulemusena tekivad infrapunapiirkonnas jooned. Molekulide erinevate võnkeseisundite vahelised üleminekud kvantifitseeritakse, mille tõttu on neeldumine IR-piirkonnas spektrikujuline, kus igal vibratsioonil on oma lainepikkus. Iga vibratsiooni lainepikkus sõltub sellest, millised aatomid selles osalevad, ja pealegi sõltub see vähe nende keskkonnast. See tähendab, et igale funktsionaalsele rühmale on iseloomulikud teatud lainepikkusega võnked, täpsemalt isegi igale rühmale on iseloomulik võnkumiste jada (vastavalt ribad IR-spektris). Nendel IR-spektri omadustel põhineb spektriandmetel põhinevate ühendite identifitseerimine. (Joonis 2).

Joonis 2. Pöörlemis-, vibratsiooni-, elektrooniliste üleminekute graafiline esitus

Kõigist võnkeüleminekutest on üleminek lähimale võnke alamtasemele kõige tõenäolisem. See vastab spektrijoonele, mida nimetatakse peamiseks. Vähem tõenäoline üleminek kõrgematele vibratsiooni alamtasanditele vastab spektrijoontele, mida nimetatakse ülemtooniks. Nende sagedus on 2, 3 jne. korda suurem kui põhiliini sagedus ja intensiivsus on palju väiksem. Põhirida tähistatakse tähega n ja ülemtoonid on 2n, 3n jne. Enamik teadaolevatest vibratsioonisagedustest on vahemikus 1012-1014 Hz, mis vastab elektromagnetilise kiirguse infrapuna (IR) vahemikule.

Vibratsioonispektroskoopia peamised meetodid on IR-spektroskoopia ja Ramani spektroskoopia (RS), mida nimetatakse ka Ramani hajumiseks. IR-spektrid on absorptsioonispektrid ja neid tõlgendatakse neeldumisribadena.

IR-spektromeetrid võimaldavad kiiresti saada vedelike ja gaaside ning ka piisavalt läbipaistvate tahkete ainete võnkespektreid uuritavas kiirgussagedusvahemikus (enamlevinud instrumentide puhul ca 40-6000 cm-1), mis võimaldab teostada kvalitatiivset ja kvantitatiivset analüüsi. proovidest. Tulenevalt asjaolust, et mõned võnkeüleminekud võivad valikureeglitega olla keelatud, võib IR-spektromeetritega registreeritud spektrites puududa hulk iseloomulikele struktuurirühmadele omaseid vibratsioonisagedusi. Sel juhul võib appi tulla Ramani meetod, kui vastavad spektriribad on kiirgusüleminekute valikureeglitega lubatud.

Joonis 3. Vibratsioonispektrite näited

.2 Vibratsioonispektrite kvantmehaaniline esitus

Vibratsioonispektroskoopia meetodite rakendamine eeldab erinevat sügavust võnkespektrite teooria tundmist. Kaasaegne elektrooniline andmetöötlus võimaldab teoreetiliselt arvutada võnkespektrit ja mitmeid molekulaarseid parameetreid isegi suhteliselt keerukate molekulide puhul.

Molekuli vibratsioonienergia tasemed saab saada vastava kvantmehaanilise probleemi lahendamisel. Molekuli kui tuumade ja elektronide ühtse süsteemi olekuid kirjeldab täielik lainefunktsioon Y . Kvantmehaaniline operaator Ĥ (Hamiltoni) Schrödingeri lainevõrrandis

Ĥ Y = E Y

mis määrab statsionaarsete olekute energia E, sisaldab termineid, mis on seotud elektronide orbitaal- ja spin-liikumisega: tuumaskeleti vibratsiooniline ja pöörlev liikumine (translatsioonilise liikumise võib tähelepanuta jätta).

Lähenduses, mis võtab arvesse suurt erinevust elektronide ja tuumade massides ja liikuvuses, on võimalik ennekõike eraldada elektrooniline ja tuuma liikumine ning lainefunktsioonide jaoks - kuni (m / M) Ѕ ja energiate puhul - kuni (m/M) ј , kus m on elektronide mass ja M on tuumade mass. Siis võid kirjutada: Y = Y e Y n ja H e +Ĥ n , kus Y e ja H e kehtib ainult elektroonilise liikumise kohta ja Y n ja H n - ainult tuumade liikumisele. Mitmeks otstarbeks piisavalt heas lähenduses saab eraldada ka tuumaskeleti võnke- ja pöörlemisliikumised, s.t. tutvustada

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

mis võimaldab lahendada kolm võrrandit kujul (1) eraldi ja leida vastavalt molekuli elektron-, võnke- ja pöörlemisoleku energiad, mis moodustavad koguenergia E = E e + E u + E r .

Siin huvitab meid ainult võnkevõrrandi lahendamise tulemus

Ĥ u Y u = E u Y u

Võnkuva liikumise arvestamiseks on vaja sisestada koordinaadid, mis kirjeldaksid ainult tuumade suhtelisi nihkeid. Molekuli translatsioonilist liikumist saab kirjeldada kolme massikeskme asukohta iseloomustava koordinaadiga ja pöörlevat liikumist kolme koordinaadiga, mida saab valida nurkadena, mis kirjeldavad molekuli orientatsiooni välise koordinaatsüsteemi suhtes. päritolu massikeskmes. Lineaarse molekuli puhul iseloomustab selle orientatsiooni täielikult kaks sõltumatut koordinaati. Kaheaatomilisel molekulil on ainult üks vibratsiooniline vabadusaste (n=1), s.o. ainult üks koordinaat Q= D r tähistab tuumadevahelise kauguse muutust, millest sõltub vibratsioonilaine funktsioon. N-aatomilise molekuli jaoks võite sisestada n = 3N-6 (lineaarse 5N-5 jaoks) sellised koordinaadid Q k et igaüks neist iseloomustab täielikult tuumade nihkumist tasakaalupositsioonide suhtes mis tahes ühes põhivõnkeseisundis. Need on nn normaalsed koordinaadid.

Normaalkoordinaatide kasutamisel saab N-aatomi molekuli vibratsioonilaine funktsiooni ja vibratsioonienergiat esitada korrutisena:

Ja summa:

Harmoonilises lähenduses Y k ja E k - operaatorite omafunktsioonid ja omaväärtused , olenevalt ainult ühest koordinaadist Q k :

kus ħ= h/2 lk ; h on Plancki konstant; l k = 4lk 2n k 2.

See operaator viib harmoonilise ostsillaatori Schrödingeri võrrandini. Tema enda energiaväärtused:

kus u k = 0, 1, 2, 3,… on vibratsiooniline kvantarv ja u ek - võnkekonstant.

Kaheaatomiliste molekulide puhul võib indeksi k igal pool ära jätta, eeldades, et Q= D r ja konstant , st. langeb kokku harmooniliste võnkumiste klassikalise sageduse avaldisega. Siin m = m 1m 2/m 1+ m 2 - kaheaatomilise molekuli vähendatud mass, mille tuumad on massiga m 1ja m 2; k e - harmooniline jõukonstant, mis esindab potentsiaalse energia funktsiooni teist tuletist tasakaalupunktis, s.o. . Tõelise kaheaatomilise molekuli potentsiaalne kõver on ligikaudne Morse funktsiooni abil:

kus D e ja b - püsiv.

