Infrasarkanās spektroskopijas metode. Infrasarkanās spektroskopijas metodes būtība. Kā darbojas FTIR spektroskopija

Atšifrējums

1 M. V. LOMONOSOVA M. V. LOMONOSOVA vārdā nosauktā MASKAVAS VALSTS UNIVERSITĀTE MATERIĀLZINĀTŅU FAKULTĀTE METODOLOĢISKĀS ATTĪSTĪBAS INFRASTARAKANĀS SPEKTROSKOPIJAS I.V. Koļesņiks, N.A. Sapoletova Maskava 2011

2 SATURS 1. TEORIJA 4 IS spektroskopijas metodes fizikāli ķīmiskie pamati 4 Optiskā spektroskopija. Infrasarkanā spektroskopija (IR) un Ramana spektroskopija (Raman). 4 Atomu un molekulu spektru struktūra. Rotācijas un vibrāciju spektri. 7 Poliatomu molekulu vibrācijas 8 Ierīču veidi, shēmas 11 Ievads 11 IR spektrometru uzbūves un darbības principi 11 Eksperimentālo metožu pamati: pārraides spektri, novājināta kopējā iekšējā atstarošanās (ATR) un difūzā atstarošana 17 Absorbcijas spektri 20 Tehnoloģiskā metode 27 ATR metodes PARAUGU SAGATAVOŠANAS TEHNIKA 25 Paraugu sagatavošanas paņēmieni un pārraides spektru mērīšana no paraugiem, kas saspiesti plānās tabletēs (izmantojot KBr piemēru) 25 Tablešu sagatavošana 25 Reģistrācijas spektri 26 Paraugu sagatavošanas metodes un transmisijas spektru mērīšana no paraugiem suspensijā (HCB, vazelīna eļļa) 27 Suspensijas 27 KBr plākšņu slīpēšana 29 Tehnoloģija paraugu sagatavošana un ATR spektru mērīšana 30 Ievads 30 Pamatprincipi 30 Izmantotie materiāli 31 Pielikums ATR spektroskopijai SPEKTRS VIENS SPEKTROMETRS LIETOTĀJA ROKASGRĀMATA 33 Viens Spektrometrs3 Spektrometrs3 struktūra instruments 36 Instrumenta apkope 37 Spectrum instrumenta One kopšana 37 Kustība Spectrum One 37 Žāvētāja nomaiņa 38 Mērīšanas procedūra 45 Procedūra 45

3 Pielikums difūzās atstarošanas spektru reģistrēšanai 52 Ievads 52 Piegādes komplekts 53 Piesardzības pasākumi 53 Uzstādīšana 53 Piestiprinājuma kalibrēšana 55 Paraugu analīze MĒRĪJUMU REZULTĀTI 62 1. uzdevums. Tas IR62 alumīnija hidroksīda IR62 spektra IR spektru izpēte. cērija pivalāts 67 3. uzdevums. Pētīt hinonu reducēšanās reakcijas uz ogļūdeņražiem, izmantojot IR spektroskopiju 71 4. uzdevums. Ūdeņraža saites veidošanās procesa izpēte etilspirta tetrahlorīda šķīdumos, izmantojot IR spektroskopiju 73 5. uzdevums. Kvantitatīvā analīze ATSAUCES. ĪSĀS RAKSTUROJUMA FREKVENČU TABULAS 80 Organisko savienojumu saišu raksturīgo vibrāciju frekvences 80 Neorganisko savienojumu saišu raksturīgo vibrāciju frekvences 86

4 1. Teorija IS spektroskopijas metodes fizikāli ķīmiskie pamati Optiskā spektroskopija. Infrasarkanā spektroskopija (IR) un Ramana spektroskopija (Raman). Spektroskopiskās analīzes metodes ir metodes, kuru pamatā ir vielas mijiedarbība ar elektromagnētisko starojumu. Viens no svarīgākajiem spektroskopijā izmantotajiem jēdzieniem ir spektra jēdziens. Spektrs ir elektromagnētisko vibrāciju enerģijas kvantu secība, kas absorbēta, atbrīvota vai izkliedēta atomu vai molekulu pārejas laikā no viena enerģijas stāvokļa uz citu. Rīsi. 1.1. Elektromagnētiskā spektra apgabali, , 152 lpp. Elektromagnētiskā starojuma diapazons sniedzas no garākā viļņa garuma radioviļņu starojuma ar viļņu garumu, kas lielāks par 0,1 cm - līdz augstākās enerģijas γ-starojumam ar viļņu garumu m (sk. Kļūda! Atsauces avots nav atrasts..1). Daži elektromagnētiskā spektra apgabali pārklājas. Jāpiebilst, ka

5, elektromagnētiskā spektra apgabals, ko uztver cilvēka acs, ir ļoti mazs, salīdzinot ar visu tā diapazonu. Radiācijas mijiedarbības ar vielu laikā notiekošo procesu raksturs dažādos spektra apgabalos ir atšķirīgs. Šajā sakarā spektroskopiskās analīzes metodes tiek klasificētas pēc izmantotā starojuma viļņa garuma (enerģijas). Tajā pašā laikā optiskā spektroskopija tiek sadalīta arī pēc pētāmajiem objektiem: atomu un molekulāro. Izmantojot atomu spektroskopiju, ir iespējams veikt vielas elementārā sastāva kvalitatīvu un kvantitatīvu analīzi, jo Katru elementu raksturo savs unikāls enerģiju kopums un pāreju intensitāte starp elektroniskajiem līmeņiem atomā. No molekulārās spektroskopijas datiem var iegūt informāciju par molekulu un cietvielu elektronisko struktūru, kā arī informāciju par to molekulāro struktūru. Tādējādi vibrāciju spektroskopijas metodes, tostarp infrasarkanā (IR) spektroskopija un Ramana spektroskopija (Raman), ļauj novērot saišu vibrācijas vielā. Joslu kopas IR un Ramana spektros ir tādas pašas vielas specifiskās īpašības kā cilvēka pirkstu nospiedumiem. Pēc šiem spektriem vielu var identificēt, ja tās vibrāciju spektrs jau ir zināms. Turklāt nepētīto molekulu simetrija un struktūra tiek noteikta no IR un Ramana spektriem. No spektriem atrastās fundamentālo vibrāciju frekvences ir nepieciešamas vielu termodinamisko īpašību aprēķināšanai. Joslu intensitātes mērīšana spektros ļauj veikt kvantitatīvu analīzi, pētīt ķīmisko līdzsvaru un ķīmisko reakciju kinētiku, kā arī uzraudzīt tehnoloģisko procesu gaitu. 1.1. tabula Saistība starp spektroskopiskajām metodēm un elektromagnētiskā spektra apgabaliem. Spektroskopiskais Spektrālais apgabals Mainīt savas enerģijas metodes Kodolfizika 0,005 1,4 Å Kodolu rentgens 0,1 100 Å Iekšējie elektroni Vakuuma UV spektroskopija nm Valences elektroni UV spektroskopija nm Valences elektroni Redzamā spektroskopija Valences elektroni nm

6 apgabali Tuvo infrasarkano staru spektroskopijas enerģija) Molekulas (vibrācijas nm Molekulas (vibrācijas, IR spektroskopija cm -1 rotācijas enerģija) Mikroviļņi 0,75 3,75 mm Molekulas (rotācijas enerģija) spektroskopija Elektroniska Nepāra elektroni (3 cm paramagnētiskajā laukā) Kodola magnētiskā rezonanse. (magnētiskajā 0,6 10 m rezonanses laukā) Radiācijas plūsmas mijiedarbības ar vielu rezultātā plūsmas intensitāte (I 0) samazinās absorbcijas (par I A daudzumu), atstarošanas (I R) procesiem. ) un izkliedi (I S). Sakarību starp šīm plūsmas I lielumu un intensitāti, kas iet caur vielu, izsaka ar šādu sakarību: I I I I I 0 A R S (1) Metodes, kuru pamatā ir vielas mijiedarbība ar starojumu infrasarkanajā reģionā. spektra ir absorbcija, t.i., balstās uz starojuma absorbcijas fenomenu.Emisijas metodes šajā apgabala spektrā netiek izmantotas, jo ir grūtības iegūt un reģistrēt emisijas spektrus.IR reģionā, lai raksturotu fotonu enerģiju, lielums, ko sauc par viļņu visbiežāk tiek lietots skaitlis: _ 1. (2) Tā izmērs ir cm -1, t.i. tas ir viļņu garumu skaits, kas iekļaujas 1 cm segmentā. Viļņa skaitlis ir tieši proporcionāls enerģijai: _ E h (3) IR spektroskopijā absorbcijas (vai pārraides) spektru attēlo koordinātēs optiskais blīvums ( vai pārraides intensitāte) — viļņa skaitlis.

7 Atomu un molekulu spektru struktūra. Rotācijas un vibrāciju spektri. Atomus raksturo diskrēti spektri, kas sastāv no atsevišķām spektra līnijām – līniju spektriem. Spektra līniju skaits tajās palielinās, palielinoties elektronu skaitam ārējos elektronu apvalkos. Molekulu spektriem radiofrekvenču diapazonā un tālajā infrasarkanajā reģionā ir līnijas raksturs, savukārt svītrainie spektri tiek novēroti vidējā un tuvu IS, UV un redzamajā zonā. Joslu parādīšanās molekulārajos spektros ir saistīta ar trīs veidu kustības esamību molekulā: elektroniskā, vibrācijas un rotācijas. Molekulas E enerģiju var aptuveni attēlot kā elektroniskās E e, vibrācijas E v un rotācijas E r enerģijas summu: E E E E (4) e v r Šie enerģijas veidi ļoti būtiski atšķiras E» E» E. Katra no iekļautajām enerģijām izteiksmē (4) ir kvantēts, tie. tas atbilst noteiktam diskrētu enerģijas līmeņu kopumam. Kvalitatīva diatomu molekulas enerģijas līmeņu diagramma ir parādīta pie Error! Atsauces avots nav atrasts. Vienkāršības labad tas parāda tikai divus vibrāciju līmeņu elektroniskos līmeņus e v E e. Katram elektroniskajam līmenim ir savs E v komplekts, un katram vibrāciju līmenim ir savs rotācijas līmeņu komplekts E r. Mainoties elektronu enerģijai molekulā, vienlaikus mainās vibrāciju un rotācijas enerģija, un elektronisko vietā tiek novērotas elektroniskas vibrācijas-rotācijas pārejas. Šīm pārejām atbilstošo spektrālo līniju frekvences nosaka izteiksme r e, v, r e v r. Tā kā šādu līniju skaits ir ļoti liels, elektroniskais-vibrācijas-rotācijas spektrs, ko parasti sauc par elektronisko, izpaužas kā plašas pārklājošas joslas. Elektroniskās emisijas un absorbcijas spektri tiek novēroti nm diapazonā (UV, redzamais un tuvais infrasarkanais). Tā paša iemesla dēļ vibrāciju spektriem ir arī svītraina struktūra (cm -1, vidējā un tālā IS zonas).

8 att. 1.2. Divatomu molekulas enerģijas līmeņu diagramma, Poliatomu molekulu vibrācijas Visas iespējamās molekulu pozīcijas trīsdimensiju telpā tiek reducētas uz translācijas, rotācijas un vibrācijas kustību. Molekulai, kas sastāv no N atomiem, ir tikai 3N kustības brīvības pakāpes. Šīs brīvības pakāpes dažādos kustības veidos tiek sadalītas atšķirīgi atkarībā no tā, vai molekula ir lineāra vai nē. Abu veidu molekulām ir 3 translācijas brīvības pakāpes, un rotācijas brīvības pakāpju skaits nelineārām molekulām ir 3, bet lineārām molekulām 2. Tādējādi vibrācijas brīvības pakāpes (1.3. att.) veido: 3N-5 brīvības pakāpes lineārām molekulām, 3N-6 brīvības pakāpes nelineārām molekulām. Galvenie molekulas vibrāciju veidi tiek saukti par normālām vibrācijām. Par kļūdu! Saites avots nav atrasts. parādītas trīsatomu molekulu normālās vibrācijas. Stingrāk sakot, parastās svārstības ir tās svārstības, kas notiek neatkarīgi viena no otras. Tas nozīmē, ka tad, kad tiek ierosināta normāla vibrācija, nenotiek enerģijas pārnešana, lai ierosinātu citas vibrācijas. Normālu vibrāciju gadījumā atomi vibrē vienā fāzē un ar tādu pašu frekvenci. Asimetriskās atomu kustības rada sarežģītākas vibrācijas. Katrs

9, atomu vibrāciju molekulā var attēlot kā vairāku normālu vibrāciju lineāru kombināciju. No vibrāciju formas viedokļa tie izšķir: stiepšanās vibrācijas (ν), kas rodas ķīmisko saišu virzienā un kurās mainās starpatomu attālumi; deformācijas vibrācijas (), kuru laikā mainās saites leņķi, bet starpatomiskie attālumi paliek nemainīgi. Kad infrasarkanais starojums tiek absorbēts, tiek ierosinātas tikai tās vibrācijas, kas saistītas ar molekulas dipola momenta izmaiņām. Visas vibrācijas, kuru laikā dipola moments nemainās, IR spektros neparādās. att. Dažādas trīsatomu molekulu kustības iespējas. a) H 2 O molekula (nelineāra). b) CO 2 molekula (lineāra),

10 Eksperimentāli iegūtajos vibrāciju spektros joslu skaits bieži nesakrīt ar teorētisko. Parasti eksperimentālajos spektros ir mazāk joslu, jo ne visas iespējamās vibrācijas ir ierosinātas, un dažas no tām ir deģenerētas. Eksperimentālais spektrs var būt joslām bagātāks salīdzinājumā ar teorētisko virstoņu un sarežģītu vibrāciju klātbūtnes dēļ. Sarežģītu vibrāciju frekvences ir vienādas ar dažādu stiepšanās un deformācijas vibrāciju frekvenču lineārām kombinācijām.

11 Ierīču veidi, shēmas Ievads Savienojumu IR spektru izpēte ļauj iegūt būtisku informāciju par vielu veidojošo struktūrvienību (fragmentu) struktūru, sastāvu, mijiedarbību gan cietā stāvoklī (kristāliskā vai amorfā), gan šķīdumā. . IR spektri sniedz informāciju arī par molekulu stāvokli, kas sorbējas uz vielas virsmas vai atrodas tās tilpumā kanālu, poru, intervālu starp slāņiem un starpgranulu telpu klātbūtnes dēļ. Spektra IR apgabals aptver viļņu garumus no redzamā apgabala robežas, t.i., no 0,7 līdz 1000 μm, kas atbilst molekulu vibrācijas frekvenču apakšējai robežai 10 cm -1. Viss IR reģions parasti tiek sadalīts tuvajā, vidējā un tālā vai garā viļņa garumā. Šis dalījums radās saistībā ar optisko materiālu īpašībām (caurspīdīgums un lineārā dispersija) Ja par robežu starp tuvējo un vidējo reģionu uzskata ~ 2 μm (~ 5000 cm -1), tad robežu starp vidējo un garo. -viļņu apgabali tika saistīti ar prizmas darbības diapazona garo viļņu robežu no KBr kristāla 25 μm (400 cm - 1). Saistībā ar prizmu izveidi no cēzija bromīda un jodīda, no vienas puses, un IR spektrometru ar difrakcijas režģiem un interferometriem, no otras puses, Starptautiskā tīrās un lietišķās ķīmijas savienība (IUPAC) ieteica saukt garo viļņu reģionu. zem 200 cm -1 (CsI prizmas zemfrekvences darbības robežas diapazons, kas atbilst viļņa garumam 50 µm). Protams, principiālu atšķirību starp intervāliem un cm -1, kā arī reģionu virs 400 cm -1 nav, taču iekārtām un paņēmieniem katram reģionam ir sava specifika. Spektra intervālu zem 10 cm -1 (λ > 1000 μm) parasti pēta ar mikroviļņu un radiospektroskopiju. IR spektrometru uzbūves un darbības principi Pateicoties spektrālo instrumentu izstrādes progresam, tagad ir dažādas konstrukcijas ierīces, kas aptver visu infrasarkanā starojuma diapazonu. Pamatojoties uz spektra iegūšanas principu, IR reģiona ierīces var iedalīt divās galvenajās grupās: izkliedējošās un nedispersās.

12 Dispersīvie spektrometri Par dispersijas ierīci izmanto prizmas, kas izgatavotas no materiāla ar IS diapazonam atbilstošu dispersiju un difrakcijas režģi. Parasti vidējam IR apgabalam (cm -1) tiek izmantotas prizmas, kas izgatavotas no KBr, NaCl un LiF monokristāliem. Pašlaik prizmas tiek maz izmantotas un praktiski tiek aizstātas ar difrakcijas režģiem, kas nodrošina lielu starojuma enerģijas pieaugumu un augstu izšķirtspēju. Bet, neskatoties uz šo ierīču augsto kvalitāti, tās arvien vairāk tiek aizstātas ar Furjē transformācijas spektrometriem, kas pieder nedisperso ierīču grupai. Viena un divu staru shēmas Skenējošie dispersīvie IR spektrometri ir pieejami viena stara un divstaru apgaismojuma shēmās. Viena stara shēmā pārbaudāmā subjekta absorbcijas spektru reģistrē uz intensitātes līknes, kas sakrīt ar viļņa garumu un kopā ar fona absorbciju. Parasti tiek izmantota divu staru shēma, kas ļauj izlīdzināt fonu, t.i. pilnas transmisijas līnija, un kompensē atmosfēras tvaiku H 2 O un CO 2 absorbciju, kā arī staru vājināšanos ar kivetes logiem un, ja nepieciešams, šķīdinātāju uzsūkšanos. Rīsi. 1.4. Divu staru skenēšanas IR spektrometra blokshēma: 1 IR avots; 2 spoguļu sistēma; 3 darba stars un paraugs; 4 salīdzināšanas staru kūlis un fona kompensators; 5 smalcinātājs-modulators; 6 monohromatora ieejas sprauga; 7 izkliedējošais elements (difrakcijas režģis vai prizma ar Littrow spoguli); 9 uztvērējs; 10 pastiprinātājs; 11 testēšanas motors; 12- fotometrisks ķīlis; 13 rakstītājs; 14 skenēšanas motors Divu staru skenējošā IR spektrometra blokshēma parādīta 1.4. attēlā. Spektru reģistrē šādi: IR starojums no 1. avota ir sadalīts divos staros. Darba stars iet cauri paraugam, un atskaites stars iet cauri kaut kāda veida kompensatoram (šūnai ar šķīdinātāju, logu utt.). Izmantojot

13 no smalcinātāja 5, stari tiek pārmaiņus virzīti uz monohromatora ievades spraugu 6 un caur to uz izkliedes elementu 7. Kad to lēni rotē skenēšanas motors 14, caur monohromatora izejas spraugu 8 uz uztvērēju. 9, šauri viļņu garuma intervāli, kas izgriezti ar spraugu, ideālā gadījumā monohromatiski, secīgi iziet cauri , stariem. Ja noteikta viļņa garuma starojumam darba starā un atskaites starā ir atšķirīga intensitāte, piemēram, tas darba starā tiek vājināts, absorbējot paraugu, tad uztvērējā parādās mainīgs elektriskais signāls. Pēc pastiprināšanas un pārveidošanas šis signāls tiek nosūtīts uz apstrādes motoru 11, kas darbina fotometrisko ķīli 12 (diafragmu), līdz tiek izlīdzinātas starojuma plūsmas (optiskās nulles metode). Fotometriskā ķīļa kustība ir saistīta ar ierakstītāja 13 pildspalvas kustību pa ordinātu, un izkliedējošā elementa griešanās ir saistīta ar papīra lentes zīmēšanu vai pildspalvas turētāja kustību pa abscisu. Tādējādi, atkarībā no kalibrēšanas, skenēšanas procesā var reģistrēt caurlaidības (absorbcijas) atkarības spektrālo līkni procentos vai parauga optiskā blīvuma no viļņa skaitļa (vai viļņa garuma). Monohromatori Skenēšanas spektrometru pamatdaļa ir monohromators. Par izkliedēšanas ierīci var kalpot prizmas, kas izgatavotas no IR apgabalā caurspīdīgiem materiāliem ar piemērotiem dispersijas vai ešeletes difrakcijas režģiem. Tā kā materiālu izkliede ir vislielākā pie to caurspīdīguma garo viļņu robežas un strauji samazinās, samazinoties viļņa garumam, nomaināmas prizmas, kas izgatavotas no LiF, NaCl, KBr monokristāliem, parasti tiek izmantotas vidējā IR reģionā un no CsI - cm. -1 reģions. Nedispersīvas ierīces Furjē spektrometru darbības pamatā ir elektromagnētiskā starojuma traucējumu parādība. Šo ierīču ražošanai tiek izmantoti vairāku veidu interferometri. Visplašāk izmantotais ir Mihelsona interferometrs. Šajā ierīcē infrasarkanā starojuma plūsma no avota tiek pārveidota par paralēlu staru kūli un pēc tam sadalīta divos staros, izmantojot staru sadalītāju. Viens stars ietriecas kustīgajā spogulī, otrs - fiksētajā. No spoguļiem atstarotie stari atgriežas pa to pašu optisko ceļu uz staru sadalītāju. Šie stari traucē iegūtās ceļa starpības un līdz ar to kustīgā spoguļa radītās fāzes starpības dēļ. Interferences rezultātā tiek iegūts sarežģīts traucējumu modelis.

14 ir attēls, kas ir interferogrammu superpozīcija, kas atbilst noteiktai ceļa atšķirībai un starojuma viļņa garumam. Kombinētā gaismas plūsma iziet cauri paraugam un nonāk starojuma uztvērējā. Pastiprinātais signāls tiek ievadīts datora ieejā, kas veic interferogrammas Furjē transformāciju un iegūst pētāmā parauga absorbcijas spektru. Furjē transformācija ir sarežģīta skaitļošanas procedūra, tomēr intensīvās datortehnoloģiju attīstības rezultātā ir izveidoti maza izmēra, spektrometrā iebūvēti ātrdarbīgi datori, kas ļauj iegūt spektru un īsā laikā to apstrādāt. laiks 291.lpp.] att.Mihelsona interferometra shematiskā optiskā diagramma (bez kolimācijas stariem), . Šo avotu starojuma intensitātes līknei, ko strāva sakarsē līdz augstām temperatūrām, ir melna ķermeņa starojuma līkne. Piemēram, globāram pie temperatūras ~ 1300 C maksimālā starojuma intensitāte ir apgabalā ~ 5000 cm -1 (~ 2 μm), bet apgabalā ~ 600 cm -1 (16,7 μm) intensitāte. nokrīt aptuveni 600 reizes. Garo viļņu IR reģionā vispār nav labu starojuma avotu. Galvenā siltuma starojuma daļa no sakarsētām cietām vielām vai gāzizlādes starojuma krīt uz spektra redzamajiem un tuvajiem IS apgabaliem, un garo viļņu daļā šo avotu starojuma jauda veido niecīgu daļu no kopējās jaudas. Piemēram, loka lampa ar kopējo starojuma jaudu 1 kW dod jaudu tikai 10-1 W. Līdz zemfrekvences robežai 200 cm -1 parasti tiek izmantoti iepriekš minētie IR starojuma termiskie avoti, taču tie ir ļoti vāji pat cm -1 diapazonā, kur intensitātes līknei I(λ) ir slīpums tālu no maksimums. Zem 200 cm -1 kā avotu parasti izmanto augstspiediena dzīvsudraba lampu. Darbības diapazona augšējā daļā galvenokārt tiek izmantots siltuma starojums no apsildāmām sienām, bet zem dzīvsudraba loka starojuma un plazmas emisijas plūsmas. Infrasarkanā starojuma uztvērēji Kā starojuma uztvērēji vidējā IR reģiona spektrometros tiek izmantoti jutīgi termopāri (“termiskās kolonnas”) vai bolometri, kas veidoti pēc pretestības termometru principa. Termiskie uztvērēji ietver arī pneimatisko vai optiski-akustisko uztvērēju (Golay cell), kurā radiācijas ietekmē notiek gāzes termiskā izplešanās. Gāze tiek ievietota nomelnētā kamerā ar elastīgu sienu, kurai ir spoguļveida ārējais pārklājums. Spoguļa atstarotā gaismas stara kustību fiksē fotoelements. Šis uztvērējs parasti tiek ražots garo viļņu IS reģionam, kur tiek izmantota arī cita uztvērēju grupa: kvantu vai fotoniskie.

17 Eksperimentālo paņēmienu pamati: caurlaidības spektri, novājināta kopējā iekšējā atstarošanās (ATR) un difūzā atstarošana Absorbcijas spektri Vispārīgie principi Ja jūs pakļaujat vielu nepārtrauktai gaismas enerģijai infrasarkanajā diapazonā un sadalāt monohromatorā raidītās gaismas plūsmu viļņu garumos (izmantojiet Furjē spektrometrs), pēc tam grafiski parādiet pārraidītās gaismas intensitātes atkarību no viļņa garuma, iegūstot IS spektru. Uz nepārtraukta spektra fona ar intensitāti I o parādās absorbcijas joslas ar viļņu numuriem, kas raksturīgi konkrētai vielai. Pētījumi liecina, ka IR spektri ir individuāli gan katram ķīmiskajam savienojumam, gan dažām atomu grupām. Atkarībā no vielas sastāva, struktūras un saišu rakstura tās spektrs atšķiras no citu vielu spektriem ar joslu skaitu, to novietojumu viļņu skaitļu skalā un intensitāti. Līdz ar to IR spektrus var izmantot, lai identificētu un kvalitatīvi analizētu ķīmiskos savienojumus atsevišķu atomu grupu klātbūtnei. Šī ir pirmā un vienkāršākā vibrāciju spektroskopijas problēma. Otrais izaicinājums ir saistīts ar vibrāciju spektroskopijas izmantošanu kvantitatīvās analīzes nolūkos. Lai to atrisinātu, ir jāzina tikai spektra joslu intensitātes empīriskās atkarības no vielas koncentrācijas paraugā. Vibrāciju spektru izpēte vielu identificēšanai un kvantitatīvā analīze neatspoguļo visas šīs metodes iespējas, ko mūsdienās plaši izmanto strukturālās neorganiskās ķīmijas problēmu risināšanai. Proti: a) pētīt ķīmisko saišu būtību, b) pētīt molekulu un jonu simetriju, c) noteikt starpmolekulāro mijiedarbību. Iegūstot IR absorbcijas spektrus, vielas var būt visos trīs agregācijas stāvokļos: gāzveida, šķidrā un cietā. Paraugu sagatavošanas metode un kivetu konstrukcija ir atkarīga no vielas agregācijas stāvokļa. Kivešu logus parasti izgatavo no atsevišķiem sāļu kristāliem, galvenokārt sārmu un sārmzemju metālu halogenīdiem (visbiežāk kālija bromīda). Pēdējo higroskopiskums un nestabilitāte pret temperatūras ietekmi bieži rada ievērojamas grūtības IS spektru iegūšanā.

18 Gāzes Gāzveida vielu spektra ierakstīšanai tiek izmantotas kivetes, kuru attālums starp logiem ir 100 mm vai vairāk. Augstas temperatūras gāzu spektru reģistrēšanai aptuveni 1 m garās kivetēs ir metāla stikli, kuru centrālo daļu silda, izmantojot spirāli, caur kuru tiek izlaista elektriskā strāva. Lai novērstu vielas tvaiku difūziju un kondensāciju uz atdzesētajiem logiem, kivetē tiek ievadīta inerta gāze. Tā kā vielas daudzumu gaismas stara ceļā nosaka gāzes temperatūra un spiediens, šie parametri rūpīgi jākontrolē, lai iegūtu lielāku precizitāti kvantitatīvā analīzē. Šķidrumi un šķīdumi Šķidrumu un šķīdumu spektru reģistrēšanai tiek izmantotas divu veidu kivetes: saliekamas un nemainīgas biezuma kivetes. Saliekamās kivetes sastāv no diviem logiem, ieliktņa un stikla krūzes. To biezums var mainīties, mainot stikla krūzes augstumu. Hermētiskumu nodrošina stikla glāzes gala virsmu uzticams optiskais kontakts ar logu virsmu. Konstanta biezuma kivetes sastāv no diviem līmētiem logiem, starp kuriem ir noteikta biezuma blīve no teflona vai svina. Attālums starp šķidro kivetu logiem parasti ir no 0,01 līdz 1 mm. Reģistrējot šķīdumu IR spektrus, šķīdinātājus parasti izvēlas tā, lai to caurlaidība pētāmajā spektra apgabalā būtu vismaz 25%. Ļoti plaši pārraides diapazoni ir raksturīgi tādiem šķīdinātājiem kā CCl 4, CS 2, CHCl 3, CH 3 CN, C 6 H 6 un dažiem citiem. Ūdens vairākos IS spektra apgabalos nav caurspīdīgs. Tā pārraides diapazonu var ievērojami paplašināt, ja kopā ar šķīdumiem tīrā ūdenī ņem arī smagā ūdens (D 2 O) šķīdumu spektrus. Tā kā šķīdinātājiem ir savs absorbcijas spektrs, var rasties problēmas izvēlēties šķīdinātāju, kurā ir izšķīdināts pietiekams daudzums parauga un kura spektrs tajā pašā laikā nepārklājas ar mērāmā parauga absorbcijas joslām. Tiek izmantots plašs dažādu šķīdinātāju klāsts. Lielākā daļa organizāciju, kuru pakalpojumus izmanto laboratorijas, nodrošina izplatītāko šķīdinātāju katalogus, norādot spektrālos apgabalus, kuros tie ir piemēroti lietošanai. Ņemot ūdens šķīdumu spektrus, kivešu logu izgatavošanai jāizmanto īpaši nehigroskopiski materiāli: CaF 2, KRS, AgCl, Si, Ge.

