- •Колебательная спектроскопия
- •Спектральные области и методики
- •Определение и особенности ИКС
- ••Инфракрасная спектроскопия является универсальным методом определения важных функциональных групп, а также структурных фрагментов
- •Происхождение инфракрасных спектров. Колебания атомов в молекуле
- ••Поглощение инфракрасного излучения веществом вызывает переходы между колебательными уровнями основного электронного состояния. При
- •Происхождение инфракрасных спектров. Колебания атомов в молекуле
- •Происхождение инфракрасных спектров. Колебания атомов в молекуле
- ••Колебательная спектральная линия из-за наложения вращательных переходов превращается в полосу, состоящую из множества
- ••Менее вероятным переходам на более высокие колебательные подуровни
- •Рис 1. Потенциальные кривые, уровни энергии и схематические спектры гармонического (1) и ангармонического
- •Происхождение инфракрасных спектров. Колебания атомов в молекуле
- •Схема энергетических уровней в молекуле, иллюстрирующая поглощение излучения
- •Правила отбора для ИК-спектроскопии
- ••Все колебания в молекуле можно разделить на два типа: валентные и деформационные. Если
- ••Молекулы, имеющие центр симметрии, лишены дипольного момента и не приобретают его в процессе
- ••Если при колебаниях молекулы изменяется угол между связями без изменения длины связей, то
- •Рис 3. Валентные и деформационные колебания метиленовой группы
- •Колебания и спектры многоатомных молекул
- •Колебания и спектры многоатомных молекул
- •Каждая полоса в ИК-спектре характеризуется следующими параметрами:
- •Рис 5. Схема ИК-спектрометра (UR-10, UR-20, ИКС-29 и др.)
- •Современный ИК-спектрометр
- •Источники излучения ИК-спектров
- •Подготовка образцов для снятия ИК-спектров
- •Пробы для ИК-спектров
- •Держатель таблеток
- •Пресс и матрица для приготовления
- •Кювета жидкостная разборная
- •Монохроматоры (монохроматизаторы)
- •Детекторы для ИК-спектров
- •Пример ИК-спектра органического вещества
- •Рис 7. Частоты колебаний связей между атомами
- •Условия идентификации веществ и расшифровки структуры
- •Условия идентификации веществ и расшифровки структуры
- •Рис 8. ИК-спектр н-гексана СН3(СН2)4СН3
- •Рис 10. ИК-спектр гексанола-2 СН3(CH2)3СН(ОН)СН3
- •Рис 11. ИК-спектр гексанона-2 СН3(CH2)3С(О)СН3
- •Рис 12. ИК-спектр толуола С6H5СН3
- •Преимущества метода ИК-спектроскопии
- ••Комбинационное рассеяние света
- ••Рассеяние, происходящее на флуктуациях плотности, называется молекулярным или рэлеевским, оно происходит без изменения
- •Спектроскопия комбинационного рассеяния
- •Основы метода
- ••Спектр рассеянного света содержит, кроме спектральных линий, характеризующих падающий на среду свет, дополнительные
- •Квантовая теория
- •Исследуемое вещество облучается световой волной с частотой, на которой данное вещество не поглощает,
- •При взаимодействии электромагнитного излучения с веществом происходит поляризация молекулы, ее деформация в поле
- •Из поляризованного состояния молекула возвращается не на первоначальный, а на какой-то другой энергетический
- •Обычно эти дополнительные комбинационные линии соответствуют изменениям во вращательном и колебательном движении атомов
- •В отличие от люминесценции, которая также представляет собой вторичное излучение с измененной частотой,
- •Спектры комбинационного рассеяния являются одним из случаев молекулярных спектров, в которых проявляется строение
- •Пример спектра КР
- •Основные блоки установки для снятия спектров КР
- •Схема установки со спектрометром ИСП-15
- •Современный КР-спектрометр (RMP-300)
- •Преимущества КР спектроскопии
- •Преимущества КР спектроскопии
Пресс и матрица для приготовления
таблеток
31
Кювета жидкостная разборная
32
Монохроматоры (монохроматизаторы)
•Призмы
•Дифракционные решетки
LiF (2-6 мкм)
NaCl (2,5 – 15 мкм)
KBr (12 – 25 мкм)
CsI (20 – 50 мкм)
33
Детекторы для ИК-спектров
•Термопара (термоэлемент) - преобразует энергию ИК-излучения в тепловую, а затем в электрическую. Разность потенциалов регистрируют обычным способом.
•Болометр – термометр сопротивления. Рабочий материал: металл или сплав (Pt, Ni), электрическое сопротивление которых сильно меняется с изменением температуры.
34
Пример ИК-спектра органического вещества
35
Рис 7. Частоты колебаний связей между атомами
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Волновое число, см –1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
4000 |
|
3000 |
|
|
2000 |
|
|
|
|
1500 |
1300 |
|
|
|
1100 |
|
|
900 |
800 |
700 |
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
O–H, NH |
|
|
|
|
|
|
|
|
С=O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С–O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
С–H |
|
|
|
|
|
|
|
С=N |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С–N |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
C C, |
C N |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
С=С |
|
|
|
|
|
|
|
|
С–С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N–H |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N–H |
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С–H |
|
|
|
|
O–H |
|
|
|
|
|
С–H |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
3 |
4 |
|
|
5 |
6 |
7 |
8 |
|
9 |
|
|
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Длина волны, мкм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
36
Условия идентификации веществ и расшифровки структуры
•Структурный анализ по ИКС сводится к отысканию характеристических полос поглощения и их отнесению к соответствующим структурным элементам.
•Отнесение проводится с учетом численных значений частот максимумов поглощения, контура (формы) и интенсивности полос.
•Используют таблицы положений характеристических частот. Классическими являются таблицы (диаграмма) Колтупа.
•Важна любая дополнительная информация о веществе: молярная масса, элементный состав и т.д.
37
Условия идентификации веществ и расшифровки структуры
•Отсутствие полосы в некоторой области – надежное доказательство того, что структурный элемент в молекуле отсутствует. Наличие полосы еще не свидетельствует, что в молекуле имеется данная группа.
•Ни один метод, включая ИК-спектроскопию, не может дать исчерпывающей информации о структуре вещества. Поэтому используют сочетание нескольких методов.
38
Рис 8. ИК-спектр н-гексана СН3(СН2)4СН3
39
Рис 9. ИК-спектр гексена-1 СН2=СН(CH2)3СН3
40