Τα φάσματα απορρόφησης στην περιοχή υπερύθρων (IR) οφείλονται σε μεταβάσεις μεταξύ των επιπέδων δόνησης και περιστροφής των μορίων στη βασική ηλεκτρονική κατάσταση.

Η υπέρυθρη φασματοσκοπία μπορεί να χρησιμοποιηθεί τόσο για ποιοτική όσο και για ποσοτική ανάλυση, καθώς και για τη μελέτη της δομής των ουσιών. Αυστηροί ποσοτικοί προσδιορισμοί που χρησιμοποιούν φάσματα υπερύθρων χρησιμοποιούνται σπάνια στην πρακτική της τεχνικής ανάλυσης. Τυπικά, τα φάσματα IR χρησιμοποιούνται για την αναγνώριση ουσιών ή για την ανίχνευση ορισμένων λειτουργικών ομάδων στο μόριο της υπό μελέτη ουσίας. Το προκύπτον φάσμα του μορίου μπορεί να δώσει ακριβή απάντηση για τη δομή μόνο για απλές περιπτώσεις. Η πλήρης ερμηνεία των φασμάτων των σύνθετων μορίων απαιτεί χρονοβόρα ανάλυση, επομένως τα φάσματα IR των σύνθετων ενώσεων συγκρίνονται με τα φάσματα απλών ενώσεων.

Συγκρίνοντας μεγάλο αριθμό φασμάτων διαφόρων ενώσεων, διαπιστώθηκε ότι οι δονητικές ζώνες ορισμένων ομάδων ατόμων έχουν τις ίδιες ή κοντινές συχνότητες, ανεξάρτητα από τις ομάδες που τις περιβάλλουν. Τέτοιες ζώνες απορρόφησης ονομάζονται χαρακτηριστικές.

Έτσι, για να εκχωρηθούν κορυφές απορρόφησης στις αντίστοιχες ομάδες ατόμων, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθούν ειδικοί πίνακες. Είναι απαραίτητο να έχετε κάποια εμπειρία στη χρήση αυτών των πινάκων, καθώς οι ζώνες απορρόφησης ουσιών διαφορετικών τύπων ενδέχεται να αλληλοεπικαλύπτονται. Κατά την εξέταση χαρακτηριστικών συχνοτήτων, θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι η παρουσία σύζευξης, δεσμών υδρογόνου κ.λπ., μπορεί να προκαλέσει μετατόπιση στη χαρακτηριστική ζώνη.

Οι πληροφορίες που λαμβάνονται από τα φάσματα IR είναι συνήθως επαρκείς για την ταυτοποίηση μιας άγνωστης ένωσης. Στη γενική περίπτωση, για αξιόπιστη ταυτοποίηση, είναι απαραίτητο να συμπληρωθούν τα αποτελέσματα της φασματοσκοπίας IR με πληροφορίες που λαμβάνονται από στοιχειακή ανάλυση, UV, NMR και φασματοσκοπία μάζας.

Οι ποσοτικές μελέτες στην περιοχή IR του φάσματος βασίζονται επίσης στον νόμο Bouguer-Lambert-Beer.

Οι μέθοδοι IR μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μελέτη στερεά, αέρια και υγρά. Η διαδικασία διαφέρει στον τρόπο παρασκευής του δείγματος. Για μια ποιοτική μελέτη του φάσματος της υγρής φάσης, ένα υγρό στρώμα τοποθετείται μεταξύ δύο πλακών κατασκευασμένων από ένα υλικό διαφανές στις ακτίνες IR. Το πάχος του τριχοειδούς φιλμ του υγρού είναι συνήθως περίπου 10-100 μικρά (10v-2-10v-1 mm). Το πιο κοινό υλικό για διαφανείς κυβέτες (πλάκες) υπερύθρων είναι το NaCl, KBr.

Ο διαλύτης που χρησιμοποιείται για την εργασία με τα δείγματα πρέπει να περάσει υπέρυθρη ακτινοβολία στην περιοχή απορρόφησης του ίδιου του δείγματος. Για την περιοχή των 4000-1330 cm-1, ο τετραχλωράνθρακας χρησιμοποιείται συχνότερα από άλλους, για την περιοχή των 1130-450 - δισουλφίδιο του άνθρακα. Άλλοι κοινοί διαλύτες περιλαμβάνουν χλωροφόρμιο, κυκλοεξάνιο, διοξάνιο. Το τελικό συμπέρασμα σχετικά με την καταλληλότητα ενός συγκεκριμένου διαλύτη μπορεί να γίνει αφού ληφθεί υπόψη το φάσμα του διαλύματος. Τα φάσματα των διαλυτών δίνονται σε βιβλία αναφοράς.

Η συγκέντρωση της διαλυμένης ουσίας με χρήση κυψελίδας 0,1 mm πρέπει να είναι περίπου 10% (δηλαδή 0,1 g σε 1 ml).

Τα φάσματα IR των στερεών λαμβάνονται με μια πάστα σκόνης της ελεγχόμενης ουσίας και μια μικρή ποσότητα υγρού εμβάπτισης (π.χ. λάδι βαζελίνης) που τοποθετείται μεταξύ δύο πλακών KBr ή NaCl. Σε αυτή την περίπτωση, μια πλάκα KBr ή NaCl διπλού πάχους τοποθετείται στο κανάλι σύγκρισης.

Ένα ζυγισμένο μέρος του στερεού μπορεί να αναμιχθεί με βρωμιούχο κάλιο και να συμπιεστεί σε ένα δισκίο (δίσκος). Το προκύπτον δείγμα αφαιρείται έναντι ενός δίσκου που παρασκευάζεται από καθαρό βρωμιούχο κάλιο.

Δείγματα ορισμένων ουσιών μπορούν να παρασκευαστούν με τη μορφή φιλμ, το φάσμα του οποίου καταγράφεται απευθείας.

Για υψηλή ποιότητα στην υπέρυθρη περιοχή, χρησιμοποιούνται συσκευές δύο ακτίνων. Η μία από τις δύο ισοδύναμες δοκούς διέρχεται από το δείγμα και η άλλη από την κυψελίδα αναφοράς. Το σύστημα διπλής δέσμης καθιστά δυνατή τη γρήγορη καταγραφή του φάσματος σε ένα ευρύ φάσμα συχνοτήτων.