Koos harmoonilise ostsillaatori paraboolfunktsiooniga on see funktsioon näidatud joonisel 4. Energiavõrrandisüsteem läheneb tegelikult piirile, mitte aga harmoonilise lähendusega saadud valemi (12) kohaselt võrdsete tasandite süsteem. .

Polüaatomilise molekuli vibratsioonienergia harmoonilises lähenduses on n võnkekvantarvu funktsioon u k :

kus d k - võnkeseisundi degeneratsiooniaste (võib olla võrdne 1, 2, 3), mida vaadeldakse ühekordselt, s.o. degeneratsiooni olemasolul n<3N-6 (или 3N-5).

Polüaatomilise molekuli laine vibratsioonifunktsioon harmoonilise ostsillaatori lainefunktsioonide korrutis on järgmine:

kus N u - normaliseerimistegur; H u k on Hermiidi polünoom.

Degenereerunud olekutel on sama energia, kuid neid iseloomustavad erinevad lainefunktsioonid (erinevad koordinaadid).

Seega on polüaatomilisel molekulil teatud energiaga vibratsiooniolekute komplekt, mis sõltub n võnke kvantarvust u k , mida iseloomustab võnkelainefunktsioon, mis sõltub kõigist 3N-6 (või 3N-5) võnkekoordinaatidest.

Tasemeid, mida iseloomustab kvantarvude hulk, millest ainult ühe väärtus on üks ja ülejäänud on võrdsed nulliga, nimetatakse põhi- või põhiväärtusteks. Kui mõni kvantarv u k mille väärtus on suurem kui üks ja ülejäänud on võrdsed nulliga, siis nimetatakse taset ülemtooniks. Kui kaks või enam tasemega iseloomustatud kvantarvu erinevad nullist, nimetatakse seda taset liit- või kombineeritud arvuks.

Aine vibratsioonispektrit vaadeldakse siis, kui see neelab infrapunakiirgust või valguse Ramani hajumist, kui molekulide interaktsiooni tulemusena footonitega h n toimuvad muutused võnkeseisundites, s.t. molekulid liiguvad teistele energiatasanditele. Nende olekute energiate erinevus, mille vahel üleminek toimub, on Bohri seose kohaselt:

D E=h n =hc w

kus n - neeldunud (või emiteeritud) kiirguse sagedus.

IR neeldumisspektris on intensiivsus võrdeline tõenäosusega, st. ja üleminekumomendi ruut ï M u ï 2:

kus on elektrilise dipoolmomendi operaator, mis on võnkekoordinaatide funktsioon.

Pidades silmas hetke seost selle projektsioonidega koordinaattelgedel

komponente saab ka kirjutada

mis on kindlad integraalid üle kogu koordinaadiruumi, s.t. numbrid ja ei muutu sümmeetriatoimingu sooritamisel.

Olekute vahel üleminekuks ja oli võimalik, vähemalt üks M komponentidest x , M y , M z peab erinema nullist. Intensiivsus sõltub nende komponentide väärtusest. Kui väikeste võnkumiste (nihete) lähenduses laiendame m x (m y , m z ) reas Q astmetes k tasakaaluasendi lähedal, siis, jättes arvutused tegemata ja jättes tähelepanuta laienemise kõrgemad liikmed, on meil

(sarnasteks väljenditeks M y ja M z ). Seega, et üleminek oleks võimalik, vähemalt üks tuletistest

ei tohi olla null.

Sõltuvalt sellest, milline projektsioonidest V x , M y või M z ¹ 0 või kumb on suurim, räägitakse ülemineku polarisatsioonist piki vastavat telge. See võimaldab mõnikord välja tuua nn paralleelsed ja risti üleminekud. Spektriribade suhteline intensiivsus erinevat tüüpi üleminekute korral sõltub vibratsiooniseisundite või -tasemete populatsioonist.

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

Toatemperatuuril on nullvibratsioonienergia tase kõige asustatud. Vastavalt sellele on põhi- või põhisageduste ribad spektri kõige intensiivsemad.

Piisavalt kõrge eraldusvõimega gaasifaasis olevate molekulide vibratsiooni-pöörlemisspektritel võib olla arenenud pöörlemisstruktuur, mille uurimine võib pakkuda nii iseseisvat huvi, eriti suhteliselt lihtsate molekulide puhul, kui ka tõlgendada võnkespektreid ise. Kondenseerunud faasides olevate molekulide vibratsioonispektrite teooriat muudavad keeruliseks molekulidevahelised vastasmõjud ja kristallivälja mõju.

2. IR-spektromeetrite konstrueerimise põhimõtted

Paljude eri tüüpi kaasaegsete IR-spektromeetrite puhul võib need vastavalt seadme üldpõhimõtetele jagada kahte põhirühma. Esimesse kuuluvad järjestikuse skaneerimise ja spektri registreerimisega seadmed ühe kanaliga vastuvõtjat kasutades ning teise spektromeetrid, milles kogu uuritava spektrivahemiku kiirgus tabab kohe vastuvõtjat, kuid signaalid teisendatakse ja dekodeeritakse nii, et saadakse infot iga üksiku osa ja kogu spekter registreeritakse kõigis vahemikus. IR-spektromeetrid vastavalt valgustusskeemile on ühe- ja kahekiirelised. Ühekiire skeemiga registreeritakse uuritava objekti neeldumisspekter allika kiirgusintensiivsuse kõverale, mis kahaneb koos lainepikkusega koos taustaneeldumisega. Spektri saamiseks (protsentides ülekandest) on vaja registreerida ka allika emissiooniintensiivsuse kõver (taustaspekter). Võttes intensiivsust igal l nendes spektrites vastavalt nagu I l ja mina 0l leidke ülekande väärtus T l = (I l /I 0l )× 100% ja seista spektraalkõvera punktidel sõltuvalt l (või w ) või sarnane imendumiseks (1-T) × 100% ehk optilise tiheduse skaalal A= lg (1/ T).

Nüüd kasutatakse sagedamini kahekiirte skeemi, mis võimaldab võrdsustada tausta, st. täielik ülekandeliin ja kompenseerida atmosfääriauru H neeldumist 2O ja CO 2, samuti kiirte summutamine küveti akende poolt ja vajadusel lahustite neeldumine.

Spektri registreerimine toimub järgmiselt. Allikast 1 pärinev infrapunakiirgus jaguneb kaheks kiireks. Töökiir läbib proovi ja võrdluskiir läbib kompensaatorit (küvett lahustiga, aken jne). Hakkeri 5 abil suunatakse kiired vaheldumisi monokromaatori sissepääsupilusse 6 ja selle kaudu hajutuselemendile 7. Aeglasel pööramisel (või prisma taga oleva Littrow peegliga) teostab pühkimine. mootor 14, läbi monokromaatori väljundpilu 8 vastuvõtjasse 9, kitseneb kiirte lainepikkus. Kui etteantud lainepikkusega kiirgus töökiires ja võrdluskiires on erineva intensiivsusega, näiteks nõrgeneb see töökiires näidise neeldumise tõttu, siis ilmub vastuvõtjasse vahelduv elektriline signaal. Pärast võimendamist ja teisendamist suunatakse see signaal väljalaskemootorisse 11, mis liigutab fotomeetrilist kiilu 12 (diafragma), kuni kiirgusvood ühtlustuvad. Fotomeetrilise kiilu liikumine on seotud salvesti 13 pliiatsi liikumisega piki ordinaati ja hajutava elemendi pöörlemine on seotud paberlindi joonistamisega või pliiatsihoidja liikumisega mööda abstsissit. Seega, sõltuvalt skaneerimise ajal tehtud kalibreerimisest, saab salvestada spektraalkõvera ülekande (neeldumise) sõltuvusest protsentides või proovi optilise tiheduse lainearvust (või lainepikkusest).

