Инфракрасная спектроскопия 2 (стр. 2 из 2)
Все спектрофотометры снабжаются ЭВМ, которые производят первичную обработку спектров: накопление сигналов, отделение их от шумов, вычитание фона и спектра сравнения (спектра растворителя), изменение масштаба записи, вычисление экспериментальных спектральных параметров, сравнение спектров с заданными, дифференцирование спектров и др. Кюветы для ИК спектрофотометров изготовляют из прозрачных в ИК-области материалов. В качестве растворителей используют обычно ССl4, СНСl3, тетрахлорэтилен, вазелиновое масло. Твердые образцы часто измельчают, смешивают с порошком КВr и прессуют таблетки. Для работы с агрессивными жидкостями и газами применяют специальные защитные напыления (Ge, Si) на окна кювет. Мешающее влияние воздуха устраняют вакуумированием прибора или продувкой его азотом. В случае слабо поглощающих веществ (разреженные газы и др.) применяют многоходовые кюветы, в которых длина оптического пути достигает сотен метров благодаря многократным отражениям от системы параллельных зеркал.
Большое распространение получил метод матричной изоляции, при котором исследуемый газ смешивают с аргоном, а затем смесь замораживают. В результате полуширина полос поглощения резко уменьшается, и спектр получается более контрастным.
Применение специальной микроскопической техники позволяет работать с объектами очень малых размеров (доли мм). Для регистрации спектров поверхности твердых тел применяют метод нарушенного полного внутреннего отражения. Он основан на поглощении поверхностным слоем вещества энергии электромагнитного излучения, выходящего из призмы полного внутреннего отражения, которая находится в оптическом контакте с изучаемой поверхностью.
4. Применение
Инфракрасная спектроскопия широко применяют для анализа смесей и идентификация чистых веществ. Количественный анализ основан на зависимости интенсивности полос поглощения от концентрации вещества в пробе. При этом о количестве вещества судят не по отдельным полосам поглощения, а по спектральным кривым в целом в широком диапазоне длин волн. Если число компонентов невелико (4-5), то удается математически выделить их спектры даже при значительном перекрывании последних.
Для идентификации новых веществ (молекулы которых могут содержать до 100 атомов) применяют системы искусственного интеллекта. В этих системах на основе спектроструктурных корреляций генерируются молекулы структуры, затем строятся их теоретические спектры, которые сравниваются с экспериментальными данными. Исследование строения молекул и других объектов методами инфракрасной спектроскопии подразумевает получение сведений о параметрах молекулярных моделей и математически сводится к решению точки назначения обратных спектральных задач. Решение таких задач осуществляется последовательным приближением искомых параметров, рассчитанных с помощью специальной теории спектральных кривых к экспериментальным.
ИК-спектры измеряют для газообразных, жидких и твердых соединений, а также их растворов в различных растворителях. Некоторые области применения ИК спектроскопии
Химия и нефтехимия.
Качественный и количественный анализ сырья, промежуточных и конечных продуктов синтеза. Фракционный и структурно-групповой состав нефтепродуктов. Анализ топлив: эфиры, спирты, ароматика, октановое число. Фурье-спектрометры могут быть использованы для экспресс-анализ нефтей, газоконденсатов, природного газа и продуктов их переработки.
Химия полимеров.
Анализ сополимеров. Синтетические каучуки: состав, структурные характеристики. Анализ модифицирующих добавок: пластификаторы, антиоксиданты.
Фармацевтическая промышленность.
Определение подлинности субстанций по ИК-стандартам, контроль качества лекарственных форм и сырья.
Газовый анализ. Анализ многокомпонентных газовых смесей.
Контроль качества продукции газовой промышленности, анализ состава и влажности природного газа.
Электронная промышленность.
Контроль качества полупроводникового кремния и параметров тонких слоев. Анализ состава технологических газов.
Пищевая и парфюмерная промышленность.
Экспрессный контроль сырья и готовой продукции: содержание белков, клетчатки, жира, влаги.
Экологический контроль.
Контроль нефтепродуктов в воде и почве. Контроль атмосферного воздуха, воздуха рабочей зоны и выбросов промышленных предприятий.
Криминалистический, судебно-медицинский и биоклинический анализ.
Качественный и количественный анализ природных веществ и продуктов синтеза. Идентификация наркотиков, ОВ и ВВ. Анализ следовых остатков веществ.
Заключение
Метод инфракрасной спектроскопии дает возможность с высокой вероятностью предсказывать качественный количественный состав химических соединений. Современные приборы позволяют осуществлять процедуру измерения этих показателей с достаточной точностью и высокой воспроизводимостью результатов измерений.