Τα όργανα μονής δέσμης προτιμώνται για ποσοτική ανάλυση. Τα οπτικά στοιχεία των συσκευών πρέπει να είναι διαφανή στις ακτίνες IR. Επομένως, τα πρίσματα, οι κυψελίδες και άλλα σχετικά μέρη είναι κατασκευασμένα από KBr, CsBr, NaCl και άλλα υλικά. Όλα τα φασματοφωτόμετρα υπερύθρων χρησιμοποιούν ανακλαστικά οπτικά, καθώς στην περιοχή IR του φάσματος, οι περισσότερες μεταλλικές επιφάνειες έχουν καλή ανακλαστικότητα.

Μελέτη των φασμάτων 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 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 αποσύνθεσης 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 Φασματόμετρο Fourier: υψηλή αναλογία σήματος προς θόρυβο, ικανότητα εργασίας σε μεγάλο εύρος μηκών κύματος χωρίς αλλαγή του στοιχείου διασποράς, γρήγορη (σε δευτερόλεπτα και κλάσματα δευτερολέπτων) καταχώρηση φάσματος, υψηλή ανάλυση (έως 0,001 cm - ένας). 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 διαλυτών), αλλαγή της κλίμακας εγγραφής, υπολογισμός πειραμάτων . φασματικές παράμετροι, σύγκριση φασμάτων με δεδομένα, διαφοροποίηση φασμάτων κ.λπ. Οι κυψελίδες για φασματοφωτόμετρα υπερύθρων κατασκευάζονται από υλικά που είναι διαφανή στην περιοχή IR. Ως διαλύτες χρησιμοποιούνται συνήθως CCl4, CHCl3, τετραχλωροαιθυλένιο, έλαιο βαζελίνης. Τα στερεά δείγματα συχνά συνθλίβονται, αναμιγνύονται με σκόνη KBr και συμπιέζονται σε δισκία. Για 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 του οργάνου ή με τον καθαρισμό του με άζωτο. Σε περίπτωση ασθενούς απορρόφησης in-in (σπάνια αέρια κ.λπ.), χρησιμοποιούνται κυβέτες πολλαπλών περασμάτων, στις οποίες το μήκος του οπτικού. μονοπάτι φτάνει εκατοντάδες μέτρα χάρη σε πολλαπλές αντανακλάσειςαπό 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 καθαρό μέσα. Ποσότητα η ανάλυση βασίζεται στο νόμο Bouguer-Lambert-Beer (βλ. Φασματοσκοπία απορρόφησης), δηλ. 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 αναγνώριση νέο in-in(τα μόρια to-rykh μπορούν να περιέχουν έως και 100 άτομα) εφαρμόστε συστήματα τεχνών. διάνοια. Σε αυτά τα συστήματα, με βάση φασματοδομικές συσχετίσεις, δημιουργούνται προβλήτες. δομές, στη συνέχεια χτίζονται οι θεωρητικές δομές τους. 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 αποτελούν το σύστημα, μήκη δεσμών, γωνίες σθένους και στρέψης, χαρακτηριστικά της επιφάνειας του δυναμικού (σταθερές δύναμης κ.λπ.), διπολικές ροπές δεσμών και τα παράγωγά τους σε σχέση με τα μήκη δεσμών κ.λπ. Υπέρυθρο Η φασματοσκοπία σάς επιτρέπει να προσδιορίσετε χωρικά και διαμορφωτικά ισομερή, να μελετήσετε τις ενδο- και διαμοριακές αλληλεπιδράσεις, τη φύση της χημικής ουσίας. ομόλογα, διανομή χρεώσεων σε μόρια, μετασχηματισμοί φάσης, χημική κινητική. p-tions, εγγραφή βραχείας διάρκειας (διάρκεια ζωής έως 10 - 6 γ) σωματίδια, τελειοποιήστε μεμονωμένα γεωμ. 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

Εισαγωγή

Σε σχέση με την επέκταση της φαρμακευτικής αγοράς φαρμάκων, απαιτούνται όλο και πιο ακριβείς και ενημερωτικές μέθοδοι ανάλυσης. Η ανάγκη χρήσης φυσικοχημικών μεθόδων ανάλυσης, ιδίως φασματικών μεθόδων, οφείλεται στις απαιτήσεις της 12ης Φαρμακοποιίας της Ρωσικής Ομοσπονδίας. Μία από τις πολλά υποσχόμενες μεθόδους ανάλυσης είναι η φασματοσκοπία IR.

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. 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.

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

Η μέθοδος της υπέρυθρης φασματοσκοπίας καθιστά δυνατή τη λήψη πληροφοριών σχετικά με τις σχετικές θέσεις των μορίων για πολύ σύντομα χρονικά διαστήματα, καθώς και την αξιολόγηση της φύσης της μεταξύ τους σχέσης, η οποία έχει θεμελιώδη σημασία στη μελέτη της δομικής και πληροφοριακής ιδιότητες διαφόρων ουσιών.

Η φασματοσκοπία υπέρυθρων (IR) χαρακτηρίζεται από ευρύ περιεχόμενο πληροφοριών, το οποίο δημιουργεί τη δυνατότητα αντικειμενικής αξιολόγησης της γνησιότητας και ποσοτικού προσδιορισμού των φαρμακευτικών ουσιών. Το φάσμα υπερύθρων χαρακτηρίζει αναμφίβολα ολόκληρη τη δομή του μορίου. Διαφορές σε χημική δομήαλλαγή της φύσης του φάσματος IR. Σημαντικά πλεονεκτήματα της φασματοσκοπίας IR είναι η ειδικότητα, η ταχύτητα ανάλυσης, η υψηλή ευαισθησία, η αντικειμενικότητα των αποτελεσμάτων που λαμβάνονται, η ικανότητα ανάλυσης μιας ουσίας σε κρυσταλλική κατάσταση. Η φασματοσκοπία υπερύθρων μπορεί να χρησιμοποιηθεί όχι μόνο για την ποσοτικοποίηση των φαρμακευτικών ουσιών, αλλά και για τη μελέτη χημικών μετασχηματισμών όπως η διάσταση, η διαλυτόλυση, ο μεταβολισμός, ο πολυμορφισμός κ.λπ. .

