Л е к ц и и 57-58
Физические и физико-химические методы исследования в органической химии План
1.Спектроскопические методы анализа органических
соединений и полимеров.
2. Атомный анализ
3. Молекулярные спектры
4.Фотометрия.
5.Ультрафиолетовая и видимая спектроскопия
6.ИК- спектроскопия и спектроскопия комбинационного рассеяния
7.Спектроскопия ядерного магнитного резонанса
8.Спектроскопия электронного парамагнитного резонанса
9.Масс-спектрометрия.
1.Спектроскопические методы анализа органических соединений и полимеров.
Спектроскопические методы анализа органических соединений и полимеров основаны на использовании различных явлений и эффектов, возникающих при взаимодействии вещества и электромагнитного излучения.
Электромагнитное излучение возникает при замедлении движения электрических заряженных частиц (в основном электронов) с другой стороны оно может поглощаться в процессе ускорения таких частиц. В соответствии с этим различают эмиссионные и абсорбционные методы анализа, которые основаны на измерении различных параметров
Для химика важно деление спектра ЭМИ на области, потому что в каждой из них взаимодействие с химической системой протекает по различным механизмам и дает различную информацию.
Таблица
Область |
Границы в используемых единицах измерения |
Длины волн в метрах |
Уровень перехода |
1 |
2 |
3 |
4 |
Рентгеновская |
10-2 - 102 А |
10-12 - 10-8 |
K и L - электроны |
Дальняя УФ |
10 - 200 нм |
10-8 2*10-7 |
Средние е- |
Ближняя УФ |
200 - 400 нм |
2*10-7 - 4*10-7 |
Валентные е- |
Видимая |
400 - 750 нм |
4*10-7 - 7,5*10-7 |
Валентные е- |
Ближняя и средняя ИК |
0,75 - 50 мкм |
7,5*10-7 - 5*10-5 |
Молекулярные колебания |
Дальняя ИК |
5*10-5 - 1000 мкм |
5*10-5 - 1*10-3 |
тоже |
1 |
2 |
3 |
4 |
Микроволная |
0,1 - 100 см |
1*10-3 - 1 |
Молекулярные вращения |
Радиоволновая |
1 - 1000 м |
1*103 |
Ядерный магнитный резонанс |
Всем областям электромеханического спектра соответствуют специальные названия методов анализа (ИКС, ААС, УФ-спектрофотометрия и тд.)
Кроме того, взаимодействие электромагнитного излучения возможно со всем объемом вещества. Методы, основанные на закономерностях, проявляющихся при таком взаимодействии, подразделяются на рефрактометрияю, полятиметрию, нефело- и турбидиметрию.
2. Атомный анализ.
В качестве примера рассмотрим атом натрия (электронная конфигурация ...3s1) При облучении потоком энергии, включающем длины волн 589,00 и 589,59нм внешние электроны многих атомов поглощая фотоны, возбуждаются и переходят на 3р. Возбужденный электрон стремится вернуться в свое нормальное состояние на 3s, при этом он испускает квант энергии, соответствующий величине перехода (т.е. тем же длинам волн).
“Символ терма” - Цифровое обозначение различных энергетических уровней.
В приведенном примере испускаемое множеством атомов излучение обуславливает желтый цвет натриевого пламени. В этом простом случае, когда электрон переходит на внешний энергетический уровень, а затем возвращается на исходный, излучение называют резонансным или резонансной флуоресценцией.
Если сообщить электрону более высокую энергию, то он, возможно, перейдет на более высокий, чем 3р уровень. В этом случае он может вернуться не в результате единичного перехода, а задержаться на промежуточных в соответствии с правилом отбора (запрещенных и разрешенных переходов). Под действием источника возбуждения способны осуществлять такие переходы на только электроны внешнего уровня любого элемента.
В результате испускаемое излучение может состоять из нескольких тысяч дискретных линий соответствующих конкретным длинам волн, конкретного перехода.
Если возбуждение осуществить с еще большей энергией, то возбужденный электрон может вообще оторваться от своего атома, а его место займет электрон с более высокого энергетического уровня, то такой «дальний переход» сопровождается излучением с большей и меньшей (большая Е ). Так происходит получение рентгеновского излучения при бомбардировке атомов потоком быстрых электронов.