19 Cietās vielas Cietās daļiņas var noņemt plānu monokristālu (dažas simtdaļas mm biezu) vai plēvju veidā, taču daudz biežāk ir jārīkojas ar polikristāliskiem pulveriem. Lai samazinātu šādu pulveru daļiņu gaismas izkliedi, to suspensijas gatavo šķidrumā, kas ir pietiekami viskozs un caurspīdīgs IR stariem. Parasti šim nolūkam izmanto vazelīna eļļu. Lai pagatavotu suspensiju vazelīnā, vairākus desmitus miligramu vielas rūpīgi samaļ ahāta vai jašmas javā ar diviem līdz trim pilieniem eļļas. Suspensiju plānā kārtā uzklāj uz kālija bromīda plāksnes un pārklāj ar otru plāksni. Ja parauga sagatavošanas operāciju veic sausā kamerā, tad šādā veidā var pētīt pat ļoti higroskopiskas vielas. Lai reģistrētu polikristālisko pulveru IR spektrus, tos var arī sapresēt kopā ar kālija bromīda pārpalikumu vairāku milimetru biezās tabletēs. Tablešu ražošanai tiek izmantotas speciālas vakuuma veidnes un vairākas tonnas uz 1 cm 2. Tabletes ar kālija bromīdu var izmantot maisījumu sastāvu aptuveniem kvantitatīviem mērījumiem, pamatojoties uz joslu intensitāti. Jārēķinās tikai ar to, ka, gatavojot tabletes, presēšanas laikā radītā siltuma ietekmē var sadalīties labili kompleksi. Turklāt ir iespējama dažu savienojumu jonu apmaiņa ar kālija bromīdu, un spēcīgi oksidētāji oksidē bromīda jonu par bromu. Parasti cietā organiskā parauga spektrs ir izteikti atkarīgs no kristāliskās modifikācijas, tāpēc, strādājot ar cietajiem paraugiem, jāraugās, lai parauga polimorfā forma vienmēr būtu vienāda. Kvantitatīvā analīze Iekšējie standarti Šādi sagatavotus paraugus ir grūti kvantitatīvi izmērīt, jo nav iespējams ne noteikt precīzu koncentrāciju pastā, ne arī to kvantitatīvi uzklāt noteiktai kivetes logu zonai. Lai izvairītos no šīs grūtības, var izmantot iekšējo atsauces metodi. Tiek izvēlēts iekšējais standarts, kuram ir IR absorbcijas joslas reģionā, kur paraugam nav savas absorbcijas joslas. Norādīto iekšējā standarta un parauga maisījumu sajauc un izkliedē pastā, kā norādīts iepriekš. Parauga absorbcijas joslu un iekšējā standarta optisko blīvumu attiecība ir parauga koncentrācijas mērs. Bieži vien kā iekšējie standarti

20 izmanto neorganiskas vielas, jo tām parasti ir vienkārši spektri ar šaurām joslām, tās viegli sasmalcina un veido suspensijas. Šim nolūkam izmanto PbCNS, CaCO 3, dodekanitrilu, antracēnu un metālu stearātus. Diferenciālā metode Kad paraugs ir sagatavots spektra ierakstīšanai, jāizvēlas mērīšanas tehnika. Parasti pietiek izmērīt pīķa augstumu virs bāzes līnijas un saistīt to ar parauga koncentrāciju. Gadījumos, kad nepieciešama augsta precizitāte vai lielāka jutība, ir lietderīgi izmantot diferenciālo metodi. Šajā gadījumā rūpīgi sagatavotu tukšu tableti vai kiveti ievieto divu staru ierīces salīdzināšanas starā, kuras spektrs tiek atņemts no parauga spektra. Paraugā esošās izslēgtās sastāvdaļas parasti tiek ievadītas kivetē vai atsauces tabletē tādā koncentrācijā, ka to spektri tiek pilnībā kompensēti. Šajos apstākļos reģistrētais spektrs ir tikai mūs interesējošo komponentu spektrs, nepārklājot maisījumā esošo izslēgto komponentu spektrus. Lai palielinātu analīzes precizitāti, atsauces kivetei var pievienot zināmu daudzumu nosakāmā komponenta, un diferenciālā spektra intensitāti var palielināt, palielinot slāņa biezumu vai palielinot ierīces pastiprinājumu. Ja nepieciešams noteikt ļoti mazus vielas daudzumus, varat izmantot tā saukto dubulto diferenciālo metodi, kas sastāv no parauga spektra reģistrēšanas attiecībā pret kādu kontrolvielu, pēc tam parauga un atsauces kivetes apmaiņu un spektra reģistrēšanu. uz tās pašas veidlapas. Mērot kopā pozitīvās un negatīvās virsotnes (to augstumam dubultojot), tiek iegūts jutības pieaugums. Izmantojot šo metodi, labvēlīgos gadījumos ir iespējams noteikt vielas desmittūkstošdaļas. Iepriekšējo atdalīšanas operāciju nozīme Jo sarežģītāks ir nezināma parauga sastāvs, jo mazāka iespēja sekmīgi identificēt tā sastāvdaļas ar tiešo IR izmeklēšanu, tāpēc ļoti svarīgi pirms IR spektru ņemšanas izmantot dažādas atdalīšanas metodes. Ja jūs bieži analizējat noteikta veida paraugus, piemēram, plastmasas, smaržvielas vai pārtikas produktus, varat izveidot vienkāršu atdalīšanas un analīzes shēmu, kas ļaus gandrīz pilnībā identificēt.

21 ļoti sarežģītu maisījumu sastāvdaļa. Šajās shēmās maisījumu atdalīšanai var izmantot ekstrakciju ar šķīdinātāju, adsorbcijas hromatogrāfiju, jonu apmaiņu un preparatīvo gāzu-šķidruma hromatogrāfiju, kam seko iegūto frakciju IR spektru reģistrēšana. Līdzīgas analītiskās shēmas var izmantot, lai identificētu nelielus piemaisījumus un piesārņotājus, raksturotu paralēli veidojies produktus utt. ATR metožu tehnika ATR metodes būtība ATR metode ir spektroskopijas veids, taču tā ir jānošķir no citiem atstarošanas spektroskopijas veidiem. Spektroskopija, izmantojot parasto atstarošanu, atšķiras ar to, ka starojums krīt uz parauga virsmas un atspoguļojas monohromatorā, izejot caur virkni optisko elementu. Ierīces šiem pētījumiem ļauj strādāt ar nemainīgu vai mainīgu krišanas leņķi. Parastais spoguļatstarošanas spektrs nav līdzīgs pārraides spektram. Vēl viena izplatīta atstarošanas spektroskopijas metode attiecas uz plānām plēvēm, kas nogulsnētas uz ļoti atstarojošas virsmas, piemēram, alumīnija, un visa ierīce tiek ievietota parastā spoguļatstarošanās mērīšanas iestatījumā. Šādā veidā iegūtais spektrs ir līdzīgs parastajam absorbcijas spektram. Šo atstarošanas spektroskopijas veidu dažreiz sauc par dubulto pārraidi, jo starojums iziet cauri paraugam, tiek atstarots no spoguļa virsmas, atkal iziet cauri paraugam un pēc tam nonāk monohromatorā. Divkāršās caurlaides tehnika ir diezgan izplatīta, taču tās izmantošana aprobežojas ar tām vielām, kuras var pagatavot ļoti plānu slāņu veidā. Tas nav piemērots, ja pētāmie paraugi ir ļoti biezi vai ļoti absorbējoši. Mūs interesējošais atstarojošās spektroskopijas veids tiek veikts gadījumā, ja gaisma krīt uz paraugu no optiski blīvākas vides (vides ar augstu laušanas koeficientu) leņķī, kas ir lielāks par kritisko, t.i., apstākļos, kad parasta kopējā iekšējā vajadzētu notikt pārdomām. Tomēr daļa no krītošā starojuma iekļūst paraugā un tiek absorbēta tur paraugam raksturīgajos viļņa garuma apgabalos. Tā rezultātā atspulgs nav pilnīgs, bet gan "to traucē pilnīgs iekšējais atspoguļojums". Kritiskais leņķis ir krišanas leņķis, pie kura laušanas leņķis ir 90. Kritiskā krišanas leņķa vērtību var atrast no vienādojuma

22: n p sin = n sin (5) kur n p un n ir attiecīgi kristāla un parauga laušanas koeficienti; - krišanas leņķis; - atstarošanas leņķis. Krituma kritiskajā leņķī leņķis ir 90, no kurienes sin = 1. No šejienes ir viegli iegūt kritiskā leņķa vērtību no izteiksmes sin =n/n p, (6) Konstatēts, ka četras ļoti refrakcijas. kristāli ir visērtākie ATR tehnikai; tallija bromīda jodīds (KRS-5), sudraba hlorīds (AgCl), irtran-2 un germānija. Tie ir uzskaitīti atbilstoši to pielietojumam. Lai iegūtu ATR spektru, ir nepieciešams, lai IR starojums nonāk kristālā ar augstu refrakcijas indeksu, tiek atstarots (vienu vai vairākas reizes) no saskarnes ar paraugu ar zemāku laušanas koeficientu leņķī, kas ir lielāks par kritisko, un iziet no kristāla monohromatorā. Iegūtais ATR spektrs ir ļoti līdzīgs parastajam IR absorbcijas spektram. Palielinoties viļņa garumam, novērotās absorbcijas joslas ATR spektrā kļūst intensīvākas nekā atbilstošās absorbcijas joslas parastajā spektrā. Šī ir visievērojamākā atšķirība starp ATR spektriem un IR absorbcijas spektriem, jo ​​ATR ir atkarīgs no viļņa garuma. Vēl viena mazāk pamanāma atšķirība ir neliela absorbcijas joslas maksimumu maiņa. Neviena no šīm atšķirībām nerada nopietnas grūtības, salīdzinot ATR spektrus ar IR absorbcijas spektriem. Kad krišanas leņķis tuvojas kritiskajam leņķim, novērotais ATR spektrs kļūst diezgan viduvējs vai vājš traucējošo refrakcijas efektu dēļ. Bet pat palielinoties novirzei no kritiskā leņķa, samazinās arī absorbcijas joslu intensitāte. Ja kristāla laušanas koeficients tuvojas parauga refrakcijas indeksam, tad ATR spektrs kļūst ļoti intensīvs, t.i., palielinās joslu optiskais blīvums. Lai iegūtu optimālus ATR spektrus, ir nepieciešams kompromiss starp šiem faktoriem. Piemērota kristāla izvēle izrādās svarīgāka par krišanas leņķu diapazona izvēli, lai iegūtu labu ATR spektru. Izvēloties optimālo krišanas leņķi, spektroskopisti cenšas strādāt leņķos, kas ir ievērojami lielāki par kritisko. Bet ne tik zems, lai spektram būtu zema intensitāte, un ne tik zems, lai ATR spektru izkropļotu refrakcijas efekti.

23 Iekārtas ATR spektru iegūšanai Daudzi darbi pie eksperimentālās ATR tehnoloģijas lielā mērā ir vērsti uz dažādu konfigurāciju kristālu atlasi un izmantošanu. Tajā pašā laikā tika izvēlēti apstākļi, kādos bija iespējams iegūt vienu atspulgu, kad kristāli bija prizma vai puscilindrs, un daudzkārtēju atspulgu (līdz 20 un vairāk reizēm), kad kristāliem tika piešķirta īpaša iegarena forma.Lielākais ATR spektru skaits iegūts uz parastajos IR - spektrometros vai spektrofotometros ievietotajiem pielikumiem. Stiprinājums sastāv no divām spoguļu sistēmām: viens no tiem virza avota starojumu kristālā ar pastāvīgu vai mainīgu krišanas leņķi; otrā spoguļu sistēma virza starojumu IS spektrometra monohromatorā. ATR kristāls un parauga turētājs ir veidoti tā, lai nodrošinātu labu kontaktu starp kristālu un parauga virsmu, kas prasa zināmu kompresiju. Līdzīgas spoguļu sistēmas tiek izmantotas arī fiksēta leņķa televizora pierīcēs, kas nesen sākušas izplatīties. Šo noņemamo stiprinājumu ievieto spektrometra šūnu nodalījumā. Tagad ir sērijveida specializēti spektrofotometri ATR spektru iegūšanai. Paraugu atlase Lai iegūtu apmierinošu ATR spektru, nepieciešams izvēlēties kristāla materiālu tā, lai tiktu nodrošināta optimāla kristāla un parauga laušanas koeficientu attiecība, izvēlēties krišanas leņķi un nodrošināt labu kontaktu saskarnē starp kristāls un paraugs. Pēdējie ir vissvarīgākie, jo bez laba kontakta nevar iegūt apmierinošu ATR spektru. Labākos ATR spektrus iegūst no paraugiem, kuriem ir diezgan gluda plakana virsma. Paraugu, piemēram, plēvju, gludā virsma nodrošina labu kontaktu starp kristāla darba virsmu un paraugu, nesabojājot kristāla virsmu (kas ir svarīgi tā ilgam kalpošanas laikam). Ja paraugam ir nelīdzena virsma, tad nav jēgas censties nodrošināt labu kontaktu ar kristālu, izmantojot, piemēram, lielu spēku. Šajā gadījumā IR starojums tiks tikai izkliedēts, ATR spektrs netiks iegūts, un kristāls vai nu tiks iznīcināts, vai labākajā gadījumā būs jāpārpulē. Nepietiek arī ar to, ka kontakts starp kristālu un paraugu notiek noteiktos punktos, nevis pa visu virsmu. Tāpat kā iepriekšējā gadījumā, spektru iegūt nebūs iespējams. Gadījumos, kad virsma

24 paraugus nevar pareizi sagatavot, nenodarot tiem bojājumus, iespējams, no ATR metodes vispār jāatsakās. Lai iegūtu uz kristāla nogulsnētās plēves spektru, ir jānodrošina, lai tā būtu pietiekami bieza, lai būtu pamanāma IR absorbcija. Tas nozīmē, ka slāņa biezumam jābūt vismaz 0,001 mm. Dažos gadījumos ir iespējams iegūt ATR spektrus no pulverveida paraugiem, bet tas prasa, lai tie pieliptu kristāla virsmai. Šādu paraugu ir diezgan daudz. Smalki sadalītam pulverim var iegūt apmierinošu ATR spektru. Ja, nospiežot pulveri, paraugam var piešķirt vajadzīgo formu, tas arī palielina iespējas iegūt labas kvalitātes spektru. Darbs ar šķīdumiem un šķidrumiem IR starojums no kristāla var iekļūt šķidrā šķīdumā līdz 0,005–0,05 mm dziļumam. Ja analizētajai šķīduma sastāvdaļai ir pietiekama absorbcija šādā slāņa biezumā, tad var iegūt apmierinošas kvalitātes ATR spektru. Ūdens šķīdumiem reģistrētais ATR spektrs būs tikai ūdens spektrs tiktāl, ciktāl starojums dziļi iekļūst šķidrā vidē: ar 0,05 mm iespiešanos spektra praktiski nebūs, jo tas pilnībā absorbēs ūdeni. Gatavojoties ATR spektra mērīšanai, jums jāpārliecinās, ka starp pētāmo paraugu un kristālu nenotiks ķīmiska reakcija. Šajā gadījumā kristāls var tikt iznīcināts, un nebūs iespējams iegūt spektru.

25 2. Paraugu sagatavošanas tehnika Paraugu sagatavošanas tehnika un caurlaidības spektru mērīšana no plānās tabletēs saspiestiem paraugiem (izmantojot KBr piemēru) Tablešu sagatavošana 1. Pulvera malšana Kristalītu izmērs paraugā lielā mērā ietekmē iegūtā kvalitāti. spektri radiācijas izkliedes procesu dēļ. Lai izvairītos no izkliedēšanas, parauga pulvera daļiņām, kas tiks izmantotas tabletes saspiešanai, jābūt aptuveni 1 µm lielām. Lai sasniegtu šādus izmērus, paraugs rūpīgi jāsasmalcina ahāta vai jašmas javā. Pieredzējuši operatori pulvera daļiņu izmēru novērtē pēc taustes sajūtām. 2. Veidnes sagatavošana Pēc tam, kad pulveris ir rūpīgi samalts, to ievieto veidnē, iepriekš nosverot un rūpīgi sajaucot ar KBr. Jāņem vērā, ka liela nozīme ir veidnes stāvoklim, tai jābūt absolūti tīrai un labi pulētai. Pirms lietošanas veidni noslauka ar etilspirtu. Vates un citu pūkainu materiālu izmantošana nav vēlama, ieteicams izmantot speciālas bezplūksnu salvetes. 3. Presēšana Veidnē ievietoto pulveri tieši pirms presēšanas ar lāpstiņu izlīdzina, lai presēšanas laikā nodrošinātu vienmērīgu vielas sadalījumu veidnes tilpumā. Veidni ar pulveri un ievietoto perforatoru ievieto presē. Presēšanas procesu veic ar 6 atmosfēru spēku divas minūtes. Spiediens no veidnes jānoņem pakāpeniski, jo ātra spiediena izdalīšanās paraugā var izraisīt spriedzes veidošanos, kas var izraisīt nevēlamu tablešu plaisāšanu. Pēc presēšanas tableti izņem no veidnes un ievieto iepriekš sagatavotā traukā paraugu uzglabāšanai. No papīra salocītas aploksnes var kalpot kā ērts konteiners tablešu uzglabāšanai, tās ir ērti lietojamas un glabājamas. 4. Veidņu apkope

26 Lai pagatavotu augstas kvalitātes tabletes, pēc darba pabeigšanas veidnes regulāri rūpīgi jānoslauka, lai no perforatora un veidnes sieniņām noņemtu visas atlikušās vielas. Šim nolūkam ieteicams izmantot etilspirtu. Skrāpējumu parādīšanās uz veidnes darba virsmām ir ārkārtīgi nevēlama, tāpēc ar veidnēm vienmēr jārīkojas uzmanīgi un precīzi. Spektru ierakstīšana 1. Ierīces sagatavošana darbībai Spektrometram jābūt ieslēgtam iepriekš (min) pirms parauga ierakstīšanas sākuma, lai uzsildītu starojuma avotu. 2. Fona uzņemšana Pirms paraugu ņemšanas paņemiet spektrometra kamerā esošā gaisa spektru. Šis spektrs pēc tam tiks automātiski ņemts vērā, iegūstot paraugu spektrus. 3. Parauga uzņemšana Gatavo tableti fiksē parauga turētājā un ievieto spektrometrā. Lai iegūtu spektru, planšetei jābūt pietiekami caurspīdīgai, ko kontrolē spektrometra starojuma uztvērēja fiksētais enerģijas daudzums pirms spektra reģistrēšanas uzsākšanas. Iegūtie spektri tiek saglabāti datu tabulas veidā turpmākai interpretācijai.

27 Paraugu sagatavošanas tehnikas un transmisijas spektru mērīšana no paraugiem suspensijā (HCB, vazelīns) Suspensijas Viena no galvenajām metodēm cieto paraugu sagatavošanai pētniecībai ir suspensiju (suspensiju, pastas) pagatavošanas metode vazelīnā vai heksahlorbutadiēnā ( HCB), kas sevi ir pierādījis ilggadējā praksē. Vazelīna eļļa ir normālu piesātināto ogļūdeņražu maisījums ar vidējo sastāvu C 25. Tā praktiski nesatur aromātiskos un nepiesātinātos ogļūdeņražus, kā arī citus piemaisījumus, tai ir pietiekama viskozitāte un piemērots refrakcijas indekss, kas ļauj iegūt apmierinošus cietvielu spektrus bez daudz grūtību. Suspensiju sagatavo, sasmalcinot un samaļot cieto vielu vazelīnā vai HCB, līdz tiek sasniegta pietiekama dispersija. Ar rokām saspiežot KBr logus, starp kuriem ir pastas kārta, tiek sasniegts vēlamais biezums. Pēc tam uz spektrofotometra tiek uzstādīti logi, kas fiksēti metāla šūnu turētājā, un parauga spektrs tiek reģistrēts vēlamajā viļņa garuma apgabalā. Pēc izskata vienkāršs, apmierinošas kvalitātes suspensijas pagatavošanas process patiesībā prasa lielas prasmes un prasmes. Suspensiju parasti sagatavo šādi. Uz stikla šķīvja liek 5-10 mg cietas vielas, pēc tam ar pilinātāju uzklāj eļļas pilienu stikla piestas galvas vidum un sāc ar to enerģiski drupināt vielu. Šeit "sasmalcināšana" nozīmē mazu daļiņu agregātu iznīcināšanu, kas veido kristāliskas, granulētas un pulverveida vielas. Pēc apmēram piecpadsmit apļveida kustību veikšanas ar piestu uz stikla plāksnes, izmantojot nerūsējošā tērauda lāpstiņu, savāc visu saberzto suspensiju no stikla un piestas plāksnes vidū un vēlreiz samaļ. Parasti suspensijas sagatavošana tiek uzskatīta par pabeigtu pēc trim šādām darbībām; dažreiz jūs varat aprobežoties ar divām, lai gan var būt nepieciešamas četras vai vairāk operācijas. Suspensija var būt pārāk bieza vai pārāk plāna, tad jums jāpievieno attiecīgi eļļa vai cieta viela. Taču eksperimentētājs, strādājis ar dažādām vielām, drīz

28 iemācīsies sajust, kādās proporcijās eļļa un cietviela jāņem kādiem paraugiem. Pareizi sagatavota suspensija parasti ir caurspīdīga redzamā gaismā. Apskatot suspensiju, kas saspiesta starp sāls logiem līdz vēlamajam biezumam, nedrīkst būt pamanāmas plaisas, graudainības vai citi plēves nelīdzenumi. Ja acij ir redzamas neviendabības, suspensija izkliedēs īsviļņu starojumu. Šajā gadījumā tiks izkropļoti absorbcijas un pārraides maksimumi, un šāda spektra vērtība būs maza, sliktākajā gadījumā tā būs vienkārši nepareiza. Suspensijas plēves biezums, kas nepieciešams, lai iegūtu apmierinošu spektru, ir atkarīgs no parauga absorbcijas. Ja plānākā plēve, ko var iegūt, rada pārāk spēcīgu spektru, suspensija jāatšķaida ar eļļu un atkārtoti jāsamaisa. Un otrādi, ja ļoti biezs slānis rada pārāk vāju spektru, tad pievienojiet vairāk paraugu un visu samaisiet. Parasti pareizi sagatavotas suspensijas kvalitatīviem nolūkiem radīs izcilus spektrus. Tādējādi vienkāršākā un kopumā apmierinošākā parauga sagatavošanas metode, lai iegūtu cietas vielas spektru kvalitatīvai analīzei, ir suspensijas tehnika (protams, ja tā vispār ir piemērojama). Tomēr šai metodei ir arī daži trūkumi. Viens no suspensijas spektra trūkumiem petrolatuma eļļā ir tas, ka pašas eļļas absorbcijas reģionos ir grūti vai gandrīz neiespējami iegūt datus par paša parauga absorbciju. Pats vazelīns uzrāda uzsūkšanos, kas raksturīga piesātinātiem ogļūdeņražiem ar garu ķēdi: ļoti spēcīga josla no 3000 līdz 2800 cm -1 (3,5 µm apgabalā), spēcīga josla ap 1460 cm -1 (6,85 µm), vidējas intensitātes josla ap 1375 cm -1 (7,27 µm) un vāja josla pie aptuveni 722 cm -1 (13,85 µm). Šīs joslas izraisa saišu stiepšanās un lieces vibrācijas molekulu metil, metilēna un metīna grupās. Tomēr šīs grūtības ir viegli pārvaramas; jums vienkārši jāsagatavo un jāreģistrē otrās suspensijas spektrs, izmantojot barotni, kas nesatur ūdeņraža atomus. Jūs varat lietot heksahlorbutadiēnu, kas neuzsūcas vietās, kur vazelīnam ir svītras. Izmantojot vielas suspensijas heksahlorbutadiēnā un vazelīna eļļā, ir iespējams iegūt pilnu šīs vielas spektru bez dispersijas vides absorbcijas joslām.

29 KBr plākšņu slīpēšana KBr kristāli ir visbiežāk izmantotais materiāls kivešu logiem, taču to higroskopiskums rada vairākas grūtības. Lietošanas laikā tie var kļūt duļķaini. Pietiek ar nelielu ūdens saturu pārbaudāmajā vielā un organiskajā šķīdinātājā vai augstu gaisa mitrumu, lai agri vai vēlu, pat rūpīgi kopjot, logi apduļķotos. Lai novērstu duļķainību, KBr plāksnes periodiski jāpulē. KBr plākšņu pulēšana ir tik vienkārša lieta, ka katram nopietnam spektroskopistam vajadzētu apgūt šo tehniku. Tas nodrošina pietiekamus ietaupījumus, kā arī ir viegls fizisks vingrinājums, kas noder parasti mazkustīgas profesijas speciālistam. Plākšņu slīpēšana un pulēšana var tikt veikta, izmantojot dažādus abrazīvus materiālus atkarībā no bojājuma dziļuma. Ja ir dziļi bojājumi, plāksnes pirms pulēšanas tiek noslīpētas ar smalku smilšpapīru, līdz tiek noņemtas lielas skrambas. Ja nav dziļu skrāpējumu, tās aprobežojas ar plākšņu pulēšanu ar pastu (Cr 2 O 3), kam seko auduma (flaneļa) pulēšana. Šajā gadījumā auduma virsmu ieteicams samitrināt ar pastu un notīrīt audumu ar etilspirtu. Plākšņu slīpēšanai un pulēšanai jāvalkā gumijas cimdi vai pirkstu uzgaļi, jo... plāksne vietās, kur saskaras ar ādu, kļūst duļķains. Pulēšana tiek veikta ar apļveida kustībām. Iepriekš aprakstītā pulēšanas procedūra acīmredzot prasa zināmu praksi, veiklību un uzmanību detaļām, pretējā gadījumā var nesanākt gluda, vienmērīga plāksne.

Spektrometrija infrasarkanajā reģionā OFS.1.2.1.1.0002.15 GFKh vietā Art. GF XI, 1. izdevums GF XII 1. daļas vietā OFS 42-0043-07 Infrasarkanie spektri (vibrācijas spektri) (IR spektri) rodas sakarā ar

01/2016:20224 2.2.24. ABSORBCIJAS SPEKTROFOTOMETRIJA INFRASARKANAJĀ REĢIONĀ Infrasarkanos spektrofotometrus izmanto, lai reģistrētu spektrus reģionā no 4000 cm -1 līdz 650 cm -1 (no 2,5 μm līdz 15,4 μm), un

Spektroskopiskās metodes (nano)materiālu izpētei Irina Koļesņika Maskavas Valsts universitātes Materiālzinātņu fakultāte IV Viskrievijas interneta olimpiādes par nanotehnoloģiju heteropols eksperimentālās kārtas materiāli-

Lekcija 4. Infrasarkanā (IR) spektroskopija. Infrasarkanā (IR) spektroskopija ir viena no optiskās spektrālās analīzes metodēm, kuras pamatā ir vielas spēja selektīvi mijiedarboties ar elektromagnētisko.

Darbs 4.22 Gaismas filtru galveno raksturlielumu izpēte Aprīkojums: gaismas filtru komplekts, maza izmēra monohromators MUM, digitālais voltmetrs V7-22. Ievads Gaismas filtri ir ierīces, kas mainās

KRIEVIJAS FEDERĀCIJAS VESELĪBAS MINISTRIJA VISPĀRĒJĀ FARMAKOPEIJAS RAKSTS Ramana spektrometrija OFS.1.2.1.1.0009.15 Pirmo reizi ieviesta Ramana spektrometrija ir ātra (1 2 s) un nesagraujoša.

Fizikāli ķīmiskās analīzes metodes 1 Fizikāli ķīmiskās analīzes metodes 2 Spektrālais traucējuma enerģijas veids Elektromagnētiskais starojums Izmērītā īpašība Spektra līnijas viļņa garums un intensitāte

5. lekcija Polarogrāfija un anodiskā voltammetrija Polarogrāfijas metode pēta elektrona pievienošanas procesu pētāmās vielas molekulām (joniem) ūdens šķīdumā. Polarogrāfa ķēde

KRIEVIJAS FEDERĀCIJAS VESELĪBAS MINISTRIJA VISPĀRĒJĀ FARMAKOPEJAS PANTS Rentgenstaru fluorescences spektrometrija OFS.1.2.1.1.0010.15 Pirmo reizi ieviesta rentgena fluorescences spektrometrijas metode

Valsts augstskola "DOŅECKAS NACIONĀLĀ TEHNISKĀ UNIVERSITĀTE" Fizikas katedra Laboratorijas pārskats 87 ABORBCIJĀS SPEKTRA PĒTĪJUMS UN TERMĀLĀS EFEKTA NOTEIKŠANA

14. lekcija Gaismas mijiedarbība ar matēriju Šodien: otrdiena, 2013. gada 12. novembris Lekcijas saturs: Gaismas izkliede Grupas ātrums Elementāra dispersijas teorija Gaismas absorbcija Gaismas izkliede 1. Izkliede

5. lekcija Vibrāciju spektroskopija IR spektroskopijas metodes fizikāli ķīmiskie pamati: Optiskā spektroskopija Infrasarkanā spektroskopija (IR) un Ramana spektroskopija (Raman) Struktūra

Darbs 4.20 Cieto un šķidro ķermeņu gaismas absorbcijas izpēte Aprīkojums: fotoelektriskais kolorimetrs-nefelometrs FEK-60, cieto paraugu komplekts, kivetu komplekts ar dažādu koncentrāciju šķīdumiem.

FEDERĀLĀ IZGLĪTĪBAS AĢENTŪRA VALSTS AUGSTĀKĀS PROFESIONĀLĀS IZGLĪTĪBAS IESTĀDE “SARATOVAS ŠTATA UNIVERSITĀTE, kas nosaukta pēc. N.G. ČERŅŠEVSKIS" V.I. Kochubey DEFINĪCIJA

Spektroskopiskās izpētes metodes Elektromagnētiskā starojuma mijiedarbības ar vielu vispārīgs priekšstats Frekvenču un viļņu garumu diapazoni spektroskopijā Elektromagnētiskā starojuma enerģijas diapazons,

Nanometroloģijas katedra Maskavas Fizikas un tehnoloģijas institūts (Valsts Universitāte) Laboratorijas darbs kursā: Gāzes parauga ķīmiskā sastāva noteikšana, izmantojot Nikoleta IR-Furjē spektrometru.

) Kādā leņķī gaismas staram vajadzētu nokrist no gaisa uz šķidruma virsmu, lai, atstarojot no ar ūdeni piepildīta stikla trauka (n =.5) dibena (n 2 =.33), gaisma būtu pilnībā polarizēts. 2) Kas ir

DIDAKTISKĀ VIENĪBA 5: Viļņu un kvantu optika Uzdevums M attālumā no lampas nelielas papīra loksnes, kas atrodas perpendikulāri gaismas stariem, izstarojums bija vienāds ar W/m.

PĀRBAUDES 5. DARBA 1. IESPĒJA. 1. Cik reizes attālums starp blakus esošajām traucējumu bārkstīm ekrānā palielinās Janga eksperimentā, ja zaļās gaismas filtrs (λ 1 = 500 nm) tiek aizstāts ar sarkanu (λ 2)

3.attēls Turbokompresora K500-61-5 īpatnējā enerģijas patēriņa atkarība no gaisa temperatūras pēc gaisa starpdzesētājiem Tādējādi gaisa temperatūras paaugstināšanās pēc gaisa starpdzesētājiem

Darbs A-08 CIETU VIELU OPTISKĀS ABSORBCIJAS SPEKTRI MĒRĶIS: izpētīt cietvielu absorbcijas spektrus un apgūt šo spektru mērīšanas un apstrādes tehniku ​​spektrofotometrā. Ievads Cietās vielās

LK 7 PLC metožu koncepcija, izmantojot Ramana izkliedi. Ramana izkliedes tehnika. Molekulārā analīze ar elektroniskās absorbcijas spektriem. Fotometri un spektrofotometri. Fiziskā

Laboratorijas darbs 10 Materiālu zudumu noteikšana plēves gaismas vadotnēs Darba mērķis ir aprēķināt plēves gaismas vadotnes ekstinkcijas koeficientu, izmantojot tā izmērīto optisko konstantu vērtības.

Jautājumi 1. ieskaitei “Optika” 1. Uzskaitiet gaismas atstarošanas likumus. Kā principā iegūt attēlu plaknes spogulī? 2. Uzskaitiet gaismas laušanas likumus. 3. Kā mēs varam izskaidrot gaismas laušanas faktu?

I. V. Jakovļevs Fizikas materiāli MathUs.ru Gaismas traucējumi 1. uzdevums. Lāzera stars ar viļņa garumu λ tiek sadalīts divās daļās. Viens stars iziet cauri caurspīdīgai plēvei ar biezumu d 1 ar laušanas koeficientu

Optika Viļņu optika Spektra instrumenti. Difrakcijas režģis Redzamā gaisma sastāv no monohromatiskajiem viļņiem ar dažādu viļņu garumu. Apsildāmu ķermeņu starojumā (kvēlspuldzes kvēldiegs)

4. NODAĻA SPEKTRĀLIE MĒRĪJUMI Teorētiskie pamati Teorētiskie pamati Emisijas spektri Absorbcijas spektri Transmisijas spektri Atstarošanas spektri nosaka objekta redzamās īpašības (spilgtumu, krāsu

Lekcija 3. Absorbcijas spektroskopija. Fotokolorimetrija un spektrofotometrija. Spektrālās analīzes un izpētes metodes ir balstītas uz elektromagnētisko viļņu mijiedarbību ar vielu. Radiācija ir vērsta

Darbs 5.10. Pusvadītāju joslu atstarpes noteikšana gar to absorbcijas malu Aprīkojums: prizmas monohromators UM-2, kvēlspuldze, galvanometrs, kadmija sulfīda fotorezistors,

GAISMAS TRAUCĒJUMI 1. Kāda vibrāciju frekvence atbilst starojuma viļņa garumam spektra infrasarkanajā apgabalā (λ 1 = 2,5 μm) un ultravioletajā (λ 2 = 200 nm) apgabalā? 2. Cik viļņu garumu monohromatisks

Fizikāli ķīmiskās analīzes metodes Infrasarkanā spektroskopija METODES GALVENĀS ĪPAŠĪBAS Galvenais enerģijas raksturlielums Viļņu skaits, cm -1 Tas ir molekulāri specifisks, kas ļauj iegūt

5. sadaļa. Spektroskopiskā OIS LC 6 Absorbcijas spektrofotometrijas pamati. Infrasarkano spektrofotometru darbības princips un pielietojums rūpnieciskajās laboratorijās. Infrasarkanie plūsmas analizatori

11. LEKCIJA TRAUCĒJUMI PLĀNĀS FILĒS. TRAUCĒJUMU PIELIETOJUMS Traucējumi atstarojot no caurspīdīgām plāksnēm. Ņūtona gredzeni. Pārklāta optika. Interferometri 1. Traucējumi atstarojoties

KRIEVIJAS FEDERĀCIJAS VESELĪBAS MINISTRIJAS VISPĀRĒJS FARMAKOPĒJAS RAKSTS Spektrofotometrija OFS.1.2.1.1.0003.15 ultravioletajā un OFS GF X vietā, OFS GF XI, redzamās zonas OFS 42-0042-07

Gaismas viļņu interference Traucējumi rodas tad, ja tiek uzklāti viļņi, ko rada divi vai vairāki avoti, kas svārstās vienādās frekvencēs un ir konstanta fāzu atšķirība.