Η ουσία της μεθόδου της υπέρυθρης φασματοσκοπίας

Η υπέρυθρη φασματοσκοπία είναι ένα τμήμα της μοριακής οπτικής φασματοσκοπίας που μελετά τα φάσματα απορρόφησης και ανάκλασης της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας στην υπέρυθρη περιοχή, δηλ. στην περιοχή μήκους κύματος από 10 -6 έως το υπέρυθρο φάσμα είναι μια σύνθετη καμπύλη με μεγάλο αριθμό μεγίστων και ελάχιστων. Οι ζώνες απορρόφησης εμφανίζονται ως αποτέλεσμα των μεταβάσεων μεταξύ των επιπέδων δόνησης της επίγειας ηλεκτρονικής κατάστασης του υπό μελέτη συστήματος. Τα φασματικά χαρακτηριστικά (θέσεις των μέγιστων ζώνης, το μισό πλάτος τους, η έντασή τους) ενός μεμονωμένου μορίου εξαρτώνται από τις μάζες των συστατικών ατόμων του, τη γεωμετρία της δομής, τα χαρακτηριστικά των διατομικών δυνάμεων, την κατανομή φορτίου κ.λπ., επομένως, το υπέρυθρο Τα φάσματα είναι εξαιρετικά ατομικά, γεγονός που καθορίζει την αξία τους στην αναγνώριση και τη μελέτη δομών σύνδεσης.

Η ποσοτική σχέση μεταξύ της έντασης I της ακτινοβολίας που μεταδίδεται μέσω της ουσίας, της έντασης της προσπίπτουσας ακτινοβολίας I 0 και των ποσοτήτων που χαρακτηρίζουν την απορροφητική ουσία βασίζεται στον νόμο Bouguer-Lambert-Beer: I \u003d I 0 e -сl, δηλ. από την εξάρτηση της έντασης των ζωνών απορρόφησης από τις ουσίες συγκέντρωσης στο 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. Το σφάλμα της ποσοτικής ανάλυσης, κατά κανόνα, είναι ένα κλάσμα του ποσοστού.

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. Η μέθοδος 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 των δονήσεων τάνυσης, παραμόρφωσης και αποδέσμευσης των μορίων.

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. Η υπέρυθρη φασματοσκοπία χρησιμοποιείται ευρέως για την ανάλυση μειγμάτων και την ταυτοποίηση καθαρών ουσιών.

Η αναγνώριση των καθαρών ουσιών πραγματοποιείται συνήθως με τη βοήθεια συστημάτων ανάκτησης πληροφοριών συγκρίνοντας αυτόματα το αναλυόμενο φάσμα με τα φάσματα που είναι αποθηκευμένα στη μνήμη του υπολογιστή. Για τον εντοπισμό νέων ουσιών (τα μόρια των οποίων μπορούν να περιέχουν έως και 100 άτομα), χρησιμοποιούνται συστήματα τεχνητή νοημοσύνη. Σε αυτά τα συστήματα, οι μοριακές δομές δημιουργούνται με βάση φασματικές δομικές συσχετίσεις και στη συνέχεια κατασκευάζονται. θεωρητικά φάσματα, τα οποία συγκρίνονται με τα 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 αντίστροφων φασματικών προβλημάτων. Η επίλυση τέτοιων προβλημάτων πραγματοποιείται με διαδοχική προσέγγιση των επιθυμητών παραμέτρων που υπολογίζονται χρησιμοποιώντας ειδική θεωρίαφασματικές καμπύλες σε πειραματικές.

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 των δεσμών και τα παράγωγά τους ως προς τα μήκη των δεσμών κ.λπ. Η υπέρυθρη φασματοσκοπία καθιστά δυνατό τον εντοπισμό χωρικών και διαμορφωτικών ισομερών, τη μελέτη ενδο- και διαμοριακών αλληλεπιδράσεων, χαρακτήρα χημικοί δεσμοί, κατανομή φορτίων σε μόρια, μετασχηματισμοί φάσης, κινητικές χημικών αντιδράσεων, καταγραφή σωματιδίων μικρής διάρκειας (διάρκεια ζωής έως 10 -6 δευτερόλεπτα), βελτιστοποίηση μεμονωμένων γεωμετρικών παραμέτρων, λήψη δεδομένων για τον υπολογισμό των 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 περιοδικό σύστημα. Ως εκ τούτου, η υπέρυθρη φασματοσκοπία, ως μέθοδος για τη μελέτη της δομής των μορίων, χρησιμοποιείται ευρύτερα στη χημεία οργανικών και οργανοστοιχείων. 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. Όπως είναι γνωστό, 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 αντίστοιχα βιβλία αναφοράς. Πρέπει να σημειωθεί ότι κατά τη διαδικασία αφαίρεσης του υπέρυθρου φάσματος, δημιουργούνται παρεμβολές σε ορισμένα μήκη κύματος που σχετίζονται με την απορρόφηση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας από τους δεσμούς των διαλυτών O-H και C-H.

Το υπέρυθρο φάσμα ενός βιολογικού δείγματος είναι το συνολικό φάσμα στο οποίο υπερτίθενται οι ζώνες απορρόφησης διαφόρων λειτουργικών ομάδων οργανική ύληκαθώς και το νερό. Αυτό το φαινόμενο γίνεται πιο περίπλοκο λόγω της αλληλεπίδρασης μεμονωμένων τύπων δονήσεων αυτών των ομάδων, ενώ το σχήμα των ζωνών απορρόφησης παραμορφώνεται και τα μέγιστα μετατοπίζονται. Επομένως, ένας μεγάλος αριθμός ευρειών ζωνών απορρόφησης με δυσδιάκριτα μέγιστα παρατηρείται στα υπέρυθρα φάσματα. Συνήθως η ερμηνεία των υπέρυθρων φασμάτων των βιολογικών δειγμάτων είναι πολύ δύσκολη, επομένως, για να διευκολυνθεί η ερμηνεία του συνολικού φάσματος, είναι απαραίτητο να διαιρεθεί το βιολογικό δείγμα σε απλούστερα συστατικά. Αυτό καθιστά δυνατή τη λήψη μεγαλύτερου αριθμού ζωνών απορρόφησης για την υπό μελέτη ουσία και τον ακριβέστερο προσδιορισμό της σύνθεσης των συστατικών στο δείγμα.

