Гбоу спо со «Екатеринбургский политехникум» реферат

на тему:

Исследование полимеров методом уф- спектроскопии

Выполнил:

студент 4 курса

дневного отделения группы №413-ТП Винокуров Д. С.

 

Руководитель:

Никитин М. М.

Екатеринбург

2016г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………..стр. 2

1. Основные принципы и закон.…..………………………………..…...…..стр. 3

2. Цели и задачи работы……………………………………………..……..стр. 10

3. Основная часть…………………………………………………...………стр. 11

3.1 Приборы, применяемые для УФ-спектроскопии…...………...………стр. 11

3.2 Приготовление образцов……………………………………………….стр. 12

3.3. Альдегиды и кетоны………………………………………………...…стр. 14

Заключение………………………………………………………………….стр. 16

Список литературы…………………………………………………………стр. 17

ВВЕДЕНИЕ

Спектральные методы анализа - это методы, основанные на определении химического состава и строения веществ по их спектру.

Спектром вещества называют упорядоченное по длинам волн электромагнитное излучение, испускаемое, поглощаемое, рассеиваемое или преломляемое веществом. Методы, основанные на получении и изучении спектров испускания (эмиссии) электромагнитного излучения (энергии), называют эмиссионными, поглощения (абсорбции) - абсорбционными, рассеяния - методами рассеяния, преломления - рефракционными.

Спектр вещества получают, воздействуя на него температурой, потоком электронов, световым потоком (электромагнитной энергией) с определённой длиной волны и другими способами. При определённой величине энергии воздействия вещество способно перейти в возбуждённое состояние. При этом происходят процессы, приводящие к появлению в спектре излучения с определённой длиной волны. Спектральный анализ можно проводить как по спектру испускания, так и по спектру поглощения. Первый способ удобен для анализа материалов, в которых легко возбуждается спектр испускания составляющих веществ, например металлов и газов, а второй - более удобен при 1. Аналитический обзор

1.Основные принципы и законы

Излучение, поглощение, рассеяние или рефракция электромагнитного излучения может рассматриваться как аналитический сигнал, несущий информацию о качественном и количественном составе вещества или о его структуре. Частота излучения определяется составом исследуемого вещества, а интенсивность излучения пропорциональна числу частиц, вызвавших его появление, т.е. количеству вещества или компонента смеси.

Каждый из аналитических методов обычно использует не полный спектр вещества, охватывающий диапазон длин волн от рентгеновских излучений до радиоволн, а только определённую его часть . По применяемым методам спектральный анализ делится на:

1) эмиссионный, использующий спектры излучения, главным образом атомов. Особым случаем эмиссионного анализа является люминесцентный анализ;

2) абсорбционный, использующий спектры поглощения, главным образом молекул и их структурных частей; возможен анализ по спектрам поглощения атомов;

3) комбинационный, использующий спектры комбинационного рассеяния твердых, жидких и газообразных проб, возбуждаемые монохроматическим излучением, обычно — светом отдельных линий ртутной лампы;

4) люминесцентный, использующий спектры люминесценции вещества, возбуждаемые главным образом ультрафиолетовым излучением или катодными лучами;

5) рентгеновский, использующий а) рентгеновские спектры атомов, получающиеся при переходах внутренних электронов в атомах, б) дифракцию рентгеновых лучей при прохождении их через исследуемый объект для изучения структуры вещества;

6) радиоспектроскопический, использующий спектры поглоще­ния молекул в микроволновом участке спектра с длинами волн больше 1 мм.

Методы, работающие в УФ, видимом и ИК диапазоне называют оптическими. Они больше всего применяются в спектральных методах вследствие сравнительной простоты оборудования для получения и регистрации спектра.

Спектральный анализ можно проводить как по спектру испускания, так и по спектру поглощения. Первый способ удобен для анализа материалов, в которых легко возбуждается спектр испускания составляющих веществ, например металлов и газов, а второй - более удобен при анализе материалов, в которых трудно вызвать возбуждение составляющих веществ (например, растворы).

Раздел оптической спектроскопии, включающий получение, исследование и применение спектров испускания, поглощения и отражения в области спектра 400нм называется ультрафиолетовой спектроскопией. Исследованием спектров в области 200 нм занимается вакуумная спектроскопия. В области спектра 400 – 200 нм используют приборы, построенные по тем же оптическим схемам, что и спектральные приборы для видимой области; отличие состоит лишь в замене стеклянных призм, линз и др. оптических деталей, поглощающих УФ-излучение, на кварцевые.