Skaneerivate spektromeetrite põhiosa on monokromaator. Dispergeerimisseadmena võivad selles olla infrapunapiirkonnas läbipaistvatest materjalidest valmistatud prismad koos sobiva dispersiooni- või difraktsioonivõrega. Kuna materjalide dispersioon on suurim nende läbipaistvuse pika lainepikkuse piiril ja kahaneb kiiresti lainepikkuse kahanemisel, kasutatakse IR keskmises piirkonnas tavaliselt vahetatavaid prismasid, mis on valmistatud LiF, NaCI, KBr monokristallidest.

Praegu asendatakse prismad üha enam difraktsioonvõredega. Kuid võredel, mis edastavad kiirgusenergiat suurusjärgu võrra paremini kui prisma, on puudus, mille annab kõrgema järgu spektrite superpositsioon. Seda ei välista mitme vahetatava võre olemasolu spektromeetris erinevate spektripiirkondade jaoks ja see nõuab häid spektrifiltreid, eriti pikalainepiirkonnas, kus kiirgusintensiivsus on väga madal.

Pideva IR-kiirguse allikatena kasutatakse tavaliselt silikaatvarda - "globari" (ränikarbiidist valmistatud tihvt) või Nernsti tihvti (valmistatud haruldaste muldmetallide elementide oksiididest).

Allikate nõrkuse tõttu tekib kasuliku kiirguse filtreerimise probleem. Kasutatakse nelja peamist tüüpi filtreid: neelavad (kristalliline kvarts, leelismetallide halogeniidkristallid, mõnede pooljuhtmaterjalide plaadid), peegeldavad (ioonkristallid - jääkkiirte filtrid), hajuvad (metallvõred, krobelise pinnaga alumiiniumplaadid), häired (erinevate murdumisnäitajatega läbipaistvate materjalide tasapinnalised paralleelsed kihid).

Keskmise IR piirkonna spektromeetrites kasutatakse kiirgusvastuvõtjatena tundlikke termopaare ("termopillaare") või takistustermomeetrite põhimõttel ehitatud bolomeetreid. Soojusvastuvõtjate pindalad suurusjärgus kümnendikest kuni terveni mm 2suurema tõhususe huvides on need kaetud mustaga ja vastuvõtja asetatakse evakueeritud korpusesse, mille aken on IR-kiirgusele läbipaistev.

Soojusallikate hulka kuulub ka pneumaatiline või optoakustiline vastuvõtja, milles kiirguse toimel toimub gaasi soojuspaisumine. Gaas asetatakse painduva seinaga mustaks kambrisse, millel on peeglitaoline väliskate. Peegli peegelduva valguskiire liikumist salvestab fotosilm. See vastuvõtja on tavaliselt valmistatud pikalainelise IR piirkonna jaoks, kus kasutatakse ka teist rühma vastuvõtjaid: näiteks kvant- või fotoonilised: sellised fotojuhtivusega vastuvõtjad.

Fourier-spektroskoopial on mitmeid eeliseid. Kaks peamist eelist tavapäraste spektromeetrite ees on järgmised. Siin saadakse interferomeetris kogu skaneerimisaja jooksul infot üheaegselt kogu uuritava spektrivahemiku kohta ning tavapärases spektromeetris saadakse info erinevatel aegadel vaid uuritava vahemiku kitsaste spektriribade kohta. Samuti võimaldab see suurendada interferomeetri lahutusvõimet ilma kiirgusenergia voogu vähendamata. Fourier-spektromeetri lahutusvõime on võrdeline kiirte maksimaalse teevahega ning selleks, et näiteks spektri lahutusvõimet kahekordistada, tuleb lihtsalt kahekordistada peegli liikumise pikkust, s.t. ja registreerimisaeg, võimalus kasutada suuri nurki nii allikate kui ka vastuvõtja juures. Difraktsioonispektromeetrite puhul on eraldusvõime pöördvõrdeline pilude laiusega ja vastuvõtjale langev energia võrdeline kahe identse pilu pindala ruuduga. Kui pilude laiust poole võrra vähendada (eraldusvõime suurendamiseks), siis signaal väheneb neli korda ja signaali-müra suhte säilitamiseks tuleb registreerimisaega suurendada 16 korda. .

Fourier spektroskoopia eelised: väga kõrge intensiivsuse mõõtmise tundlikkus ja täpsus, eriti mitmekordse skaneerimise ja signaali akumulatsiooni korral; väga kõrge eraldusvõime ja lainearvude suur täpsus; kiirus, s.t. võime kiiresti uurida laia spektripiirkonda (skaneerimisaeg mitmesaja cm intervalliga -1on väiksem kui 1 s) jne.

Saada oma head tööd teadmistebaasi on lihtne. Kasutage allolevat vormi

Üliõpilased, magistrandid, noored teadlased, kes kasutavad teadmistebaasi oma õpingutes ja töös, on teile väga tänulikud.

postitatud http://www.allbest.ru/

KURSUSETÖÖ

IR-spektroskoopia meetod, IR-spektroskoopia meetodi rakendamine farmatseutilises analüüsis

Sissejuhatus

1. Infrapunaspektroskoopia meetodi olemus

2. Võnkumise tunnusjoon

3. Infrapunaspektroskoopia kasutamine kvalitatiivseks tuvastamiseks ja struktuuri määramiseks

4. Infrapunaspektroskoopia seadmed

5. Proovi ettevalmistamine

6. Identifitseerimine

6.1 Tuvastamine võrdlusmaterjalide abil

6.2 Tuvastamine võrdlusspektrite abil

Järeldus

Bibliograafia

Rakendus

Sissejuhatus

Farmatseutiline keemia on teadus, mis lähtub keemiateaduste üldistest seadustest, mis uurib raviainete saamisviise, struktuuri, füüsikalisi ja keemilisi omadusi, nende keemilise struktuuri ja organismile avalduva toime vahelist seost, kvaliteedikontrolli meetodeid ja muudatusi, mis on seotud raviainetega. tekkida ladustamise ajal.

Peamised ravimainete uurimismeetodid farmaatsiakeemias on analüüs ja süntees.

Farmatseutilise keemia ees seisvaid ülesandeid lahendatakse klassikaliste füüsikaliste, keemiliste ja füüsikalis-keemiliste meetodite abil, mida kasutatakse nii ravimainete sünteesil kui ka analüüsimisel.

Kuid farmatseutilise analüüsi meetodeid tuleb süstemaatiliselt täiustada seoses uute ravimite loomisega ja nende kvaliteedinõuete pideva tõstmisega. Lisaks kasvavad nõuded nii ravimi puhtusastmele kui ka kvantitatiivsele sisaldusele. Seetõttu on ravimite kvaliteedi hindamiseks vaja laialdaselt kasutada mitte ainult keemilisi, vaid ka tundlikumaid füüsikalisi ja keemilisi meetodeid.

Füüsikalis-keemilised analüüsimeetodid (PCMA) põhinevad ainete füüsikaliste omaduste (näiteks valguse neeldumine, elektrijuhtivus jne) sõltuvuse kasutamisel nende keemilisest koostisest.