Ένα θετικό 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 - το εύρος δονήσεων τάνυσης ομάδων -ΟΗ· 3050-2850 cm-1 - ομάδες -CH, -CH2, -CH3 οργανικές ουσίες). Η ακριβής θέση της μέγιστης ζώνης απορρόφησης μιας 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 ομάδων = C-H αρωματικόδομές).

Ωστόσο, εάν το υπό μελέτη αντικείμενο δεν είναι ένα μηχανικό μείγμα, αλλά ένα σύνθετο χημική ένωση, τότε αυτά τα χαρακτηριστικά των υπέρυθρων φασμάτων δεν ανιχνεύονται.

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 της σύνθεσης των συστατικών σύνθετες ουσίες. Η ένταση της ζώνης απορρόφησης καθορίζεται από την τιμή, αριθμητικά ίση ενέργεια, το οποίο απορροφάται από τις 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 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 (έως 10 mg).

Η απορρόφηση οργανικών ουσιών σε διάφορα μέρη της υπέρυθρης περιοχής καθορίζεται από τις χημικές ομάδες που αποτελούν το μόριο, ή μάλλον από τους δεσμούς που τα σχηματίζουν, επομένως η μέθοδος σας επιτρέπει να προσδιορίσετε τις σχετικές ουσίες συνολικά, σύμφωνα με τις χαρακτηριστικές ζώνες απορρόφησης . Η υπέρυθρη φασματοσκοπία χρησιμοποιείται ευρέως για την ανάλυση βιολογικών υγρών, ιδιαίτερα του αίματος και των θραυσμάτων του, και σε πρόσφατους χρόνουςΤο στοματικό υγρό ή το μικτό σάλιο χρησιμοποιείται όλο και περισσότερο για τη διάγνωση και την πρόβλεψη διαφόρων ασθενειών, ωστόσο, η ερμηνεία των αποτελεσμάτων που λαμβάνονται είναι περίπλοκη λόγω της πολυσυστατικής φύσης των αντικειμένων της μελέτης.

Με την υπέρυθρη φασματοσκοπία αίματος και σάλιου, είναι δυνατή η ποσοτική ανάλυση μόνο των λειτουργικών ομάδων που περιλαμβάνονται στα κύρια συστατικά σε αναλυτικές ποσότητες. Επομένως, η ανάλυση δειγμάτων αυτών των υγρών είναι δύσκολη, γιατί. αναλύει ουσιαστικά τη υδάτινη βάση τους

Στην ιατρική, η υπέρυθρη φασματοσκοπία σε τα τελευταία χρόνιαχρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό ορισμένων ουσιών σε βιολογικά υγρά: αίμα, ούρα, σάλιο, δακρυϊκό υγρό, χολή, γάλα, για τον προσδιορισμό ορισμένων βιταμινών, ορμονών και άλλων βιολογικών δραστικές ουσίες. Επιπλέον, πρόσφατα η μέθοδος χρησιμοποιείται όλο και περισσότερο για τον χαρακτηρισμό διαμορφωτικών και δομικών αλλαγών σε πρωτεΐνες, λιπίδια, φωσφολιπίδια κυτταρικών βιομεμβρανών που μελετήθηκαν σε δείγματα βιοψίας, καθώς και χρησιμοποιώντας τεχνικές οπτικών ινών.

Αυτή η μέθοδος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αξιολόγηση της φαρμακοκινητικής διαφόρων φαρμάκων. Στον σακχαρώδη διαβήτη, αποκαλύφθηκαν σημαντικές αλλαγές στο υπέρυθρο φάσμα του αίματος, αποδείχθηκε η δυνατότητα χρήσης δεικτών υπέρυθρου φάσματος για έγκαιρη διάγνωση οδοντικών παθήσεων και πρόβλεψη οδοντικής τερηδόνας στα παιδιά. Πραγματοποιήθηκε μελέτη για ταχείες αλλαγές στις παραμέτρους του υπέρυθρου φάσματος του αίματος για την πρόβλεψη, τη διάγνωση και τον προσδιορισμό της σοβαρότητας της οστεοπόρωσης και της αποτελεσματικότητας της αντιμετώπισής της. Η δυνατότητα χρήσης υπέρυθρης φασματοσκοπίας για τη μελέτη των διαδικασιών αναγέννησης έχει αποδειχθεί. Η υπέρυθρη φασματοσκοπία χρησιμοποιείται επίσης στην εγκληματολογική ανάλυση για τη μελέτη του μιτοχονδριακού γονιδιώματος για σκοπούς ταυτοποίησης και πατρότητας.

Σκοπός: μάθετε να αποκρυπτογραφείτε το φάσμα των ορυκτών, να κατακτήσετε τις δεξιότητες της ποιοτικής ανάλυσης ορυκτών.

Όργανα και αξεσουάρ: φασματοφωτόμετρο, αρχείο καρτών φασμάτων ορυκτών.

υπέρυθρη φασματοσκοπία. Γενικές έννοιες

Η φασματοσκοπία είναι η επιστήμη της αλληλεπίδρασης της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας με την ύλη, η οποία παρέχει πληροφορίες για την ίδια την ουσία, τα άτομα και τα μόρια που απαρτίζουν την ουσία, για τη δομή και τις ιδιότητές της. Η φασματοσκοπία χρησιμοποιεί όλο το φάσμα της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, συμπεριλαμβανομένων των ακτίνων γάμμα, των ακτίνων Χ, των υπέρυθρων ακτίνων, των ορατών και υπεριωδών ακτίνων, της ακτινοβολίας μικροκυμάτων και των ραδιοσυχνοτήτων. Η μέθοδος της φασματοσκοπίας απορρόφησης βασίζεται στην αλληλεπίδραση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας με την ύλη.

Ανάλογα με το αντικείμενο μελέτης, η φασματοσκοπία χωρίζεται σε ατομική και μοριακή. Η ατομική φασματοσκοπία μελετά τη δομή και τις ιδιότητες των ατόμων, μοριακή - τη δομή και τις ιδιότητες των μορίων. Η μέθοδος της φασματοσκοπίας είναι η φασματική ανάλυση. Οι φασματικές μέθοδοι ανάλυσης χρησιμοποιούν την ικανότητα των ατόμων και των μορίων να απορροφούν και να εκπέμπουν ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία.

