13.5. Спектроскопія інфрачервоної області

Звичайно застосовують діапазон довжин хвиль ІЧ частини електромагнітного випромінювання 2,5–25 мкм (хвильові числа 4000–400 см^-1), енергія кванта складає 0,5–0,05 еВ. Вивчення ІЧ – спектрів дає можливість одержати характеристику стану молекули, за рахунок коливальних і обертальних рухів ядер атомів і молекул. Тому ІЧ – спектри називають ще молекулярними або коливальними спектрами.

Принципово двопроменевий ІЧ-спектрометр не відрізняється від УФ – приладу. Кювети й оптична частина ІЧ зроблені з неорганічних солей (NaCl, LiCl, KBr), оскільки скло не пропускає ІЧ- промені. Аналізують продукцію в різних станах, що дуже важливо у визначення забруднень у СГП і природних середовищах.

ІЧ-спектри поглинання більш багаті максимумами, ніж електронні спектри. На осі абсцис відкладають довжину хвилі λ (мкм) або хвильове число ν (см^-1), а на осі ординат – інтенсивність поглинання в одиницях ε або у відсотках поглинання.

Коливання молекул мають складний вигляд, особливо для багатоатомних молекул (рис. 10). Але деякі фактори полегшують їхню розшифровку. Існують характеристичні довжини хвиль (характеристичні частоти), що відповідають визначеним зв'язкам і атомним угрупованням і не міняються при зміні структури молекули.

Рис. 10. Інфрачервоний спектр токсинів грибів (мікотоксинів)

Для інтервалу 600– 1500 см^-1 характерна велика кількість максимумів поглинання (інтервал валентних і деформаційних коливань простих зв'язків X– Y). Часто цей інтервал називається «областю відбитків пальців», тому що містить дуже характерні максимуми, що застосовують для ідентифікації речовин.

ІЧ-спектри поглинання використовують для визначення структури і тотожності сполук, тому що кожна група атомів має своє характерне поглинання. Порівняно з УФ-спектрами поглинання ІЧ-спектри значно цінніше і є суто індивідуальними для кожної речовини, а спектральні, хроматографічні, електрохімічні характеристики розібрані у сукупності дають можливість провести якісну ідентифікацію у СГП відомих і не відомих речовин, корисних і шкідливих.

Контрольні питання

1. Визначити робочий діапазон методів оптичної спектроскопії

2. На чому грунтуються загальні принципи спектроскопії СГП

3. Проаналізувати можливості спектроскопії видимої й ультрафіолетової області

4. Проаналізувати можливості спектроскопії інфрачервоної області

Лекція 14

ХРОМАТОГРАФІЧНІ МЕТОДИ КОНТРОЛЮ ЯКОСТІ СІЛЬГОСППРОДУКЦІЇ

14.1. Хроматографія і сорбційні процеси

Серед методів аналізу, що використовують для аналізу хімічних забруднень СГП, чільне місце займають хроматографічні методи. Хроматографія дає можливість проводити автоматичний аналіз продукції, здійснювати контроль і автоматичне регулювання технологічних процесів, є головним методом моніторингового контролю забруднень в СГП і довкіллі.

Відмінною рисою хроматографічних методів є їхня універсальність, тобто можливість використання для розподілу сумішей і визначення твердих, рідких і газоподібних речовин у широкому інтервалі концентрацій.

Хроматографічні методи розподілу речовин засновані на сорбційних процесах. Адсорбція має місце, коли відбувається поглинання газів, парів або розчинених речовин поглиначами (сорбентами). Зворотний процес називають десорбцією. Сорбція – загальне поняття, що включає в себе адсорбцію (поглинання на поверхні фази) і абсорбцію (поглинання в обсязі фази).

Характерною рисою хроматографічних методів є багаторазовість повторення процесів сорбції і десорбції в нових шарах сорбенту, що забезпечує високу ефективність розподілу речовин.

Сорбцію можна здійснити подвійно: у статичних або динамічних умовах. Статична сорбція протікає при відносному спокої обох фаз і закінчується встановленням рівноважного поділу речовини між фазами. Динамічна сорбція – процес, у якому відбувається спрямоване переміщення рухомої фази щодо нерухомої. Явища динаміки сорбції лежать в основі хроматографічних методів розподілу сумішей речовин.

При класифікації хроматографічних методів враховують природу фаз, механізм взаємодії між фазою і поділюваними речовинами і техніку експерименту (табл.). Будь-який сорбційний процес характеризується константою розподілу (К_Р), яка являє собою відношення рівноважної концентрації речовини в нерухомій фазі (C₁) і концентрації речовини в рухомій фазі (С₂):

К_Р = С₁/С₂

Коефіцієнт розподілу залежить від природи речовини, природи рухомої і нерухомої фаз, температури, концентрації тощо.

Таблиця 14.1. Класифікація хроматографічних методів

Вид хроматографії	Нерухома фаза	Рухома фаза	Основний механізм поділу
Газова хроматографія
Газо-адсорбційна хроматографія	Тверде тіло	Газ	Адсорбція
Газорідинна хроматографія	Рідина на носії	Газ	Розподіл (розчинення)
Рідинна хроматографія
Тверда-рідинна	Тверде тіло	Рідина	Адсорбція
Рідко-рідинна	Рідина на носії	Рідина	Розподіл
Іонообміна хроматографія	Тверде тіло	Рідина	Обмін іонів
Гель-проникаюча	Рідина в порах гелю	Рідина	Дифузія молекул
Осадова хроматографія	Тверде тіло	Рідина	Утворення мало-розчинних сполук
Комплексоутворююча хроматографія	Рідина на носії		Утворення комплексних сполук
Окислювально-відновна хроматографія	Тверде тіло	Рідина	Реакція окислю-вання – відновлення