Nende analüüsimeetodite hulka kuuluvad: optilised meetodid; kiirguse neeldumisel põhinevad meetodid; kiirguse emissioonil põhinevad meetodid; magnetvälja kasutamisel põhinevad meetodid; elektrokeemilised meetodid; eraldamismeetodid; termilised meetodid.

Spektroskoopia on füüsika ja analüütilise keemia haru, mis on pühendatud kiirguse (sealhulgas elektromagnetkiirguse, akustiliste lainete jne) vastasmõju spektrite uurimisele ainega. (Spektrimeetodid põhinevad elektromagnetilise kiirguse neeldumisel määratava aine poolt).

Spekroskoopia rakendusalad jagunevad vastavalt uurimisobjektidele: aatomispektroskoopia, molekulaarspektroskoopia, massispektroskoopia, tuumaspektroskoopia, infrapunaspektroskoopia jt.

Infrapunaspektrid (vibratsioonispektrid) (IR-spektrid) tekivad elektromagnetilise kiirguse energia neeldumise tõttu molekulides või ioonides olevate aatomituumade vibratsioonide ajal, millega kaasneb dipoolmomentide muutumine ja mis tähistavad ülekande või neeldumise sõltuvust lainepikkus (l) või vibratsioonisagedus (n ).

IR-spektroskoopia meetodil on oluline roll keemiliste ja orgaaniliste ainete tuvastamisel, kuna igal keemilisel ühendil on ainulaadne IR-spekter.

1. FROMInfrapunaspektroskoopia meetodi olemus

Infrapunapiirkond (IR piirkond) viitab elektromagnetilisele kiirgusele lainepikkuste vahemikus 0,78–400 μm. Piirkonda 780 kuni 2500 nm (0,78 kuni 2,5 µm) loetakse lähi-IR piirkonnaks, piirkonda 2,5 kuni 25 µm (4000 kuni 400 cm -1) viitab spektri keskmisele IR piirkonnale ja piirkond 25 kuni 400 µm viitab kaug-infrapuna piirkonnale. Kõige sagedamini kasutatav on keskmine IR piirkond.

Lainepikkust (l) IR-spektrites mõõdetakse tavaliselt mikromeetrites (mikronites), mikronites.

Kuna võnkesagedus IR spektrites on suurte arvuliste väärtustega, siis tavaliselt ei kasutata mitte sagedusi (n), vaid lainearvusid (), mida mõõdetakse cm -1 ja mis on seotud sagedusega ( n) võrrandi järgi:

= n /Koos,

kus n- sagedus, Hz (s -1);

Koos- valguse kiirus vaakumis, cm s -1 .

Lainearv () on seotud lainepikkusega (l, µm) järgmise seosega:

\u003d 10 4 / l.

Neeldumisribad tekivad uuritava süsteemi põhielektroonilise oleku vibratsioonitasemete vaheliste üleminekute tulemusena. Üksikmolekuli spektraalsed omadused sõltuvad selle koostises olevate aatomite massist, struktuuri geomeetriast, aatomitevaheliste jõudude omadustest, laengujaotusest jne. Seetõttu on infrapunaspektrid väga individuaalsed, mis määrab nende väärtuse molekulide tuvastamisel ja uurimisel. ühendite struktuur.

IR-spektroskoopia aluseks olevate põhimõtete mõistmiseks on vaja tutvuda aatomite sisemise liikumisega molekulis. Molekulid on dünaamilised süsteemid. Kovalentse sidemega aatomid ei jää üksteise suhtes liikumatuks, vaid teostavad pidevalt erinevat tüüpi vibratsioone, millest olulisemad on valents ja deformatsioon.

2. Iseloomulikkõhklust

Valentsvibratsiooniks nimetatakse kahe aatomi vibratsiooniks piki sidemejoont ja mis viib aatomitevahelise kauguse muutumiseni (kahe aatomi vaheline kaugus väheneb või suureneb, kuid aatomid jäävad oma valentssideme teljele).

Need on tähistatud tähega "n".

Venitusvibratsioonid võivad olla:

Painutusvibratsioonid nõuavad vähem energiat võrreldes venitusvibratsioonidega, mis tähendab, et nendele vibratsioonidele vastavad ribad on väiksema lainearvuga.

Kui molekul puutub kokku IR-piirkonnale vastava kiirgusega, muutuvad võnked. Sel juhul tekivad neeldumisribad.

Graafiliselt on need kujutatud neeldumisväärtuse sõltuvusena sagedusest.

3. Infrapunaspektroskoopia kasutamine kvalitatiivseks tuvastamiseks ja struktuuri määramiseks

Infrapunaspektroskoopia farmatseutiline ravim

Infrapunaspektroskoopia meetod on universaalne füüsikaline ja keemiline meetod, mida kasutatakse erinevate orgaaniliste ja anorgaaniliste ühendite struktuuriomaduste uurimisel.

Infrapunaspektroskoopias vastab orgaanilise molekuli iga keemilise rühma vahemikule teatud neeldumisribade kogum, mida on hästi uuritud ja loetletud vastavates teatmeteostes.

Infrapunaspektroskoopia meetodi eripäraks on see, et erinevate ainete aatomirühma sama tüüpi vibratsiooni neeldumisribad asuvad infrapunaspektri teatud vahemikus (näiteks 3720-3550 cm-1 on vahemik -OH rühmade venitusvibratsioonid;3050-2850 cm-1 - -CH, -CH2, -CH3 orgaaniliste ainete rühmad). Aatomrühma neeldumisriba maksimumi täpne asukoht selles vahemikus näitab aine olemust (näiteks maksimum 3710 cm-1 näitab -OH rühmade olemasolu ja maksimaalne 3030 cm-1 näitab aromaatsete struktuuride =C-H rühmade olemasolu).

Analüüs eristab tinglikult 4 valdkonda:

3700-2500 cm -1 - üksiksidemete pindala ("vesinik");

2500-1900 cm -1 - kolmiksidemete piirkond;

1900-1300 cm -1 - topeltsidemete pindala;

Vähem kui 1300 cm -1 - sõrmejälgede piirkond (iga aine jaoks spetsiifiline).

Aatomirühmade iseloomulike neeldumisribade arv, nende intensiivsus ja infrapunaspektrites vaadeldavate maksimumide asukoht annavad aimu üksiku ühendi struktuurist või komplekssete ainete komponentide koostisest. Neeldumisriba intensiivsus määratakse väärtusega, mis on arvuliselt võrdne energiaga, mille proovi aatom- või funktsionaalrühmad neelavad, kui infrapunakiired neid läbivad. Neeldumisribade oluline diagnostiline näitaja on ülekandeväärtus. See indikaator ja aine kontsentratsioon eemaldatud objektis on pöördvõrdelised, mida kasutatakse üksikute komponentide sisalduse kvantitatiivseks määramiseks.

Infrapunaspektroskoopia meetod võimaldab teil uurida bioloogilise massi tahkeid vedelaid faase. See meetod võimaldab uurida proovi tervikuna, ilma selle lahtilõikamise ja eelnevate keemiliste töötlusteta ning kasutada ka väikeseid proove.

4. Infrapunaspektroskoopia instrumendid

Kasutada võib mõõdetavas piirkonnas monokromaatilist kiirgust kiirgava optilise süsteemiga (prismad või difraktsioonivõred) varustatud infrapunaspektrofotomeetreid või Fourier' teisendusspektrofotomeetreid. Viimane kasutab polükromaatilist kiirgust ja arvutab spektri antud sagedusvahemikus algandmete Fourier' teisendusega. Sellistes seadmetes kasutatakse hajutusseadme asemel interferomeetrit ja spektriandmeid töödeldakse arvuti abil.