Η υπέρυθρη φασματοσκοπία είναι ένας κλάδος της φασματοσκοπίας που περιλαμβάνει την απόκτηση και τη μελέτη φασμάτων υπέρυθρων. Η υπέρυθρη φασματοσκοπία ασχολείται κυρίως με τη μελέτη των φασμάτων μοριακής εκπομπής, απορρόφησης και ανάκλασης, καθώς τα περισσότερα από τα δονητικά και περιστροφικά φάσματα των μορίων βρίσκονται στην υπέρυθρη περιοχή. Η υπέρυθρη φασματοσκοπία είναι εξίσου συγκεκριμένη με τα ανθρώπινα δακτυλικά αποτυπώματα. Μια ουσία μπορεί να αναγνωριστεί από τα φάσματα εάν είναι γνωστό το φάσμα της. Η μέθοδος της υπέρυθρης φασματοσκοπίας καθιστά δυνατό τον προσδιορισμό της κατάστασης του νερού σε ένα ορυκτό, τη φύση των ισομορφικών ακαθαρσιών, τον βαθμό δομικής τάξης, την ανάθεση ορυκτών σε έναν ορισμένο δομικό τύπο κ.λπ.

Κύρια χαρακτηριστικά της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας

Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία έχει τις ακόλουθες κύριες παραμέτρους: μήκος κύματος λ, συχνότητα ν ή αριθμό κύματος και την αντίστοιχη ενέργεια ακτινοβολίας E.

Μήκος κύματος είναι η απόσταση που διανύει ένα κύμα σε μια περίοδο. Οι κύριες μονάδες μέτρησης των μηκών κύματος στην υπεριώδη και ορατή περιοχή είναι τα νανόμετρα (1 nm = 10 -9 m), στην περιοχή υπερύθρων - μικρόμετρα (1 μm = 10 -6 m). Το μήκος κύματος εξαρτάται από τον δείκτη διάθλασης του μέσου στο οποίο διαδίδεται η ακτινοβολία. Η ταχύτητα διάδοσης της ακτινοβολίας σε διαφορετικά μέσα είναι διαφορετική, επομένως, για να χαρακτηριστεί ένα συγκεκριμένο τμήμα του φάσματος, χρησιμοποιούνται συχνότητες ή αριθμοί κυμάτων που δεν εξαρτώνται από το μέσο.

Συχνότητα ακτινοβολίας n είναι ο αριθμός των ταλαντώσεων σε ένα δευτερόλεπτο. ισούται με τον λόγο της ταχύτητας διάδοσης της ακτινοβολίας (η ταχύτητα του φωτός c) προς το μήκος κύματος.

Η συχνότητα μετράται σε αντίστροφα δευτερόλεπτα s -1 ή hertz (1Hz = s -1).

αριθμός κύματος δείχνει πόσα μήκη κύματος πέφτουν στο 1 cm της διαδρομής ακτινοβολίας στο κενό και καθορίζεται από την αναλογία . Η διάσταση των αριθμών κυμάτων είναι cm -1 . Ο αριθμός κύματος σχετίζεται με τη συχνότητα ακτινοβολίας: , όπου σ είναι η ταχύτητα του φωτός στο κενό (с ≈ 3× 10 8 m/s).

Πίνακας 3.1

Μήκη κύματος ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας

Είδος ακτινοβολίας	Εύρος μήκους κύματος
Ακτινοβολία γάμμα
ακτινογραφία
υπεριώδης
υπέρυθρες	760 nm - 300 μm
ΦΟΥΡΝΟΣ ΜΙΚΡΟΚΥΜΑΤΩΝ	300 μm - 300 mm
ραδιοκύματα	Από 300 mm έως αρκετά χιλιόμετρα

Ενέργεια ακτινοβολίας , όπου h είναι η σταθερά του Planck (h = 6,62 × 10 -31 J × Με.). Το σύνολο των μηκών κύματος (ή των συχνοτήτων) είναι το φάσμα εκπομπής. Η διαίρεση του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος σε έναν αριθμό περιοχών (Πίνακας 1.1) δεν είναι απότομη και σχετίζεται κυρίως με τη μέθοδο λήψης και καταγραφής ακτινοβολίας διαφόρων μηκών κύματος (ή συχνοτήτων) και τη χρήση διαφόρων οπτικών υλικών.

Μοριακά φάσματα. Μέθοδος φασματοσκοπίας IR

Τα οπτικά φάσματα των μορίων λαμβάνονται αλλάζοντας τους τρεις τύπους εσωτερικής ενέργειας των μορίων: την ενέργεια των ηλεκτρονίων. ενέργεια δόνησης των ατόμων σε ένα μόριο σε σχέση με κάποια θέση ισορροπίας. ενέργεια περιστροφής ολόκληρου του μορίου, σαν κορυφή, γύρω από τον δικό του άξονα, δηλαδή

E \u003d E el + E έως + E χρόνος.

Καθένας από αυτούς τους τύπους εσωτερικής ενέργειας για τα μόρια μιας δεδομένης ουσίας έχει το δικό του σύνολο ενεργειακών επιπέδων. Η απόσταση μεταξύ των επιπέδων, ο αριθμός τους και η σχετική θέση καθορίζονται πλήρως από τη δομή των μορίων της ουσίας.

Συναρπαστικό ένα ή άλλο είδος εσωτερικής ενέργειας μορίων, πάρτε μοριακά φάσματα: περιστροφική; ταλαντευτικός; ηλεκτρονικός.

Για να διεγείρεται το περιστροφικό φάσμα, χρειάζεται μια μικρή ενέργεια - 0,005 - 0,025 eV, για δονήσεις ατόμων σε ένα μόριο - 0,05 - 0,5 eV, για διέγερση ηλεκτρονικών φασμάτων - 5 - 10 eV. Ωστόσο, δεν είναι δυνατό να ληφθούν ηλεκτρονικά και δονητικά φάσματα σε καθαρή μορφή. Ταυτόχρονα με τη διέγερση των δονήσεων των ατόμων, αλλάζει και η ταχύτητα περιστροφής ολόκληρου του μορίου. Επομένως, το φάσμα αποδεικνύεται ότι είναι δονητικό-περιστροφικό.

Η ανάλυση με τα φάσματα μοριακής απορρόφησης βασίζεται στη χρήση του νόμου Bouguer-Lambert-Beer.