Laboratorijas darbs 4 Infrasarkanās absorbcijas spektroskopijas fizisko pamatu izpēte Darba mērķis: 1. Absorbcijas spektroskopijas pamatā esošo fizikālo parādību izpēte. 2. Izpētiet principus

Analītiskā ķīmija 4.semestris, 14. lekcija. 2. modulis. Optiskās analīzes metodes. Citas optiskās metodes. IR spektrofotometrija. 1. Nefelometrija un duļķainība. 2. Refraktometrija. 3. Difūzā spektrometrija

4. LABORATORIJAS DARBS PRIZMAS UN DIFRAKCIJAS REŽĪGA PARAMETRU NOTEIKŠANA Darba mērķis: izmantojot difrakcijas režģi, noteikt starojuma viļņu garumus dzīvsudraba lampas spektrā; noteikt atstarojošos parametrus

9. Rentgenstaru STRUKTURĀLĀ ANALĪZE, MASAS SPEKTROMETRIJA, GAISMAS IZkliede Vistiešākais veids, kā noteikt nanodaļiņu izmēru, ir pētījums, izmantojot transmisijas elektronu mikroskopu. Vēl viens veids, kā definēt

Gaismas absorbcija ar optiskajiem fononiem. IR spektroskopija. Saturs Kvalitatīvie apsvērumi...1 Liddane-Sachs-Teller attiecības...2 Eksperimentālā iestatīšana un eksperimentālo datu piemēri...6 Saraksts

Individuālais darbs N 6 “Viļņu optika” 1.1. Ekrānu apgaismo divi saskaņoti gaismas avoti, kas atrodas 1 mm attālumā viens no otra. Attālums no gaismas avotu plaknes līdz ekrānam

Krievijas Federācijas Izglītības un zinātnes ministrija Federālā valsts budžeta augstākās profesionālās izglītības iestāde "Klusā okeāna valsts universitāte"

NAFTAS PRODUKTU ANALĪZE AR IR SPEKTROSKOPIJAS METODI Testovs D.S., Polotnjanko N.A., Fadeikina I.N. Valsts universitāte "Dubna" Dubna, Krievija NAFTAS PRODUKTU ANALĪZE AR IR SPEKTROSKOPIJU Testov

Laboratorijas darbs 0. Gaismas Ramana izkliede. Sastādītājs un vadošais skolotājs: Livšits Aleksandrs Markovičs Kad vielu izgaismo ar monohromatisku starojumu, notiek gaismas izkliede. Plkst

Nodarbības izstrāde, izmantojot IKT Nodarbība: “Difrakcijas režģis”. Nodarbības mērķi: 1. iepazīšanās ar optisko ierīci - difrakcijas režģi; Attīstīt iemaņas difrakcijas modeļa kvalitatīvā aprakstīšanā

Gaismas izkliede. Termiskais starojums 7. lekcija Postņikova Jekaterina Ivanovna Eksperimentālās fizikas katedras asociētā profesore Gaismas izkliede Gaismas izkliedes atkarība no gaismas fāzes ātruma c (refrakcijas indekss)

Dažādu vielu caurlaidības mērīšana, izmantojot optiski caurspīdīgas vides spektrometru.Darbu veica: Talipovs Ravil, 632 Gr. Sukhova Natālija, 631 gr. MIPT 2018 Ievads Problēma noteikt

Gaismas difrakcija, dispersija, interference 1. Apgaismojot difrakcijas režģi ar monohromatisku gaismu, aiz tā uzstādītā ekrāna parādās difrakcijas raksts, kas sastāv no tumsas un gaismas.

Gaismas traucējumi 1. Gaismas viļņi. Fermā princips. Gaismas atstarošanas un laušanas likumu atvasināšana. 2. Koherentu gaismas viļņu veidošanas metodes. Gaismas viļņu traucējumi. 3. Traucējumu aprēķins

3 3. Harmoniskais oscilators, atspere, fizikālie un matemātiskie svārsti. Fiziskais svārsts. Fiziskais svārsts ir stingrs ķermenis, kas gravitācijas ietekmē svārstās apkārt.

1 PULVADĪTĀJU OPTISKĀS ABORBCIJĀS PĒTĪJUMS Darba mērķis: iepazīšanās ar pusvadītāja optiskā starojuma absorbcijas fenomenu, CdS un GaAs kristālu absorbcijas spektru mērīšana istabas temperatūrā.

Kadmija sarkanās līnijas viļņa garuma mērīšana Miķelsons veica pirmo precīzo kadmija sarkanās līnijas viļņa garuma mērījumu 1890.–1895. (Mikelsons A.A. Pētījumi optikā. - M.-L.: Štats

TERMAIS STAROJUMS 1. Termiskais starojums un luminiscence Ķermeņu elektromagnētisko viļņu emisija (ķermeņu luminiscence) var tikt veikta dažādu enerģijas veidu ietekmē. Visizplatītākā ir termiskā

5. lekcija Elektronu spektroskopija. Spektroskopija redzamajā un ultravioletajā (UV) zonā Lekcijas plāns 1. Pāreju iespējamības starp elektroniski-vibroniski-rotācijas stāvokļiem. Franka-Kondona princips.

3 Darba mērķis: izpētīt organiskās krāsvielas šķīduma absorbcijas spektru, izmantojot monohromatoru. Mērķis: Izmērīt organiskās krāsvielas rodamīna 6G absorbcijas koeficientu noteiktiem viļņu garumiem.

Telpiskais Furjē SPEKTROMETRS, BALSTĪTS UZ LINNIKA MIKROINTERFEROMETRA Ph.D. Štanko A.E. MSTU "STANKIN" Jebkurš divu staru interferometrs, kas darbojas ierobežota platuma svītru režīmā, principā var būt

Agilent Cary 630 FT-IR pielikumi: augsta veiktspēja un daudzpusība tehniskās informācijas pārskats Ievads Agilent Cary 630 ir kompakts, uzticams un viegli lietojams

Gaismas viļņu īpašības Gaismas daba ir duāla (duālistiska). Tas nozīmē, ka gaisma izpaužas gan kā elektromagnētiskais vilnis, gan kā fotonu daļiņu plūsma. Fotonu enerģija ε: kur h ir Planka konstante,

Laboratorijas darbs 1 Lēcas virsmas izliekuma rādiusa noteikšana ar Ņūtona gredzenu metodi. Darba mērķis. Darba mērķis ir noteikt izliektas sfēriskas virsmas (vienas no stikla virsmām) izliekuma rādiusu

LABORATORIJAS DARBS 4.6. SPIN-ORBITĀLĀ MIJIEDARBĪBA UN RADIĀCIJAS SPEKTRA Smalkā STRUKTŪRA Darba mērķi: iepazīties ar spin-orbītas mijiedarbības izpausmēm, izmantojot spektru izpētes piemēru.

FEDERĀLĀ IZGLĪTĪBAS AĢENTŪRA Valsts augstākās profesionālās izglītības iestāde “Urāles Valsts universitāte nosaukta pēc. A.M. Gorkijs" IONC "Ekoloģija un dabas pārvaldība"

Spektroskopija ir fizikas un analītiskās ķīmijas nozare, kas veltīta starojuma (tostarp elektromagnētiskā starojuma, akustisko viļņu uc) mijiedarbības spektru izpētei ar vielu. Fizikā spektroskopiskās metodes izmanto, lai pētītu visu veidu šīs mijiedarbības īpašības. Analītiskajā ķīmijā - vielu noteikšanai un noteikšanai, mērot to raksturīgos spektrus, t.i. spektrometrijas metodes.

Spektroskopijas pielietošanas jomas ir sadalītas pēc pētāmajiem objektiem: atomu spektroskopija, molekulārā spektroskopija, masas spektroskopija, kodolspektroskopija, infrasarkanā spektroskopija un citas.

Infrasarkanās spektroskopijas metode ļauj iegūt informāciju par molekulu relatīvajām pozīcijām ļoti īsos laika periodos, kā arī novērtēt to savstarpējās saiknes raksturu, kas ir fundamentāli svarīgi, pētot dažādu vielu strukturālās informācijas īpašības.

Šīs metodes pamatā ir tāda fiziska parādība kā infrasarkanais starojums. Infrasarkano starojumu sauc arī par “termisko” starojumu, jo visi ķermeņi, cietie un šķidrie, uzkarsēti līdz noteiktai temperatūrai, izstaro enerģiju infrasarkanajā spektrā. Šajā gadījumā ķermeņa izstarotie viļņu garumi ir atkarīgi no sildīšanas temperatūras: jo augstāka temperatūra, jo īsāks viļņa garums un lielāka starojuma intensitāte. Absolūti melna ķermeņa starojuma spektrs salīdzinoši zemās (līdz vairākiem tūkstošiem Kelvinu) temperatūrā atrodas galvenokārt šajā diapazonā.

Infrasarkanā spektroskopija (IR spectroscopy), molekulārās optiskās spektroskopijas nozare, kas pēta elektromagnētiskā starojuma absorbcijas un atstarošanas spektrus infrasarkanajā reģionā, t.i. viļņu garuma diapazonā no 10-6 līdz 10-3 m.. Absorbētā starojuma koordinātēs intensitāte - viļņa garums (viļņu skaits), infrasarkanais spektrs ir sarežģīta līkne ar lielu maksimumu un minimumu skaitu.

Šķidrā etanola gandrīz IR spektrs

Absorbcijas joslas parādās pētāmās sistēmas pamata elektroniskā stāvokļa vibrāciju līmeņu pāreju rezultātā. Atsevišķas molekulas spektrālie raksturlielumi (joslu maksimumu pozīcijas, to pusplatums, intensitāte) ir atkarīgi no to veidojošo atomu masām, struktūras ģeometrijas, starpatomisko spēku īpašībām, lādiņu sadalījuma utt. Tāpēc infrasarkanie spektri ir ļoti individuāli, kas nosaka to vērtību struktūras savienojumu noteikšanā un izpētē.

Kvantitatīvā sakarība starp caur vielu pārraidītā starojuma intensitāti I, krītošā starojuma intensitāti I0 un daudzumiem, kas raksturo absorbējošo vielu, ir balstīta uz Bouguer-Lambert-Beer likumu, t.i., uz absorbcijas joslu intensitātes atkarību no vielas koncentrācija paraugā. Šajā gadījumā vielas daudzumu vērtē nevis pēc atsevišķām absorbcijas joslām, bet gan pēc spektra līknēm kopumā plašā viļņu garuma diapazonā. Ja komponentu skaits ir mazs (4-5), tad to spektrus ir iespējams matemātiski izolēt pat ar būtisku pēdējo pārklāšanos. Kvantitatīvās analīzes kļūda parasti ir daļa no procentiem.

Praksē infrasarkano staru absorbcijas spektru parasti attēlo grafiski kā vairāku absorbējošo vielu raksturojošo daudzumu frekvences  (vai viļņa garuma ) funkciju: caurlaidība T () = I ()/I0(); absorbcijas koeficients A() = /I0() = 1 - T(); optiskais blīvums D() = ln = ()cl, kur () ir absorbcijas indekss, c ir absorbējošās vielas koncentrācija, l ir vielas absorbējošā slāņa biezums. Tā kā D() ir proporcionāls () un c, to parasti izmanto kvantitatīvai analīzei no absorbcijas spektriem.

Infrasarkanās spektroskopijas metode ir universāla fizikāli ķīmiskā metode, ko izmanto dažādu organisko un neorganisko savienojumu strukturālo iezīmju izpētē. Metodes pamatā ir elektromagnētiskā starojuma absorbcijas fenomens infrasarkanajā diapazonā pa testa objekta atomu grupām. Absorbcija ir saistīta ar molekulāro vibrāciju ierosmi ar infrasarkanās gaismas kvantiem. Apstarojot molekulu ar infrasarkano starojumu, tiek absorbēti tikai tie kvanti, kuru frekvences atbilst molekulu stiepšanās, deformācijas un librācijas vibrāciju frekvencēm.

Lai reģistrētu cietvielu virsmas spektrus, tiek izmantota novājinātās kopējās iekšējās atstarošanas metode. Tā pamatā ir vielas virsmas slāņa absorbcija elektromagnētiskā starojuma enerģijai, kas rodas no kopējās iekšējās atstarošanas prizmas, kas ir optiskā kontaktā ar pētāmo virsmu. Infrasarkano staru spektroskopiju plaši izmanto maisījumu analīzei un tīru vielu identificēšanai.

Tīro vielu identificēšana parasti tiek veikta, izmantojot informācijas izguves sistēmas, automātiski salīdzinot analizēto spektru ar datora atmiņā saglabātajiem spektriem. Jaunu vielu identificēšanai tiek izmantotas mākslīgā intelekta sistēmas (kuru molekulas var saturēt līdz 100 atomiem). Šajās sistēmās, pamatojoties uz spektrostrukturālajām korelācijām, tiek ģenerētas molekulārās struktūras, pēc tam tiek konstruēti to teorētiskie spektri un salīdzināti ar eksperimentālajiem datiem. Molekulu un citu objektu struktūras izpēte, izmantojot infrasarkanās spektroskopijas metodes, ietver informācijas iegūšanu par molekulāro modeļu parametriem un ir matemātiski reducēta uz apgriezto spektrālo problēmu risināšanu. Šādu problēmu risinājums tiek veikts, secīgi tuvinot vēlamos parametrus, kas aprēķināti, izmantojot īpašu spektrālo līkņu teoriju, eksperimentālajiem.

Molekulāro modeļu parametri ir sistēmu veidojošo atomu masas, saišu garumi, saites un vērpes leņķi, potenciālās virsmas raksturlielumi (spēka konstantes utt.), saišu dipola momenti un to atvasinājumi attiecībā uz saišu garumiem. uc Infrasarkanā spektroskopija ļauj identificēt telpiskos un konformācijas izomērus un pētīt intra- un starpmolekulāro mijiedarbību, ķīmisko saišu raksturu, lādiņu sadalījumu molekulās, fāzu transformācijas, ķīmisko reakciju kinētiku, reģistrēt īslaicīgus (dzīves ilgums līdz 10- 6 s) daļiņas, precizēt atsevišķus ģeometriskos parametrus, iegūt datus termodinamisko funkciju aprēķināšanai u.c.

Nepieciešams šādu pētījumu posms ir spektru interpretācija, t.i. noteikt normālo vibrāciju formu, vibrācijas enerģijas sadalījumu pa brīvības pakāpēm, identificējot būtiskus parametrus, kas nosaka joslu stāvokli spektros un to intensitāti. Molekulu, kas satur līdz 100 atomus, ieskaitot polimērus, spektru aprēķinus veic, izmantojot datoru. Šajā gadījumā ir jāzina molekulāro modeļu raksturlielumi (spēka konstantes, elektrooptiskie parametri utt.), kas tiek atrasti, risinot atbilstošās inversās spektrālās problēmas vai kvantu ķīmiskos aprēķinus.

Abos gadījumos parasti ir iespējams iegūt datus par molekulām, kas satur tikai periodiskās sistēmas pirmo četru periodu atomus. Tāpēc infrasarkanā spektroskopija kā molekulu struktūras izpētes metode ir kļuvusi visizplatītākā organisko un organoelementu ķīmijā. Dažos gadījumos gāzēm infrasarkanajā reģionā ir iespējams novērot vibrācijas joslu rotācijas struktūru. Tas ļauj aprēķināt dipola momentus un molekulu ģeometriskos parametrus, noskaidrot spēka konstantes utt.

Infrasarkanajai spektroskopijai ir vairākas priekšrocības salīdzinājumā ar spektroskopiju redzamajā un ultravioletajā apgabalā, jo tā ļauj izsekot visu galveno saišu veidu izmaiņām pētāmo vielu molekulās. Izmantojot infrasarkano spektroskopiju dabisko maisījumu kvalitatīvā un kvantitatīvā sastāva noteikšanai, nenotiek vielu iznīcināšana, kas ļauj tās izmantot turpmākiem pētījumiem.

Kā zināms, infrasarkanajā spektroskopijā katras organiskās molekulas ķīmiskās grupas diapazonā atbilst noteiktam absorbcijas joslu kopumam, kas ir labi izpētītas un uzskaitītas attiecīgajās atsauces grāmatās. Jāņem vērā, ka infrasarkanā spektra ierakstīšanas procesā tiek radīti traucējumi noteiktos viļņu garumos, kas saistīti ar elektromagnētiskā starojuma absorbciju ar šķīdinātāju O-H un CH saitēm.

Bioloģiskā parauga infrasarkanais spektrs ir kopējais spektrs, kurā pārklājas dažādu organisko vielu un ūdens funkcionālo grupu absorbcijas joslas. Šī parādība kļūst sarežģītāka šo grupu atsevišķu vibrāciju veidu mijiedarbības dēļ, kas izraisa absorbcijas joslu formas izkropļojumus un to maksimumu nobīdi. Tāpēc infrasarkanajos spektros tiek novērots liels skaits plašu absorbcijas joslu ar neskaidriem maksimumiem. Parasti bioloģisko paraugu infrasarkano spektru atšifrēšana ir ļoti sarežģīta, tāpēc, lai atvieglotu kopējā spektra atšifrēšanu, nepieciešams bioloģisko paraugu atdalīt vienkāršākos komponentos. Tas ļauj iegūt lielāku skaitu absorbcijas joslu pētāmajai vielai un precīzāk noteikt parauga komponentu sastāvu.

Infrasarkanās spektroskopijas metodes pozitīva iezīme ir tāda, ka dažādu vielu atomu grupas viena veida vibrāciju absorbcijas joslas atrodas noteiktā infrasarkanā spektra diapazonā (piemēram, 3720-3550 cm-1 - stiepšanās diapazons). -OH grupu vibrācijas;3050-2850 cm-1 - organisko vielu grupas -CH, -CH2, -CH3). Precīza atomu grupas absorbcijas joslas maksimuma pozīcija šajā diapazonā norāda uz vielas raksturu (tādējādi maksimums 3710 cm-1 norāda uz -OH grupu klātbūtni, bet maksimums 3030 cm-1 norāda uz aromātisko struktūru =C-H grupu klātbūtne).

Funkcionālās raksturīgās frekvences

grupas organiskajos savienojumos

Taču, ja pētāmais objekts nav mehānisks maisījums, bet ir sarežģīts ķīmisks savienojums, tad norādītās infrasarkano spektru pazīmes netiek atklātas.

Atomu grupu raksturīgo absorbcijas joslu skaits, to intensitāte un infrasarkanajos spektros novēroto maksimumu novietojums sniedz priekšstatu par atsevišķa savienojuma struktūru vai komplekso vielu komponentu sastāvu. Absorbcijas joslas intensitāti nosaka vērtība, kas skaitliski vienāda ar enerģiju, ko absorbē parauga atomu vai funkcionālās grupas, kad infrasarkanie stari iet caur tām. Svarīgs absorbcijas joslu diagnostikas rādītājs ir caurlaidības vērtība. Šo rādītāju un vielas koncentrāciju fotografētajā objektā saista apgriezti proporcionāla sakarība, ko izmanto atsevišķu komponentu satura kvantitatīvai noteikšanai.

Infrasarkanās spektroskopijas metode ļauj izpētīt bioloģiskās masas cieto un šķidro fāzi. Šī metode ļauj izpētīt paraugu kopumā, bez tā sadalīšanas un iepriekšējas ķīmiskās apstrādes, kā arī izmantot mazus (līdz 10 mg) paraugus.

Organisko vielu absorbciju dažādās infrasarkanā diapazona daļās nosaka ķīmiskās grupas, kas veido molekulu, vai precīzāk tās veidojošās saites, tāpēc metode ļauj totāli noteikt radniecīgās vielas, pamatojoties uz raksturīgajām absorbcijas zonām. .

Infrasarkano staru spektroskopija tiek plaši izmantota bioloģisko šķidrumu, jo īpaši asiņu un to fragmentu, analīzei, un pēdējā laikā mutes šķidrums vai jauktas siekalas arvien vairāk tiek izmantots dažādu slimību diagnosticēšanai un prognozēšanai, taču iegūto rezultātu interpretācija ir sarežģīta, jo pētāmo objektu daudzkomponentu raksturs.

Izmantojot asiņu un siekalu infrasarkano spektroskopiju, ir iespējama tikai galvenajos komponentos iekļauto funkcionālo grupu kvantitatīvā analīze analītiskajos daudzumos. Tāpēc šo šķidrumu paraugu analīze ir sarežģīta, jo būtībā tiek analizēta to ūdens bāze

Medicīnā pēdējos gados infrasarkano staru spektroskopiju izmanto, lai noteiktu noteiktas vielas bioloģiskajos šķidrumos: asinīs, urīnā, siekalās, asaru šķidrumā, žultī, pienā, noteiktu noteiktus vitamīnus, hormonus un citas bioloģiski aktīvas vielas.

Turklāt pēdējā laikā šo metodi arvien vairāk izmanto, lai raksturotu biopsijās pētīto šūnu biomembrānu proteīnu, lipīdu un fosfolipīdu konformācijas un strukturālās izmaiņas, kā arī izmantojot optiskās šķiedras metodes.

Izmantojot šo metodi, var novērtēt dažādu zāļu farmakokinētiku. Cukura diabēta gadījumā tika atklātas ticami nozīmīgas asins infrasarkanā spektra izmaiņas.Pierādīta iespēja izmantot infrasarkanā spektra indikatorus agrīnai zobu slimību diagnostikai un zobu kariesa prognozēšanai bērniem. Tika veikts pētījums par straujām infrasarkanā asins spektra indikatoru izmaiņām, lai prognozētu, diagnosticētu un noteiktu osteoporozes smagumu un ārstēšanas efektivitāti. Ir pierādīta iespēja izmantot infrasarkano staru spektroskopiju reģenerācijas procesu pētīšanai.

Infrasarkano staru spektroskopiju izmanto arī tiesu ekspertīzē, lai pētītu mitohondriju genomu personas identifikācijai un paternitātes noteikšanai, jo tiek identificēts ģenētiskais fokuss DIS80, kas satur mainīgu skaitu tandēma dublēšanās.

Spektru reģistrēšanai izmanto klasiskos spektrofotometrus un Furjē spektrometrus.

Pētnieciskais IR spektrometrs Varian Scimitar 1000 FT-IR

Klasiskā spektrofotometra galvenās daļas ir nepārtraukta termiskā starojuma avots, monohromators un neselektīvs starojuma uztvērējs. Ieejas (dažkārt aiz izejas) spraugas priekšā tiek novietota kivete ar vielu (jebkurā agregācijas stāvoklī). Kā monohromatora izkliedēšanas ierīce tiek izmantotas prizmas, kas izgatavotas no dažādiem materiāliem (LiF, NaCl, KCl, CsF u.c.) un difrakcijas režģis. Dažāda viļņa garuma starojuma secīga izvade uz izejas spraugu un starojuma uztvērēju tiek veikta skenējot, pagriežot prizmu vai režģi. Radiācijas avoti ir elektriski apsildāmi stieņi, kas izgatavoti no dažādiem materiāliem. Uztvērēji: jutīgi termopāri, metāla un pusvadītāju termiskās pretestības (bolometri) un gāzes termopārveidotāji, kuru trauka sienas karsēšana noved pie gāzes uzkarsēšanas un tās spiediena maiņas, kas tiek reģistrēta. Izejas signāls izskatās kā regulāra spektrālā līkne.

Klasiskā dizaina ierīču priekšrocības: dizaina vienkāršība, relatīvā lētība. Trūkumi: nespēja reģistrēt vājus signālus zemā signāla: trokšņu attiecības dēļ, kas ievērojami apgrūtina darbu tālajā infrasarkanajā reģionā; salīdzinoši zema izšķirtspēja (līdz 0,1 cm-1), ilgtermiņa (vairākas minūtes) spektru ierakstīšana.

Furjē spektrometriem nav ieejas vai izejas spraugu, un galvenais elements ir interferometrs. Starojuma plūsma no avota ir sadalīta divos staros, kas iet cauri paraugam un traucē. Staru ceļa atšķirību maina kustīgs spogulis, kas atstaro vienu no stariem.

Furjē spektrometra blokshēma:

1 – starojuma avots; 2 – lauzējs; 3 – staru sadalītājs; 4 – pārvietojams spogulis;

5 – fiksēts spogulis; 6 – lēcu sistēma; 7 – kivetes nodalījums;

8 – detektors; 9 – analogo-digitālo pārveidotājs; 10 – kontrolieris;

11 – dators; 12 – digitālā druka; 13 – diska atmiņa.

Sākotnējais signāls ir atkarīgs no starojuma avota enerģijas un parauga absorbcijas, un tam ir daudzu harmonisku komponentu summa. Lai iegūtu spektru parastajā formā, atbilstošā Furjē transformācija tiek veikta, izmantojot iebūvēto datoru.

Visefektīvākā Furjē transformācijas infrasarkanās spektroskopijas iekārtas izmantošana ir iespējama tikai ar atbilstošu analīzei paredzētā parauga sagatavošanu. Strādājot ar infrasarkanajiem Furjē spektrometriem, jūs varat izmantot gan tradicionālās paraugu sagatavošanas metodes infrasarkanajai spektroskopijai, gan dažas jaunas metodes, kas galvenokārt ir saistītas ar mazāku vielas daudzumu, kas ir pietiekams analīzei, un iespēju izmantot papildu ierīces (pielikumus). .

Furjē spektrometra priekšrocības: augsta signāla: trokšņu attiecība, spēja darboties plašā viļņu garuma diapazonā, nemainot izkliedes elementu, ātra (sekundēs vai sekunžu daļās) spektra reģistrācija, augsta izšķirtspēja (līdz 0,001 cm- 1). Trūkumi: ražošanas sarežģītība un augstās izmaksas.

Visi spektrofotometri ir aprīkoti ar datoriem, kas veic spektru primāro apstrādi: signālu uzkrāšanu, to atdalīšanu no trokšņa, fona un salīdzināšanas spektra (šķīdinātāja spektra) atņemšanu, ieraksta skalas mainīšanu, eksperimentālo spektrālo parametru aprēķināšanu, spektru salīdzināšanu. ar dotajiem, spektru diferenciāciju utt. Infrasarkano staru spektrofotometru kivetes ir izgatavotas no materiāliem, kas ir caurspīdīgi infrasarkanajā reģionā. Kā šķīdinātājus parasti izmanto CCl4, CHCl3, tetrahloretilēnu un vazelīnu. Cietos paraugus bieži sasmalcina, sajauc ar KBr pulveri un presē tabletēs. Lai strādātu ar agresīviem šķidrumiem un gāzēm, tiek izmantots īpašs aprīkojums. aizsargpārklājumi (Ge, Si) uz kivetes logiem. Gaisa traucējošā ietekme tiek novērsta, evakuējot ierīci vai iztīrot to ar slāpekli.

Vāji absorbējošām vielām (retinātām gāzēm u.c.) tiek izmantotas multipass šūnas, kurās optiskā ceļa garums sasniedz simtiem metru, pateicoties vairākiem atstarojumiem no paralēlo spoguļu sistēmas. Plaši ir kļuvusi matricas izolācijas metode, kurā pētāmā gāze tiek sajaukta ar argonu, un pēc tam maisījums tiek sasaldēts. Rezultātā absorbcijas joslu pusplatums strauji samazinās, un spektrs kļūst kontrastējošāks. Īpaša mikroskopiskā aprīkojuma izmantošana ļauj strādāt ar ļoti maza izmēra objektiem (mm frakcijas).

Cieto paraugu sagatavošana infrasarkano staru spektru reģistrēšanai tiek veikta divos veidos:

1. Suspensijas metode ietver parauga samalšanu līdz smalki izkliedētam stāvoklim (daļiņu izmērs 2-7 μm) un suspensijas sagatavošanu iegremdējamā šķidrumā ar refrakcijas koeficientu tuvu paraugam. Šajā gadījumā kā matricu parasti izmanto vazelīna eļļu, fluorētas vai hlorētas eļļas. Iegūto caurspīdīgo pastu ar lāpstiņu uzklāj uz loga, kas izgatavots no optiskā materiāla plānas, viendabīgas plēves veidā.

Vazelīna eļļu ekspertu praksē visbiežāk izmanto kā iegremdēšanas šķidrumu. Tomēr petrolatuma eļļas spektram ir absorbcijas joslas 2900, 1460, 1380 un 725 cm-1 apgabalos. Šīs joslas ir uzklātas uz parauga absorbcijas joslām; tās var kompensēt, izmantojot atsauces šūnu vai atņemot vazelīna spektru no kopējā spektra. Praksē perfluorogļūdeņraža eļļu izmanto, pētot vielas apgabalā 4000-1500 cm-1 (neabsorbē fluorēto eļļu), bet petrolatuma eļļu izmanto vielu pētīšanai apgabalā 1500-400 cm-1 (vazelīna eļļa absorbē maz).

2. Tablešu presēšana ar sārmu metālu halogenīdiem ir galvenā un universālākā paraugu sagatavošanas metode. Tas sastāv no smalki samalta parauga rūpīgas samaisīšanas ar KBr pulveri ahāta javā un pēc tam maisījuma presēšanas veidnē, iegūstot caurspīdīgu vai caurspīdīgu tableti. Lai iegūtu augstas kvalitātes spektrus, vielas izkliedes pakāpei jāsasniedz 2-7 mikronu daļiņu izmērs (salīdzināms ar infrasarkanā starojuma viļņa garumu).

Dažreiz, lai atvieglotu berzēšanu, tiek pievienoti daži pilieni destilēta šķīdinātāja (tetrahloroglekļa vai heksāna), kas turpmākās berzes laikā iztvaiko. Vislabākos rezultātus iegūst, izsūcot veidni, kas ļauj atbrīvoties no gaisa ieslēgumiem tabletēs. Tabletēm varat izmantot kālija bromīdu spektroskopijai vai vismaz ķīmiski tīru, bet iepriekš žāvētu no ūdens. Kālija bromīds jāžāvē t ≈ 600°C temperatūrā vismaz 6 stundas un jāuzglabā eksikatorā ar desikantu. Šāda rūpīga sagatavošana ir nepieciešama, jo pretējā gadījumā iegūtajā spektrā būs plašas adsorbētā ūdens joslas 3450 un 1630 cm-1 apgabalos.

No planšetdatoriem, kuru diametrs ir 3, 5, 7 mm un vairāk, spektru var ierakstīt bez papildu ierīcēm. Tabletes ar diametru 1 un 2 mm jāpārbauda, ​​izmantojot mikrofokusēšanas ierīci. Ja presforma neļauj izgatavot tabletes ar diametru 1-3 mm, tad var izmantot speciāli izgatavotu, piemēram, no kartona, apaļu ieliktni ar centrā izgrieztu atbilstoša diametra caurumu. Pētot vielas mikrodaudzumus (līdz 10-9 g) izmanto tabletes ar diametru 1-3 mm.

Tablešu presēšanas metodi ar KBr ieteicams izmantot parastajos šķīdinātājos nešķīstošiem, amorfiem vai ar stabilu kristālisku struktūru paraugiem, kas nesatur apmaiņas spējīgus jonus.