IR-spektri eemaldamine toimub vahemikus 4000-400 cm-1. IR-kiirgusallikas 1 kiirgab kiirgust, mis fokusseeritakse sfääriliste peeglite 2 abil ainega 3 ja võrdluselemendiga 4 rakule. Küveti läbinud kiirgus läbi peeglite süsteemi 5 siseneb monokromaatorisse. Monokromaatorina kasutatakse prismat või kahte difraktsioonivõret. Prisma pöörleb aeglaselt ümber oma telje, iga pöördenurga juures siseneb detektoritesse 8 läbi väljundpilude 7 teatud rangelt määratletud lainepikkusega kiirgus. Kui detektorid saavad mingil ajahetkel kiirgust, mis ainega küvetis ei neeldunud, siis on mõlemale detektorile langeva kiirguse intensiivsus sama, mis tähendab, et neilt saadav elektrisignaal lahutab vastastikku ja annab spektri nulljoon. Kui prisma järgmisel pöördel hakkab see uuritavas aines neelduvat kiirgust edasi kandma, siis on mõlemale detektorile langeva kiirguse intensiivsus erinev. Selle tulemusena tekib detektori signaalide lahutamisel graafikule neeldumisriba.

Kiirgusallikana kasutatakse haruldaste muldmetallide oksiididest 2 cm pikkust, 1 mm paksust silindrit, mis on kuumutatud temperatuurini t=15000 0 C (siliitvardad), mida läbib elektrivool. Kogu IR-spektroskoopia optika (küvetid, peeglid, monokromaator) on valmistatud KBr, NaCl, CaCl 2 sooladest Kuna tavaline klaas ja kvarts neelavad IR kiirgust. Anduritena kasutatakse termoriba.

5. Pproovi ettevalmistamine

Läbilaske- või neeldumisspektri registreerimiseks valmistatakse aine proov vastavalt ühele järgmistest meetoditest.

Vedelikud. Vedelikke uuritakse kile kujul kahe infrapunakiirgusele läbipaistva plaadi vahel või väikese (tavaliselt 0,01–0,05 mm) kihipaksusega küvetis, mis on ka infrapunakiirgusele läbipaistev.

Vedelikud või tahked ained lahuses. Valmistage testitavast ainest lahus sobivas lahustis. Rahuldava spektri saamiseks valige aine kontsentratsioon ja küvetikihi paksus.

Üldiselt saadakse häid tulemusi kontsentratsioonidel 10–100 g/l kihi paksusega 0,5–0,1 mm.

Lahusti omastamist kompenseeritakse, asetades võrdluskanalisse sarnase küveti, mis sisaldab valitud lahustit.

Küvetid. Kui lahustiga täidetud küvettidel on valitud lainepikkusel erinev neelduvus, korrigeerige uuritava lahuse mõõdetud neeldumist. Fourier' teisendusspektrofotomeetrite kasutamisel ei ole küveti korrigeerimine vajalik, sest sama küvetti saab kasutada nii lahusti kui ka testlahuse jaoks. Küveti läbipaistvusala IR-piirkonnas sõltub kasutatud materjalist.

Lahustid. Puuduvad lahustid, mis oleksid olulise kihi paksusega infrapunaspektritele täiesti läbipaistvad. Süsiniktetrakloriid (kihi paksusega kuni 5 mm) on praktiliselt läbipaistev kuni 6 μm (1666 cm -1). Süsinikdisulfiid (paksus 1 mm) sobib lahustina kuni 40 µm (250 cm-1), välja arvatud alad 4,2–5,0 µm (2381–2000 cm–1) ja 5,5–7,5 µm (1819–1333 cm -). 1), kus sellel on tugev imendumine. Teised lahustid on suhteliselt kitsas piirkonnas läbipaistvad. Infrapunaspektromeetrias kasutatavad lahustid peavad olema inertsed materjali suhtes, millest küvett on valmistatud.

tahked ained. Tahkeid aineid uuritakse tahkes olekus (leelismetallhalogeniidkettad), dispergeeritakse sobivas vedelikus suspensiooni kujul või vormitakse kahe infrapunakiirgust läbipaistva plaadi vahel sulamassiga kile. Proovi ettevalmistamist kirjeldatakse monograafias.

kettad. 1–3 mg uuritavat ainet tritureeritakse 150–200 mg (kui monograafias pole teisiti märgitud) hoolikalt jahvatatud ja kuivatatud kaaliumbromiidi või kaaliumkloriidiga (tavaliselt kasutatakse kaaliumbromiidi). Tüüpilised tingimused kaaliumbromiidi kuivatamiseks: 105° C vaakumis 12 tundi Tavaliselt piisab sellest kogusest 13 mm läbimõõduga ketta valmistamiseks ja sobiva intensiivsusega spektri saamiseks. Segu jahvatatakse hoolikalt, saavutades vajaliku ühtluse ja ketast pressitakse rõhul umbes 800 MPa (8 t/cm 2) vaakumis (2 - 3 mm Hg) 2 - 5 minutit.

Madala kvaliteediga ketaste moodustumise põhjuseks võivad olla sellised tegurid nagu ebapiisav või liigne hõõrdumine, niiskus või muud lisandid dispersioonikeskkonnas. Ketas ei sobi testimiseks, kui ketta valgusvihu teekonnas on pragusid või kui see ei ole visuaalsel vaatlusel läbipaistvuse poolest ühtlane või kui selle läbipaistvus 2000 cm -1 (5 µm) juures on alla 60% ilma kompensatsioonita. spetsiifilise neeldumisriba puudumine.

Suspensioonid. Väike kogus testitavat ainet tritureeritakse minimaalse koguse vaseliiniõli või muu sobiva vedelikuga (segage 5-20 mg tahket ainet 1-2 tilga sukeldusvedelikuga). Saadud suspensioon surutakse kokku kahe plaadi (NaCl või KBr) vahel, mis on infrapunakiirgusele läbipaistvad.

Gaasid. Gaase uuritakse infrapunakiirgusele läbipaistvas küvetis, mille optilise tee pikkus on umbes 100 mm. Küvett tühjendatakse ja täidetakse läbi kraani või nõelventiili analüüsitud gaasiga.

Vajadusel viige küvetis olev rõhk infrapunakiirgusele läbipaistva gaasi (nt lämmastik või argoon) abil atmosfäärirõhuni. Vee, süsinikdioksiidi või muude atmosfäärigaaside neeldumisega seotud häirete kõrvaldamiseks asetatakse võrdluskanalisse identne küvett, mis kas evakueeritakse või täidetakse infrapunakiirgusele läbipaistva gaasiga.

Spektri registreerimiseks täieliku pettunud sisepeegelduse meetodil valmistatakse proov ette ühe meetodi abil.

Lahendused. Aine lahustatakse sobivas lahustis, järgides monograafias toodud tingimusi. Lahus aurustatakse sisemise reflektori pinnal, mis on tavaliselt valmistatud talliumjodiidbromiidi (KRS-5), germaaniumi või mõne muu kõrge murdumisnäitajaga mineraali kristallist.

tahked ained. Aine asetatakse sisemise peegelduselemendi pinnale nii, et saavutataks võimalikult tihe ja täielik kontakt kogu kristalli pinnaga (tavaliselt valmistatakse selliseid proove rõhu all).