Για να ληφθούν τα φάσματα απορρόφησης, είναι απαραίτητο να κατευθυνθεί η ακτινοβολία που απαιτείται για τη διέγερση ενός ή άλλου τύπου εσωτερικής ενέργειας στην ουσία. Η διέγερση των ηλεκτρονικών φασμάτων πραγματοποιείται με υπεριώδη και ορατή ακτινοβολία, τα φάσματα δόνησης απαιτούν κβάντα υπέρυθρης ακτινοβολίας, περιστροφικά - κβάντα ακτινοβολίας μικροκυμάτων ή μακρινή υπέρυθρη ακτινοβολία.

Στη μέθοδο της φασματοσκοπίας IR, η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη είναι η μελέτη των φασμάτων απορρόφησης IR που προκύπτουν από τη διέλευση της ακτινοβολίας IR μέσω μιας ουσίας. Κάθε ουσία έχει το δικό της φάσμα δόνησης. Ο αριθμός των ζωνών απορρόφησης στο φάσμα, το πλάτος, το σχήμα, η ένταση καθορίζονται από τη δομή και χημική σύνθεσηουσίες. Αυτό καθιστά δυνατή τη διεξαγωγή ποιοτικών και ποσοτικών αναλύσεων της ουσίας σε όλες τις συγκεντρωτικές καταστάσεις χρησιμοποιώντας φάσματα υπερύθρων.

Ποιοτική ανάλυση

Για τη διεξαγωγή ποιοτικής ανάλυσης δειγμάτων από υπέρυθρα φάσματα, είναι απαραίτητο να ερμηνευτεί το υπέρυθρο φάσμα. Αυτό απαιτεί συνδυασμό πειραματικών δεδομένων με θεωρητικούς υπολογισμούς. Η μελέτη των υπέρυθρων φασμάτων των ουσιών πραγματοποιείται σήμερα με δύο μεθόδους: την αναγνώριση χαρακτηριστικών συχνοτήτων και τη σύγκριση των φασμάτων των σύνθετων ουσιών με τα φάσματα μεμονωμένων ενώσεων.

Μέθοδος χαρακτηριστικών συχνοτήτων.Τα μόρια που έχουν τις ίδιες χημικές ομάδες έχουν συχνά τις ίδιες συχνότητες στο φάσμα. Αυτές οι συχνότητες ονομάζονται χαρακτηριστικές.

Η ερμηνεία του υπέρυθρου φάσματος είναι η εξής: η αναγνώριση των ζωνών απορρόφησης ξεκινά με τις ισχυρότερες και υψηλότερες ζώνες συχνοτήτων στην περιοχή των δονήσεων τάνυσης του δεσμού ΟΗ. Σύμφωνα με τους πίνακες χαρακτηριστικών συχνοτήτων, η ζώνη απορρόφησης εκχωρείται στη δόνηση ενός συγκεκριμένου δεσμού. Η παρουσία μιας ή άλλης σύνδεσης επιβεβαιώνεται από τη ζώνη απορρόφησης παραμόρφωσης που σχετίζεται με αυτή τη σύνδεση.

μέθοδος σύγκρισης.Η αναγνώριση μιας άγνωστης ένωσης από το υπέρυθρο φάσμα πραγματοποιείται συγκρίνοντας το φάσμα της με τα φάσματα αναφοράς. Αυτό απαιτεί ένα εκτεταμένο αρχείο φασμάτων αναφοράς. εν ο πιο σημαντικός παράγονταςείναι η τυποποίηση των προϋποθέσεων εγγραφής τους. Επί του παρόντος, υπάρχουν πολυάριθμοι άτλαντες οργανικών και ανόργανων ενώσεων.

Η αναγνώριση ουσιών από το υπέρυθρο φάσμα είναι απολύτως αξιόπιστη μόνο εάν το υπό μελέτη φάσμα ταιριάζει ακριβώς με το φάσμα του προτύπου στη θέση (συχνότητα), το σχήμα και τη σχετική ένταση όλων των ζωνών, δηλαδή με ολόκληρη τη φασματική καμπύλη.

Εντολή εργασίας

χωρίζω:

1. Προετοιμάστε δείγματα ορυκτών για φάσματα IR.
2. Πάρτε τα φάσματα υπερύθρων των ορυκτών που έχετε επιλέξει ή μελετήστε τα φάσματα των ορυκτών που λαμβάνονται.
3. Αποκρυπτογραφήστε τα φάσματα των ορυκτών.
4. Κάνετε την αντιστοίχιση των ταινιών, ξεκινώντας από την περιοχή των δονήσεων τάνυσης του δεσμού ΟΗ και μετά τις δονήσεις κάμψης. Βρείτε τις ζώνες που είναι υπεύθυνες για τους δεσμούς SiO στο φάσμα.
5. Συγκρίνετε τις ζώνες απορρόφησης που βρήκατε με το αρχείο καρτών ορυκτών και προσδιορίστε το ορυκτό που αφαιρέσατε.

II μέρος:

1. Λάβετε συλλαμβανόμενα φάσματα γνωστών ορυκτών.
2. Αποκρυπτογραφήστε τα φάσματα των ορυκτών, βρείτε τις χαρακτηριστικές συχνότητες για αυτό το ορυκτό.
3. Κάντε την ανάθεση των συγκροτημάτων.
4. Δημιουργήστε πίνακες με τις συχνότητες που βρήκατε, για παράδειγμα:

Πίνακας συχνοτήτων στο φάσμα του μοσχοβίτη και η αντιστοίχιση τους

Μοσχοβίτης

		Ερμηνεία

Πίνακας ζωνών απορρόφησης στα φάσματα IR ορυκτών

ερωτήσεις δοκιμής

1. Πώς λαμβάνονται τα μοριακά φάσματα;
2. Ποιοτική ανάλυση με χρήση φασματοσκοπίας IR.
3. Ο νόμος Bouguer-Lambert-Beer.
4. Πώς γίνεται η ποσοτική ανάλυση IR;
5. Πώς ερμηνεύονται τα φάσματα ορυκτών και πετρωμάτων με τη μέθοδο σύγκρισης;
6. Ποιες είναι οι χαρακτηριστικές συχνότητες;
7. Πώς αναγνωρίζονται οι ζώνες απορρόφησης χρησιμοποιώντας χαρακτηριστικές συχνότητες;
8. Τι είδους Χαρακτηριστικάέχουν IR φάσματα πολυεπίπεδων ορυκτών;
9. Πώς να διακρίνετε τον μοσχοβίτη από τον φλογόπιτο από τις τεντωμένες δονήσεις του δεσμού ΟΗ στα μαρμαρυγία;
10. Πώς να διακρίνετε τα ενυδατωμένα μίκα από τα λιγότερο ενυδατωμένα μίκα χρησιμοποιώντας το φάσμα IR;