Ir zināms, ka molekulu kodoli, kas atrodas tālu no fiksētām pozīcijām viens pret otru, atrodas nepārtrauktas vibrācijas stāvoklī. Svarīga šo svārstību iezīme ir tā, ka tās var aprakstīt ar ierobežotu skaitu fundamentālo svārstību (normālo režīmu). Normāls režīms ir svārstības, kurās kodoli svārstās vienā frekvencē un vienā fāzē. Ūdens molekulām ir trīs normāli režīmi.

ν1 (OH) ν 2 (OH) ν3 (OH)

3656,65 cm-1 1594,59 cm-1 3755,79 cm-1

Ūdens molekulu vibrācijas pamatfrekvences

Kodola kustības ν1 (OH) un ν3 (OH) vibrāciju laikā notiek gandrīz OH saišu virzienā; šos režīmus parasti sauc par saites stiepšanās vibrācijām (vai δOH) vai OH saites stiepšanās vibrācijām. ν2 (OH) vibrāciju laikā H kodoli pārvietojas virzienā, kas ir gandrīz perpendikulārs O-H saitēm, ν2 režīmu sauc par H–O–H saites lieces vibrāciju vai ūdeņraža saites lieces vibrāciju. Režīmu ν3 sauc par asimetrisku stiepšanās vibrāciju atšķirībā no simetriskas stiepšanās vibrācijas ν1.

Ūdens molekulas pāreja no tās pamata vibrācijas stāvokļa uz ierosināto, ko raksturo ν2 režīms, atbilst infrasarkanajai joslai pie 1594,59 cm-1.

Neskatoties uz to, ka ir daudz publikāciju par ūdens infrasarkano spektru izpēti, informācija par vibrāciju frekvencēm un to piešķiršanu ne tikai nesakrīt, bet arī ir pretrunīga. Šķidra ūdens spektrā absorbcijas joslas ir ievērojami paplašinātas un nobīdītas attiecībā pret attiecīgajām ūdens tvaiku spektra joslām. To atrašanās vieta ir atkarīga no temperatūras. Šķidrā ūdens spektra atsevišķu joslu atkarība no temperatūras ir ļoti sarežģīta. Turklāt spektra sarežģītība OH stiepšanās vibrāciju rajonā ir izskaidrojama ar dažāda veida asociāciju esamību, ūdeņraža saitē izvietoto OH grupu virstoņu un salikto frekvenču izpausmēm, kā arī ar tuneļa efektu. protonu (saskaņā ar releja mehānismu). Šis spektra sarežģījums sarežģī tā interpretāciju un daļēji izskaidro pretrunas šajā sakarā literatūrā.

Hidroksilgrupa -OH spēj spēcīgi absorbēt spektru spektra infrasarkanajā reģionā. Savas polaritātes dēļ šīs grupas parasti mijiedarbojas savā starpā vai ar citām polārām grupām, veidojot intramolekulāras un starpmolekulāras ūdeņraža saites. Hidroksilgrupas, kas nepiedalās ūdeņraža saišu veidošanā, parasti rada šauras joslas spektrā, un saistītās grupas nodrošina intensīvas plašas absorbcijas joslas zemākās frekvencēs. Frekvences nobīdes lielumu nosaka ūdeņraža saites stiprums. Literatūrā ir dati par absorbcijas joslu piešķiršanu pamatfrekvenču apgabalā (2,5 - 6,0 μm (4000-1600 cm-1)), kā arī tuvumā (0,7-2,0 μm (14300-5000 cm-1)). ) un tālu (20–16 µm (50–625 cm-1)).

Pamatfrekvenču reģions ir visvairāk pētīts. Monomēram ūdenim joslas pie 3725 un 3627 cm-1 tiek attiecinātas uz OH grupas simetriskām un antisimetriskām vibrācijām, un joslas pie 1600 cm-1 tiek attiecinātas uz H-O-H lieces vibrāciju. Jāņem vērā, ka ūdens dimēriem var būt cikliska struktūra ar divām ūdeņraža saitēm (1), nevis atvērtu (2).

\ O – H H H

N–O/O. . . H–O

Ūdens dimēru uzbūve: 1 – cikliska; 2 – atvērts

Šķidram ūdenim absorbcijas joslas tiek novērotas arī citos spektra reģionos. Intensīvākie no tiem ir 2100, 710-645 cm-1. Pārejot no ūdens monomēriem uz dimēriem un trimeriem, O-H saites stiepšanās vibrāciju absorbcijas maksimums tiek novirzīts uz zemākām frekvencēm. Gluži pretēji, H-O-H deformācijas vibrācijām tiek novērota nobīde uz augstākām frekvencēm. Absorbcijas joslas pie 3546 un 3691 cm-1 tika piešķirtas (H2O)2 dimēru stiepšanās režīmiem. Šīs frekvences ir ievērojami zemākas nekā izolētu ūdens molekulu stiepšanās režīmi ν1 un ν3 (attiecīgi 3657 un 3756 cm-1). 3250 cm-1 josla atspoguļo lieces vibrāciju virstoņus. Starp frekvencēm no 3250 līdz 3420 cm-1 ir iespējama Fermi rezonanse (šī rezonanse ir vienas vibrācijas intensitātes aizņēmums no citas, kad tās nejauši pārklājas).

Frekvenču piešķiršana šķidrā ūdens spektrā

Absorbcijas josla pie 1620 cm-1 tiek piešķirta dimēra deformācijas režīmam. Šī frekvence ir nedaudz augstāka nekā izolētas molekulas deformācijas režīms (1596 cm-1). Ūdens deformācijas vibrācijas joslas nobīde uz augstākām frekvencēm, pārejot no šķidruma uz cietu stāvokli, ir saistīta ar papildu spēka parādīšanos, kas novērš OH saites saliekšanos. Deformācijas absorbcijas joslai ir 1645 cm-1 frekvence, un tā ir ļoti maz atkarīga no temperatūras. Tas arī nedaudz mainās, pārejot uz brīvu molekulu ar frekvenci 1595 cm-1. Šī frekvence maz mainās arī sāls šķīdumos. Tas izrādās diezgan stabils, savukārt temperatūras izmaiņas, sāls šķīdināšana un fāzu pārejas būtiski ietekmē visas pārējās frekvences. Zundels (1971) norāda, ka deformācijas vibrāciju noturība ir saistīta ar starpmolekulāras mijiedarbības procesiem, proti, ūdens molekulas saites leņķa maiņas rezultātā molekulu savstarpējās mijiedarbības rezultātā, kā arī ar katjoniem un anjoni.

Ūdens infrasarkanās absorbcijas spektri

pamata frekvenču diapazonā.

Infrasarkanās spektroskopijas izmantošanas grūtības praksē ir ne tikai tehniskas, bet arī saistītas ar tādas tehnikas trūkumu, kas ļautu izmantot matemātisko analīzi, lai noteiktu vibrācijas frekvences un piešķirtu tās noteiktai ķīmiskai saitei.

Pamatojoties uz infrasarkanās spektroskopijas rezultātiem, var izstrādāt ķīmiski uzticamu, reproducējamu, standartizējamu metodi ūdens sistēmu analīzei. Šajā sakarā zemas izšķirtspējas infrasarkanā spektroskopija piedāvā noteiktas priekšrocības, kas ļauj ar caurlaidības koeficientu svārstībām noteikt pētāmajā sistēmā esošo vielu ietekmes pakāpi uz šķīdumu ūdens bāzes strukturālo organizāciju un bioloģisko. šķidrumi.

Dīzeļdzinēju tehniskās un ekonomiskās veiktspējas uzlabošana ir viena no galvenajām kuģu īpašnieku problēmām. Ekspluatācijas laikā smērvielā kopā ar degšanas, oksidācijas un eļļas sadalīšanās produktiem, kā arī dzinēja nodiluma daļiņām nokļūst sodrēji. Mehānismu uzticamības palielināšana un smērvielu racionāla izmantošana ir atkarīga no vairākiem iemesliem, starp kuriem liela nozīme ir izmantoto eļļu kvalitātei. Šobrīd liela nozīme ir mūsdienu instrumentālo analīzes metožu izmantošanai.

Mehānisko piemaisījumu saturu vairumā gadījumu nosaka ar standarta metodēm, kuru pamatā ir darba eļļu šķīdumu centrifugēšana vai filtrēšana vieglos ogļūdeņraža šķīdinātājos, kā arī papīra hromatogrāfijas un fotometrijas metodes redzamajā zonā. Tomēr katrai no iepriekš minētajām metodēm ir savi trūkumi. Piemēram, ja eļļa satur labus disperģētājus, pēc centrifugēšanas centrifūgā paliek liels daudzums sodrējušo piesārņotāju; izmantojot filtrēšanas metodi, uz filtra tiek nogulsnēts piedevas komponents, kā rezultātā var iegūt tikai priekšstatu par nešķīstošo piesārņotāju izkliedes pakāpi; Fotometrijai spektra redzamajā apgabalā, kā likums, ir nepieciešama testa parauga atšķaidīšana, kas palielina laiku un ir pilns ar kļūdām. Elektronu spektroskopijas metode ļauj noteikt daļiņu skaitu un izmēru, taču tā nav piemērota analīzes tehniskās sarežģītības un ilguma dēļ. Saistībā ar iepriekš minēto fotometriskajai metodei infrasarkanajā reģionā ir vairākas būtiskas priekšrocības: ātrums, laba reproducējamība un salīdzināmība, nav nepieciešama iepriekšēja parauga sagatavošana analīzei un nav ierobežojumu attiecībā uz smēreļļu kategorijām un kvalitāti.

Diferenciālie infrasarkanie spektri tiek reģistrēti, izmantojot kālija bromīda kivetes ar slāņa biezumu 0,1 mm. Tā kā ekspluatācijas eļļas, kā likums, ir stipri piesārņotas ar kvēpu nogulsnēm, kopumā viss ekspluatācijas eļļas infrasarkanais spektrs atrodas augstāk nekā svaigas eļļas infrasarkanais spektrs, un šī spektra “paaugstināšana” ir proporcionāla piesārņojumam. no ekspluatācijas eļļas. Analīzē tiek izmantoti viļņu garuma apgabali, kuros eļļas absorbcijas joslu ietekme ir minimāla. Visērtāk ir izmantot viļņu skaitu 2000 cm-1. Absorbcijas izmaiņu salīdzinājums pie viļņa skaitļa 1704 cm-1, kas noteikts, izmantojot bāzes metodi, un atņemot fonu pie viļņa skaitļa 2000 cm-1, parādīja, ka šāda “fona” atņemšana ir diezgan likumīga un nav. izkropļo oksidācijas produktu uzkrāšanās dinamiku eļļā.

Absorbcijas izmaiņas pie viļņa numura 1704 cm-1,

nosaka ar "bāzes" metodi un "fona" atņemšanu

Līdzīgi rezultāti iegūti, novērtējot sulfonātu piedevu stāvokli eļļā. Tas ļauj izdarīt secinājumus par iespēju noteikt mehānisko piemaisījumu saturu eļļā ar absorbciju pie viļņu skaita 2000 cm-1. Tā kā nav iespējams salīdzināt joslu absolūtās absorbcijas vērtības darba eļļu infrasarkanajos spektros (eļļas satur dažādu daudzumu mehānisko piemaisījumu), lai salīdzinātu absorbcijas vērtības, no tām tika atņemts “fons” (absorbcijas vērtība pie viļņa). skaits 2000 cm-1). Paralēli mehānisko piemaisījumu saturs tika noteikts, izmantojot standarta metodes (GOST 6370 un “pilienu parauga” metodi). Mehānisko piemaisījumu C saturu (masas %) eļļā noteica pēc formulas:

 - viļņa garums, µm; l ir kivetes darba slāņa biezums, µm (mērīts interferometriski); A - eļļas absorbcija pie viļņa garuma .

Ar šo paņēmienu un centrifugēšanas metodi iegūto rezultātu salīdzinājums uzrādīja labu reproducējamību (korelācijas koeficients bija 0,881). Vienas analīzes laiks ir aptuveni 15 minūtes.

Tādējādi infrasarkanās spektroskopijas izmantošana motoreļļas vispārējā piesārņojuma satura noteikšanai ir efektīva un ļauj ātri iegūt vispārēju novērtējumu par darba eļļas piesārņojumu ar kvēpiem, dzinēja detaļu nodiluma produktiem un ogļūdeņražu bāzes oksidāciju. eļļu.

Infrasarkano staru spektroskopija tiek izmantota pusvadītāju materiālu, polimēru, bioloģisko objektu un dzīvo šūnu struktūras pētīšanā tieši, kā molekulu struktūras izpētes metode tā ir visizplatītākā organiskajā un organoelementu ķīmijā. Dažos gadījumos gāzēm infrasarkanajā reģionā ir iespējams novērot vibrācijas joslu rotācijas struktūru.

Ātrie spektrometri ļauj iegūt absorbcijas spektrus sekundes daļās un tiek izmantoti ātro ķīmisko reakciju pētījumos. Izmantojot īpašus spoguļu mikropielikumus, iespējams iegūt ļoti mazu objektu absorbcijas spektrus, kas interesē bioloģiju un mineraloģiju.

Infrasarkanajai spektroskopijai ir liela nozīme molekulāro optisko kvantu ģeneratoru izveidē un izpētē, kuru starojums atrodas spektra infrasarkanajā reģionā. Infrasarkanā spektra tuvās un vidējās infrasarkanās zonas visplašāk tiek pētītas ar infrasarkanās spektroskopijas metodēm, kurām tiek ražots liels skaits dažādu (galvenokārt divu staru) spektrometru.

Tālais infrasarkanais reģions ir attīstīts nedaudz mazāk, taču arī šajā reģionā ir liela interese par infrasarkano staru spektru izpēti, jo tajā papildus tīri molekulu rotācijas spektriem ir arī pusvadītāju kristālisko režģu vibrācijas frekvenču spektri, starpmolekulāras vibrācijas utt.

Juhņevičs G.V. Ūdens infrasarkanā spektroskopija. M. 1973. gads.

Zatsepina G.N. Ūdens fizikālās īpašības un struktūra. M. 1987. gads.

Karjakins A.V. Kriventsova G.A. Ūdens stāvoklis organiskajos un neorganiskajos savienojumos. M. 1973. gads.

Antončenko V.Ja., Davidovs A.S., Iļjins V.V. Ūdens fizikas pamati. Kijeva. 1991. gads.

Privalovs P.L. Ūdens un tā loma bioloģiskajās sistēmās.// Biofizika 1968. 13. v. Nr.1.

Gribovs L.A. Ievads molekulārajā spektroskopijā. M. 1976.

Mitchell J., Smith D. Akvametrija: Trans. no angļu valodas M. 1980. gads.

Eizenbergs D., Kautsmanis V. Ūdens uzbūve un īpašības. : Per. no angļu valodas L. 1975.

Rahmaņins Ju.A., Kondratovs V.K. Ūdens ir kosmiska parādība. Kooperatīvās īpašības, bioloģiskā aktivitāte. M. 2002. gads.

Verbalovičs V.P. Bioloģisko membrānu infrasarkanā spektroskopija. Zinātne. Kazahstānas PSR. Alma-Ata. 1977. gads.

Bellamy L., Infrasarkanie molekulu spektri, trans. no angļu val., M., 1957;

Cross A., Ievads praktiskajā infrasarkanajā spektroskopijā, trans. no angļu val., M., 1961;

Kazitsyna L.A., Kupletskaya N.B. UV, IR, KMR un masu spektroskopijas pielietojums organiskajā ķīmijā. M.: Izdevniecība Mosk. Universitāte, 1979.

Jaroslavskis N. G., Garo viļņu infrasarkanās spektroskopijas metodes un aprīkojums, “Fizikālo zinātņu sasniegumi”, 1957, 2. sēj.



INFRASTARKANO SPEKTROSKOPIJU

INFRASTARKANO SPEKTROSKOPIJU

Absorbcijas joslu skaitu IR starojuma spektrā, to novietojumu, platumu un formu, kā arī absorbcijas vērtību nosaka struktūra un ķīmiskās īpašības. absorbējošās vielas sastāvs un ir atkarīgi no tā agregāta, temperatūras, spiediena utt. Tāpēc pētījums ir oscilējošs-rotējošs. un tīri pagrieziet. spektri, izmantojot I.S. metodes. ļauj noteikt molekulu struktūru, to ķīmisko. sastāvs, molekulu inerce, spēku lielums, kas iedarbojas starp molekulā esošajiem atomiem uc Sakarā ar nepārprotamo sakarību starp struktūru un tās molu. spektrs I.s. plaši izmanto īpašībām. un daudzumus. spektrālā analīze. IS spektru parametru izmaiņas (absorbcijas joslu nobīde, to platuma, formas, absorbcijas vērtības izmaiņas), kas rodas pārejā no viena agregācijas stāvokļa citā, šķīšanas laikā, temperatūras, spiediena izmaiņas, ļauj spriest par starpmolekulāro mijiedarbību lielums un raksturs. I.s. atrod pielietojumu arī PP materiālu struktūras izpētē, polimēri, biol. objekti un tieši dzīvas šūnas. Ātrgaitas spektrometri ļauj iegūt datus sekundes daļās un tiek izmantoti ātri plūstošu ķīmisko vielu izpētē. reakcijas. Īpašu spoguļu mikropiestiprinājumu izmantošana ļauj iegūt ļoti mazu objektu absorbcijas spektrus, kas interesē bioloģiju un mineraloģiju. I.s. spēlē lielu lomu IR lāzeru izveidē un to emisijas spektru izpētē. IR lāzeru ar noskaņojamu starojuma frekvenci izmantošana kā starojuma avotus ļauj iegūt IR spektrus ar ļoti augstu izšķirtspēju (sk. LĀZERA SPEKTROSKOPIJA).

Fiziskā enciklopēdiskā vārdnīca. - M.: Padomju enciklopēdija. . 1983 .

INFRASTARKANO SPEKTROSKOPIJU

(IR spektroskopija) - optiskā sadaļa. spektroskopija, ieskaitot emisijas, absorbcijas un atstarošanas spektru izpēti, iegūšanu un pielietošanu spektra IS apgabalā (sk. Infrasarkanais starojums). IR spektri tiek iegūti un pētīti principā ar tādām pašām metodēm kā atbilstošos spektrus redzamajā un UV apgabalā, bet ar speciālu ierīču palīdzību. spektrālās ierīces, kas paredzētas lietošanai IR reģionā, parasti aprīkotas ar spoguļa fokusēšanas optiku (sk. Spektrālās ierīces) un uztvērēji, kas ir jutīgi pret infrasarkano starojumu (sk. Optiskā starojuma uztvērēji). I.s. nodarbojas ar Č. arr. pētot molekulāros spektrus, jo lielākā daļa vibrāciju atrodas IS reģionā. un pagriezt. molekulu spektri. Turklāt I. s. atomu un jonu starojuma spektri, kas rodas pāreju laikā starp tuviem enerģijas līmeņiem (piemēram, Zēmana apakšlīmeņi; sk. Zēmana efekts), kristālu un citu cietvielu, vairāku molekulu, pusvadītāju un molekulāro lāzeru atstarošanas un absorbcijas spektri uc molekulu disociācija vai izmaiņas to struktūrā. Tikai pietiekami ķīmiski un termiski stabilām molekulām (parasti sastāv no neliela atomu skaita) un stabilām ķīmiskām vielām. radikāļu (piem., CO, CO 2, H 2 O, HCl, HF, CN, NO u.c.) iespējams emisijas spektri (šādus radikāļus izmanto kā aktīvo vidi molekulārajos IR lāzeros).Selektīvo atstarojumu IR spektros piemēro sk. arr. pētot monokristālu spektrus, neorganisko. cietvielas, minerālvielas uc vielu var pārbaudīt sadalīšanās procesā. agregācijas stāvokļi, dažādās temperatūrās un spiedienos, cietās vielas sadalās. štatos. Absorbē. I.s. ļauj iegūt absorbcijas spektrus vielām, kas ir krāsainas un necaurspīdīgas redzamajā zonā, spilgti luminiscējošām vielām utt. Izmantojot frekvences regulējamos IR lāzerus, tiek fiksēti absorbcijas spektri, kas ir ievērojami augstāki nekā tradicionālie. klasika metodes, izšķirtspēja. molekula, kas sastāv no N atomi, ir 3N-6 vibrācijas. normālu vibrāciju frekvences (simetrijas klātbūtnē dažas deģenerējas) un 3 rotācijas frekvences. IR absorbcijas spektros tiek novērotas tikai tās molekulārās frekvences, pie kurām vibrāciju laikā notiek dipola momenta izmaiņas, t.i., dipola momenta atvasinājums nav nulle. R pa atbilstošo normālo koordinātu q:R pl R q Nr. 0 (sk Atlases noteikumi). Tīri rotācijas IR absorbcijas joslas tiek novērotas tikai polārajām molekulām. Katrai vielai ir noteikts īpašību kopums. svārstīties un pagriezt. frekvences, tāpēc IR absorbcijas spektrs ir vielas individuāls raksturlielums. v vai viļņa garums UZ. Klasiski absorbē. I.s. no avota ar nepārtrauktu IS spektru (1. att.) pārraida


Rīsi. 1. Viena stara IR spektrometra shematiskā diagramma: Q - nepārtraukta IR spektra avots; M 1 - apgaismotāja spogulis; M 2 - kondensatora spogulis; AR - kivete ar testējamo vielu; M - ; Si un S 2 - monohromatora ieejas un izejas spraugas; D- starojuma uztvērējs; A - pastiprinātājs; es - mērīšanas vai ierakstīšanas ierīce.

caur kiveti ar testējamo vielu; Starojums, kas iet caur vielu, tiek novirzīts uz monohromatora ieejas spraugu un no tā izejas spraugas uz starojuma uztvērēju. Pēc tam to pastiprina un mēra vai ieraksta ploteris skenēšanas procesa laikā. Lāzera I.s. Tiek mērīta caur vielu pārraidītā šaurjoslas IR lāzera (parasti pusvadītāja ar regulējamu frekvenci) starojuma intensitātes atkarība no lāzera starojuma frekvences tā regulēšanas procesā. v) starojums ar viļņa garumu l (vai viļņa skaitli), kas iet caur šūnu ar vielu v(cm~ 1) = 1/l) un absorbējošo vielu raksturojošos daudzumus dod vispārinātais Bouguer-Lambert-Beer likums: es( v)=I" 0 ( v)exp3[- k(v)cd], Kur k(v) - absorbcijas indekss, kas raksturo absorbējošo vielu, Ar - absorbējošās vielas koncentrācija šķīdumā (c = 1 tīrai vielai), d- vielas (šūnas) absorbējošā slāņa biezums, I 0 ( v)=b( v)I 0 ( v), es 0 ( v) - , krītot šūnā (perpendikulāri tās logiem), b( v) -koeficients pašas kivetes pārraide, ņemot vērā atstarošanas zudumus no kivetes logiem. Parasti IR absorbcijas spektrs tiek attēlots grafiski kā funkcija no v(vai l) daudzumi, kas raksturo tikai absorbējošo vielu:
koeficients pārraide T( v)=I( v)/I" 0 ( v),
koeficients absorbcija A(v)=/I" 0 ( v)=1-T( v),
optiskais blīvumsD( v)=lnI" 0 ( v)/I 0 ( v)=ln=k( v)cd,
un absorbcijas indekss k( v)=D( v)/cd.
Lielums D(v) ir lineāri saistīts ar k(v) Un ar, Tāpēc to parasti izmanto kvantitatīvā analīzē, kuras pamatā ir absorbcijas spektri. Praksē Bouguer-Lambert-Wehr likums tiek izteikts arī šādi: , kur e( v)=0,434k(v) - vājinājuma indekss. Šajā gadījumā D( v)=logI" 0 ( v)/I(v)=e( v)cd Bouguer-Lambert-Ver likums ir spēkā pie zemas krītošās starojuma plūsmas intensitātes, t.i. e. iekšā gadījumā, ja iedzīvotāju skaits ir galvenokārt enerģijas līmenis nedaudz mainās un T(v)nav atkarīgs no vērtības I 0 ( v). Turklāt stars ir vienkrāsains. starojumam, kas iet cauri kiveti, jābūt paralēlam, un molekulas absorbē starojumu neatkarīgi viena no otras [t.i. e. k(v) nevajadzētu būt atkarīgam no Ar]. Pēdējais pieņēmums ļauj mums vispārināt šo likumu vairāku veidu kombinācijai. absorbenti: I( v)=I" 0 ( v)l0 -D( v), Kur

- sumoptich. blīvumu dept. maisījuma sastāvdaļas. Šī attiecība ir absorbētā daudzuma pamatā. molekulārā spektrālā analīze(tomēr dažos reālos maisījumos tā nav taisnība). Definīcija T(v) un attiecīgi A(v)Un D(v) samazina līdz neatkarīgam secīgam mērījumam


Rīsi. 3. Šķidrā indēna absorbcijas spektrs 2,5-16 mikronu apgabalā. Augšpusē ir norādīts to kivetu biezums, kurās tika iegūta šī spektra daļa.

daudzumi I( v) un es 0 ( v) un turpmākā I( v)/I 0 ( v)=bT( v). Ir izstrādātas vairākas metodes, lai iegūtu b vērtību. Divstaru spektrofotometri tieši reģistrē attiecību I( v)/I 0 ( v).Galvenā. IR absorbcijas spektra parametri - absorbcijas joslu skaits, to novietojums (noteikts v vai l pie absorbcijas maksimuma), joslu platums un forma, absorbcijas vērtība pie maksimālās. Tos nosaka ķīmija. absorbējošās vielas molekulu sastāvs un struktūra, kā arī ir atkarīga no vielas agregācijas stāvokļa, temperatūras, spiediena, šķīdinātāja īpašībām (šķīdumu gadījumā) utt. Gāzveida vielu IR spektri zemā spiedienā , kas iegūti, izmantojot augstas izšķirtspējas spektrometrus, ir raksturīga svārstību rotācija. struktūra (2. att.) ar lielu skaitu šauru rotāciju. līnijas (sk Molekulārie spektri). Sekcijas platums sastāvdaļas tiek pagrieztas.


Rīsi. 2. Metāna gāzes (CH 4) absorbcijas spektrs (rotācijas-vibrācijas josla apgabalā l = 3,3 μm).

struktūra ir desmitdaļas un pat simtdaļas cm -1 un palielinās līdz ar gāzes spiedienu. Svārstīgs un rotējošs. joslas šķidrumu spektros izplešas un saplūst platās, praktiski bezstruktūras joslās, kuru platums ir 5-20 cm -1 (3. att.). Joslu platums kristālu IR spektros ir nedaudz mazāks nekā šķidrumu, kas ir saistīts ar sakārtotu daļiņu izvietojumu kristālā. sarīvē. molekulu vibrācijas ir saistītas ar lielām grūtībām. Tomēr viņš vilcinās. definētas absorbcijas joslas chem. saitēm un atomu grupām, kā liecina pieredze, ir līdzīgas frekvences neatkarīgi no tā, kurā molekulā tās ietilpst. Raksturīgās robežas noteiktu ķīmisko vielu lietošanas biežums. saites un atomu grupas dotas tabulā. IR absorbcijas spektru analīze ar palīdzību ļauj sadalīt kompleksās pārklājošās absorbcijas joslas atsevišķos komponentos, kurus pēc tam ir vieglāk attiecināt uz definīciju. molekulu normālo vibrāciju veidi.
* in - stiepšanās, in a - asimetriskā stiepšana, c - simetriskas stiepšanās vibrācijas; d - dažādas deformācijas vibrācijas formas.
(50-1000 mikronu apgabalā) un jo īpaši retu gāzu absorbcijas spektri, kas iegūti, izmantojot augstas izšķirtspējas instrumentus, tostarp noskaņojamus lāzerus, tiek izmantoti molekulu struktūras, to inerces momentu un dipola vērtību noteikšanai. momenti, starpatomu mijiedarbības enerģija, mehāniskie koeficienti anharmoniskums, rotācijas konstantes utt. Vibrāciju frekvenču raksturīgās īpašības ļauj analizēt sarežģītus organiskos savienojumus. savienojumi un īpaši nezināmi savienojumi. I.s. izmanto izomēru analīzei (4. att., sk molekulu izomērisms), pusvadītāju materiālu struktūras izpētei, polimēri, biol. objekti un tieši dzīvas šūnas. I.s. spēlē lielu lomu molekulāro IR lāzeru izveidē un izpētē. Ātrie IR spektrometri ļauj iegūt absorbcijas spektrus sekundes daļā un tiek izmantoti ātri plūstošu ķīmisko vielu izpētē. reakcijas. Ar speciālo palīdzību spektrālos instrumentus, iespējams iegūt ļoti mazu objektu absorbcijas spektrus, kas interesē bioloģiju un mineraloģiju. Spēcīgi absorbējošām vielām, no kurām nav iespējams izveidot plānu kārtu, tiek izmantotas metodes IR absorbcijas spektru iegūšanai. traucēta kopējā iekšējā refleksija(ATR).Lai iegūtu IR absorbcijas spektrus, liels skaits dekomp. spektrometri. Spektrometri ar prizmas monohromatoriem ļauj iegūt spektrus ar d izšķirtspēju v~l-3 cm -1 un tiek izmantoti tikai kondensētās vielas spektru pētīšanai. Seriālie spektrometri ar difrakciju monohromatori ļauj iegūt spektrus ar izšķirtspēju līdz d v~0,2 cm -1, unikāli difrakcijas modeļi. spektrometri - d v~0,02-0,05 cm -1 un tiek izmantoti retināto molekulāro gāzu spektru pētīšanai. Atļauja Furjē spektrometri var sasniegt d v~0,005 cm -1 . Izmantojot frekvences regulējamos lāzerus, IS spektru spektrālā izšķirtspēja

Rīsi. 4. Absorbcijas spektri o-, m - un šķidrā krezola p-izomēri; Bultiņas norāda atsevišķu izomēru raksturīgās absorbcijas joslas.

absorbciju nosaka lāzera ģenerēšanas līnijas platums; izmantojot pusvadītāju lāzerus, tas sasniedz d v~10 -3 -10 -4 cm -1, un gāzes lāzeriem - nedaudz augstāks, lai gan frekvences regulēšanas diapazons parasti ir mazs. Dažiem IR spektrometriem ir iebūvēts minidators, ko izmanto ierakstīšanai un automātiski. IS spektru apstrāde: absorbcijas joslu frekvenču noteikšana, to intensitātes uc Kopš 70. gadiem. in I.s. metode ir kļuvusi plaši izplatīta fotoakustiskā spektroskopija gāzu, cietvielu un īpaši izkliedētu vielu IR absorbcijas spektru iegūšanai. Submilimetru spektroskopija). Lit.: Bellamy L., Infrasarkanie molekulu spektri, trans. no angļu val., M., 1957; Spektroskopijas pielietojums ķīmijā, trans. no angļu val., M., 1970; Cross A., Ievads praktiskajā infrasarkanajā spektroskopijā, trans. no angļu val., M., 1961; Lietišķā infrasarkanā spektroskopija. [Sest. Art.], izd. D. Kendala, tulk. no angļu val., M., 1970; Augstas izšķirtspējas infrasarkanā spektroskopija. sestdien Art., trans. no franču, angļu, M., 1972; Malyshev V.I., Ievads eksperimentālajā spektroskopijā, M., 1979. V. I. Mališevs.

Fiziskā enciklopēdija. 5 sējumos. - M.: Padomju enciklopēdija. Galvenais redaktors A. M. Prohorovs. 1988 .

Darba mērķis: iemācīties atšifrēt derīgo izrakteņu spektru, apgūt derīgo izrakteņu kvalitatīvās analīzes iemaņas.

Ierīces un piederumi: spektrofotometrs, minerālu spektru kartotēka.