Proovide ettevalmistamine spektromeetria jaoks difuusse peegelduse infrapunapiirkonnas: uuritavat ainet tritureeritakse hoolikalt jahvatatud ja kuivatatud kaaliumbromiidi või kaaliumkloriidiga. Kui monograafias ei ole sätestatud teisiti, peaks uuritava aine sisaldus saadud segus olema umbes 5%. Segu tritureeritakse põhjalikult ja spekter registreeritakse.

lisandid gaasides. Gaaside lisandite analüüsimiseks kasutatakse küvetti, mis on infrapunakiirgusele läbipaistev ja millel on sobiv optilise tee pikkus. Küvett täidetakse vastavalt jaotisele "Gaasid". Lisandite tuvastamiseks ja kvantifitseerimiseks kasutatakse farmakopöa artiklites kirjeldatud meetodeid.

6.Ituvastamine

6.1 Identifitseeriminekasutades standardproove

Uuritava aine proov ja standardproov valmistatakse ette sama protseduuri kohaselt ning spektrid registreeritakse vahemikus 4000 kuni 650 cm -1, mõnel juhul kuni 200 cm -1, kui monograafias ei ole teisiti märgitud, samadel tingimustel. Uuritava proovi spektris olevad neeldumisribad peaksid oma positsioonilt vastama standardproovi spektris olevatele neeldumisribadele.

Standardproovi (A) ja uuritava aine (B) IR-spektrid.

Kui tahkes olekus saadud spektrid näitavad erinevusi absorptsiooniribade asendis, siis töödeldakse uuritavat ainet ja standardproovi samal viisil, et need kristalliseeruks või saadakse samal kujul, või töödeldakse neid monograafias näidatud viisil ja seejärel võtta spektrid.

6 . 2 Tuvastamine võrdlusspektrite abil

Eraldusvõime kontroll. Salvestatakse 0,04 mm paksuse polüstüreenkile spekter. Erinevus x (joonis) ülekande protsendi vahel maksimaalse ülekande A juures 2870 cm -1 (3,48 µm) ja minimaalse ülekande B vahel 2849,5 cm -1 (3,51 µm) juures peab olema suurem kui 18. Erinevus y ülekanne maksimaalse ülekande C juures 1589 cm -1 (6,29 μm) ja minimaalne ülekande D 1583 cm -1 (6,32 μm) juures peaks olema suurem kui 10.

Fourier' teisenduse IR-spektromeetrite eraldusvõime kontroll toimub vastavalt seadme tootja soovitustele.

Lainearvude skaala kontrollimine. Lainearvu skaalat saab kontrollida polüstüreenkilega, millel on tabelis toodud lainearvude (cm -1) juures läbilaske miinimum (neeldumismaksimum).

Metoodika. Aine valmistatakse katsetamiseks ette vastavalt võrdlusspektrile lisatud juhistele. Kasutades tingimusi, milles eraldusvõime katse viidi läbi, registreerige uuritava proovi spekter ja kandke polüstüreeni ribad laiustel 2849,5 cm -1 (3,51 μm), 1601,2 cm -1 (6,25 μm) ja 1028,3 cm -1 (9,72 μm) . Võrrelge kahte spektrit (võrdlusspekter ja uuritava aine spekter) ja ülaltoodud polüstüreeni ribasid. Kui kasutatakse polüstüreeni ribade asukohti standardväärtustena, peaksid oluliste ribade asukohad uuritava aine spektris ja võrdlusspektris vastama üksteisele 0,5% piires lainearvu skaalast. Mõlema spektri ribade suhteline suurus peab üksteisega kokku langema.

Joonis – tüüpiline polüstüreeni spekter, mida kasutatakse eraldusvõime testimiseks

Tabel 1 – polüstüreenkile ülekandemiinimumid ja lubatud piirid

Ülekande miinimumid, cm -1

Lubatud piirid, cm -1

IR-spektromeeter monokromaatoriga

Fourier' teisenduse IR-spektromeeter

Järeldus

Infrapunaspektroskoopia leiab rakendust pooljuhtmaterjalide, polümeeride, bioloogiliste objektide ja otseselt elavate rakkude struktuuri uurimisel, molekulide struktuuri uurimise meetodina on see enim levinud orgaanilises ja organoelementide keemias. Mõnel juhul on infrapunapiirkonna gaaside puhul võimalik jälgida vibratsiooniribade pöörlemisstruktuuri.

IR-spektroskoopia on iga aastaga üha laiemalt levimas kui väga väärtuslik füüsikaline meetod molekulide struktuuri uurimiseks ja võimas analüütiline meetod.

Spekroskoopia kasutuselevõtt ravimite farmatseutilise analüüsi valdkonda andis võimsa tõuke selle arendamiseks ja täiustamiseks. Tänu rakendusvõimaluste mitmekesisusele, tulemuste suurele täpsusele ja tuvastamise tundlikkusele on analüüsiaja märkimisväärne vähenemine.

Bibliograafia

loengumaterjal.

T. Kh. Vergeichik, Toksikoloogiline keemia.

V. G. Belikov, Farmatseutiline keemia.

Vene Föderatsiooni Riikliku Farmakopöa XIII väljaanne.

Vene Föderatsiooni Riikliku Farmakopöa XI väljaanne.

A.V. Vassiljev, E.V. Grinenko "Orgaaniliste ja looduslike ühendite infrapunaspektrid", Peterburi, 2007, 30lk.

Bellamy L., Molekulide infrapunaspektrid, trans. inglise keelest, M., 1957;

Cross A., Sissejuhatus praktilisse infrapunaspektroskoopias, tlk. inglise keelest, M., 1961;

Kazitsyna L.A., Kupletskaja N.B. UV, IR, NMR ja massispektroskoopia rakendamine orgaanilises keemias. M.: Moskva kirjastus. un-ta, 1979, 240 lk;

Yukhnevich G.V. Vee infrapunaspektroskoopia. M. 1973.

Kazitsyna L.A., Kupletskaja N.B. UV, IR, NMR ja massispektroskoopia rakendamine orgaanilises keemias. M.: Moskva kirjastus. un-ta, 1979.

Yaroslavsky N. G., Pikalainelise infrapunaspektroskoopia meetodid ja seadmed, "Füüsikaliste teaduste edusammud", 1957, 2. kd.

Majutatud saidil Allbest.ru

...

