Поглощение ИК-излучения. Валентные и деформационные колебания. Характеристические частоты колебаний. Идентификация веществ, структурный анализ.

Молекулярно-абсорбционная ИК спектроскопия – это метод, основанный на измерении интенсивности поглощенного молекулярной средой электромагнитного излучения ИК диапазона. Поглощение излучения этого ИК диапазона приводит к колебательному переходу молекул. При этом меняется не только Е колебаний, но и Е вращения. Поэтому ИК-спектры состоят из полос, а не из отдельных линий. Но в отличие от электронных спектров ИК спектр представляет собой множество узких полос поглощения. Причем, чем сложнее молекула, тем больше полос будет наблюдаться в спектре. Электронные спектры поглощения содержат 1-2 широкие полосы поглощения.

Различают 2 типа молекулярных колебаний. Они различаются по природе.

- внешние колебания – это периодические, возвратно-поступательные движения атомов вдоль оси связи, которые сопровождаются изменением длины связей.

- деформационные колебания – это колебания, сопровождающиеся изменением каких-либо углов связи

Колебания, происходящие в многоатомной молекуле можно разделить:

- скелетные, в которых все атомы молекулы, т.е. «скелета» участвуют примерно в одинаковой степени, при которых сильное смещение испытывает только какая-то отдельная небольшая часть молекулы. Они охватывают область от 1400 до 700 обратных сантиметров. Эти структуры чрезвычайно чувствительны к природе заместителя, которые могут находится в кольце, в цепи

- область «отпечатков пальцев». В этой области больше всего содержится структурной информации.

Частоты колебаний характеристических групп располагаются либо ниже, либо выше частот скелетных колебаний. Они напротив мало зависят от структуры молекулы в целом. Эти частоты приводятся в справочниках и их используют для идентификации веществ.

Средства измерений. Оптические детали изготавливают из стекол или минеральных веществ. В качестве монохроматора можно использовать призму из хлорида натрия или из бромида калия. В качестве источника излучения используют:

- лампу накаливания с вольфрамовой нитью

- штифт Нернста (он дает ближнюю и среднюю ИК-область)

- глобар (карбид кремния). Он дает также среднюю и ближнюю ИК область.

В качестве детектора используют такие приемники, которые преобразуют световую Е в электрическую. Это: термопары, термоэлементы, болометры и т.д. Образец может находиться в жидком состоянии и в твердом виде.

Применение метода:

1.Идентификация веществ (качественный анализ). Из ИК спектра можно получить богатую структурную информацию. А именно о природе вещества, о строении, о конфигурации, о комформации молекулы. Когда используют этот метод в идентификации веществ, то последовательность действий следующая:

1)снимают спектр исследуемого вещества

2)выписывают частоты полос пропускания или поглощения

3)оценивают их интенсивность в максимумах или минимумах. При этом идентифицируют самые сильные полосы.

4)сравнивают полученные данные с табличными, т.е. справочными данными. Для сравнения можно использовать атласы спектров.

ИК спектры характеризуются молекулярной специфичностью. Это позволяет получать информацию о функциональных группах, их типе, взаимодействиях, ориентациях. Полностью ИК спектры разных веществ совпадать не могут, также как не могут совпадать отпечатки пальце разных людей.

2.Количественные определения. Зависимость (интенсивность) полосы поглощения концентрации подчиняется закону Б-Л-Б. Отсюда строятся все количественные определения. Для определения используют метод градуировочного графика. При обработке этих спектров нужно не забывать проводить нулевую линию для того, чтобы определить интенсивность этих полос. ИК спектроскопия для количественного определения применяется не часто. Это связано с небольшой точностью определений. Она не превышает 5%. Чувствительность у ИК спектроскопии невысокая.

Общая характеристика метода

ИК спектроскопия позволяет получать информацию о веществах, находящихся на различных состояниях: твердом, жидком, газообразном. Можно получать информацию о поверхности, т.е. проводить анализ поверхности.

- о локальных областях

- об объемных областях

- о слоистых структурах, т.е. проводить локально-распределительный анализ с помощью данного метода.

В основном используют этот метод для:

- идентификации органических соединений (полимерных соединений)

- для контроля объектов окружающей среды

- для структурного анализа

- технологических смесей

- пищевых продуктов