Τι είναι η Φασματοσκοπία FTIR;

Η φασματοσκοπία υπέρυθρων μετασχηματισμού Fourier (FTIR ή FTIR) είναι μια τεχνική ανάλυσης που χρησιμοποιείται ευρέως στην κατασκευή και επιστημονικά εργαστήριανα μελετήσει τη δομή των επιμέρους μορίων και τη σύσταση των μοριακών μιγμάτων. Η φασματοσκοπία FTIR χρησιμοποιεί διαμορφωμένη μεσαία υπέρυθρη ακτινοβολία για τη μελέτη ενός δείγματος. Η υπέρυθρη ακτινοβολία απορροφάται σε ορισμένες συχνότητες που σχετίζονται με τις ενέργειες δόνησης των δεσμών των λειτουργικών ομάδων που υπάρχουν στο μόριο. Ως αποτέλεσμα, σχηματίζεται ένα χαρακτηριστικό σχέδιο ζωνών, το οποίο ονομάζεται φάσμα δόνησης του μορίου. Η θέση και η ένταση αυτών των φασματικών ζωνών χαρακτηρίζουν μοναδικά τη μοριακή δομή, καθιστώντας τη φασματοσκοπία FTIR μια πολύ ευέλικτη και χρήσιμη τεχνική. Η φασματοσκοπία FTIR είναι ένα μεγάλο βήμα μπροστά σε σύγκριση με την παραδοσιακή μέθοδο διασποράς. Η ανάγνωση ενός φάσματος FTIR διαρκεί ένα κλάσμα του δευτερολέπτου και το άθροισμα των φασμάτων βελτιώνει την αναλογία σήματος προς θόρυβο.

Σε τι χρησιμοποιείται η φασματοσκοπία FTIR;

Η φασματοσκοπία FTIR χρησιμοποιείται ευρέως στη μοριακή ανάλυση στη φαρμακευτική, χημική και πολυμερή βιομηχανία. Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται σε βιομηχανικά και επιστημονικά εργαστήρια για τη μελέτη της κινητικής, των μηχανισμών και των οδών αντίδρασης, καθώς και των καταλυτικών κύκλων. Στα εργαστήρια ποιοτικού ελέγχου, η φασματοσκοπία FTIR χρησιμοποιείται για να επαληθεύσει ότι οι πρώτες ύλες, τα ενδιάμεσα προϊόντα και τα τελικά προϊόντα πληρούν τις απαιτήσεις σύνθεσης και καθαρότητας. Στην ανάπτυξη χημικών προϊόντων, η μέθοδος χρησιμοποιείται για την εύρεση τρόπων κλιμάκωσης χημικές αντιδράσεις, βελτιστοποιώντας την απόδοση της αντίδρασης και μειώνοντας την περιεκτικότητα σε ακαθαρσίες. ΣΤΟ χημική παραγωγήΗ φασματοσκοπία FTIR βοηθά στη διασφάλιση της σταθερότητας και ελέγχου των διεργασιών, της συμμόρφωσης του τελικού προϊόντος τεχνικές απαιτήσειςκαι προϋποθέσεις για την περιεκτικότητα σε ακαθαρσίες.

Πώς λειτουργεί η φασματοσκοπία FTIR;

Ένα συμβατικό φασματόμετρο υπερύθρων μετασχηματισμού Fourier αποτελείται από πολλά κύρια στοιχεία: μια πηγή φωτός, συνήθως έναν πομπό υπέρυθρων, ένα συμβολόμετρο, όπως ένα σταθερό και κινούμενο σύστημα καθρέφτη Michelson, ένα διαμέρισμα δείγματος και έναν θερμικό ή ανιχνευτή φωτονίων. Από την πηγή, η ευρυζωνική υπέρυθρη ακτινοβολία κατευθύνεται σε έναν διαχωριστή δέσμης, ο οποίος τη χωρίζει σε δύο δέσμες. Στο τέλος της διαδρομής μιας δοκού υπάρχει ένας σταθερός καθρέφτης και ο άλλος - ένας κινητός. Η υπέρυθρη ακτινοβολία που ανακλάται από τους καθρέφτες συλλέγεται και πάλι στο διαχωριστικό, δημιουργώντας ένα μοτίβο παρεμβολής - ένα παρεμβολόγραμμα. Η υπέρυθρη ακτινοβολία που διαμορφώνεται με αυτόν τον τρόπο κατευθύνεται στο δείγμα, όπου απορροφάται ανάλογα με τη μοριακή δομή του δείγματος. Το συμβολόγραμμα που προκύπτει υποβάλλεται σε μετασχηματισμό Fourier, ως αποτέλεσμα του οποίου, από την εξάρτηση της έντασης του σήματος από το χρόνο, προκύπτει ένα φάσμα έντασης ως συνάρτηση της συχνότητας. Το φάσμα του δείγματος ταιριάζει με ένα φάσμα αναφοράς για την εξάλειψη της επιρροής του υποβάθρου, με αποτέλεσμα ένα συμβατικό φάσμα απορρόφησης/μετάδοσης υπέρυθρων.

Γιατί να χρησιμοποιήσετε φασματοσκοπία FTIR;

Σε πολλές περιπτώσεις, η μελέτη της αντίδρασης απαιτεί την κατασκευή ακριβών προφίλ για κάθε συστατικό, εκφραζόμενα ως συγκέντρωση σε σχέση με το χρόνο. Αυτό καθιστά δυνατή την κατανόηση της κινητικής της αντίδρασης. Η φασματοσκοπία FTIR είναι εξαιρετική για τη λήψη αυτών των πληροφοριών, επειδή σας επιτρέπει να καταγράφετε γρήγορα λεπτομερή προφίλ αντίδρασης.