Sarnased dokumendid

    Orgaaniliste ja anorgaaniliste ravimainete sadestamise meetodite teoreetiliste aluste uurimine. Raviainete ja indikaatorite koostoime tunnuste analüüs ladestamismeetodites. Näidusmeetodid tiitrimise lõpp-punkti määramiseks.

    kursusetöö, lisatud 30.01.2014

    Komposiitide laadimisel tekkiv impulss-elektromagnetkiirgus. Orgaaniliste klaaside polümeerkompositsioonide polümerisatsiooni- ja kopolümerisatsiooniprotsesside infrapunaspektroskoopia. Geelifraktsiooni sisalduse sõltuvus.

    kokkuvõte, lisatud 04.05.2009

    Vesiniksideme olemus ja olemus. Vesiniksidemed ja orgaaniliste ühendite omadused. Infrapunaspektroskoopia meetod. Infrapunakiirgus ja molekulide vibratsioon. Steeriliselt takistatud fenoolide lahuste spektraalkarakteristikute analüüs.

    kursusetöö, lisatud 28.04.2010

    Reaktsioonide arvestamine metallide kompleksühendite moodustumisel ja ilma nende osaluseta. Funktsionaal-analüütiliste ja analüütilis-aktiivsete rühmade mõiste. Orgaaniliste ühendite kasutamine titrimeetriliste meetodite indikaatoritena.

    kursusetöö, lisatud 01.04.2010

    Magnetoplast kui uus polümeerkomposiitmaterjalide klass. Polükaproamiidi süntees kaprolaktaamist. Madalmolekulaarsete ühendite, viskoossuse, molekulmassi määramine. Infrapunaspektroskoopia ja termogravimeetrilise analüüsi meetod.

    praktikaaruanne, lisatud 26.07.2009

    Orgaaniliste ja anorgaaniliste keemiliste ühendite võrdlusomadused: klassifikatsioon, molekulaarkristallvõre struktuur; aatomitevahelise keemilise sideme olemasolu ja tüüp; suhteline molekulmass, jaotus planeedil.

    esitlus, lisatud 11.05.2014

    PAN/DMF ja PAN/DMF/AgNO3 lahuste saamine ja omaduste uurimine UV-spektroskoopia abil. Ag/PAN nanofiberi struktuurigradiendi juhtimine lahustiga töötlemisega. Diferentsiaalse skaneeriva kalorimeetria meetod. IR-spektroskoopia meetod.

    lõputöö, lisatud 06.04.2017

    Refraktsiooni mõiste kui aatomite, molekulide, ioonide elektroonilise polariseeritavuse mõõt. Murdumisnäitaja hindamine orgaaniliste ühendite, mineraalide ja ravimainete, nende keemiliste parameetrite tuvastamiseks, kvantitatiivne ja struktuurne analüüs.

    kursusetöö, lisatud 05.06.2011

    Põhitoimingud orgaanilise keemia laboris töötamisel. Olulisemad füüsikalised konstandid. Orgaaniliste ühendite struktuuri määramise meetodid. Orgaaniliste ühendite struktuuri, omaduste ja identifitseerimise alused. Orgaaniliste ühendite süntees.

    koolitusjuhend, lisatud 24.06.2015

    Aatomi- ja molekulaarspektri struktuur. Fourier' teisendusspektroskoopia omadused ja eelised. Prootoni magnetresonants. 13С tuumade tuumamagnetresonantsi spektroskoopia. Orgaanilise ühendi identifitseerimine, spektrite tõlgendamine.

INFRAPUNA SPEKTROSKOPIA (IR)- spektroskoopia osa, mis hõlmab spektri pika lainepikkuse piirkonda (> 730 nm kaugemale nähtava valguse punasest piirist). Infrapunaspektrid tekivad molekulide vibratsioonilise (osaliselt pöörleva) liikumise tulemusena, nimelt molekulide põhielektroonilise oleku vibratsioonitasemete vaheliste üleminekute tulemusena. IR-kiirgust neelavad paljud gaasid, välja arvatud sellised gaasid nagu O2, N2, H2, Cl2 ja üheaatomilised gaasid. Neeldumine toimub igale konkreetsele gaasile iseloomuliku lainepikkuse juures, näiteks CO puhul on see lainepikkus 4,7 mikronit.