Infrasarkanā spektroskopija. Vispārīgi jēdzieni

Spektroskopija ir zinātne par elektromagnētiskā starojuma mijiedarbību ar vielu, kas sniedz informāciju par pašu vielu, atomiem un molekulām, kas veido vielu, tās struktūru un īpašībām. Spektroskopijā tiek izmantots viss elektromagnētiskā starojuma diapazons, tostarp gamma stari, rentgena stari, infrasarkanie stari, redzamie un ultravioletie stari, mikroviļņi un radiofrekvences. Absorbcijas spektroskopijas metodes pamatā ir elektromagnētiskā starojuma mijiedarbība ar vielu.

Atkarībā no pētījuma objekta spektroskopiju iedala atomu un molekulārajā. Atomu spektroskopija pēta atomu uzbūvi un īpašības, molekulārā spektroskopija pēta molekulu uzbūvi un īpašības. Spektroskopijas metode ir spektrālā analīze. Spektrālās analīzes metodes izmanto atomu un molekulu spēju absorbēt un izstarot elektromagnētisko starojumu.

Infrasarkanā spektroskopija ir spektroskopijas sadaļa, kas ietver infrasarkano staru spektru iegūšanu un izpēti. Infrasarkanā spektroskopija galvenokārt ir saistīta ar emisijas, absorbcijas un atstarošanas molekulāro spektru izpēti, jo lielākā daļa molekulu vibrācijas un rotācijas spektru atrodas infrasarkanajā reģionā. Infrasarkanā spektroskopija ir tikpat specifiska īpašība kā cilvēka pirkstu nospiedumi. Vielu var identificēt pēc tās spektriem, ja ir zināms tās spektrs. Infrasarkanās spektroskopijas metode ļauj noteikt ūdens stāvokli minerālā, izomorfo piemaisījumu dabu, strukturālās sakārtotības pakāpi, minerālu piešķiršanu noteiktam struktūras tipam utt.

Elektromagnētiskā starojuma pamatīpašības

Elektromagnētiskajam starojumam ir šādi galvenie parametri: viļņa garums λ, frekvence ν jeb viļņa skaitlis un atbilstošā starojuma enerģija E.

Viļņa garums ir attālums, ko vilnis veic vienā periodā. Galvenās viļņu garuma mērvienības UV un redzamajā zonā ir nanometri (1 nm = 10 -9 m), IR apgabalā - mikrometri (1 μm = 10 -6 m). Viļņa garums ir atkarīgs no vides, kurā izplatās starojums, laušanas koeficienta. Starojuma izplatīšanās ātrums dažādās vidēs ir atšķirīgs, tāpēc, lai raksturotu noteiktu spektra daļu, tiek izmantotas frekvences vai viļņu skaitļi, kas nav atkarīgi no vides.

Emisijas biežums n ir vibrāciju skaits sekundē; tas ir vienāds ar starojuma izplatīšanās ātruma (gaismas ātruma c) attiecību pret viļņa garumu.

Frekvenci mēra apgrieztās sekundēs s -1 vai hercos (1 Hz = s -1).

Viļņa numurs parāda viļņu garumu skaitu uz 1 cm starojuma ceļa vakuumā un nosaka attiecība. Viļņu skaitļu izmērs ir cm -1. Viļņa skaitlis ir saistīts ar starojuma frekvenci: , kur c ir gaismas ātrums vakuumā (c ≈ 3× 10 8 m/s).

3.1. tabula

Elektromagnētiskā starojuma viļņu garumi

Starojuma veids	Viļņa garuma diapazons
Gamma starojums
Rentgens
Ultravioletais
Infrasarkanais	760 nm - 300 µm
Mikroviļņu krāsns	300 µm - 300 mm
Radio viļņi	No 300 mm līdz vairākiem kilometriem

Radiācijas enerģija , kur h ir Planka konstante (h = 6,62 × 10 -31 J × Ar.). Viļņu garumu (vai frekvenču) kopa atspoguļo starojuma spektru. Elektromagnētiskā spektra dalījums vairākos apgabalos (1.1. tabula) nav ass un saistīts galvenokārt ar dažāda viļņa garuma (vai frekvenču) starojuma iegūšanas un reģistrēšanas metodi un dažādu optisko materiālu izmantošanu.

Molekulārie spektri. IR spektroskopijas metode

Molekulu optiskie spektri tiek iegūti, mainot trīs veidu molekulu iekšējo enerģiju: elektronu enerģiju; atomu vibrācijas enerģija molekulā attiecībā pret noteiktu līdzsvara stāvokli; visas molekulas, piemēram, augšdaļas, rotācijas enerģija ap savu asi, tas ir

E=E el +E k +E laiks.

Katrs no šiem iekšējās enerģijas veidiem noteiktās vielas molekulām atbilst savam enerģijas līmeņu kopumam. Attālumu starp līmeņiem, to skaitu un relatīvo atrašanās vietu pilnībā nosaka vielas molekulu struktūra.

Uzbudinot vienu vai otru molekulu iekšējās enerģijas veidu, tiek iegūti molekulārie spektri: rotācijas; oscilējošs; elektroniski.

Rotācijas spektra ierosināšanai nepieciešama neliela enerģija - 0,005 - 0,025 eV, atomu vibrācijai molekulā - 0,05 - 0,5 eV, elektronisko spektru ierosināšanai - 5 - 10 eV. Taču elektroniskos un vibrāciju spektrus tīrā veidā iegūt nav iespējams. Vienlaikus ar atomu vibrāciju ierosmi mainās arī visas molekulas rotācijas ātrums. Tāpēc spektrs izrādās vibrācijas-rotācijas.

Molekulārās absorbcijas spektru analīze balstās uz Bouguer-Lambert-Beer likuma izmantošanu.

Absorbcijas spektru iegūšanai nepieciešams virzīt uz vielu tādu vai cita veida iekšējās enerģijas ierosināšanai nepieciešamo starojumu. Elektronisko spektru ierosmi veic ar ultravioleto un redzamo starojumu, vibrāciju spektriem ir nepieciešami IR starojuma kvanti, rotācijas spektriem nepieciešami mikroviļņu starojuma vai tālo IR starojuma kvanti.

IR spektroskopijas metodē visizplatītākais ir IR absorbcijas spektru izpēte, kas rodas, IR starojumam izejot caur vielu. Katrai vielai ir savs vibrāciju spektrs. Absorbcijas joslu skaitu spektrā, platumu, formu, intensitāti nosaka vielas struktūra un ķīmiskais sastāvs. Tas ļauj veikt kvalitatīvu un kvantitatīvu vielu analīzi visos agregācijas stāvokļos, izmantojot IR spektrus.

Kvalitatīva analīze

Lai veiktu paraugu kvalitatīvu analīzi, izmantojot infrasarkanos spektrus, ir nepieciešams interpretēt infrasarkano spektru. Šajā gadījumā ir nepieciešams apvienot eksperimentālos datus ar teorētiskiem aprēķiniem. Vielu infrasarkano spektru izpēte šobrīd tiek veikta ar divām metodēm: raksturīgo frekvenču noteikšana un komplekso vielu spektru salīdzināšana ar atsevišķu savienojumu spektriem.

Raksturīgo frekvenču metode. Molekulām, kurām ir vienādas ķīmiskās grupas, spektrā bieži ir vienādas frekvences. Šīs frekvences sauc par raksturīgajām frekvencēm.

Infrasarkanais spektrs tiek atšifrēts šādi: absorbcijas joslu noteikšana sākas ar spēcīgākajām un augstākajām frekvenču joslām OH saites stiepšanās vibrāciju reģionā. Saskaņā ar raksturīgo frekvenču tabulām absorbcijas josla tiek piešķirta noteiktas saites vibrācijai. Konkrētas saites klātbūtni apstiprina ar šo saiti saistītā deformācijas absorbcijas josla.

Salīdzināšanas metode. Nezināma savienojuma identificēšana no infrasarkanā spektra tiek veikta, salīdzinot tā spektru ar atsauces spektriem. Tam nepieciešams plašs atsauces spektru fails; šajā gadījumā svarīgākais faktors ir to reģistrācijas nosacījumu standartizācija. Pašlaik ir daudz organisko un neorganisko savienojumu atlanti.

Vielu identifikācija, izmantojot infrasarkano spektru, ir pilnīgi uzticama tikai tad, ja pētāmais spektrs precīzi atbilst standarta spektram pēc pozīcijas (frekvences), formas un visu joslu relatīvās intensitātes, tas ir, visa spektra līkne.

Darba kārtība

I daļa:

1. Sagatavot minerālu paraugus IR spektru reģistrēšanai.
2. Paņemiet savu izvēlēto minerālu IR spektrus vai izpētiet uzņemto minerālu spektrus.
3. Atšifrējiet minerālu spektrus.
4. Veiciet joslu piešķiršanu, sākot ar OH saites stiepšanās vibrāciju apgabalu, pēc tam lieces vibrācijas. Atrodiet spektrā joslas, kas ir atbildīgas par SiO saitēm.
5. Salīdziniet atrastās absorbcijas joslas ar minerālu failu un identificējiet noņemto minerālu.

II daļa:

1. Iegūstiet zināmo minerālu uztvertos spektrus.
2. Atšifrēt derīgo izrakteņu spektrus, atrast konkrētajam minerālam raksturīgās frekvences.
3. Veiciet sloksnes uzdevumus.
4. Izveidojiet atrasto frekvenču tabulas, piemēram:

Muskovītu spektra frekvenču tabula un to piešķiršana

maskaviešu

		Interpretācija

Minerālu IR spektru absorbcijas joslu tabula

Kontroles jautājumi

1. Kā tiek iegūti molekulārie spektri?
2. Kvalitatīva analīze, izmantojot IR spektroskopijas metodi.
3. Bouguer-Lambert-Beer likums.
4. Kā tiek veikta kvantitatīvā analīze, izmantojot IR spektrus?
5. Kā tiek interpretēti minerālu un iežu spektri, izmantojot salīdzināšanas metodi?
6. Kādas ir raksturīgās frekvences?
7. Kā tiek identificētas absorbcijas joslas, izmantojot raksturīgās frekvences?
8. Kādas raksturīgās pazīmes ir slāņveida minerālu IR spektriem?
9. Kā jūs varat atšķirt maskavītu no flogopīta, pamatojoties uz OH saites stiepšanās vibrācijām vizlās?
10. Kā pēc IR spektra atšķirt hidratētās vizlas no mazāk mitrinātām?

FEDERĀLĀS VALSTS BUDŽETA IZGLĪTĪBAS IESTĀDE

AUGSTĀKĀ PROFESIONĀLĀ IZGLĪTĪBA

"VORONEŽAS VALSTS UNIVERSITĀTE"

(FSBEI HPE "VSU")

Farmācijas fakultāte

Farmaceitiskās ķīmijas un farmaceitiskās tehnoloģijas katedra

KURSA DARBS

Infrasarkanā spektroskopija un tās praktiskā pielietošana farmaceitiskajā analīzē

VOROŅEŠA 2014. gads

Ievads

Infrasarkanās spektroskopijas metodes būtība

Organisko savienojumu IR absorbcijas spektri

2.1. Ogļūdeņraži

1.1. Piesātinātie ogļūdeņraži

1.2 Alkēni

1.3. Konjugētie ogļūdeņraži

2 Organiskie savienojumi ar funkcionālajām grupām

2.1 Organiskie savienojumi, kas satur skābekli

Grupu raksturīgās frekvences

Tuvo infrasarkano staru (NIR) spektroskopija

Furjē transformācijas spektroskopija

Paraugu sagatavošanas metodes un paņēmieni IR spektroskopijā

Secinājums

infrasarkanās spektroskopijas paraugs farmācijas

Ievads

Zāļu farmācijas tirgus paplašināšanās dēļ ir nepieciešamas arvien precīzākas un informatīvākas analīzes metodes. Nepieciešamību izmantot fizikāli ķīmiskās analīzes metodes, jo īpaši spektrālās, nosaka Krievijas Federācijas 12. farmakopejas prasības. Viena no daudzsološām analīzes metodēm ir IR spektroskopija.

Spektroskopija ir fizikas un analītiskās ķīmijas nozare, kas veltīta starojuma (tostarp elektromagnētiskā starojuma, akustisko viļņu uc) mijiedarbības spektru izpētei ar vielu. Fizikā spektroskopiskās metodes izmanto, lai pētītu visu veidu šīs mijiedarbības īpašības. Analītiskajā ķīmijā - vielu noteikšanai un noteikšanai, mērot to raksturīgos spektrus, t.i. spektrometrijas metodes.

Spektroskopijas pielietošanas jomas ir sadalītas pēc pētāmajiem objektiem: atomu spektroskopija, molekulārā spektroskopija, masas spektroskopija, kodolspektroskopija, infrasarkanā spektroskopija un citas.

Infrasarkanās spektroskopijas metode ļauj iegūt informāciju par molekulu relatīvajām pozīcijām ļoti īsos laika periodos, kā arī novērtēt to savstarpējās saiknes raksturu, kas ir fundamentāli svarīgi, pētot dažādu vielu strukturālās informācijas īpašības.

Infrasarkano (IR) spektroskopiju raksturo plašs informācijas saturs, kas ļauj objektīvi novērtēt ārstniecisko vielu autentiskumu un kvantitatīvo noteikšanu. IR spektrs nepārprotami raksturo visu molekulas struktūru. Ķīmiskās struktūras atšķirības maina IS spektra raksturu. Svarīgas IR spektroskopijas priekšrocības ir specifika, analīzes ātrums, augsta jutība, iegūto rezultātu objektivitāte un iespēja analizēt vielu kristāliskā stāvoklī. Izmantojot IR spektroskopijas metodi, iespējams veikt ne tikai ārstniecisko vielu kvantitatīvo novērtēšanu, bet arī tādu ķīmisko pārvērtību izpēti kā disociācija, solvolīze, vielmaiņa, polimorfisms u.c. .

.Infrasarkanās spektroskopijas metodes būtība

Infrasarkanā spektroskopija ir molekulārās optiskās spektroskopijas nozare, kas pēta elektromagnētiskā starojuma absorbcijas un atstarošanas spektrus infrasarkanajā reģionā, t.i. viļņu garuma diapazonā no 10 -6Infrasarkanais spektrs ir sarežģīta līkne ar lielu skaitu maksimumu un minimumu. Absorbcijas joslas parādās pētāmās sistēmas pamata elektroniskā stāvokļa vibrāciju līmeņu pāreju rezultātā. Atsevišķas molekulas spektrālie raksturlielumi (joslu maksimumu pozīcijas, to pusplatums, intensitāte) ir atkarīgi no to veidojošo atomu masām, struktūras ģeometrijas, starpatomisko spēku īpašībām, lādiņu sadalījuma utt., tātad infrasarkanie spektri. ir ļoti individuāli, kas nosaka to vērtību savienojumu identificēšanā un izpētes struktūrā.

Kvantitatīvā sakarība starp caur vielu pārraidītā starojuma intensitāti I un krītošā starojuma intensitāti I 0un daudzumi, kas raksturo absorbējošo vielu, ir balstīti uz Bouguer-Lambert-Beer likumu: I = I 0e -ccl , t.i., no absorbcijas joslu intensitātes atkarības no vielas koncentrācijas paraugā. Šajā gadījumā vielas daudzumu vērtē nevis pēc atsevišķām absorbcijas joslām, bet gan pēc spektra līknēm kopumā plašā viļņu garuma diapazonā. Ja komponentu skaits ir mazs (4-5), tad to spektrus ir iespējams matemātiski izolēt pat ar būtisku pēdējo pārklāšanos. Kvantitatīvās analīzes kļūda parasti ir daļa no procentiem.

Infrasarkanās spektroskopijas metode ir universāla fizikāli ķīmiskā metode, ko izmanto dažādu organisko un neorganisko savienojumu strukturālo iezīmju izpētē. Metodes pamatā ir elektromagnētiskā starojuma absorbcijas fenomens infrasarkanajā diapazonā pa testa objekta atomu grupām. Absorbcija ir saistīta ar molekulāro vibrāciju ierosmi ar infrasarkanās gaismas kvantiem. Apstarojot molekulu ar infrasarkano starojumu, tiek absorbēti tikai tie kvanti, kuru frekvences atbilst molekulu stiepšanās, deformācijas un librācijas vibrāciju frekvencēm.

Lai reģistrētu cietvielu virsmas spektrus, tiek izmantota novājinātās kopējās iekšējās atstarošanas metode. Tā pamatā ir vielas virsmas slāņa absorbcija elektromagnētiskā starojuma enerģijai, kas rodas no kopējās iekšējās atstarošanas prizmas, kas ir optiskā kontaktā ar pētāmo virsmu. Infrasarkano staru spektroskopiju plaši izmanto maisījumu analīzei un tīru vielu identificēšanai.

Tīro vielu identificēšana parasti tiek veikta, izmantojot informācijas izguves sistēmas, automātiski salīdzinot analizēto spektru ar datora atmiņā saglabātajiem spektriem. Jaunu vielu identificēšanai tiek izmantotas mākslīgā intelekta sistēmas (kuru molekulas var saturēt līdz 100 atomiem). Šajās sistēmās, pamatojoties uz spektrostrukturālajām korelācijām, tiek ģenerētas molekulārās struktūras, pēc tam tiek konstruēti to teorētiskie spektri un salīdzināti ar eksperimentālajiem datiem. Molekulu un citu objektu struktūras izpēte, izmantojot infrasarkanās spektroskopijas metodes, ietver informācijas iegūšanu par molekulāro modeļu parametriem un ir matemātiski reducēta uz apgriezto spektrālo problēmu risināšanu. Šādu problēmu risinājums tiek veikts, secīgi tuvinot vēlamos parametrus, kas aprēķināti, izmantojot īpašu spektrālo līkņu teoriju, eksperimentālajiem.

Molekulāro modeļu parametri ir sistēmu veidojošo atomu masas, saišu garumi, saites un vērpes leņķi, potenciālās virsmas raksturlielumi (spēka konstantes utt.), saišu dipola momenti un to atvasinājumi attiecībā uz saišu garumiem. uc Infrasarkanā spektroskopija ļauj identificēt telpiskos un konformācijas izomērus un pētīt intra- un starpmolekulāro mijiedarbību, ķīmisko saišu raksturu, lādiņu sadalījumu molekulās, fāzu pārvērtības, ķīmisko reakciju kinētiku, reģistrēt īslaicīgus (dzīves ilgums līdz 10). -6c) daļiņas, precizēt atsevišķus ģeometriskos parametrus, iegūt datus termodinamisko funkciju aprēķināšanai u.c.

Nepieciešams šādu pētījumu posms ir spektru interpretācija, t.i. noteikt normālo vibrāciju formu, vibrācijas enerģijas sadalījumu pa brīvības pakāpēm, identificējot būtiskus parametrus, kas nosaka joslu stāvokli spektros un to intensitāti. Molekulu, kas satur līdz 100 atomus, ieskaitot polimērus, spektru aprēķinus veic, izmantojot datoru. Šajā gadījumā ir jāzina molekulāro modeļu raksturlielumi (spēka konstantes, elektrooptiskie parametri utt.), kas tiek atrasti, risinot atbilstošās inversās spektrālās problēmas vai kvantu ķīmiskos aprēķinus.

Abos gadījumos parasti ir iespējams iegūt datus par molekulām, kas satur tikai periodiskās sistēmas pirmo četru periodu atomus. Tāpēc infrasarkanā spektroskopija kā molekulu struktūras izpētes metode ir kļuvusi visizplatītākā organisko un organoelementu ķīmijā. Dažos gadījumos gāzēm infrasarkanajā reģionā ir iespējams novērot vibrācijas joslu rotācijas struktūru. Tas ļauj aprēķināt dipola momentus un molekulu ģeometriskos parametrus, noskaidrot spēka konstantes utt.

Infrasarkanajai spektroskopijai ir vairākas priekšrocības salīdzinājumā ar spektroskopiju redzamajā un ultravioletajā apgabalā, jo tā ļauj izsekot visu galveno saišu veidu izmaiņām pētāmo vielu molekulās. Izmantojot infrasarkano spektroskopiju dabisko maisījumu kvalitatīvā un kvantitatīvā sastāva noteikšanai, nenotiek vielu iznīcināšana, kas ļauj tās izmantot turpmākiem pētījumiem. Kā zināms, infrasarkanajā spektroskopijā katras organiskās molekulas ķīmiskās grupas diapazonā atbilst noteiktam absorbcijas joslu kopumam, kas ir labi izpētītas un uzskaitītas attiecīgajās atsauces grāmatās. Jāņem vērā, ka infrasarkanā spektra ierakstīšanas procesā tiek radīti traucējumi noteiktos viļņu garumos, kas saistīti ar elektromagnētiskā starojuma absorbciju ar šķīdinātāju O-H un CH saitēm.

Bioloģiskā parauga infrasarkanais spektrs ir kopējais spektrs, kurā pārklājas dažādu organisko vielu un ūdens funkcionālo grupu absorbcijas joslas. Šī parādība kļūst sarežģītāka šo grupu atsevišķu vibrāciju veidu mijiedarbības dēļ, kas izraisa absorbcijas joslu formas izkropļojumus un to maksimumu nobīdi. Tāpēc infrasarkanajos spektros tiek novērots liels skaits plašu absorbcijas joslu ar neskaidriem maksimumiem. Parasti bioloģisko paraugu infrasarkano spektru atšifrēšana ir ļoti sarežģīta, tāpēc, lai atvieglotu kopējā spektra atšifrēšanu, nepieciešams bioloģisko paraugu atdalīt vienkāršākos komponentos. Tas ļauj iegūt lielāku skaitu absorbcijas joslu pētāmajai vielai un precīzāk noteikt parauga komponentu sastāvu.

Infrasarkanās spektroskopijas metodes pozitīvā iezīme ir tāda, ka dažādu vielu atomu grupas viena veida vibrāciju absorbcijas joslas atrodas noteiktā infrasarkanā spektra diapazonā (piemēram, 3720-3550 cm). -1- -OH grupu stiepšanās vibrāciju diapazons; 3050-2850 cm -1- grupas -CH, -CH 2, -CH 3organiskās vielas). Precīza atomu grupas absorbcijas joslas maksimuma pozīcija šajā diapazonā norāda vielas raksturu (piemēram, maksimums 3710 cm -1norāda uz -OH grupu klātbūtni, un maksimums ir 3030 cm -1- par aromātisko struktūru =C-H grupu klātbūtni).

Taču, ja pētāmais objekts nav mehānisks maisījums, bet ir sarežģīts ķīmisks savienojums, tad norādītās infrasarkano spektru pazīmes netiek atklātas.

Atomu grupu raksturīgo absorbcijas joslu skaits, to intensitāte un infrasarkanajos spektros novēroto maksimumu novietojums sniedz priekšstatu par atsevišķa savienojuma struktūru vai komplekso vielu komponentu sastāvu. Absorbcijas joslas intensitāti nosaka vērtība, kas skaitliski vienāda ar enerģiju, ko absorbē parauga atomu vai funkcionālās grupas, kad infrasarkanie stari iet caur tām. Svarīgs absorbcijas joslu diagnostikas rādītājs ir caurlaidības vērtība. Šo rādītāju un vielas koncentrāciju fotografētajā objektā saista apgriezti proporcionāla sakarība, ko izmanto atsevišķu komponentu satura kvantitatīvai noteikšanai.

Infrasarkanās spektroskopijas metode ļauj izpētīt bioloģiskās masas cieto un šķidro fāzi. Šī metode ļauj izpētīt paraugu kopumā, bez tā sadalīšanas un iepriekšējas ķīmiskās apstrādes, kā arī izmantot mazus (līdz 10 mg) paraugus.

Organisko vielu absorbciju dažādās infrasarkanā diapazona daļās nosaka ķīmiskās grupas, kas veido molekulu, vai precīzāk tās veidojošās saites, tāpēc metode ļauj totāli noteikt radniecīgās vielas, pamatojoties uz raksturīgajām absorbcijas zonām. . Infrasarkano staru spektroskopija tiek plaši izmantota bioloģisko šķidrumu, jo īpaši asiņu un to fragmentu, analīzei, un pēdējā laikā mutes šķidrums vai jauktas siekalas arvien vairāk tiek izmantots dažādu slimību diagnosticēšanai un prognozēšanai, taču iegūto rezultātu interpretācija ir sarežģīta, jo pētāmo objektu daudzkomponentu raksturs.

Izmantojot asiņu un siekalu infrasarkano spektroskopiju, ir iespējama tikai galvenajos komponentos iekļauto funkcionālo grupu kvantitatīvā analīze analītiskajos daudzumos. Tāpēc šo šķidrumu paraugu analīze ir sarežģīta, jo būtībā tiek analizēta to ūdens bāze

Medicīnā pēdējos gados infrasarkano staru spektroskopiju izmanto, lai noteiktu noteiktas vielas bioloģiskajos šķidrumos: asinīs, urīnā, siekalās, asaru šķidrumā, žultī, pienā, noteiktu noteiktus vitamīnus, hormonus un citas bioloģiski aktīvas vielas. Turklāt pēdējā laikā šo metodi arvien vairāk izmanto, lai raksturotu biopsijās pētīto šūnu biomembrānu proteīnu, lipīdu un fosfolipīdu konformācijas un strukturālās izmaiņas, kā arī izmantojot optiskās šķiedras metodes.

Izmantojot šo metodi, var novērtēt dažādu zāļu farmakokinētiku. Cukura diabēta gadījumā ir konstatētas ticami nozīmīgas asins infrasarkanā spektra izmaiņas, un ir pierādīta iespēja izmantot infrasarkanā spektra indikatorus agrīnai zobu slimību diagnostikai un zobu kariesa prognozēšanai bērniem. Tika veikts pētījums par straujām infrasarkanā asins spektra indikatoru izmaiņām, lai prognozētu, diagnosticētu un noteiktu osteoporozes smagumu un ārstēšanas efektivitāti. Ir pierādīta iespēja izmantot infrasarkano staru spektroskopiju reģenerācijas procesu pētīšanai. Infrasarkano staru spektroskopiju izmanto arī tiesu ekspertīzē, lai pētītu mitohondriju genomu personas identifikācijai un paternitātes noteikšanai.

.Organisko savienojumu IR absorbcijas spektri

Pētot organiskos savienojumus, parasti tiek izmantota infrasarkanā starojuma absorbcija 2-50 mikronu (5000-200 cm-1) apgabalā. ).

IR spektru iegūšanai tiek izmantoti optiskie instrumenti, kas izmanto siltuma avotus un starojuma uztvērējus, un prizmas materiāls ir halogenīdu sāļi (LiF, CaF2, NaCl, KBr, Csl). Mūsdienu ierīcēs sāls optiku aizstāj ar difrakcijas režģi.

Ierakstot IR absorbcijas spektrus, viļņa garuma parametrs ir mikroni (µm) vai frekvences apgrieztos centimetros (cm -1). Intensitāti izsaka procentos no caurlaidības vai absorbcijas un tikai dažos gadījumos kā optisko blīvumu.

Infrasarkanos spektrus var izmērīt gāzveida, šķidriem un cietiem savienojumiem. Gāzveida savienojumu spektru mērīšanai tiek izmantotas īpašas gāzes šūnas. Šķidrie savienojumi tiek uzklāti plēves veidā uz materiāla plāksnēm, kas pētāmajā zonā ir caurspīdīgas (piemēram, KBr, NaCl, Csl, KCl). No cietām vielām vazelīna eļļā pagatavo suspensiju, ko ievieto starp sāls plāksnēm. Jāpatur prātā, ka pati vazelīna eļļa labi uzsūc pie 3000-2800 cm3 -1, 1460 un 1380 cm -1. Tāpēc, lai pētītu vielu uzsūkšanos šajā jomā, vazelīna vietā izmanto perhaloīdus ogļūdeņražus. Cieto vielu spektrus var iegūt, presējot tos ar kālija bromīdu un reģistrējot iegūtās plāksnes spektru. Tomēr dažreiz viela mijiedarbojas ar kālija bromīdu, kas izraisa spektra izkropļojumus. Infrasarkanos spektrus var izmērīt arī risinājumiem. Tā kā nav šķīdinātāju, kas būtu caurspīdīgi visā spektrālajā reģionā, šķīdumu IR spektru mērījumus parasti veic tikai šauriem apgabaliem. Lai pētītu ūdens, skābos un sārmainos šķīdumus, tiek izmantotas kivetes, kas izgatavotas no ūdenī nešķīstošiem materiāliem (fluorīts, silīcijs, germānija un citi IR reģionā caurspīdīgi materiāli). Vibrāciju frekvences atkarība no spēka konstantes un atommasas ļauj novērtēt atsevišķu grupu absorbcijas joslu novietojumu.

Deformācijas vibrāciju spēka konstantes ir ievērojami mazākas nekā stiepšanās vibrāciju spēka konstantes, tāpēc deformācijas vibrāciju joslas atrodas zemāko frekvenču apgabalā.

2. attēlā parādīti organisko savienojumu strukturālo elementu absorbcijas apgabali.

Rīsi. 1. Dažu šķīdinātāju uzsūkšanās pie slāņa biezuma 0,1 mm

Rīsi. 2. Dažu konstrukcijas elementu absorbcijas laukumi

1400-900 cm platībā -1parādās C-C, C-O, C-N grupu vibrācijām atbilstošas ​​absorbcijas joslas, kā arī daudzas lieces vibrācijas. Šo vibrāciju spēcīgās mijiedarbības rezultātā absorbcijas joslu piešķiršana atsevišķām saitēm nav iespējama, tomēr viss absorbcijas joslu komplekts šajā reģionā ir savienojumu individuāla īpašība. Tāpēc šo apgabalu sauc par ?pirkstu nospiedumu zonu? .

Rīsi. 3. Izomēru heksānu IR absorbcijas spektri: a - c-heksāns; b - 2-metilpentāns.

Pēc IR spektriem pirkstu nospiedumu zonā? Ir iespējams identificēt pat izomērus ogļūdeņražus, kuru noteikšana ar citiem līdzekļiem ir ļoti sarežģīta. Piemērs ir divu heksāna izomēru spektri, kas parādīti attēlā. 3.

1 Ogļūdeņraži

1.1. Piesātinātie ogļūdeņraži

Ogļūdeņražu IR spektrus raksturo absorbcijas joslu parādīšanās C-C un C-H saišu vibrāciju dēļ.

Ogļūdeņražu joslas, kas saistītas ar raksturīgajām frekvencēm C- ? (metil, metilēna un metāna grupas) atrodas trīs reģionos: 3000-2800, 1400-1300 un aptuveni 700 cm-1 .

Absorbcija reģionā 3000-2800 cm -1C-H stiepšanās vibrāciju dēļ. Tas parādās kā sarežģīta absorbcijas josla, kuras maksimums ir 2962 un 2872 cm -1pieder pie metilgrupas vibrācijām (asimetriskas ?AS un simetrisks - ?S), un maksimums ir 2926 un 2853 cm -1attiecas uz metilēngrupas stiepšanās vibrācijām (?AS Un ?S).

Šo absorbcijas joslu pozīcija ir labi saglabāta visu veidu alifātiskajiem ogļūdeņražiem. Joslu intensitāte ir atkarīga no metilēna un metilgrupu skaita ogļūdeņraža molekulā. Metilgrupa C- ? ir salīdzinoši vāja absorbcijas josla. CH apmēram 2890 cm -1, kas pārklājas ar intensīvām CH2 un CH3 grupu absorbcijas joslām.