Ποια είναι τα πλεονεκτήματα της φασματοσκοπίας FTIR στην ανάλυση των αντιδράσεων;

Η φασματοσκοπία FTIR έχει μια σειρά από πλεονεκτήματα στην ανάλυση των αντιδράσεων. Πρώτον, η χρήση της περιοχής μεσαίας υπέρυθρης ακτινοβολίας ως περιοχής αναγνώρισης σάς επιτρέπει να παρακολουθείτε ΧΗΜΙΚΕΣ ΟΥΣΙΕΣμεμονωμένα, το οποίο, με τη σειρά του, δίνει μια ιδέα του μηχανισμού αντίδρασης. Δεύτερον, ο νόμος του Beer συσχετίζει τη μετρούμενη απορρόφηση για ένα συστατικό αντίδρασης με τη συγκέντρωσή του. Επομένως, είναι δυνατό να προσδιοριστεί η συγκέντρωση και η απορρόφηση ενός μεμονωμένου δείγματος και στη συνέχεια να υπολογιστούν εκ νέου τα αποτελέσματα για ολόκληρη την περιοχή μεσαίας υπέρυθρης ακτινοβολίας. Υπάρχει σχέση μεταξύ της συγκέντρωσης των δειγμάτων που λαμβάνονται και του μετρούμενου σχήματος του in situ φάσματος δειγμάτων.

Ποια είναι τα πλεονεκτήματα της φασματοσκοπίας FTIR έναντι άλλων μεθόδων;

Η φασματοσκοπία ολικής εσωτερικής ανάκλασης με εξασθενημένη μεσαία υπέρυθρη (ATR) έχει πολλά πλεονεκτήματα σε σχέση με άλλες Αναλυτικές μέθοδοι(συμπεριλαμβανομένων άλλων μεθόδων μοριακής φασματοσκοπίας). Τα ακόλουθα χαρακτηριστικά αυτής της μεθόδου καθιστούν την ανάπτυξη χημικών διεργασιών πιο αποτελεσματική:

• το φασματόμετρο μπορεί να βυθιστεί στο δοχείο αντίδρασης για συνεχείς in situ μετρήσεις σε πραγματικό χρόνο.
• δεν υπάρχει ανάγκη για δειγματοληψία, η μελέτη των αντιδράσεων μπορεί να πραγματοποιηθεί στο φυσικό περιβάλλον.
• φυσαλίδες ή στερεάδεν επηρεάζουν την πορεία της μελέτης, επομένως η μέθοδος είναι ιδανική για αντιδράσεις υδρογόνωσης ή οποιεσδήποτε ετερογενείς αντιδράσεις.
• κατάλληλο για τη χημεία υδατικών διαλυμάτων.
• μη καταστροφική μέθοδος: δεν παρεμβαίνει στην αντίδραση.
• συμμόρφωση με τον νόμο Lambert - Beer, ο οποίος σας επιτρέπει να πραγματοποιείτε ποιοτικές και ποσοτικές μετρήσεις.

Τα δεδομένα αντίδρασης από τη φασματοσκοπία FTIR μπορούν να ληφθούν αμέσως επειδή αυτή η μέθοδος λειτουργεί επί τόπου. Αυτό το σημαντικό πλεονέκτημα βοηθά στην απόκτηση μιας πληρέστερης εικόνας της πορείας της αντίδρασης, ειδικά όταν σχηματίζονται ασταθή ενδιάμεσα.

Ποιο είναι το πλεονέκτημα των δεδομένων που λαμβάνονται με τη χρήση φασματοσκοπίας FTIR;

Ένα από τα κύρια πλεονεκτήματα των δεδομένων φασματοσκοπίας FTIR είναι η συνέχειά τους. Όταν χρησιμοποιείτε φασματοσκοπία FTIR, η συλλογή δεδομένων είναι αυτόματη. Κατά κανόνα, τα δεδομένα συγκέντρωσης καταγράφονται μία φορά το λεπτό, και μερικές φορές ακόμη και έως τέσσερις φορές το δευτερόλεπτο. Για να προσδιορίσετε τους κύριους παράγοντες που καθορίζουν τον ρυθμό της αντίδρασης και τους μηχανισμούς της, αρκεί να ρυθμίσετε μόνο μερικά πειράματα. Χάρη σε αυτό, η έρευνα θα προχωρήσει πολύ πιο γρήγορα. Επιπλέον, σε σύγκριση με τις μεθόδους δειγματοληψίας, αυτά τα δεδομένα είναι συχνά πιο ακριβή επειδή τα μόρια δεν αλλοιώνονται κατά την προετοιμασία για ανάλυση ή όταν εκτίθενται σε περιβάλλον που διαφέρει από τις συνθήκες μέσα στο δοχείο αντίδρασης.

Ποιες βιομηχανίες χρησιμοποιούν τη φασματοσκοπία FTIR;

Η φασματοσκοπία FTIR χρησιμοποιείται στη φαρμακευτική, χημική και πετροχημική βιομηχανία, καθώς και στην επιστημονική έρευνα.

Τι μελετάται χρησιμοποιώντας τη φασματοσκοπία FTIR στη φαρμακοβιομηχανία;

• οργανική σύνθεση
• Αντίδραση Grignard
• Αντιδράσεις υδρογόνωσης
• Αποκρυστάλλωση
• Ασύμμετρη κατάλυση
• Αλογόνωση
• Ενζυματική κατάλυση
• Αντιδράσεις διασταυρούμενης σύζευξης
• Οργανομεταλλική χημεία
• Υγρή φάση και ετερογενής κατάλυση

Τι μελετάται χρησιμοποιώντας τη φασματοσκοπία FTIR στη χημική βιομηχανία;

• Ενδιάμεσα
• Τασιενεργά
• Αρώματα και αρώματα
• Επιστρώσεις και χρωστικές
• Γεωργικά χημικά
• Μυητές
• Χύμα χημικά
• Ισοκυανικές ομάδες
• Αιθυλενοξείδια και προπυλενοξείδια
• Ισχυρές οξειδωτικές αντιδράσεις
• Υδροφορμυλίωση
• καταλυτικές διεργασίες
• Φωσγονίωση
• Εστεροποίηση

Τι μελετάται χρησιμοποιώντας τη φασματοσκοπία FTIR στην επιστημονική έρευνα;

• Διαδικασίες που καταλύονται μετάλλων
• Κατάλυση
• Ενεργοποίηση δεσμών C–H
• Μηχανική αντίδρασης
• Κινητική αντίδρασης