Infrapuna neeldumisspektrite abil saab määrata erinevate suhteliselt lühikeste molekulidega orgaaniliste (ja anorgaaniliste) ainete molekulide struktuuri: antibiootikumid, ensüümid, alkaloidid, polümeerid, kompleksühendid jne. Erinevate orgaaniliste (ja anorgaaniliste) ainete molekulide võnkespektrid suhteliselt pikkade molekulidega (valgud, rasvad, süsivesikud, DNA, RNA jne) on terahertsi vahemikus, seega saab nende molekulide struktuuri kindlaks teha raadiosagedusspektromeetrite abil terahertsi vahemikus. Piikide arvu ja asukoha järgi IR-neeldumisspektris saab hinnata aine olemust (kvalitatiivne analüüs) ning neeldumisribade intensiivsuse järgi aine kogust (kvantitatiivne analüüs). Peamised instrumendid on erinevat tüüpi infrapunaspektromeetrid. IR-spektroskoopia abil tuvastatakse kiiresti ja usaldusväärselt erinevad funktsionaalrühmad: karbonüül-, hüdroksüül-, karboksüül-, amiid-, amino-, tsüano- jne; samuti mitmesugused küllastumata fragmendid: süsinik-süsinik kaksiksidemed ja kolmiksidemed, aromaatsed või heteroaromaatsed süsteemid. IR-spektroskoopia meetodeid kasutatakse molekulide siseste ja intermolekulaarsete interaktsioonide uurimiseks, näiteks vesiniksidemete tekkeks. Puidukeemias ja looduslike ühendite keemias uuritakse infrapunaspektroskoopia abil süsivesikute, ligniinide, aminohapete, terpeenide, steroidide ja paljude teiste ainete struktuure. INFRAPUN-SPEKTROSKOOPIA (IR-spektroskoopia), lõik mol. optiline spektroskoopia, elektromagneti neeldumis- ja peegeldusspektrite uurimine. kiirgus IR piirkonnas, st. lainepikkuste vahemikus 10-6 kuni 10-3 m Neeldunud kiirguse intensiivsuse koordinaatides - lainepikkuse (või lainearvu) IR-spekter on komplekskõver, millel on palju maksimume ja miinimume. Neeldumisribad tekivad vibratsioonide vaheliste üleminekute tulemusena. põhitasemed. uuritava süsteemi elektrooniline olek (vt Vibratsioonispektrid). Üksikmolekuli spektrikarakteristikud (ribade maksimumide asukohad, nende poollaius, intensiivsus) sõltuvad selle koostises olevate aatomite massist, geom. struktuur, aatomitevaheliste jõudude tunnused, laengujaotus jne. Seetõttu on IR-spektrid väga individuaalsed, mis määrab nende väärtuse ühendite struktuuri tuvastamisel ja uurimisel. Spektrite registreerimiseks klassika abil. spektrofotomeetrid ja Fourier spektromeetrid. Peamine klassika osad spektrofotomeeter - pideva soojuskiirguse allikas, monokromaator, mitteselektiivne kiirgusvastuvõtja. Sisendpilu ette (mõnikord väljundi taha) asetatakse sisuga küvett (mis tahes koondamisolekus). Monokromaatori hajutusseadmena prismad alates dets. materjalid (LiF, NaCl, KCl, CsF jne) ja difraktsioon. restid. Kiirguse lagunemise järjestikune eemaldamine. lainepikkused kuni väljundpiluni ja kiirgusvastuvõtja (skaneerimine) toimub prisma või võre pööramise teel. Kiirgusallikad - elektriline hõõglamp. vooluvardad alates dets. materjalid. Vastuvõtjad: tundlikud termopaarid, metallist. ja pooljuhtide soojustakistused (bolomeetrid) ja gaasitermomuundurid, anuma seina kuumutamine to-rykh viib gaasi kuumutamiseni ja selle rõhu muutumiseni, mis on fikseeritud. Väljundsignaal on tavapärase spektraalkõvera kujul. Klassikaliste seadmete eelised skeemid: disaini lihtsus, seostub. odavus. Puudused: nõrkade signaalide registreerimise võimatus madala signaali-müra suhte tõttu, mis raskendab oluliselt tööd kaugemas IR piirkonnas; suhteliselt madal eraldusvõime (kuni 0,1 cm-1), pikaajaline (minutite jooksul) spektrite registreerimine. Fourier spektromeetrites puuduvad sisend- ja väljundpilud ning põhi element - interferomeeter. Allikast tulev kiirgusvoog jaguneb kaheks kiireks, mis läbivad proovi ja segavad. Kiirte teevahet muudetakse ühte kiirt peegeldava liigutatava peegli abil. Algsignaal sõltub kiirgusallika energiast ja proovi neeldumisest ning on suure hulga harmooniliste summa kujul. komponendid. Spektri saamiseks tavalisel kujul teostatakse sisseehitatud arvuti abil vastav Fourier' teisendus. Fourier spektromeetri eelised: kõrge signaali-müra suhe, võime töötada laias lainepikkuste vahemikus ilma hajutavat elementi muutmata, spektri kiire (sekundites ja sekundite murdosades) registreerimine, kõrge eraldusvõime (kuni 0,001). cm-1). Puudused: valmistamise keerukus ja kõrge hind. Kõik spektrofotomeetrid on varustatud arvutiga, to-rye teostavad spektrite esmast töötlemist: signaalide kogunemist, nende eraldamist mürast, tausta ja võrdlusspektri (lahustispektri) lahutamist, salvestusskaala muutmist, katsete arvutamist. . spektriparameetrid, spektrite võrdlemine etteantutega, spektrite eristamine jne. IR spektrofotomeetrite küvetid on valmistatud IR piirkonnas läbipaistvatest materjalidest. Tavaliselt kasutatakse lahustitena CCl4, CHCl3, tetrakloroetüleeni, vaseliiniõli. Tahked proovid sageli purustatakse, segatakse KBr pulbriga ja pressitakse tablettideks. Agressiivsete vedelike ja gaasidega töötamiseks kasutatakse spetsiaalseid seadmeid. kaitsepihustamine (Ge, Si) rakuakendel. Õhu segav mõju kõrvaldatakse seadme evakueerimise või lämmastikuga läbipuhumisega. Nõrgalt neelavate in-in (haruldased gaasid jne) puhul kasutatakse mitmekäigulisi küvette, milles optilise pikkusega. Rada ulatub sadadesse meetritesse paralleelpeeglite süsteemi mitmekordse peegelduse tõttu. Levinud on maatriksisolatsiooni meetod, mille puhul uuritav gaas segatakse argooniga ja seejärel segu külmutatakse. Selle tulemusena väheneb järsult neeldumisribade poollaius ja spekter muutub kontrastsemaks. Spetsiaalsete kasutamine mikroskoopilised tehnoloogia võimaldab töötada väga väikese suurusega (mm murdosa) objektidega. Tahkete ainete pinna spektrite registreerimiseks kasutatakse häiritud summaarse ekst. peegeldused. See põhineb elektromagnetilise energia neeldumisel pinnakihis. prismast väljuv kiirgus full ext. peegeldusi, mis asub optilises. kokkupuude uuritava pinnaga. Infrapunaspektroskoopiat kasutatakse laialdaselt segude analüüsiks ja puhaste ainete tuvastamiseks. Kogus. analüüs põhineb Bouguer-Lambert-Beeri seadusel (vt Absorptsioonispektroskoopia), st neeldumisribade intensiivsuse sõltuvusel aine kontsentratsioonist proovis. Samas ei hinnata ve in-va arvu otd järgi. neeldumisribad ja spektraalkõverad üldiselt laias lainepikkuste vahemikus. Kui komponentide arv on väike (4-5), siis on võimalik nende spektreid matemaatiliselt eraldada isegi vahenditega. kattes viimast. Koguse viga. analüüs on reeglina protsendi murdosa. Puhta in-in tuvastamine toimub tavaliselt infootsingusüsteemide abil automaatselt. analüüsitud spektri võrdlemine arvuti mällu salvestatud spektritega. IR-kiirguse iseloomulikud neeldumisalad max. sageli esinevad funktsioonid. keemiarühmad. ühendus on toodud tabelis. köite lõpus olevale kärbselehele. Uute in-in tuvastamiseks (molekulid kuni rykh võivad sisaldada kuni 100 aatomit) kasutage kunstisüsteeme. intellekt. Nendes süsteemides genereeritakse spektrostruktuursete korrelatsioonide põhjal muulid. konstruktsioone, siis ehitatakse need teoreetiliselt. spektreid, to-rukist võrreldakse katsega. andmeid. Molekulide ja muude objektide struktuuri uurimine infrapunaspektroskoopia abil hõlmab teabe hankimist moli parameetrite kohta. modelleerib ja taandab matemaatiliselt lahendamiseks nn. pöördspektri probleemid. Selliste probleemide lahendamine viiakse läbi soovitud parameetrite järjestikuse lähendamise teel, mis arvutatakse spetsiaalse abil. spektraalkõverate teooriast eksperimentaalseteni. Parameetrid ütlevad. mudelid on süsteemi moodustavate aatomite massid, sideme pikkused, valents- ja väändenurgad, potentsiaalse pinna omadused (jõukonstandid jne), sidemete dipoolmomendid ja nende tuletised sideme pikkuste suhtes jne. Infrapuna spektroskoopia võimaldab tuvastada ruumilisi ja konformatsioonilisi isomeere, uurida molekulidesiseseid ja intermolekulaarseid interaktsioone, kemikaali olemust. sidemed, laengu jaotus molekulides, faasimuutused, keemiline kineetika. p-tsioone, registreerida lühiealisi (eluiga kuni 10-6 s) osakesi, täpsustada üksikuid geom. parameetrid, saada andmeid termodünaamiliste arvutamiseks. f-sioonid jne Selliste uuringute vajalik etapp on spektrite tõlgendamine, s.o. normaalvõnkumiste vormi kehtestamine, võnkumiste jaotus. energia vabadusastmete järgi, oluliste parameetrite valik, mis määravad ribade asukoha spektris ja nende intensiivsuse. Kuni 100 aatomit sisaldavate molekulide spektrite arvutused, sh. polümeerid viiakse läbi arvuti abil. Sel juhul on vaja teada moli omadusi. mudelid (jõukonstandid, elektrooptilised parameetrid jne), mis leitakse vastavate pöördspektriülesannete ehk kvantkeemia lahendamise teel. arvutused. Mõlemal juhul on tavaliselt võimalik saada andmeid molekulide kohta, mis sisaldavad ainult perioodilise tsükli esimese nelja perioodi aatomeid. süsteemid. Seetõttu sai enim infrapunaspektroskoopia kui molekulide struktuuri uurimise meetod. jaotus org-is. ja elementoorg. keemia. Osakonnas IR-piirkonna gaaside puhul on võimalik jälgida pöörlemist. kõikuv struktuur. triibud. See võimaldab arvutada dipoolmomente ja geomi. molekulide parameetrid, määrake jõukonstandid jne.

Kas te ei leidnud oma küsimusele vastust? Vaata siit
Oratoorium kui ajakirjanduse prototüüpOratoorium kui ajakirjanduse prototüüp
Tsitaadid Napoleoni kohta - dslinkov - LiveJournalTsitaadid Napoleoni kohta - dslinkov - LiveJournal
Mulle kättemaks Buldooseriga sõitnud mees hävitas linnaMulle kättemaks Buldooseriga sõitnud mees hävitas linna