Absorbcija 1400-1300 cm reģionā -1un apmēram 700 cm -1C-H saišu deformācijas vibrāciju dēļ. Metilgrupai ir gan simetriskas, gan asimetriskas lieces vibrācijas. Josla pie 1460 cm -1atbilst metilgrupu asimetriskai lieces vibrācijai, josla 1380cm -1- simetriska vibrācija. Šīs joslas sadalīšana dubletā var norādīt uz gemdimetilgrupu. Metilēna grupām ir raksturīgi četri deformācijas vibrāciju veidi: šķērveida, ventilatora, vērpes un svārsta. Absorbcijas josla, kas atbilst metilēngrupu šķērveida vibrācijām, atrodas pie 1467 cm -1. Svītras 1467 cm -1metilēns un 1460 cm -1metilgrupas pārklājas un ir grūti nošķiramas sazaroto ogļūdeņražu spektros. Normālos ogļūdeņražos ar n>5 metilgrupas josla ir pie 1460 cm -1parādās kā plecs uz 1467 cm garas sloksnes -1. Metilēna grupu svārsta vibrācijas ir 790-720 cm-1 robežās. To atrašanās vietu nosaka oglekļa ķēdes garums. Tātad C2H5 svārsta svārstību biežums ir 790-770 cm -1, C 3H 7tā vērtība ir 743-734 cm -1. Ja n=4 atbilstošā josla tiek novērota pie 725-720 cm -1(cietiem paraugiem, dažreiz dubleta veidā). Svārsta svārstības CH 2-grupas var izmantot polimetilēna ķēžu noteikšanai. Joslas, kas atbilst metilēngrupu vērpes un ventilatora vibrācijām un metāna grupu lieces vibrācijām, atrodas ap 1300 cm -1; tiek reti izmantoti identifikācijai, jo tiem trūkst specifiskuma un zemas intensitātes. Metilēna grupas lieces vibrāciju absorbcijas joslu intensitātes palielinās lineāri, palielinoties CH grupu skaitam 2. Absorbcijas joslas, kas atbilst skeleta vibrācijām, ir salīdzinoši zemas intensitātes un parādās divās zonās: 1100–700 cm -1un zem 500 cm -1. Pirmais reģions ir saistīts ar oglekļa skeleta stiepšanās vibrācijām, otrais - ar deformācijas vibrācijām. Eksperimentālie pētījumi ar lielu skaitu ogļūdeņražu ir parādījuši, ka izopropilgrupas klātbūtnē molekulā spektrā parādās joslas pie 1170 un 1145 cm. -1, terc-butils - pie 1255 un 1210 cm -1, kvartāra oglekļa atoma klātbūtnē absorbcija tiek novērota pie 1215 un 1195 cm -1. Šos datus var minēt tikai kā pierādījumus par labu šo grupu klātbūtnei, bet ne kā nepārprotamu pierādījumu.

Oglekļa skeleta deformācijas vibrācijas, kas atrodas reģionā zem 500 cm -1, praktiski nav pētīti IR spektros.

2.1.2. Alkēni

Daudzkārtējas saites ievadīšana organiskā savienojuma molekulā izraisa absorbcijas joslu parādīšanos, kas raksturo šo saiti, un maina ar to tieši saistīto grupu absorbcijas joslu stāvokli. Monoolefīnās C = C stiepšanās vibrācijas ir saistītas ar absorbcijas joslu aptuveni 1680-1640 cm -1. Šī vibrācija nav stingri valence, jo kopā ar ? C = C saites stiepšana izraisa saites leņķu izmaiņas ?-C = C. Centrosimetriskos etilēna savienojumos vibrācija ?C = C ir neaktīvs simetrijas aizlieguma dēļ (jo simetriskas vibrācijas rodas, nemainot dipola momentu); asimetriskās molekulās absorbcijas joslas intensitāte palielinās, dubultai saitei virzoties uz ķēdes galu. Stiepjošās vibrācijas joslas pozīcija C = C intervālā 1680-1640 cm -1ir atkarīgs no aizvietošanas pakāpes pie C = C saites un molekulas ģeometrijas.

C = C saites absorbcijas joslas pozīcija cikloalkānos ir atkarīga no tā, vai tā ir endo- vai eksocikliska. Endocikliskajai frekvencei ?C = C nedaudz palielinās, palielinoties cikla leņķim; eksocikliskajai saitei C = C frekvence ?C=C palielinās, palielinoties ciklu intensitātei.

Stiepšanās vibrāciju biežums =C- ? novērots pie 3010-3095 cm -1un vērtību ?=C-H nosaka aizvietošanas pakāpe: =CHR raksturo svārstības ar ?=3040-3010 cm -1, grupai =GH 2parādās svārstības ar frekvenci 3095-3075 cm -1. =C- saišu plaknes deformācijas vibrāciju joslas ? zemas intensitātes, kas atrodas metilēna un metilgrupu deformācijas vibrāciju zonā un parasti netiek izmantotas struktūras analīzei. Gluži pretēji, neplaknes deformācijas vibrāciju joslas ?-C = C- ? alkēnu spektros ir ļoti raksturīgi, kas atrodas 1000-800 cm apgabalā -1un diezgan intensīvi. Absorbcija pie 970-965 cm -1raksturīgs trans izomēram.

Pēc absorbcijas 1000-800 cm reģionā -1ar labu ticamības pakāpi ir iespējams noteikt gala vinila R-CH =CH 2un metilēngrupa R 2C = CH 2. Pārējās alkēna molekulas vibrāciju daudzkārtējā saite būtiski neietekmē.

2.1.3. Konjugētie ogļūdeņraži

Divu C=C saišu konjugācija noved pie divu absorbcijas joslu parādīšanās 1650-1600 cm apgabalā -1. Sadalīšanās ir izskaidrojama ar mehānisko mijiedarbību un normālu vibrāciju formu izmaiņām. Joslu intensitāte ir palielināta salīdzinājumā ar atbilstošā nekonjugētā savienojuma absorbcijas intensitāti. Poliēniem šajā reģionā parādās vairākas joslas, kas dažkārt saplūst vienā platā joslā, un, palielinoties konjugēto saišu skaitam, absorbcijas joslas pāriet uz zemākām frekvencēm.

4. att. Klotrimazola absorbcijas spektrs

Ja dubultās saites ir konjugētas ar aromātisku gredzenu, C = C joslas nobīde parasti ir mazāka nekā tad, ja tiek konjugētas alifātiskās saites. Joslas intensitāte ievērojami palielinās līdz ar aromātiskā gredzena skeleta vibrāciju absorbcijas joslu intensitātes palielināšanos 1600-1500 cm-1 apgabalā. .

Īpaši spēcīga vibrāciju mijiedarbība notiek kumulatīvo saišu gadījumā; Visi trīs alēnu grupas oglekļa atomi piedalās vibrācijā, radot divas absorbcijas joslas: intensīva aptuveni 1950 cm -1(? AS) un vājš pie 1050 cm-1 (?S) .

2.2 Organiskie savienojumi ar funkcionālām grupām

Funkcionālo grupu ieviešana noved pie būtiskām izmaiņām atbilstošā ogļūdeņraža IR spektrā. Tāpat kā ogļūdeņražiem, joslu kopums 1400-700 cm apgabalā -1ir katras vielas individuāla īpašība. Turklāt spektrā parādās joslas, kas raksturīgas katrai funkcionālajai grupai.

2.2.1 Organiskie savienojumi, kas satur skābekli

Raksturīgākās absorbcijas joslas parādās 3600-3000 cm apgabalos -1(O-H grupas stiepšanās vibrācijas) un 1400-1000 cm -1(vibrācijas, kas saistītas ar C-O-H grupu). O-stiepjošās vibrācijas ? ir raksturīgi, jo tie ietver vieglu ūdeņraža atomu. Tie tiek novēroti plašā frekvenču diapazonā (3600-2500 cm -1), kas ir saistīts ar hidroksilgrupas spēju veidot ūdeņraža saites. Ūdeņraža saites veidošanās ietekmē OH stiepšanās vibrācijas joslu stāvokli un formu.

Brīvajai, nesaistītajai spirtu un fenolu hidroksilgrupai ir šaura absorbcijas josla 3670-3580 cm -1. Šo joslu parasti novēro atšķaidītos hidroksilgrupu saturošu savienojumu šķīdumos inertos šķīdinātājos. Brīvās OH grupas joslu identificēšana nav grūta, jo citas pamata vibrācijas nerada joslas šajā reģionā, un virstoņu intensitāte ir daudz zemāka.

5. att. Etanola absorbcijas spektrs

Hidroksilgrupas līdzdalība starpmolekulāro ūdeņraža saišu veidošanā izpaužas kā absorbcijas joslas nobīde uz zemākām frekvencēm un ievērojama tās intensitātes palielināšanās. Ūdeņraža saišu veidošanās starp spirta molekulām izraisa dimēru un poliasociētu savienojumu parādīšanos. Dimēriem raksturīgs asas absorbcijas joslas izskats 3550-3450 cm reģionā. -1poliasociēto savienojumu spektrā ir plata josla 3400-3200 cm apgabalā -1. Starpmolekulāro ūdeņraža saišu raksturīga iezīme ir spektra rakstura izmaiņas 3600-3200 cm apgabalā. -1mainoties hidroksilgrupu saturoša savienojuma koncentrācijai inertā šķīdinātājā (6. att.): pie zemām vielas koncentrācijām spektrā ir šaura absorbcijas josla, kas atbilst brīvajai hidroksilgrupai (6.a att.). Koncentrācijas palielināšanās izraisa dimēru un poliasociātu parādīšanos, un spektrā kopā ar brīvās OH grupas joslu parādās absorbcija garākā viļņa garuma apgabalā (6.b att.). Tālāku koncentrācijas pieaugumu pavada saistītās OH grupas joslas absorbcijas intensitātes palielināšanās un brīvās hidroksilgrupas joslas intensitātes samazināšanās (6. att., c, d).

Rīsi. 6. Hidroksilgrupu saturoša savienojuma IR absorbcijas spektri spirta koncentrācijā CCl4: a - 0,01 M; b - 0,1 M; c - 0,2 M; g-1,0 ?

Starpmolekulāro ūdeņraža saišu veidošanos ar polāriem savienojumiem, piemēram, ēteriem, ketoniem, amīniem utt., pavada joslu nobīde ? ak 3550-3450 cm platībā -1. Tajā pašā laikā tiek novērota neliela elektronu donoru grupas absorbcijas joslu nobīde (10-20 cm -1) uz zemas frekvences reģionu. OH grupas dalība intramolekulārajā ūdeņraža saitē izraisa šauras absorbcijas joslas parādīšanos 3590-3420 cm reģionā. -1. Helātu tipa ūdeņraža saite parādās kā ļoti plaša, difūza absorbcijas josla 3200-2500 cm -1. Atšķirībā no starpmolekulārām ūdeņraža saitēm savienojumu ar intramolekulārām ūdeņraža saitēm absorbcijas raksturs inertos šķīdinātājos nav atkarīgs no koncentrācijas.

Tādējādi IR spektri reģionā 3600-3000 cm -1ļauj pētīt ūdeņraža saites organiskajos savienojumos. Izpētot absorbcijas joslu stāvokļa un intensitātes atkarību šajā reģionā no hidroksilgrupu saturoša savienojuma koncentrācijas, ir iespējams noteikt ūdeņraža saites raksturu. Polārās C-O saites klātbūtne izraisa intensīvas absorbcijas joslas parādīšanos diapazonā no 1200 līdz 1000 cm -1, pateicoties šīs grupas dalībai skeleta vibrācijās. Turklāt 1400-1250 cm platībā -1Parādās intensīvas absorbcijas joslas, kas saistītas ar OH grupas plaknes lieces vibrācijām. Literatūrā ir atrodami darbi, saskaņā ar kuriem ir iespējams atšķirt primāros, sekundāros, terciāros spirtus un fenolus pēc absorbcijas joslu novietojuma 1400-1000 cm apgabalā. 1. Tomēr strukturālās analīzes nolūkos šie dati ir rūpīgi jāizmanto. Ēteri. C-O-C grupas ēteru vibrācijas nav raksturīgas. Tomēr 1200-1000 cm reģionā -1Ēteros parādās intensīva absorbcijas josla, kas saistīta ar polārās C-O-C saites līdzdalību vibrācijā. Šīs joslas pozīcija nav nemainīga un ir atkarīga no ētera struktūras: piemēram, alicikliskajos ēteros šī josla atrodas 1150-1060 cm apgabalā. -1, un aromātiskajiem un nepiesātinātajiem esteriem tas tiek novērots 1270-1200 cm apgabalā -1. Vienkāršu ētera saiti nevar viennozīmīgi pierādīt no IR absorbcijas spektriem. Skābekļa ievadīšana ietekmē metilgrupu un metilēngrupu absorbcijas joslu stāvokli, kas ir tieši saistīti ar skābekļa atomiem. Tādējādi alifātisko ēteru metilgrupas (ROCH) simetrisko stiepšanās vibrāciju josla 3) pāriet uz 2830-2815 cm -1. Aromātiskajos esteros (ArOCH 3) CH3 grupas absorbcijas joslas tiek novērotas pie 2850 cm -1. Stiepšanās vibrācijas C- ?-saites ar epoksīda gredzenu parādās pie 3050-2990 cm -1, CH svārstības in ?,?-nepiesātinātie ēteri - pie 3150-3050 cm-1 .

2.2. Fosfororganiskie savienojumi

Fosfīnu spektros novērojamas asas vidējas intensitātes absorbcijas joslas 2440-2350 cm apgabalā. -1, ko izraisa saites stiepšanās vibrācijas ?-?. Fosfīns pats uzsūcas pie 2327 un 2421 cm -1. Grupa ?-? būtiski nepiedalās ūdeņraža saišu veidošanā. Grupa ?-Ag raksturo absorbcijas joslas intervālos 1450-1435 un 1005-995 cm -1Ar P = O grupu saistītā vibrācija parādās 1350-1175 cm apgabalā -1. Šī frekvence samazinās par 50-80 cm -1, ja P = O grupa piedalās ūdeņraža saišu veidošanā. Fosfora savienojumos, kas satur POOH grupu, absorbcijas josla ? ak parādās 2700-2560 cm reģionā -1(plats un izplūdis). Ar grupu ?-O-Ar ir saistīts ar absorbcijas joslām 1240-1190 cm -1un mazāk intensīva josla ap 1030 cm -1. Grupēšana ?-O-Alk izraisa absorbciju diapazonā no 1050-995 cm -1. Platībā 970-930 cm -1var parādīties josla grupas svārstību dēļ ?-O-R. P = S saites izraisa absorbciju 800-600 cm apgabalā -1. Fosfora savienojumiem ir raksturīga intensīva uzsūkšanās 980 cm augstumā -1, kuras būtība nav skaidra.

7. att. Tiamīna hidrohlorīda absorbcijas spektrs

2.3. Polimēru infrasarkanie spektri

Polimērs sastāv no makromolekulām, kas ir veidotas no vesela skaita relatīvi mazām atkārtotām vienībām. Polimēra molekulmasa parasti ir no 10 3līdz 10 6a.e. Daudzu atomu saturs polimēra molekulā rada ievērojamu skaitu normālu vibrāciju, tāpēc varētu sagaidīt sarežģītu polimēra IR spektra izskatu. Tomēr lielākajai daļai polimēru ir raksturīgi salīdzinoši vienkārši spektri šādu iemeslu dēļ. Reālos polimēros katrai atkārtotai struktūrvienībai (vienības šūnai) ir raksturīgas noteiktas normālas vibrācijas, kuras var mainīties blakus esošo struktūrvienību mijiedarbības rezultātā. Ja mijiedarbība ir neliela vai tās vispār nav, to parastajām vibrācijām ir līdzīgas frekvences un tās parādās spektrā vienas absorbcijas joslas formā (deģenerētas vibrācijas). Spēcīga mijiedarbība izraisa strukturālo vienību normālo vibrāciju frekvenču izmaiņas, kas izpaužas kā absorbcijas joslas sadalīšana spektrā. Polimēru ķēdes spektrā, kas sastāv no N saistītām atkārtotām vienībām, katra josla sadalīsies N komponentos. Joslu sadalīšanas apjoms ir atkarīgs no strukturālo vienību mijiedarbības stipruma. Šo vienību mijiedarbība atsevišķu funkcionālo grupu raksturīgo vibrāciju gadījumā parasti ir neliela, bet izrādās būtiska skeleta vibrācijām. Vidējo tuvu vibrāciju frekvenču noteikšanas rezultātā pazūd atsevišķi maksimumi absorbcijas joslās, un spektrs kļūst vienkāršāks.

Vēl viens iemesls, kas izraisa spektru vienkāršošanu, ir stingri atlases noteikumi, kas nosaka molekulāro vibrāciju aktivitāti. Saskaņā ar atlases noteikumiem infrasarkanajā reģionā ir aktīvas tikai tās parastās svārstības, kas saistītas ar sistēmas elektriskā griezes momenta izmaiņām, un atlases noteikumi nav atkarīgi no spēka konstantēm, bet tikai no simetrijas veida. Molekulās, kurām nav simetrijas, visas parastās vibrācijas ir aktīvas.

Polimēru kvalitatīvās analīzes uzdevums, izmantojot IR spektrus, ir noteikt vismaz galvenās sastāvdaļas, ja to daudzums un koncentrācija maisījumā nav zināmi.

Nepieciešams nosacījums metodes pielietošanai ir savstarpēji nepārklājošu laukumu klātbūtne maisījumu veidojošo vielu spektros. Polimēra paraugam, kas nesatur piemaisījumus, IR metode var ar augstu ticamības pakāpi noteikt ne tikai polimēra ķēdes galveno struktūru, bet pat tās mazākās detaļas ražošanas vai apstrādes metodes dēļ. Piemēram, atsevišķi plastifikatoru, antioksidantu un citu piedevu spektri tiek izmantoti, lai no spektra izslēgtu nepolimēru absorbcijas joslas.

Līdz ar molekulu struktūras kvalitatīvu noteikšanu IR spektroskopija dod iespēju iegūt kvantitatīvus datus par atsevišķu atomu grupu saturu, saitēm un to kombināciju molekulā. Pēc polimērā iekļauto molekulāro struktūru kvantitatīvā satura noteikšanas tiek atrasts tā sastāvs. Taču, salīdzinot ar citām spektroskopiskajām metodēm (elektronu un radiospektroskopiju), ICS dažos gadījumos ir zemāka jutība un precizitāte, kas izslēdz iespēju noteikt zemu funkcionālo grupu saturu.

Polimēru sastāva kvantitatīvā analīze ir balstīta uz to, ka katrai no analizētajām monomēru grupām ir sava specifiska ķīmiskā struktūra un līdz ar to arī savas tikai tai raksturīgas absorbcijas joslas. Visām vielām, izņemot optiskos izomērus, ir dažādi IR spektri. Tos bieži sauc par molekulas “pirkstu nospiedumiem”. ICS metode ir gandrīz universāla savās iespējās; paraugi var būt šķidri, cieti, gāzveida, bezkrāsaini vai krāsaini. Visticamāko informāciju var iegūt par regulāras struktūras lielmolekulāriem paraugiem ar lineāru ķēdes konfigurāciju, kad gala grupu, anomālo saišu un cita veida nelīdzenumu ieguldījums ir minimāls. Gadījumos, kad uzdevums nav noteikt atomu relatīvo izvietojumu molekulā, bet ir nepieciešams tikai noteikt atbilstošo grupu kvantitatīvo saturu, rodas jautājums par analītiskās absorbcijas joslas izvēli, tās intensitātes mērīšanu un salīdzināšanu ar analītisko absorbcijas joslu. tās pašas joslas intensitāte standarta savienojumā. Ja iespējams, kā analītisku tiek izvēlēta izolēta absorbcijas josla; garozas klātbūtne spektrā ir saistīta ar vēlamās atomu kombinācijas klātbūtni pētāmajā paraugā. Ražojot polimērus, apstrādājot tos un prognozējot to veiktspēju produktos, ir nepieciešams kontrolēt polimēru molekulu struktūru, ko vairumā gadījumu var atrisināt ar spektroskopijas metodēm. Piemēram, no IR spektriem var spriest par viena vai cita veida nepiesātināto grupu relatīvo saturu ar dažādām polimerizācijas metodēm iegūtajos poliolefīnos, to makromolekulu sazarojumus un polimēra ķēdes uzbūvi. Tādējādi 1,4-trans un 1,4-cis-polibutadiēnu molekulu struktūras atšķirība atspoguļojas IR spektrā (5. att.) un ļauj iegūt informāciju par gumijas struktūru.

Rīsi. 8. Polibutadiēna ar pārsvaru 1,4 - cis - (1) un 1,4 - trans izomēru (2) IR absorbcijas spektri.

3. Infrasarkanais starojums un molekulārās vibrācijas

IR absorbcijas spektrs ir unikāla šāda veida fiziska īpašība. Nav divu savienojumu, izņemot optiskos izomērus, kuriem ir atšķirīga struktūra, bet vienādi IR spektri. Dažos gadījumos, piemēram, polimēros ar līdzīgu molekulmasu, atšķirības var būt tikko pamanāmas, taču tās vienmēr pastāv. Vairumā gadījumu IR spektrs ir molekulas “pirkstu nospiedums”, kas ir viegli atšķirams no citu molekulu spektriem, papildus tam, ka absorbcija ir raksturīga atsevišķām atomu grupām, tās intensitāte ir tieši proporcionāla to koncentrācijai. Tādējādi, mērot absorbcijas intensitāti, pēc vienkāršiem aprēķiniem tiek iegūts konkrētā komponenta daudzums paraugā. Metode ir gandrīz universāla pēc savām iespējām. Paraugi var būt šķidri, cieti vai gāzveida. Tie var būt organiski vai neorganiski, lai gan neorganiski. vielas dažkārt nedod precīzi definētus spektrus.Parastos apstākļos IR starojumam un nepolārām molekulām ir caurspīdīgas tikai monatomiskas gāzes (Ne, He, O 2, N 2, H 2). Vēl viens ierobežojums ir tāds, ka tik izplatītam šķīdinātājam kā ūdenim ir ļoti spēcīga absorbcija IR reģionā un turklāt tas izšķīdina kivetu logus, kas tiek izmantoti kā sāls kristālu plāksnes. IR spektroskopijas metode parasti nav ļoti jutīga pret piemaisījumiem, ja vien tie nepārsniedz 1%. Tas, protams, var būt gan svētība, gan nelaime, viss ir atkarīgs no skatpunkta un risināmās problēmas. Tāpat var radīt vilšanos, ka daudzām grupām raksturīgo absorbcijas joslu pozīcijas dažādās molekulās atšķiras, taču tas apstiprina absorbcijas spektra individualitāti un sniedz plašāku ieskatu molekulas struktūrā nekā tad, ja joslas būtu nemainīgas.

Infrasarkanais starojums ir starojums ar viļņu garumu no 0,5 līdz 1000 mikroniem. IR diapazonā parādās pārejas starp molekulu vibrācijas un rotācijas enerģijas līmeņiem. Ķīmiskās saites molekulās tiek pakļautas vibrācijas kustībām. Molekulu vibrāciju enerģija tiek kvantēta, tas ir, absorbētā enerģija nemainās nepārtraukti, bet pēkšņi. Rezultātā molekulas vibrāciju (infrasarkanais) spektrs ir virkne pīķu (absorbcijas joslu), kas atbilst dažādām vibrācijas enerģijas pārejām. Lielākā daļa vibrāciju pāreju organisko savienojumu molekulās notiek viļņu garuma diapazonā ? no 2,5 līdz 25 mikroniem. Viļņu skaitļu vienībās ? = 1/? (c m -1), vērtības ir abpusējas viļņu garumiem, šis intervāls ir 4000-400 cm -1. Tieši šajā viļņu skaitļu diapazonā tiek reģistrēti organisko un dabisko savienojumu IR spektri.

4. Grupu raksturīgās frekvences

Jēdziens "grupas raksturīgā frekvence" apkopo empīriskos novērojumus, ka noteiktas atomu grupas - funkcionālās grupas organiskajos savienojumos - rada absorbcijas joslas ar raksturīgām frekvencēm. Šīs grupas uzvedas it kā izolētas un neatkarīgi no pārējās molekulas, jo to absorbcijas frekvences, pārejot no viena savienojuma uz citu, maz mainās. Vienkāršā diatomiskā X-Y molekulā stiepšanās vibrācijas biežums ir atkarīgs no starpkodolu saites stipruma un no abu atomu masām. Tāpēc poliatomiskās molekulās ir iespējama raksturīgas frekvences (X-Y) parādīšanās, ja šī josla attiecas uz vibrācijas kustību, kas pieder tikai šai X-Y grupai. Bet šis nosacījums nav precīzi izpildīts, jo tad, kad tiek ierosināta galvenā vibrācija, visiem atomiem ir jābūt kustībā, pat ja tikai nedaudz. Faktiski pārējā molekulas daļa nelielā mērā (parasti apmēram 5%) ietekmē grupas raksturīgās frekvences stāvokli, un frekvences nobīdes virzienam un lielumam ir liela nozīme strukturālajā analīzē, jo tie bieži vien ļauj. absorbcija, kas jāpiešķir kādam konkrētam funkcionālās grupas variantam. Tādējādi karbonilgrupa absorbē, kā tika konstatēts, apgabalā 1820-1620 cm -1, bet piesātinātie un nepiesātinātie acikliskie ketoni īpaši absorbē apmēram 1720 un 1680 cm -1attiecīgi. Šāda veida "otrās kārtas" efekts, pateicoties intramolekulāriem faktoriem, ir ļoti līdzīgs kodolmagnētiskās rezonanses "ķīmiskajai nobīdei", ko uzrāda metilgrupas un metilēngrupas. Savienojuma infrasarkanais spektrs ir atkarīgs arī no tā fizikālā stāvokļa. Šīs ietekmes parasti ir nelielas, taču tās var kļūt lielas, ja rodas nozīmīgi intramolekulārie spēki, piemēram, ūdeņraža saite; šajā gadījumā pareiza grupu frekvenču piešķiršana prasa pastiprinātu uzmanību.

Atsevišķu atomu grupu raksturīgās absorbcijas frekvences.

4.1. Grupu raksturīgo frekvenču pielietošana

Ideālā gadījumā katrai funkcionālajai grupai vajadzētu būt raksturīgam frekvenču un intensitātes diapazonam, un zināmā mērā tas arī notiek. Piemēram, nesaistītās hidroksilgrupas un sekundārā amīna (OH) un (NH) galvenās vibrācijas absorbē diezgan skaidri pie ~3610 un 3400 cm -1attiecīgi; grupas ar trīskāršo saiti var noteikt pēc to stiepšanās absorbcijas 2100 cm apgabalā -1, un, lai gan šīs joslas dažreiz ir ļoti zemas intensitātes, tās joprojām tiek uzskatītas par raksturīgām, jo ​​lielākā daļa organisko vielu ir relatīvi caurspīdīgas no 2700 līdz 1800 cm -1. Praksē svītras virs 1500 cm -1ir ļoti viegli attiecināmas uz funkcionālajām grupām, piemēram, OH, NH, C=O un C=C, taču zem šīs frekvences spektrs ir sarežģītāks un nosaka atsevišķu molekulu, nevis tās funkcionālās grupas. Tāpēc, interpretējot infrasarkano staru spektru, vispirms ir ērti ņemt vērā “funkcionālo grupu” reģionu (virs 1500 cm -1) un pēc tam tā saukto “pirkstu nospiedumu” apgabalu (zem 1500 cm -1). Šis dalījums nav absolūti nozīmīgs, jo ievērojams skaits svarīgu raksturīgo frekvenču faktiski parādās zem 1500 cm -1, tas vienkārši kalpo kā pirmais tuvinājums. "Pirkstu nospiedumu" apgabala sarežģītība rodas no intensīvas vibrācijas mijiedarbības, kas notiek starp blakus esošajām C-C, C-N un C-O saitēm molekulā, kā rezultātā šīs daudzās "skeleta" vibrācijas atspoguļo visa molekulārā fragmenta kustību, un tās nevar būt piešķirtas konkrētām struktūrvienībām. No otras puses, funkcionālo grupu frekvenču raksturīgais raksturs ir saistīts ar mijiedarbības neesamību starp vibrācijām, kas lokalizētas noteiktā grupā, un pārējās molekulas vibrācijām. Tas nozīmē, ka vibrācijas kustība, kas ir atbildīga par gaismas absorbciju ar raksturīgu frekvenci, galvenokārt attiecas uz aplūkojamās grupas atomiem. Šāda situācija var rasties divos gadījumos: pirmkārt, kad viegls atoms, piemēram, ūdeņradis vai deitērijs, ir pievienots daudz smagākam atomam, piemēram, oglekļa atomam; otrkārt, vienmēr, kad viena saite molekulā ir daudz spēcīgāka nekā blakus esošās saites.

5. Infrasarkano staru spektru reģistrācija

Mūsdienu spektrometri ļauj reģistrēt gāzveida, šķidro un cieto paraugu IR spektrus. Lai iegūtu organiska vai dabiska savienojuma IR spektru, nepieciešams tikai 1 līdz 10 mg vielas. IR spektru reģistrācija tiek veikta kivetēs, kas izgatavotas no kālija bromīda KBr vai nātrija hlorīda NaCl - materiāliem, kas neabsorbē IR starojumu pētāmajā diapazonā. IR spektrus parasti reģistrē kā IR starojuma caurlaidības (%) atkarību no viļņa skaitļa ? = 1/? (cm -1). Tāpēc pīķu maksimumi, kas atbilst lielākajai IR starojuma absorbcijai, ir vērsti uz leju. Vairumā gadījumu organisko un dabisko savienojumu IR spektri tiek reģistrēti vai nu vielu šķīdumu veidā hloroformā CHCl 3, oglekļa tetrahlorīds CCl 4, oglekļa disulfīds CS 2, vai cietu caurspīdīgu tablešu veidā, ko iegūst, zem spiediena presējot smalki samaltu vielas maisījumu ar kālija bromīdu. Dažreiz tiek izmantota vielas IR spektra reģistrēšanas metode smalki samaltas suspensijas veidā vazelīnā vai minerāleļļā. Reģistrējot savienojumu IR spektrus šķīdumos vai suspensijās, ir jāatņem šķīdinātāju vai suspendējošās vides absorbcijas joslas. Interpretējot CHCl šķīdumos iegūto vielu IR spektrus 3un CCl 4, jāņem vērā, ka šo šķīdinātāju raksturīgās absorbcijas zonās spektra līniju piešķiršana var būt neskaidra. Reģistrējot organisko un dabisko savienojumu IR spektrus, bieži tiek novērotas paraugos esošo piemaisījumu absorbcijas līnijas. Parasti tas ir ūdens signāls ap 3450 cm -1, oglekļa dioksīda (kā atmosfēras piemaisījumu) svārstības pie 2360-2325 cm -1. Dažreiz paraugi ir piesārņoti ar silikona smērvielām, kurām ir svītras pie 1625 cm -1un 1100-1000 cm -1, vai ftalāti, kas parādās kā maksimums pie 1725 cm -1. Lūdzu, atcerieties, ka IR spektroskopijas kivetes, kas izgatavotas no KBr un NaCl, ir jutīgas pret ūdens pēdām un laika gaitā kļūst duļķainas un sabojājas. Tāpēc pirms IR spektru ņemšanas ir rūpīgi jāizžāvē paraugi un šķīdinātāji.

6. Tuvo infrasarkanā spektroskopija (NIR)

Tuvā infrasarkanā spektrometrija (NIR spektrometrija) ir metode, kuras pamatā ir vielu spēja absorbēt elektromagnētisko starojumu viļņu garuma diapazonā no 780 līdz 2500 nm (12500 līdz 4000 cm-1). ).

Absorbcija NIR diapazonā parasti ir saistīta ar C-H, N-H, O-H un S-H saišu un to kombināciju pamata vibrācijas frekvenču virstoņiem. Visinformatīvākais diapazons ir apgabals no 1700 līdz 2500 nm (no 6000 līdz 4000 cm-1 ) .

No NIR spektriem iegūtās informācijas analīze tiek veikta, izmantojot ķīmimetriskos algoritmus, kuriem nepieciešams izveidot primāro datu kopu. Metodes pielietojamības ietvaros NIR spektrometrija ļauj tieši vai netieši veikt analizējamā objekta ķīmisko, fizikālo un fizikāli ķīmisko īpašību kvalitatīvu un kvantitatīvu novērtējumu, tai skaitā šādu īpašību novērtēšanu:

hidroksilgrupa un joda skaitlis, hidroksilēšanas pakāpe;

kristāliskā forma un kristāliskuma pakāpe;

polimorfā forma vai pseidopolimorfā forma;

daļiņu dispersijas pakāpe un citi.

NIR spektrometrijai ir šādas iespējas:

parauga sagatavošanas vieglums vai sagatavošanas trūkums;

mērījumu ātrums;

analīzes nesagraujošs raksturs;

vairāku parametru (rādītāju) vienlaicīgas novērtēšanas iespēja;

spēja veikt attālinātu uzraudzību, tostarp reāllaika procesu plūsmās.

