I

23.2. ІНФРАЧЕРВОНА СПЕКТРОСКОПІЯ

Основні питання, які можуть бути вирішені при дослідженні органічних речовин за допомогою ІЧ-спектроскопії такі:

- дослідження будови сполук(наявність різних функціональних груп і більш складних фрагментів молекул);

-встановлення ідентичності сполук;

-контроль за ходом реакції;

-вивчення внутрішньомолекулярних чи міжмолекулярних взаємодій;

відбувається в області енергії, що відповідає хвильовому числу 1500

248

см-1. В цих умовах відбувається резонанс, внаслідок якого енергія випромінювання витрачається на збудження коливань і інтенсивність потоку енергії при проходженні крізь пари формальдегіду різко падає.

При подальшому зменшенні довжини хвилі(збільшенні енергії), настає момент, коли вона точно відповідає енергії, що визиває зміну подвійного зв’язку С=О (1754 см-1). Такого типу коливання називаються валентними. В області високої енергії(близько 2000 см-1) починає змінюватись довжина зв’язку С—Н– виникають

валентні симетричні і валентні антисиметричні коливання.

На рис. 23.2.1 приведені ІЧ-спектри ацетооцтового ефіру. Основні піки віднесені до коливань функціональних груп в молекулах.

Частоти, які проявляються в спектрах при наявності в сполуках певних хімічних груп, незалежно від того, до яких молекул ці групи належать, одержали назву характеристичних.

Деякі характеристичні частоти поглинання в інфрачервоній області приведені в табл. 23.2.1.

Рис. 23.2.1. ІЧ-спектр ацетооцтового ефіру

При дослідженні органічних речовин методом ІЧ-спектроскопії використовують таблиці частот коливань, зведених в довідники та атласи ІЧ-спектрів. На рис. 23.2.2, 23.2.3 наведено вигляд -ІЧ спектрометрів.

249

Рис. 23.2.2. Інфрачервоний аналізатор ІнфраЛЮМ

Рис. 23.2.3. Спектрофотометр МС 311 (IR спектрофотометр)

Таблиця 23.2.1 Деякі характеристичні частоти поглинання

в інфрачервоній області

250

23.3. Ультрафіолетова спектроскопія і спектроскопія в видимій області.

УФ-спектроскопія і спектроскопія в видимій області дозволяє дослідити органічні речовини і вирішити такі питання:

-вивчити будову молекул і наявність в них певних угруповань, що мають кратні зв’язки (хромофори);

-аналітично визначити концентрації речовин на основі

де I0 – інтенсивність падаючого випромінювання; I – інтенсивність випромінювання на виході;

251

d – товщина поглинаючого шару;

k – коефіцієнт поглинання, який залежить від довжини хвилі і

єіндивідуальною характеристикою речовини;

ε– коефіцієнт поглинання, характерний для речовини,

він залежить від довжини хвилі і не залежить від концентрації;

c – концентрація речовини в розчині.

Як правило, користуються логарифмічним записом законів:

рівноваги, тоді як закон Бугера– Бера має певні обмеження, і відхилення від цього закону часто пов’язані з поведінкою речовини в розчині.

Спектри поглинання в ультрафіолетовій і видимій області визначаються змінами в енергії валентних електронів при електронних переходах. Ці спектри називають електронними і вони проявляються в інтервалі 200 – 1000 нм. Атоми в органічних молекулах можуть бути зв’язані простими і кратними(подвійними і потрійними) зв’язками. Електрони цих зв’язків(s- і p-зв’язки) мають різну енергію, і тому збуджуються випромінюванням з різною довжиною(енергією) хвилі. Найбільшої енергії потребує збудження простого С—С зв’язку.

Групи атомів, що обумовлюють поглинання в області від200 до 1000 нм називають хромофорними. До них відносяться групи, що

мають не менше одного кратного зв’язку: C=C; CºC; С=О; C=N;

емпіричні правила залежності електронного спектру поглинання від взаємного розташування хромофорних груп в молекулі.

Таблиця 23.3.1 Параметри електронних спектрів простих органічних сполук

252

відзначити, що найбільш значні по висоті піки поглинання (ε > 2000) в основному обумовлені іонами металів, подвійними зв’язками, системами спряжених зв’язків в молекулах.

253

Рис. 23.3.1. УФ-спектри бензолу (1), фенолу (2), аніліну (3)

Рис. 23.3.2. УФ-спектри деяких амінокислот і дипептиду

Для більшості нуклеїнових кислот характеристичне поглинання спостерігається при 260 нм, а для білків, що містять ароматичні амінокислоти – при 280 нм. Фактично, всі застосування ультрафіолетової спектроскопії для вивчення макромолекул основані

254

на невеликій різниці в поглинанні, обумовленій зміною або форми молекул, або зовнішнього середовища (заміна розчинника).

СПЕКТРАЛЬНИЙ АНАЛІЗ ОРГАНІЧНОЇ РЕЧОВИНИ УЛЬТРАФІОЛЕТОВІЙ ТА ВИДИМІЙ ОБЛАСТІ СПЕКТРУ

В аналітичних дослідженнях і учбових лабораторіях широко застосовуються фотоколориметри (фотометри). Розроблені різні конструкції фотоелектроколориметрів, призначених для роботи в ближній УФ і видимій області спектру. В фотоелектроколориметрах (фотоелектричних фотометрах) (рис. 23.3.3) вимірюють інтенсивність немонохроматичного світлового потоку, що проходить через досліджуваний розчин, за допомогою фотоелементів. Світловий потік від джерела випромінювання (зазвичай лампи) проходить крізь світлофільтр, що пропускає випромінювання лише в певному інтервалі довжини хвиль,

відповідним приладом. Чим більше світлопоглинання досліджуваного розчину (чим більша його оптична густина), тим менша частина енергії світлового потоку попадає на фотоелемент.

Рис. 23.3.3. Фотометр фотоелектричний КФК-3-01-ЗОМЗ

Спектрофотометрія – один з найбільш досконалих серед методів абсорбційного молекулярного аналізу, що знайшов широке застосування. Цей метод оснований на використанні спеціальних приладів – спектрофотометрів, в яких світлові потоки регіструються в досить широкому інтервалі довжини хвиль: від » 185 нм до » 1100 нм (УФ, видимій і ближній до ІЧ області спектру), і забезпечує високий ступінь монохроматичності світла(0,2 – 5 нм), що проходить через досліджуване середовище (рис. 23.3.4). В більшості спектрофотометрів монохроматизація світлового потоку здійснюється за рахунок використання розкладаючих світло на спектр елементів

(диспергаторів). Такими елементами є призми або дифракційні

255