Поглощение света веществом в ультрафиолетовой и видимой областях спектра зависит от электронной структуры молекулы. Поглощение энергии – квантовый процесс, в котором электроны переходят с орбиталей основного состояния на орбитали возбужденных состояний с более высокими энергиями. Для многих соединений электронные переходы соответствуют дальней УФ-области спектра, в которой трудно вести измерения, и поэтому практическое применение УФ-спектроскопии чаще всего ограничено сопряженными системами.

Однако избирательность УФ-поглощения является большим достоинством: характеристические группы могут быть определены в молекулах, сложность которых меняется в широких пределах. Значительная часть относительно сложной молекулы может быть прозрачна в УФ-области, и поэтому спектр получается сходным гораздо более простой молекулы. Так, спектр мужского гормона тестостерона очень похож на спектр окиси мизитила (рисунок 1). Поглощение в обеих молекулах обусловлено сопряженной еноновой структурой.

Рисунок 1 – УФ-спектр окиси мезитила в 95%-ном этиловом спирте

Ультрафиолетовая спектроскопия применяется при исследовании атомов, ионов, молекул твердых тел, для изучения их уровней энергии, вероятностей переходов. В ультрафиолетовой области спектра лежат резонансные линии нейтральных, однократно и двукратно ионизованных атомов, спектральные линии, испускаемые возбужденными конфигурациями высокоионизованных атомов. Электронно-колебательно-вращательные полосы молекул в основном располагаются в ближней ультрафиолетовой области спектра. Здесь сосредоточены полосы поглощения в спектрах большинства полупроводников, возникающие при прямых переходах из валентной зоны в зону проводимости. Многие химические соединения дают сильные полосы поглощения в ультрафиолетовой области, что создает преимущества использования ультрафиолетовой спектроскопии в спектральном анализе. Ультрафиолетовая спектроскопия имеет значение для внеатмосферной астрофизики при изучении Солнца, звезд, туманностей[1].

Спектры оптического диапазона являются результатом изменения энергии атомов или молекулах. Полная энергия молекулы является суммой энергий ее связей или суммой электронной, колебательной и вращательной энергий. Величина этих энергий убывает в следующем порядке: Еэл, Екол и Евр. Энергия, поглощенная в ультрафиолетовой области, изменяет электронную энергию молекулы, возбуждая ее валентные электроны. При этом электрон переходит с заполненной молекулярной орбитали на следующую орбиталь с более высокой энергией (разрыхляющую *-орбиталь) . Внутренняя энергия является величиной дискретной (квантовой), поэтому переход атома или молекулы из основного состояния в другое всегда сопровождается скачкообразным изменением энергии, т.е. получением или отдачей порции энергии - кванта.

Физический смысл понятия «разрыхляющая орбиталь» легко объясняется при рассмотрении поглощения этилена в УФ-области. В основном состоянии двойная связь этилена осуществяется парой связывающих -электронов и парой связующих -электронов. При поглощении УФ-излучения вблизи 165нм один из связующих -электронов переходит на следующую орбиталь с более высокой энергией – на разрыхляющую *-орбиталь (рисунок 2).

Орбитали, занимаемые -электронами в основном и возбужденном состояниях

Рисунок 2 – - и *-Орбитали

Заштрихованные объемы показывают области максимальной электронной плотности. Видно, что разрыхляющий -электрон не вносит ощутимого вклада в силовую постоянную С-С. Фактически он нейтрализует связь, обусловленную оставшимся невозбужденным -электроном. Олефиновая связь в возбужденном состоянии в значительной степени приобретает характер ординарной связи.

, (1)

где Е = Е1 - Е2, Е1 - энергия начального, а Е2 - энергия конечного состояния атома или молекулы, между которыми происходит переход; h - постоянная Планка; с - скорость света; - длина волны электромагнитного излучения.

Величина поглощенной энергии зависит от разности энергий между основным и возбужденным состояниями; чем меньше эта разность, тем при больших длинах волн происходит поглощение. Избыточная энергия может вызывать диссоциацию или ионизацию молекулы. Энергия возбужденного состояния может выделиться в виде тепла или света. Испускание энергии в виде света приводит к флоуресценции или восворесценции.