Ierīces. Tiek izmantoti gan specializēti NIR spektrofotometri, gan citi spektrofotometri, kas spēj darboties tuvajā spektra apgabalā.

NIR spektrofotometri sastāv no:

starojuma avots, piemēram, kvarca lampa (kvēlspuldze) vai tās ekvivalents;

monohromators (difrakcijas režģis, prizma, optiski akustiskais filtrs) vai interferometrs (Furjē transformācijas spektrofotometri);

ierakstīšanas ierīce - detektors (uz silīcija, svina sulfīda, indija arsenīda, indija gallija arsenīda, dzīvsudraba telurīda, kadmija, deuterētā triglicīna sulfāta u.c. bāzes);

paraugu ievietošanas ierīce un/vai tālvadības optiskās šķiedras sensors.

Paraugu ievietošanai izmanto stikla vai kvarca kivetes, flakonus, stikla vārglāzes, kapsulu vai tablešu turētājus un citas ierīces. Spektrofotometrus var aprīkot ar šūnu nodalījumu, integrējošo sfēru (integrējošā sfēra ir optiska sastāvdaļa, kas sastāv no sfēriska dobuma, kas pārklāts ar ļoti atstarojošu materiālu, sfēra paredzēta nehomogēnu paraugu spektru iegūšanai), ārējiem moduļiem caurlaidības mērīšanai. ļoti izkliedētu paraugu un automātisko paraugu padevēju, optiskās šķiedras zondes. Vienas vai otras analīzes ierīces izvēle ir atkarīga no parauga veida un izvēlētās mērīšanas metodes. Tāpēc ir ieteicamas ierīces, kas īsteno vairākas mērīšanas pieejas. Datu apstrāde un iegūto rezultātu analīze tiek veikta, izmantojot īpašu programmatūru. Katram mērīšanas režīmam (transmisijai, izkliedētai atstarošanai un to kombinācijai) jābūt ar savu verifikācijas metodi, ieskaitot pareizu viļņu garuma iestatījuma pārbaudi un fotometrisko trokšņu pārbaudi.

Pārbauda, ​​vai viļņu garumi ir iestatīti pareizi. Lai pārbaudītu viļņa garuma iestatījumu pareizību, ierakstiet standarta parauga spektru, kuram ir raksturīgie absorbcijas maksimumi un minimumi, un salīdziniet iegūtās viļņa garuma vērtības ar deklarētajām īpašībām. Pārraides un atstarošanas režīmiem, lai noteiktu pareizu viļņu garuma iestatījumu, visbiežāk kā standarta paraugus izmanto retzemju elementu oksīdus, ūdens tvaikus atmosfērā, metilēnhlorīdu un citus. Ierīcēs ar Furjē transformāciju viļņu skaitļu skala ir lineāra visā darbības diapazonā, un, lai pārbaudītu instalācijas precizitāti, pietiek ar vienu standarta paraugu ar deklarēto raksturlielumu kontroli vienā absorbcijas joslā. Citu veidu ierīcēm var būt nelineāra viļņu skaitļa skala, un tām ir jāpārbauda norādītie metroloģiskās īpašības, izmantojot vismaz trīs maksimumus (vienu vai vairākus standarta paraugus), kas aptver visu darbības diapazonu. Viļņu garuma iestatīšanas kļūda nedrīkst būt lielāka par ±1 nm (vai līdzvērtīgam viļņa skaitlim) viļņu garuma diapazonā līdz 1900 nm un ne vairāk kā ±1,5 nm viļņu garuma diapazonā ≤1900 nm.

Viļņa garuma iestatījuma reproducējamībai jāatbilst ražotāja prasībām vai Krievijas Federācijā spēkā esošo normatīvo dokumentu prasībām.

Fotometriskās linearitātes pārbaude. Lai pārbaudītu fotometrisko linearitāti, tiek reģistrēti standarta paraugu NIR spektri ar zināmām transmisijas/atstarošanas vērtībām un uzzīmēta iegūto pārraides/atstarošanas vērtību grafiskā atkarība no zināmajām vērtībām. Šādas attiecības konstruēšanas rezultātam jābūt taisnei ar krustpunktu koordinātu centrā (0,00 ± 0,05) un taisnes slīpuma leņķa pieskarei (1,00 ± 0,05). Lai pārbaudītu fotometrisko linearitāti atstarošanas režīmā, kā standarta paraugus izmanto ar oglekli leģētus polimērus vai analogus vismaz 4 paraugu daudzumā atstarošanas diapazonā no 10 līdz 90%. Lai pārbaudītu fotometrisko linearitāti pārraides režīmā, kā standarta paraugi tiek izmantoti filtri 3 paraugu apjomā ar pārraides vērtībām 10-90% un 100% pārraides līnija (tiek reģistrēts tukša kanāla pārraides spektrs). Fotometriskā trokšņa pārbaude. Lai novērtētu fotometrisko troksni, mērot caurlaidību, ierakstiet 100% līniju gaisā; Mērot atstarošanas spēju, ierakstiet 100% līniju, izmantojot piemērotus standartmateriālus ar vismaz 99% atstarošanas spēju. Šajā gadījumā 100% līnija nozīmē mērījumu, kurā standarta paraugs ir gan izmērītais paraugs, gan fons. Pie augstām absorbcijas vērtībām fotometrisko troksni novērtē, izmantojot standarta paraugus ar caurlaidības vai atstarošanas vērtībām aptuveni 10%. Fotometriskajam troksnim jāatbilst ražotāja specifikācijām.

Mērīšanas metodes. NIR spektrs atspoguļo atbilstošā fotometriskā lieluma (optiskā blīvuma (A), caurlaidības (T), atstarošanas (R) un atvasināto lielumu) atkarību no starojuma viļņa garuma vai frekvences. Mērot NIR reģionā, tiek ieviestas šādas metodes:

absorbcijas (vai caurlaidības) mērīšana, starojumam izejot cauri paraugam;

no parauga atstarotā vai izkliedētā starojuma mērīšana;

iepriekš minēto metožu kombinācija.

Mērījumi vienmēr tiek veikti attiecībā pret fonu.

Caurlaidības mērīšana. Caurlaidība ir starojuma intensitātes samazināšanās mērs, kad tas iziet cauri paraugam. Šis princips tiek īstenots lielākajā daļā izmantoto spektrofotometru, un rezultātu var izteikt tieši caurlaidības (T) un/vai absorbcijas (A) vienībās. Kā fons tiek izmantots gaisa vai salīdzināšanas vides spektrs. Metode ir piemērojama cietiem un šķidriem paraugiem, ieskaitot dispersās sistēmas. Parasti, mērot caurlaidību, īpaša parauga sagatavošana nav nepieciešama. Šķidrumu paraugu spektra mērīšanai tiek izmantoti flakoni vai kivetes ar piemērotu optiskā ceļa garumu (parasti 0,5-22 mm), kā arī optiskās šķiedras caurlaidības sensori. Izkliedēta atstarošana. Difūzās atstarošanas metode mēra atstarošanas koeficientu (R), kas ir no parauga (I) atstarotās gaismas intensitātes attiecība pret fona atstarotās gaismas intensitāti vai šīs attiecības apgriezto logaritmisko vērtību (AR).

Kā fons tiek izmantota virsma ar augstu R vērtību: zelta plāksnes, piesātināti perfluorēti polimēri, keramikas plāksnes un citi piemēroti materiāli. Metode tiek izmantota cieto paraugu analīzei, izmantojot integrējošu sfēru vai optiskās šķiedras sensorus, kas darbojas atstarošanas režīmā. Pēdējā gadījumā, lai iegūtu iegūto rezultātu reproducējamību, ir jānodrošina mērīšanas apstākļu stabilitāte, jo īpaši sensora relatīvā nekustīgums, spiediena pakāpe un citi apstākļi. Transmisijas-atstarošanas metode. Šī metode ir pārraides un atstarošanas kombinācija, pateicoties īpašajam kivetu un sensoru dizainam, kurā starojums divas reizes iziet cauri paraugam, kas ļauj analizēt paraugus ar zemu absorbcijas un izkliedes jaudu.

Kā fons tiek izmantots gaisa vai salīdzināšanas vides spektrs.

Metode ir piemērojama šķidriem, tostarp nehomogēniem paraugiem.

Lai reģistrētu spektru, pētāmo paraugu ievieto kivetē ar spoguli vai citu difūzu atstarotāju. Ir iespējams izmantot optisko šķiedru sensoru, kas ir iegremdēts paraugā.

Mērījumu rezultātus ietekmējošie faktori.

Parauga temperatūra. Parauga temperatūra var ietekmēt gan tā pārraidi, gan atstarošanu. Temperatūras kontrole ir svarīga, analizējot termiski labilus objektus, kuros vairāku grādu atšķirība var izraisīt būtiskas spektrālās izmaiņas: ūdeni saturoši cietie paraugi, izkliedētas sistēmas, amorfi objekti utt.

Mitrums un šķīdinātāju atlikumi. Ūdens un šķīdinātāju atlieku klātbūtne var ietekmēt spektra raksturu un analīzes rezultātus. Žāvēšanas nepieciešamība un nosacījumi jānorāda privātajās farmakopejas monogrāfijās.

Parauga biezums nosaka caurlaidības pakāpi. Palielinoties slāņa biezumam, tiek novērota absorbcijas palielināšanās. Tāpēc, veicot salīdzinošos caurlaidības mērījumus, parauga biezumam jābūt vienādam vai jāņem vērā. Mērot atstarojumu, slāņa biezumam nav fundamentālas nozīmes, taču jāņem vērā, ka slāņa biezumam jābūt salīdzināmam ar stara iespiešanās dziļumu paraugā. Ja biezums ir nepietiekams, aiz parauga tiek novietots papildu atstarojošs materiāls, piemēram, apzeltīts zīmogs.

Parauga optiskās īpašības. Analizējot cietos paraugus, ir jānodrošina, lai paraugs būtu pēc iespējas viendabīgāks, jo blīvuma vai daļiņu izmēra atšķirības ietekmēs spektra raksturu. Fiziski, ķīmiski vai optiski neviendabīgu paraugu spektri jāreģistrē vai nu ar palielinātu gaismas staru kūļa izmēru, vai izmantojot ierīces, kas mērījumu laikā rotē paraugus. Šajā gadījumā ir ieteicams mērīt katru paraugu vairākas reizes, pēc tam nosakot vidējo spektru.

Polimorfisms. Kristālu struktūras atšķirības (polimorfisms) ietekmē spektru, ļaujot atšķirt kristāliskās vai amorfās formas vienu no otras, pamatojoties uz to NIR spektru. Veicot analīzi, jāņem vērā atsauces spektrs un kāda kristāla struktūra (modifikācija) tiek izmantota analīzes metodē.

Paraugu vecums. Paraugu īpašības laika gaitā var mainīties, un šīs izmaiņas var izraisīt spektrālās atšķirības tiem pašiem paraugiem. Šīs izmaiņas ir jāņem vērā, veidojot kalibrēšanas modeļus gan identifikācijas, gan kvantitatīvās analīzes nolūkos.

Identifikācija.

Identifikācija NIR spektrometrijā balstās uz vienas un tās pašas vielas identisku spektru principu. Lai veiktu identifikāciju, viņi sākotnēji izveido atsauces spektru bibliotēku (turpmāk tekstā “bibliotēka”), izvēlas optimālo matemātisko modeli spektru apstrādei un ievieš to salīdzināšanas algoritmus, tas ir, izveido identifikācijas metodi. Tālāk tiek veikta bibliotēkas validācija kopā ar izvēlēto matemātisko modeli (skat. sadaļu “Identifikācijas metodes validācija”). Identifikācija tiek veikta, salīdzinot testa parauga spektru ar spektriem bibliotēkā (sk. sadaļu "Datu analīze"). Spektru bibliotēkas izveide. Bibliotēkā ir spektru kolekcijas, kas satur raksturīgu informāciju par katru analīzes objektu. Katrai spektru kopai tiek noteikti optimālie identifikācijas parametri, izmantojot atbilstošas ​​metodes un algoritmus. Šie iestatījumi ir derīgi visai bibliotēkai. Tuviem objektiem, kas noteiktos iestatījumos nav atšķirami, tiek izveidotas apakšbibliotēkas, kurās var izmantot citas spektru priekšapstrādes metodes un analīzes algoritmus. Spektru skaits bibliotēkā nav ierobežots, taču, ja to skaits ir liels, ķīmiski līdzīgu vielu identificēšana kļūst sarežģīta. Bibliotēkā ir iekļauti prasībām atbilstošu vielu spektri, kuru autentiskumu apliecina citas farmakoloģiskās metodes. Lai ņemtu vērā katra analizējamā objekta veida īpašību iespējamās variācijas, tiek reģistrēti vairāku partiju (sēriju) spektri. Spektru reģistrācija tiek veikta, ievērojot mērījumu un primārās apstrādes apstākļu līdzību, kas iepriekš ir optimizēti visiem analizētajiem objektiem un paliek nemainīgi turpmāko mērījumu laikā. Spektri, kas ir nejaušas novirzes, nav iekļauti bibliotēkā. Spektru iepriekšējas apstrādes metodes. Lai palielinātu iegūto rezultātu informatīvo saturu un samazinātu spektrālo izmaiņu ietekmi, ieteicama spektru pirmapstrāde. Primāro datu apstrāde var ietvert pirmā vai otrā atvasinājuma aprēķinu, vektora normalizāciju, reizināšanas izkliedes korekciju un citas metodes, tostarp kombinētās. Jāņem vērā, ka matemātiskā apstrāde var izraisīt informācijas zudumu vai artefaktu kļūdu parādīšanos. Matemātiskā modeļa un algoritmu izvēlei jābūt pamatotai.

Datu analīze. Testa paraugu spektru salīdzināšana identifikācijas laikā tiek veikta ar individuālajiem vai vidējiem spektriem bibliotēkā, piemēram, ar korelācijas analīzi. Identifikācijas metode ir jāapstiprina. Identifikācijas metodes apstiprināšana ir paredzēta, lai pierādītu tās piemērotību paredzētajai analīzei. Metodes validācija ietver specifiskuma un robustuma indikatoru pārbaudi. Specifiskums norāda, ka katrs objekts, kura spektrs ir ietverts bibliotēkā, tiks pozitīvi identificēts un atšķirts no citiem objektiem, savukārt objekti, kas nav iekļauti bibliotēkā, tiks identificēti negatīvi. Stabilitāte liecina, ka nelielas apstākļu izmaiņas (piemēram, temperatūra, gaisa mitrums, vibrācija, parauga temperatūra, materiāla sablīvēšanās pakāpe, zondes iegremdēšanas dziļums, slāņa biezums utt.) neietekmē rezultātus un identifikācijas ticamību.

Kvantitatīvā analīze.

Metodes izstrāde (kalibrēšana). Izstrādājot kvantitatīvās analīzes (kalibrēšanas) metodi, absorbcijas vai atstarošanas intensitātes izmaiņas spektrā korelē ar vielu īpašību un/vai sastāva izmaiņām. Šajā gadījumā tiek reģistrēti paraugu spektri ar zināmām to ķīmiskā sastāva un/vai īpašību vērtībām, kas apstiprinātas ar citām farmakopejas metodēm. Tā kā ķīmiskie algoritmi neļauj veikt ekstrapolāciju, ir nepieciešams, lai kalibrēšanas koncentrācijas diapazons būtu lielāks par paredzamo analizējamo koncentrāciju vai īpašību diapazonu. Kalibrēšanas paraugiem, ja iespējams, jābūt vienmērīgi sadalītiem darbības koncentrācijas diapazonā. Spektru reģistrācija tiek veikta, ievērojot eksperimentālos parametrus, mērījumu rezultātus ietekmējošos faktorus un primāro apstrādi, kas iepriekš optimizēti visiem analizētajiem objektiem un paliek nemainīgi turpmāko mērījumu laikā. Spektri, kas ir nejaušas novirzes, nav iekļauti bibliotēkā. Kalibrēšanas modelis tiek optimizēts, izmantojot piemērotu spektrālās priekšapstrādes metodi, spektrālā apgabala izvēli un matemātisko algoritmu.

Spektru iepriekšējas apstrādes metodes. Veiciet tādā pašā veidā, kā aprakstīts sadaļā “Identifikācija”. Matemātiskā modeļa un algoritmu izvēlei jābūt pamatotai.

Datu analīze. Kalibrēšanai var izmantot jebkuru saprātīgu matemātisko algoritmu. Tā kā tuvajā IR reģionā tiek novērota spēcīga absorbcijas joslu pārklāšanās, kvantitatīvā analīze tiek veikta, izmantojot pārsvarā ķīmiskos algoritmus, piemēram, daļējo mazāko kvadrātu metodi (PLS), galveno komponentu regresijas metodi (PCR). ) un citus. .

Kalibrēšanas modeļa validācija. Kalibrēšanas modeļa validācija ietver tā piemērotības demonstrēšanu noteiktas problēmas risināšanai. Šajā gadījumā ir jānovērtē tādi rādītāji kā specifiskums (selektivitāte), linearitāte, darba koncentrācijas diapazons (analītiskais diapazons), precizitāte, precizitāte un stabilitāte.

Lai parādītu specifiku, pastāv šādas pieejas:

izvēlētais spektrālais diapazons vai absorbcijas josla ir saistīta ar objekta analizējamo īpašību (piemēram, koncentrāciju, mitruma saturu utt.) un korelē ar fotometrisko vērtību;

ir pierādīts, ka izmaiņas placebo sastāvā darba koncentrācijas diapazonā būtiski neietekmē nosakāmā parauga kvantitatīvā mērījuma rezultātus;

Ir atļautas citas saprātīgas pieejas.

Validējot linearitāti, ir jāparāda, ka rezultāti, kas iegūti ar NIR metodi, izmantojot izvēlēto apstrādes algoritmu, ir salīdzināmi ar rezultātiem, kas iegūti ar citu standarta metodi. Kā pieņemšanas kritēriju var izvēlēties determinācijas koeficientu (r2), korelācijas koeficientu (r) vai citu kritēriju, kas nosaka kalibrēšanas metodes piemērotību. Darbības koncentrācijas diapazons nosaka intervālu, kurā tiek izpildīti norādītie validācijas parametri. Pārbaužu rezultāti ārpus šī diapazona ir nepieņemami. Metodoloģijas pareizībai jāpierāda būtiskas sistemātiskas kļūdas neesamība vai aprēķinos ievadīto korekcijas koeficientu pamatotība, ja tāda ir. Precizitāte tiek novērtēta, salīdzinot rezultātus, kas iegūti, izmantojot kalibrēšanas modeli, un rezultātus, kas iegūti, izmantojot standarta metodi. Precizitāte raksturo testa rezultātu izkliedes pakāpi. Šajā gadījumā ir jānovērtē gan iekšējā, gan starplaboratoriju precizitāte. Kvantitatīvās noteikšanas metodes robustums liecina, ka nelielas apstākļu izmaiņas kvantitatīvās noteikšanas rezultātus neietekmē.

Emisijas. Analizējot ar NIR metodi, ir jāņem vērā, jālabo vai saprātīgi jāizslēdz nobīdes rezultāti gan darbības diapazonā, gan ārpus šī diapazona. Darbības diapazonā esošās novirzes ir pakļautas turpmākai izmeklēšanai, un, ja tās ir informatīvas, tās var iekļaut modelī. Emisijas ārpus kalibrēšanas diapazona arī tiek analizētas. Ja iegūtos rezultātus apstiprina ar standarta metodi, šādu paraugu spektrus var ievadīt kalibrēšanas modelī ar sekojošu metodes atkārtotu apstiprināšanu.

Atkārtota apstiprināšana. NIR identifikācijas vai kvantitatīvās analīzes metodei, kas ir apstiprināta un atzīta par piemērotu lietošanai, nepieciešama turpmāka periodiska validācija (atkārtota validācija). Kad tiek konstatētas novirzes, metode ir jāpielāgo. Atkārtotas apstiprināšanas nepieciešamība ir atkarīga no izmaiņu rakstura.

NIR metode ir atkārtoti jāapstiprina, ja:

bibliotēkai tiek pievienots jauns objekts (kvalitatīvai analīzei);

pastāv priekšnoteikumi to objektu raksturlielumu maiņai, kuru spektri jau ir iekļauti bibliotēkā (izmaiņas ražošanas tehnoloģijā

(sintēze), sastāvs, iepakojuma izejvielu kvalitāte utt.);

tika konstatētas citas izmaiņas un/vai neatbilstības analizējamo objektu īpašībās vai metodoloģijā.

Tehniku ​​pārnese. Pārnesot identifikācijas un kvantitatīvās analīzes metodes no vienas ierīces uz citu, jāņem vērā izmantoto spektrofotometru spektrālās īpašības (izšķirtspēja, viļņu skaitļu diapazons utt.). Spektrofotometri ar augstu fotometrisko un viļņu skaitļu precizitāti (piemēram, Furjē spektrofotometri) ļauj tieši pārnest metodes gan kvalitatīvai, gan kvantitatīvai analīzei bez papildu manipulācijām. Ja tiešā pārsūtīšana nav iespējama, modeļu pārsūtīšanai var izmantot dažādas matemātiskas metodes. Pēc metožu nodošanas ir nepieciešama to atkārtota apstiprināšana.

Datu glabāšana. Datu uzglabāšana tiek veikta elektroniski saskaņā ar programmatūras prasībām. Šajā gadījumā ir nepieciešams saglabāt sākotnējos spektrus, kas nav pakļauti matemātiskai apstrādei, lai tos varētu turpmāk izmantot, optimizējot bibliotēkas vai metodes.

Vairāki pētījumi pierāda NIR spektroskopijas plašās iespējas farmaceitisko vielu un zāļu autentiskuma noteikšanā. Turklāt dažos gadījumos ar atbilstošu metožu kalibrēšanu ir iespējams noteikt arī zāļu izcelsmi (ražotāju). Viena no šīs metodes galvenajām priekšrocībām ir praktiski bez parauga sagatavošanas. Turklāt dažos gadījumos vielas un preparātus var skenēt, izmantojot iepakojumu. Difūzās atstarošanas spektroskopija spektra tuvajā IR apgabalā ir unikāla fizikāla metode, kas ļauj noteikt ievērojamu skaitu indikatoru kompleksas ķīmiskās struktūras produktos. Instrumenti, kas balstīti uz šo metodi (IR analizatori), kas pārstāv jaunas paaudzes spektrometrus, ir perspektīvākie videi draudzīgi instrumenti, lai ātri noteiktu plašu pārtikas un lauksaimniecības produktu un materiālu kvalitātes rādītāju klāstu. Vāja absorbcija tuvajā infrasarkanajā reģionā un analizētā parauga difūzās atstarošanas izmantošana ļauj veikt tiešu produkta analīzi, kas praktiski novērš sarežģītu parauga sagatavošanu un ievērojami palielina izmērītās koncentrācijas.

7. Furjē transformācijas spektroskopija

Furjē spektroskopija ir optiskās spektroskopijas metode, kas ļauj iegūt spektru pētāmā starojuma interferogrammas apgrieztās Furjē transformācijas rezultātā, kas ir atkarīgs no optiskās atšķirības divu staru ceļā un attēlo Furjē attēlu. spektra (starojuma enerģijas sadalījuma pēc frekvences funkcija).

Iekārtu kompleksu, kas veic šīs darbības, sauc par Furjē spektrometru (FS). Parasti papildus divu staru interferometram tas ietver apgaismotāju, starojuma detektoru, pastiprinātāju, analogo-digitālo pārveidotāju un datoru.

Interferometrā ir divi savstarpēji perpendikulāri spoguļi - fiksēts un kustīgs, un caurspīdīga staru sadalītāja plāksne, kas atrodas krītošā starojuma staru un no abiem spoguļiem atstaroto staru krustpunktā. Starojuma stars no avota, atsitoties pret plāksni, ir sadalīts divās daļās. Viens no tiem ir vērsts uz fiksētu spoguli, otrs - uz pārvietojamu spoguli; tad abi stari, kas atspīd no spoguļiem, iziet caur staru sadalītāju no interferometra vienā virzienā. Tālāk starojums tiek fokusēts uz paraugu un nonāk starojuma detektorā. Abi stari atšķiras viens no otra ar optiskā ceļa starpību, kuras lielums mainās atkarībā no kustīgā spoguļa stāvokļa. Staru traucējumu rezultātā periodiski mainās (modulē) iegūtās gaismas plūsmas intensitāte. Modulācijas frekvence ir atkarīga no krītošā starojuma frekvences un kustīgā spoguļa pārvietošanās.

Tā kā Furjē spektrometri ir daudz sarežģītāki nekā parastie spektrometri, tiem ir vairākas priekšrocības salīdzinājumā ar citiem spektrālajiem instrumentiem.

Ar FS palīdzību var ierakstīt visu spektru vienlaicīgi. Sakarā ar to, ka interferometrs pieļauj lielāku ieejas apertūru nekā spektrālo ierīču sprauga ar tādas pašas izšķirtspējas izkliedes elementu, Furjē spektrometriem ir priekšrocības apertūras attiecībā pret tiem, kas ļauj: samazināt laiku. ierakstīšanas spektri; palielināt signāla un trokšņa attiecību (tā sauktā "Felgett priekšrocība"); palielināt izšķirtspēju; samazināt ierīces izmērus.

Visiem IR spektrofotometriem neatkarīgi no konstrukcijas ir kopīgi elementi: starojuma avots, optiskā sistēma, uztvērējs, signāla pastiprināšanas sistēma.

Radiācijas avoti. Ideāls infrasarkano staru spektroskopijas avots būtu augstas intensitātes monohromatiskais izstarotājs, kas ir nepārtraukti regulējams plašā frekvenču diapazonā. Neskatoties uz to, ka ir lāzeri ar regulējamām frekvencēm, šobrīd visizplatītākie ir avoti, kas uzkarsēti līdz 1200 - 1400 K temperatūrai ar plašu starojuma diapazonu: globārs (silīcija karbīds), Nernsta tapa (cirkonija, torija, itrija oksīdi), nihroms. spirāle, platīna stieple ar keramikas pārklājumu. Tālajā infrasarkanajā reģionā tiek izmantots starojums no zemspiediena dzīvsudraba lampas sienām. Siltuma avotu emisijas spēja atbilst Planka likumam par melnā ķermeņa starojumu. Notiek pētījumi par terahercu starojuma (submilimetra diapazona) izmantošanu spektroskopijā.

Optiskās sistēmas. Optiskās sistēmas mērķis ir virzīt avota starojumu pa vēlamo ceļu ar minimāliem zudumiem. Izmantojot atstarojošos spoguļus ar ārējo pārklājumu (izsmidzināts alumīnijs, pretatstarojoši pārklājumi), tiek novērsta hromatiskā aberācija. Atstarojošajai optikai var būt plakanas, sfēriskas, paraboliskas, eliptiskas vai toroidālas virsmas. Ir izstrādāts liels skaits optisko spektrofotometru sistēmu veidu. Specializētajā literatūrā aplūkotas spektrālo ierīču klasiskās shēmas

Radiācijas uztvērēji. IR starojuma detektorus iedala divās grupās: termiskajos un fotoelektroniskajos. Pirmajā grupā ietilpst termoelementi (termopāri), bolometri (pretestības ar lielu temperatūras koeficientu), pneimatiskie uztvērēji un piroelektriskie uztvērēji. Piroelektriskie detektori (uz triglicīna sulfāta (NH2CH2COOH)3 H2SO4 bāzes) tiek izmantoti interferometros, jo tie ir ļoti jutīgi plašajā IR reģionā. Fotoelektronisko pusvadītāju uztvērēju, kas ietver fotorezistorus un fotodiodes, darbība ir balstīta uz iekšējā fotoelektriskā efekta fenomenu. Tuvo infrasarkano staru diapazonā visizplatītākās fotodiodes ir balstītas uz germānija un InGaAs cieto šķīdumu. Vidējā IR diapazonā tiek izmantotas ar šķidru slāpekli dzesētas fotodiodes, kuru pamatā ir HgCdTe cietais šķīdums (MCT Mercury-Cadmium-Tellurium). Pusvadītāju detektoriem ir nepieciešama dzesēšana līdz zemai (slāpekļa vai hēlija) temperatūrai, lai tie darbotos zemas frekvences reģionā. Joslas spraugas platums nosaka fotoelektronisko detektoru jutīguma garā viļņa garuma robežu.

Optiskie materiāli. Tā kā parastie optiskie stikli absorbē vidēja un gara viļņa IR starojumu, dažādu sāļu monokristāli tiek izmantoti kā materiāli kivešu logu un staru sadalītāju ražošanai. Iekšējās atstarošanas spektroskopijā izmanto materiālus ar augstu refrakcijas koeficientu. Dažas Furjē transformācijas spektroskopijas iezīmes un priekšrocības ir tādas, ka klasiskajos spektrofotometros spektrs tiek reģistrēts laika gaitā, secīgi pārvietojot spektru, kas rodas no monohromatora pa izejas spraugu. Šo procesu sauc par viļņu skaitļu skenēšanu. Furjē transformācijas spektrometri pieder pie daudzkanālu instrumentu veida, kas ievērojami samazina enerģijas zudumus. Felgets un Jacquinot neatkarīgi parādīja, ka spektra rekonstrukcijai, izmantojot interferogrammas Furjē transformāciju, ir liela priekšrocība salīdzinājumā ar tā paša spektra secīgu, elementu pa elementiem ierakstīšanu. Izmantojot vienu uztvērēju, var vienlaikus pārbaudīt visus spektrālos elementus, līdzīgi kā tas tiek darīts spektru fotografēšanas gadījumā. Šajā sakarā Felgets metodi nosauca par “multiplekso spektrometriju”.

8. Paraugu sagatavošanas metodes un paņēmieni IR spektroskopijā

Paraugu sagatavošanas metožu daudzveidība IR spektru reģistrēšanai ir gandrīz neierobežota, un pētniekam ir jāizvēlas viena no tām, kas ir vispiemērotākā konkrētas problēmas risināšanai, ņemot vērā pētāmā objekta īpašības. Šeit ir daži pamata paraugu sagatavošanas paņēmieni.

Sakarā ar to, ka parauga fiziskais stāvoklis var lielā mērā ietekmēt tā IS spektru, vēlams iepriekš noteikt izmantoto paņēmienu hierarhiju, kuru pielietošanas secību nosaka pētniekam uzdotie uzdevumi. Piemēram, laboratorijā, kurā tiek veikts vispārējs ķīmiskais darbs, ir vēlams ņemt spektrus šķidriem negaistošiem paraugiem šķidru plēvju vai pilienu veidā, kas sasmalcināti starp sāls plāksnēm. Gaistošo šķidrumu IR spektri tiek reģistrēti plānās šūnās vai šķīdumu veidā, ja viela ir šķīstoša, un ir jāņem vērā paša šķīdinātāja absorbcija. Organiskām pulverveida vielām loģiska ir šāda secība: 1) suspensija vazelīna eļļā (vai citā atšķaidītājā), 2) tablete ar KBr vai difūzo atstarošanas spektru, 3) šķīdums, 4) pirolizāts. Tādas metodes kā novājināta kopējā iekšējā atstarošana (ATR) parasti ir paredzētas īpašiem gadījumiem (piemēram, polimēru materiāliem).

Šķidrie paraugi. Viena no vienkāršākajām paraugu sagatavošanas metodēm ir šķidrās plēves metode. To izmanto, lai iegūtu augstas kvalitātes negaistošu, nereaģējošu, nešķīstošu šķidrumu izpētes spektrus. Vielas pilienu izspiež starp divām sāls plāksnēm vai novieto uz līdzenas stikla virsmas un pēc tam "noslauka" ar sāls plāksnīti. Vēlams, lai spektrometra gaismas stara šķērsgriezumā parauga biezums būtu vairāk vai mazāk vienāds, bez gaisa burbuļiem. Ir acīmredzams, ka šādi iegūtie spektri nav īpaši reproducējami un nav piemēroti kvantitatīvai apstrādei (absorbējošā slāņa biezums nav zināms). Gaistošos šķīdinātājos šķīstošo sveķu vai laku spektru iegūšanai uz sāls lodziņa uzklāta plāna šķīduma kārtiņa tiek rūpīgi nosusināta zem siltumlampas, fēna vai vakuumeksikatorā, nodrošinot pilnīgu šķīdinātāja izvadīšanu. Dažos gadījumos pētnieki dod priekšroku paraugu sagatavošanai šķīdumu veidā, lai gan šī metode ir darbietilpīgāka nekā citas, tās priekšrocība ir augsta reproducējamība un iespēja veikt kvantitatīvus mērījumus.