Основными достоинствами данного метода являются
1.значительное сокращение времени на проведение анализа;
2. существенная экономия энергоресурсов;
3.приборы не требуют применения дорогостоящих расходных материалов и химических реактивов;
4. гораздо менее жесткие требования по специальной подготовке предъявляются к обслуживающему персоналу, производящему рутинные измерения (по сравнению с их коллегами, осуществляющие традиционные лабораторные методы анализа).
Список использованной литературы.
1. Беллами Л., Инфракрасные спектры молекул, пер. с англ., М., 1957;
2. Кросс А., Введение в практическую инфракрасную спектроскопию, пер. с англ., М., 1961;
3. Казицына Л.А., Куплетская Н.Б. Применение УФ, ИК, ЯМР и масс-спектроскопии в органической химии. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1979, 240 с.;
4. Сильверстейн Р., Басслер Г., Моррил Т. Спектрометрическая идентификация органических соединений. М.: Мир, 1977, 590 с. спектроскопии в химии, пер. с англ., М., 1959;
5. Чулановский В. М., Введение в молекулярный спектральный анализ, 2 изд., М.—Л., 1951.
Приложение
Таблица «Частоты характеристических колебаний с участием одинарных связей»
| Группа | ν, см-1 | Iотн | Отнесение и примечания |
| C–C | 1050 ± 10 | с - ср | С-С связей. Обычно наблюдается несколько полос. Для целей идентификации не применяется |
| C–О–C | 1105 ± 45 | с | νas(C–О–C) в ациклических эфирах |
| C–О–C | 1050 ± 10 | с | νas(C–О–C) в алкилариловых и алкилвиниловых эфирах |
| C–О(Н) | ~1050 | ср | ν(C–О) соответственно в первичных, вторичных и третичных спиртах, указания ориентировочны |
| ~1100 | |||
| ~1150 | |||
| C–О(Н) | 1200 ± 20 | ν(C–О) в фенолах | |
| C–N | 1305 ± 55 | с | ν(C–N) в ароматических аминах и амидах |
| 1230 ± 50 | ср | ν(C–N) в алифатических аминах и амидах | |
| 870 ± 10 | ср | ν(C–N) в нитросоединениях | |
| C–F | 1050 ± 50 | с | В монофторзамещенных |
| 1250 ± 150 | оч.с | В ди- и полифторзамещенных. Чем выше степень замещения, тем выше частота | |
| C–Cl | 725 ± 25 | с | В монохлорзамещенных. В полихлорзамещенных выше - до 800 см-1 |
| C–Br | 650 ± 30 | с | |
| C–I | 500 | с | |
| P–O | 1000 | ср | В ароматических соединениях |
| Si–CH3 | 800 ± 50 | оч.с | Наблюдается наряду с δ(СН3) при 1360 см-1 |
| Si–Ph | 1430 1115 ± 25 | оч.с оч.с | Точное отнесение неизвестно |
| P–O–С | 1040 ± 10 | оч.с | в алифатических эфирах |
Таблица ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКИЕ ЧАСТОТЫ КОЛЕБАНИЙ | |
| Группа (тип колебаний) | Волновое число, см–1 |
| O–H (валентные) | 3350–3250 |
| N–H (валентные) | 3460–3280 |
| C–H (валентные) | 2980–2850 |
| Cº C (валентные) | 2300–2100 |
| C=O (валентные) | 1870–1650 |
| C=N (валентные) | 1620–1560 |
| C=C (валентные) | 1645–1615 |
| N–H (деформационные) | 1650–1590 |
| C–H (деформационные) | 1470–1360 |
| O–H (деформационные) | 1440–1260 |
Инфракрасные спектры органических соединений
ИК-спектр н-гексана СН3(СН2)4СН3
ИК-спектр гексена-1 СН2=СН(CH2)3СН3
ИК-спектр гексанола-2 СН3(CH2)3СН(ОН)СН3
ИК-спектр гексанона-2 СН3(CH2)3С(О)СН3
ИК-спектр толуола 
СН3
Задача. Какому из приведенных ниже соединений принадлежит ИК-спектр, показанный на рис Объясните ваш выбор.
ИК-спектр неизвестного соединения
Решение. В области 1800–1650 см–1 поглощение отсутствует, поэтому соединение не содержит С=О-группы. Из двух остающихся веществ – фенола и бензилового спирта – выбираем спирт, т. к. в спектре есть полоса nC–H=2950–2850 см–1 группы СН2 (углерод в состоянии sp2-гибридизации).