9. att. Saliekama šķidruma kivete

Prasības šķīdinātājiem. Šķīdinātāja izvēle vienmēr ir kompromisa rezultāts. Tā kā visiem standarta organiskajiem šķīdinātājiem ir IR spektri, ir jāizvēlas tie, kuros viela ir pietiekami šķīstoša un kuriem ir caurspīdīguma logi spektra analītiskajos apgabalos. Šķīdinātājam jābūt ķīmiski inertam un tīrāmam un žāvējamam. Tajos spektra reģionos, kur šķīdinātāja caurlaidība nokrītas zem 30%, tiks samazināta mērījumu jutība, palielināsies troksnis un mērījumu kļūdas.

Koncentrācijas izvēle. Lielākā daļa organisko vielu dod pieņemamus spektrus reģionā 625 - 4000 cm -10,1 mm biezā kivetē ar koncentrāciju aptuveni 1 g / 10 ml. Strādājot zem 600 cm -1Var būt nepieciešama lielāka koncentrācija. Augsti absorbējošu fluora vai silīcija organisko savienojumu gadījumā koncentrāciju var samazināt līdz 0,2 g/10 ml. Savienojumiem, kas satur polāras grupas, jāņem vērā starpmolekulāro mijiedarbību (piemēram, ūdeņraža saišu) parādīšanās spektros.

Absorbējošā slāņa biezums. Kivetes biezuma izvēli var ietekmēt pieejamā parauga daudzums vai tā šķīdība. Ļoti plānas kivetes (<0,05 мм) трудно изготавливать, заполнять и опорожнять, а в кюветах толщиной более 0,2 мм поглощение растворителя может оказаться слишком сильным. Удобными для работы являются кюветы толщиной 0,1 мм. В специальных случаях для анализа следовых количеств в узких областях высокой прозрачности растворителя могут использоваться кюветы с толщиной поглощающего слоя до 1см. Перед приготовлением образца с большой толщиной поглощающего слоя, необходимо проверить, пропускание растворителя и убедиться в его чистоте.

Šūnas biezuma noteikšana balstās uz to, ka tukšas tīras šūnas spektrā ar plakni paralēliem logiem tiek novēroti regulāri maksimumi un minimumi traucējumu dēļ.

Ūdens šķīdumi. Tā kā IR reģionā ir ļoti spēcīga šķidrā ūdens absorbcija, ūdens šķīdumu izmantošana ir ierobežota tādās īpašās jomās kā bioloģiskie pētījumi. Šķidrumu šūnu, kuru biezums ir mazāks par 10 mikroniem un kas izgatavotas no ūdensizturīgiem materiāliem - Ge, Si, Zn, Se, izmantošana ļauj veikt pētījumus ievērojamā "pirkstu nospiedumu" zonas daļā. Tā kā deuterācijas laikā vibrāciju frekvences pāriet uz zemu viļņu skaitļu reģionu, smago ūdeni dažreiz izmanto kā šķīdinātāju.

Cietās vielas.

Grūtības ar parastos šķīdinātājos nešķīstošu cietvielu paraugu sagatavošanu IR spektroskopijai visbiežāk rodas, kad tos sasmalcina līdz smalkiem pulveriem, kas šķidrā parafīnā vai KBr veido suspensijas (suspensijas - mullas).

Abos gadījumos mērķis ir radīt vienmērīgu daļiņu sadalījumu starā, samazināt izkliedi un uzlabot gaismas caurlaidību ar suspendētām daļiņām vidē, kurai ir līdzīgs paraugam refrakcijas koeficients (iegremdēšana).

Suspensijas vazelīna eļļā. Vazelīna eļļu (nujolu) plaši izmanto suspensiju pagatavošanai, bet tās trūkums ir spēcīga uzsūkšanās valences reģionā (2800-3000 cm -1) un deformācija (1350-1500 cm -1) CH saišu vibrācijas. Šīs grūtības var pārvarēt, izmantojot hlorētus vai fluorētus ogļūdeņražus.

Rīsi. 10. Gaismas izvadīšana caur izkliedes vidi: a) bez iegremdēšanas šķidruma, b) iegremdēšanas šķidruma (piemēram, vazelīna) klātbūtnē.

Zemes daļiņu izmēram jābūt mazākam par infrasarkanā starojuma viļņa garumu. Lai to izdarītu, nelielu vielas daudzumu (parasti ne vairāk kā 0,5-2 mg) samaļ smalkā pulverī, sajauc ar vazelīnu, iegūto viendabīgo pastu uzmanīgi uzklāj uz sāls lodziņa un sasmalcina plānā kārtā ar otrs logs. Ja berze ir vāja, spektri ir neatrisināti un dažreiz izkropļoti Christiansen efekta dēļ (to ietekmē refrakcijas indeksa izkliede absorbcijas joslas reģionā).

Tabletes ar KBr. Suspensijas metode KBr, saukta arī par tablešu presēšanas metodi, pirmo reizi tika ierosināta 1952. gadā. Tā sastāv no smalki samalta parauga rūpīgas samaisīšanas ar KBr pulveri (vai citu sārmu metālu halogenīdu), kam seko maisījuma presēšana veidnē, kā rezultātā iegūst. caurspīdīgā vai caurspīdīgā tabletē. Labākie rezultāti tiek sasniegti, izsūknējot veidni, kas ļauj atbrīvoties no gaisa ieslēgumiem tabletēs. Tablešu presēšanas metodes priekšrocības ir šādas: 1) visvairāk traucējošo absorbcijas joslu trūkums, 2) iespēja kontrolēt parauga koncentrāciju, 3) paraugu uzglabāšanas ērtība. Metodes trūkumi ietver: 1) iespēju mainīt polimorfo vielu kristālisko struktūru slīpēšanas un presēšanas laikā, 2) adsorbētā ūdens parādīšanos spektros, kas vienmēr noteiktā daudzumā atrodas higroskopiskajā KBr (1640 un 3450). cm-1), 3) dažos gadījumos KBr ķīmiskā mijiedarbība ar parauga vielu (piemēram, ar metālorganiskajiem savienojumiem).

Izkliedēto atstarošanos izmanto, lai iegūtu pulverveida vielu IR spektrus, īpaši spektra tuvākajā reģionā. Izmantojot īpašus Furjē spektrometru stiprinājumus, šī metode izrādījās noderīga kvantitatīvās analīzes veikšanai, jo īpaši zāļu analīzei.

· Pirolīze. Ja visi mēģinājumi iegūt IR spektru neizdodas, sarežģītus paraugus pakļauj pirolīzei vai sausai destilācijai, kam seko gaistošo produktu IR spektru analīze. Daudzos gadījumos pirolizātu spektri ir līdzīgi sākotnējo savienojumu spektriem. Šo metodi var izmantot, lai identificētu, piemēram, poliuretānus.

· Furjē spektrometriem ir pielikumi, kas ļauj reģistrēt hromatogrāfisko frakciju IR spektrus, kad tās atstāj gāzu hromatogrāfu.

· Kivetes ar dimanta logiem. Lai pētītu cietvielu īpašības un fāzu pārejas tajās, nepieciešams reģistrēt IR spektrus pie augsta spiediena, līdz 10 000 atm. Pašlaik kivetes ar IR caurspīdīgiem logiem, kas izgatavoti no dabīgiem IIa tipa dimantiem (dimanta laktas), nav eksotika. Šādas kivetes optiskā apertūra ir maza un tās lietošanai var būt nepieciešams īpašs mikro apgaismotājs – gaismas kondensators.

· Iekšējās atstarošanas spektroskopija. Starp paraugu sagatavošanas metodēm īpašu vietu ieņem novājinātās kopējās iekšējās refleksijas spektroskopija. Šo metodi plaši izmanto, lai iegūtu "neērtu" objektu virsmas spektrus, piemēram, pildītus sveķus, kompozītmateriālus, neapstrādātu gumiju vai pārtikas produktus. Tas ir balstīts uz elektromagnētiskā starojuma absorbciju testa parauga virsmas slānī, kas rodas no kopējās iekšējās atstarošanas prizmas, kas ir optiskā kontaktā ar pētāmo virsmu. Lai reģistrētu ATR spektrus, nepieciešami speciāli stiprinājumi, kurus ievieto standarta spektrometra kivetes nodalījumā. ATR spektri ir gandrīz identiski parastajiem absorbcijas spektriem (11. att.).

11. att. Polipropilēna plēves IR spektri - absorbcijas spektrs augšā, ATR spektrs apakšā

Vienkāršākajos gadījumos, sagatavojot gāzveida paraugus, īpašas problēmas nerodas. Agresīvu gāzu un tvaiku gadījumā kivetes izgatavošanai jāizmanto īpaši materiāli. Kā logus var izmantot lokšņu polietilēnu. Vislabāk ir izmantot blīves, kas izgatavotas no inertiem materiāliem, piemēram, vitona vai teflona, ​​jo citi materiāli var piesārņot paraugus adsorbcijas un desorbcijas dēļ.

Lai samazinātu sadursmju izraisītās joslas paplašināšanās efektu, spiedienu kivetēs parasti samazina līdz atmosfēras spiedienam ar sausu slāpekli. Šī procedūra palielina jutību pret nelielu daudzumu sastāvdaļu, kā arī ļauj veikt kvantitatīvus mērījumus.

Gadījumos, kad nepieciešama augsta jutība, piemēram, pētot atmosfēras piesārņojumu, ļoti noderīgi ir daudzpāreju gāzes elementi ar lielu optiskā ceļa garumu. Nozare ražo gāzes elementus ar optiskā ceļa garumu līdz 120 m, un literatūrā ir ziņas par īpašām šūnām ar kopējo ceļa garumu līdz 1 km, kas ļāva sasniegt 0,1 - 1 daļas jutību. uz miljardu. Nelielus kaitīgo un toksisko tvaiku daudzumu atmosfērā var adsorbēt uz oglēm adsorbcijas mēģenēs un pēc tam eluēt ar šķīdinātāju IR identificēšanai. Atdzesējot ogles līdz šķidrā slāpekļa temperatūrai, noteikšanas efektivitāte palielinās līdz 80 - 100%.

9. IR spektroskopijas iekārtas

Viss IR reģions parasti tiek sadalīts gandrīz IS diapazonā viļņu skaitļu diapazonā 4000-12500 cm -1, kurā vērojamas elektroniskas un vibrācijas pārejas; galvenais un vidējais no 625 līdz 4000 cm -1, kas galvenokārt saistīts ar molekulu vibrācijām; un tālu no 50 līdz 625 cm -1, kurā tiek novērotas rotācijas pārejas, vibrācijas smagajās molekulās, jonu un molekulārajos kristālos, dažas elektroniskas pārejas cietās vielās, vērpes un skeleta deformācijas vibrācijas sarežģītās molekulās, piemēram, biopolimēros. Pašlaik spektroskopija ir saņēmusi vislielāko attīstību vidējā IR reģionā, kurā darbojas lielākā daļa komerciālo instrumentu.

IR spektrometra vispārējā konstrukcija ietver: starojuma avotu, izkliedējošu sistēmu (monohromatoru) un ierakstīšanas elementu (detektoru). IR starojuma specifika noved pie iezīmēm katra elementa dizainā.

Spektra apgabals ?, cm -1?, µm Pielietojums Netālu no 12500-40000,8-2,5 Kvalitatīva un kvantitatīvā analīze H saturošām funkcionālajām grupām, daudziem pamata frekvences sorbentiem no vidējā IR reģiona Vidējā 4000-6252,5-16,7 Vibrācijas vai fundamentālā IR zona. Tipiskas funkcionālo grupu absorbcijas līnijas, galvenokārt diapazonā no 1400 līdz 4000 cm -1, un diapazonu no 600 līdz 1400 sauc par “pirkstu nospiedumu” apgabalu. Tāls 625-3016,7-330 Vibrāciju apgabals ar zemu enerģiju, īpaši neorganiskajos un organometāliskajos savienojumos. Skeleta un vērpes vibrāciju, kā arī cieto ķermeņu režģa vibrāciju izpēte.

IR spektrometra starojuma avotam jāaptver liels viļņu garumu diapazons. No tiem visizplatītākie ir stieņi, kas izgatavoti no silīcija karbīda (globāra) vai retzemju elementu oksīdiem (Nernst pin), kas uzkarsēti ar strāvu līdz 1500 un 800 C. Šo avotu starojuma intensitātes līknei ir melna ķermeņa starojuma forma. līkne. Tie rada spēcīgu IR starojumu, bet pārsvarā tuvu infrasarkanajam starojumam un strauji samazinās, palielinoties viļņa garumam (šīs jaudas izmaiņas tiek kompensētas ar ieprogrammētu ierīces ieejas spraugas atvēršanu). IS spektra garo viļņu daļā tiek izmantotas augstspiediena dzīvsudraba-kvarca spuldzes.

Rīsi. 12. Silīcija karbīda stienis (a) (globāls) un Nernsta tapa

Rīsi. 13. Augstspiediena dzīvsudraba-kvarca spuldzes

Monohromatorā izkliedējošie elementi var būt prizmas materiālu infrasarkanajā zonā ar piemērotiem dispersijas vai difrakcijas režģiem. Stikla vai kvarca prizmas nav piemērotas, jo tās nepārraida IR starojumu, un parasti tiek izmantotas prizmas, kas izgatavotas no noteiktiem sāļiem. Prizmām ir nepieciešama diezgan liela izkliedēšanas jauda, ​​taču tā samazinās, samazinoties viļņa garumam. Tātad NaCl prizma nodrošina aptuveni 2 cm precizitāti -1650 cm platībā -1un apmēram 30 cm -13000 cm platībā -1. Tāpēc parasti tiek izmantotas 3-4 nomaināmas prizmas, kas izgatavotas no LiF, NaCl, KBr monokristāliem. Prizmas materiāla izkliede parasti ļoti mainās atkarībā no temperatūras, tāpēc ir nepieciešama ierīces temperatūras kontrole. Sāls optika ir jāaizsargā no augsta mitruma.

Pašlaik difrakcijas režģi arvien vairāk tiek izmantoti kā izkliedējošie elementi. Tiem ir lielāka izkliede, kas maz ir atkarīga no viļņa garuma un ir gandrīz neatkarīga no temperatūras, bet režģi var radīt augstākas kārtas spektru aliasing, kas prasa ierīcē izmantot labus spektrālos filtrus.

Rīsi. 14. Difrakcijas režģis

Infrasarkanā starojuma noteikšana galvenokārt balstās uz tā termisko efektu. Vidējai IR zonai kā starojuma uztvērēji tiek izmantoti jutīgi termopāri (termokolonnas) un pretestības termometri (bolometri), kas pārklāti ar melnu krāsu. Tiek izmantoti arī pneimatiskie uztvērēji (Golay cell), kuros gāze nomelnētā kamerā ar elastīgu sienu maina spiedienu starojuma ietekmē. Garo viļņu garuma reģionā tiek izmantota arī cita detektoru grupa: fotoniskie detektori ar fotovadītspēju.

IR spektrometru vidū visizplatītākie ir dispersīvās skenēšanas instrumenti, kuros spektri tiek secīgi skenēti un reģistrēti, izmantojot vienkanāla uztvērēju. Saskaņā ar apgaismojuma shēmu šādas ierīces ir viena stara un dubultstaru. Viena stara spektrometri izmanto vienu sfērisku spoguli, lai apgaismotu spraugu.

Mūsdienās biežāk tiek izmantota divu staru sistēma, kas ļauj izlīdzināt fonu, tas ir, pilnas pārraides līniju, un kompensēt gan absorbciju ar atmosfēras H. 2O un CO 2un siju vājināšanās ar kivetes logiem un šķīdinātāju. Divstaru skenēšanas IR spektrometra ar difrakcijas režģi vienkāršota blokshēma ir parādīta attēlā. 15.

Rīsi. 15. Infrasarkanā divu staru spektrofotometra diagramma

IR starojums no 1. avota tiek sadalīts divos staros ar spoguļu sistēmu 2. Darba stars iet cauri šūnai ar paraugu 3, bet atskaites stars caur fona kompensatoru 4. Izmantojot diska modulatoru 5, stari tiek pārmaiņus virzīti. uz monohromatora 6 ieejas spraugu un caur to uz difrakcijas spraugas režģi 7, kas sadala starojumu spektrā un novirza uz izejas spraugu 8. Spraugas monohromatiskais attēls krīt uz uztvērēju - bismuta bolometru 9. In pētāmā parauga neesamība, darba staru kūļa un atskaites staru kūļa intensitātes ir vienādas, uztvērējā tiek atņemti signāli no šiem stariem; Izejā nav signāla. Kad pētāmā viela absorbē darba staru, dažādas intensitātes stari krīt uz uztvērēju, kā rezultātā uztvērējā parādās mainīgs signāls. Pēc signāla pastiprināšanas un pārveidošanas tiek iedarbināta ierakstītāja pildspalva 10. Lēnām griežot režģi, sprauga 8 secīgi izgriež šauras spektra daļas, un uz ekrāna tiek uzzīmēta pārraides līkne pret viļņa garumu. magnetofona lente.

Komerciāliem viena un divu staru spektrofotometriem, ko izmanto mazmolekulāru savienojumu pētīšanai, ir pietiekama izšķirtspēja, lai pētītu lielāko daļu polimēru. Taču, lai strādātu tālākajā spektra apgabalā, kam ir ļoti liela nozīme polimēru izpētē, ir nepieciešami īpaši vakuuma spektrofotometri ar difrakcijas režģi.

Mūsdienu spektrometri ļauj reģistrēt gāzveida, šķidro un cieto paraugu IR spektrus. Lai iegūtu polimēra vai organiskā savienojuma IR spektru, nepieciešams tikai 1 līdz 10 mg vielas.

Vairumā gadījumu savienojumu spektri tiek reģistrēti vai nu vielu šķīdumu veidā hloroformā, tetrahlorogleklī, oglekļa disulfīdā vai cietu caurspīdīgu tablešu veidā, ko iegūst, zem spiediena presējot smalki samaltu vielas maisījumu ar kālija bromīdu. . Dažreiz es izmantoju metodi, lai reģistrētu vielas IR spektru smalki samaltas suspensijas veidā vazelīnā vai minerāleļļā.

Reģistrējot savienojumu IR spektru šķīdumos vai suspensijās, ir jāatņem šķīdinātāju vai suspensijas vides absorbcijas joslas.

Rīsi. 16. Hloroforma IR spektrs

10. Farmaceitiskās analīzes īpatnības

Farmaceitiskā analīze ir zinātne par bioloģiski aktīvo vielu ķīmisko raksturojumu un mērīšanu visos ražošanas posmos: no izejvielu kontroles līdz iegūto zāļu kvalitātes novērtēšanai, stabilitātes izpētei, derīguma termiņu noteikšanai un zāļu standartizēšanai. Farmaceitiskajai analīzei ir savas īpatnības, kas to atšķir no citiem analīzes veidiem. Šīs īpašības slēpjas faktā, ka tiek analizētas dažādas ķīmiskās dabas vielas: neorganiskie, organoelementi, radioaktīvie, organiskie savienojumi no vienkāršiem alifātiskajiem līdz sarežģītām dabīgām bioloģiski aktīvām vielām. Analizējamo vielu koncentrāciju diapazons ir ārkārtīgi plašs. Farmaceitiskās analīzes objekti ir ne tikai atsevišķas zāles (vielas), bet arī maisījumi, kas satur dažādu sastāvdaļu skaitu.

Farmaceitiskās analīzes metodes prasa sistemātisku uzlabojumu saistībā ar jaunu zāļu radīšanu un nepārtrauktu to kvalitātes prasību paaugstināšanu. Turklāt pieaug prasības gan attiecībā uz zāļu tīrības pakāpi, gan kvantitatīvo saturu. Tāpēc zāļu kvalitātes novērtēšanai nepieciešams plaši izmantot ne tikai ķīmiskās, bet arī jutīgākas fizikāli ķīmiskās metodes.

Ir augstas prasības attiecībā uz farmaceitisko analīzi. Tam jābūt diezgan specifiskam un jutīgam, precīzam attiecībā pret Valsts farmakopejas, fizikas un citu normu noteiktajiem standartiem, un tas jāveic īsā laika periodā, izmantojot minimālus pārbaudīto zāļu un reaģentu daudzumus. Farmaceitiskā analīze atkarībā no mērķiem ietver dažādus zāļu kvalitātes kontroles veidus: farmakopejas analīzi, pakāpenisku zāļu ražošanas kontroli, individuāli ražotu zāļu analīzi, ekspresanalīzi aptiekā un biofarmaceitisko analīzi.

Farmaceitiskās analīzes neatņemama sastāvdaļa ir farmakopejas analīze. Tas ir zāļu un LF izpētes metožu kopums, kas noteikts Valsts farmakopejā vai citā normatīvajā dokumentācijā. Pamatojoties uz farmakopejas analīzes rezultātiem, tiek izdarīts secinājums par zāļu atbilstību Valsts fonda (FS, FSP) prasībām. Atkāpes no šīm prasībām gadījumā zāles nav atļautas lietot.

Secinājumu par zāļu kvalitāti var izdarīt tikai, pamatojoties uz parauga (parauga) analīzi. Tā atlases procedūra ir norādīta vai nu privātajā FS, vai Vispārējā fonda XI vispārīgajā pantā (2. izdevums).

Farmakopejas analīzes veikšana ļauj noteikt zāļu autentiskumu, tīrību un noteikt farmakoloģiski aktīvās vielas vai zāļu sastāvā iekļauto sastāvdaļu kvantitatīvo saturu. Lai gan katram no šiem posmiem ir savs īpašs mērķis, tos nevar aplūkot atsevišķi. Tie ir savstarpēji saistīti, savstarpēji papildina viens otru un atspoguļo zāļu kvalitātes novērtēšanas visaptverošo raksturu. Piemēram, kušanas temperatūra, šķīdība, ūdens šķīduma pH utt. ir kritēriji gan zāļu autentiskumam, gan tīrībai. Šīs farmakopejas analīzes iezīmes to būtiski atšķir no valsts standartos (GOST) un tehniskajās specifikācijās (TU) izmantotajām analīzes metožu normām un prasībām.

FS apraksta attiecīgo pārbaužu metodes saistībā ar konkrētu farmakopejas medikamentu. Daudzas no šīm metodēm ir identiskas. Lai unificētu analīzes metodes, GF ir iekļautas vispārīgās farmakopejas monogrāfijas (GPM), kurās sistematizēta informācija par vairāku jonu un funkcionālo grupu testu veikšanu, kā arī vienotas kvantitatīvās noteikšanas metodes. Lai apkopotu lielu privātās informācijas apjomu par farmakopejas analīzi, tiks ņemti vērā galvenie farmaceitiskās analīzes kritēriji un vispārējie testēšanas principi, lai noteiktu zāļu autentiskumu, tīrību un kvantitatīvo noteikšanu.

Lai pārbaudītu zāļu kvalitāti, testēšanas centriem vai zāļu kvalitātes kontroles centriem (MDC) ir jābūt nepieciešamajam analītisko iekārtu arsenālam. Rakstā sniegti ieteikumi iekārtu izvēlei, izvērtētas tirgū esošo instrumentu un laboratorijas materiālu stiprās un vājās puses, kā arī prezentēts galvenais TsKKLS iekārtu klāsts.

Turpmākajās publikācijās tiks prezentēti jautājumi par mikrobioloģiskās laboratorijas organizēšanu, aparatūru baktēriju endotoksīnu testēšanai, Centrālās klīniskās klīniskās laboratorijas darbības organizēšanu, kvalitātes vadības sistēmu.

Infrasarkanā (IR) spektroskopija vidējā diapazonā (4000 līdz 400 cm-1) pašlaik ir pirmā metode farmaceitisko vielu identitātes noteikšanai. To var attiecināt arī uz zālēm (t.i., lietošanai gatavām dozētām zālēm), tomēr mūsdienu farmakopejas analīze šajā gadījumā paredz iepriekšēju darbības ekstrakciju. aktīvā viela no zāļu formas. (Ir pētījumi, kas parāda iespēju tieši iegūt zāļu IR spektrus salīdzinoši augstās koncentrācijās informāciju par preparāta galveno vielu.)

IR spektroskopijas metode ir farmakopeja. Valsts farmakopejā (SP) XII (1. daļa, 62. lpp.) ir atbilstošs vispārīgais farmakopejas raksts (GPM) “Spektrometrija infrasarkanajā reģionā”.

Mūsdienu IR spektrometrs parasti darbojas pēc Furjē transformācijas principa, t.i., izmanto interferometru, kas to labvēlīgi atšķir no dispersīvajiem instrumentiem.

Jāņem vērā arī tas, ka mūsdienīgs IR spektrometrs ir ierīce ar lieliskām iespējām, no kurām ne visas ir nepieciešamas, veicot kārtējo zāļu kvalitātes kontroli. Autors tas, pērkot tādu bora priekš TsKKLS, ir jāizvēlas ierīču komplekts, pielikumi un programmatūra galvenajai ierīcei, kas būs reāli pieprasīta.

Vairumā gadījumu IR spektru iegūšanai izmanto divas metodes:

presēšanas tabletes ar kālija bromīdu (galvenā iespēja);

suspensijas iegūšana vazelīna eļļā.

Lai iegūtu tabletes, jums ir nepieciešams:

speciāla prese ar veidni mi un citas ierīces;

spektroskopiski tīrs brālis kālija vidus (KBr IR spektroskopijai);

atbilstošos turētājus ierīces kivetes nodalījumā.

Lai iegūtu suspensiju vazelīna eļļā, jums ir nepieciešams:

java, kas nesatur poras (piemēram mer, ahāts) ar to pašu piestu (porās uzkrājas mitrums, kura iekļūšana paraugā jāizvairās);

spektroskopiski tīra minerāleļļa (vazelīna) (eļļa IR spektroskopijai);

brilles, kas izgatavotas no kālija bromīda vai cita materiāla, kas ir caurspīdīgs IR spektra darbības diapazonā (suspensija tiek novietota starp stikliem);

atbilstošos turētājus ierīces kivetes nodalījumā. Iegūstot šķidro vielu IR spektrus, var būt piemēroti stikli no kālija bromīda, ko izmanto arī suspensiju spektru skenēšanai.

Likumsakarīgi, ka dažādi ražošanas uzņēmumi var konstruktīvi īstenot spektru iegūšanu dažādos veidos, par kuriem būtu jākonsultējas, iegādājoties ierīci.

Jāņem vērā arī tas, ka pieprasītas var būt arī citas paraugu sagatavošanas iespējas, kas paredzētas Vispārējās farmakopejas monogrāfijā. Tie arī jāapspriež ar piegādātāju, iegādājoties instrumentu.

Secinājums

Infrasarkanā spektroskopija katru gadu kļūst arvien izplatītāka kā ļoti vērtīga fizikāla metode molekulu struktūras pētīšanai un spēcīga analītiskā metode.

Spektroskopijas ieviešana zāļu farmaceitiskās analīzes jomā bija spēcīgs stimuls tās attīstībai un uzlabošanai. Pateicoties pielietošanas iespēju daudzveidībai, augstajai rezultātu precizitātei un noteikšanas jutīgumam, kā arī ievērojamam analīzes laika samazinājumam, IR spektroskopija ir sasniegusi augstāko ekonomiskās efektivitātes pakāpi.

Izmantotās literatūras saraksts

1. Averko-Antonovičs I.Ju. , Bikmullin R.T.: Polimēru struktūras un īpašību izpētes metodes. Mācību grāmata / KSTU. Kazaņa. - 2002. - 604 lpp.

Arzamastsevs A.P., Dorofejevs V.L. Mūsdienu prasības zāļu standartizācijai un kvalitātes kontrolei. // Jauna aptieka. Efektīva vadība. 2007 - Nr.4 - P. 54-57.

Arzamastsevs A.P., Dorofejevs V.L. Standarta paraugi farmakopejas analīzei. // Bioloģiskās medicīniskās un farmaceitiskās ķīmijas jautājumi. 2010 - Nr.5C. 6-10.

Belamijs JI. Sarežģītu molekulu infrasarkanie spektri M.: 1983, 432 lpp.

Bēkers U. Ķīmijas pasaule. Spektroskopija. No vācu valodas tulkojusi L.N.Kazanceva. Maskava - 2009. - 522s.

Brand J. Spektroskopijas pielietojums organiskajā ķīmijā. M.: Mir. - 1967. - 280 lpp.

Krievijas Federācijas Valsts farmakopeja, XII izdevums, 2. daļa, Maskava 2010

Kesler N, Infrasarkanās spektroskopijas metodes ķīmiskajā analīzē. M.: Mir, 1984, -287 lpp.

Koptyug V.A. PSRS Iekšlietu ministrijas kriminālistikas vienību spektru atlants. 8. izdevums. Novosibirska - 1991. gads. -477s.

Kriščenko V.P. Tuvo infrasarkano staru spektroskopija. M.: 1997. -638 lpp.

Krusts A.D. Ievads praktiskajā infrasarkanajā spektroskopijā Tulkots no angļu valodas. M.: Ārzemju literatūra, 1981. - 110 lpp.

Krylov A. S., Vtyurin A. N., Gerasimova Yu. V. Infrasarkanās Furjē spektroskopijas datu apstrāde. Rīku komplekts. Krasnojarska, Fizikas institūts SB RAS, 2005. - 48 lpp.

Kupcovs A.Kh., Žižins G.N. Furjē Ramana un Furjē polimēru IR spektri. M.: Fizmatlit, - 2001. -316 lpp.

Nakanishi K. “Organisko savienojumu infrasarkanie spektri un struktūra” M.: Mir, 1965. -216 lpp.

Noriss K.H. Tuvo infrasarkano staru spektroskopijas ierīces // Spektroskopijas pielietojums tuvās infrasarkanajā reģionā produktu kvalitātes kontrolei (4. zinātnisko rakstu krājums par ICS). M.: Interagrotekh, 1989.-S. 5-10.

Pentins Yu.A. , L.V. Vilkovs: Fizikālās pētniecības metodes ķīmijā. - M.: Mir. - 2003. - 367 lpp.

Sadčikova N.P., Arzamastsevs A.P., Titova A.B. Tuvo infrasarkanās spektroskopijas metode zāļu kvalitātes kontroles sistēmā (apskats) // Bioloģiskās medicīniskās un farmaceitiskās ķīmijas jautājumi. -2010.-№1. 16.-20.lpp.

Sadčikova N.P., Arzamastsevs A.P., Titova A.B. Pašreizējais IR spektroskopijas izmantošanas problēmas stāvoklis zāļu farmaceitiskajā analīzē // Khim.-farm.zh. 2008. - Nr.8. - 26.-30.lpp.

Tarasovs K.I., Spektrālās ierīces, "Mašīnbūve", Ļeņingrada, 1968.

Tarasevičs B.N. Furjē transformācijas IR spektroskopijas pamati. Parauga sagatavošana IR spektroskopijā. Maskava - 2012. -22s.

Tarasevičs B.N. Organisko savienojumu galveno klašu IR spektri. Atsauces materiāli. Maskava - 2012. -52s.

Tarutina L.I., Pozdņakova F.O. Polimēru spektrālā analīze. - L.: Ķīmija. - 1986. - 248 lpp.

Slivkins A.I. Ārstniecisko vielu IR spektru atlants. A.I. Sļivkins, O.V. Trineeva, E.E. Logvinova, A.S. Čistjakova, L.Ju. Jakovļevs, I.I. Mekhantjevs. Voroņežas Valsts universitātes Izdevniecības un poligrāfijas centrs - 2013. - 172 lpp.