Флуоресцентні зонди знаходять широке застосування у науковій практиці, входять до складу чутливих біохімічних клінічних тестів, використовуються для рішення практичних проблем у техніці, фармакології, медицині.

23.6. Ядерний магнітний резонанс (ЯМР)

органічних речовин. Найбільш широко застосовуються такі види ЯМР: протонний магнітний резонанс (ПМР) і резонанс на ядрах 13С (ЯМР 13С)

За допомогою спектроскопії ЯМР можна вирішити ті ж основні задачі, що і за допомогою ІЧ і УФ-спектроскопії: визначити структуру органічних сполук, проводити кінетичні дослідження, проводити якісний і кількісний аналіз. Спектри ЯМР дають значно більше інформації про органічні сполуки, ніж інші види спектроскопії. Вони розширили поняття стереохімії. Спрощено явище виникнення спектру ЯМР можна пояснити так. Ядра атомів, що обертаються навколо своєї осі, мають свій момент кількості руху (спін ядра – I). Це не відноситься до ядер з парним числом протонів і нейтронів (12С, 16О, 32S і ін. Інші ядра (всього 135 природних ізотопів) мають магнітний момент і поводять себе в магнітному полі як магніти, орієнтуючись в певному напрямку(ядра 1Н, 13С, 17О і ін.).

Для реєстрації ЯМР-спектру між полюсами магніту розміщують ампулу із зразком у середині котушки (рис. 23.6.1). Якщо включити поле Н основного магніту у напрямку Z, то ядра будуть зорієнтовані впродовж цього поля і коливатимуться навколо осіZ з певною частотою. За рахунок спільної орієнтації вони створять загальну намагніченість впродовж осі Z. Змінюючи магнітне поле (генератор поля розгортки) у напрямку Z, реєструють резонанс ядер.

Рис. 23.6.1.

Схема ЯМРспектрометру

263

23.7. Протонний магнітний резонанс (ПМР)

Розглянемо, як приклад, ядро атома гідрогену, для якого I = ±½ (обертання протону за годинниковою стрілкою +½ і проти – -½) і має два дозволених напрями. Попадаючи в магнітне поле, ядро орієнтується по обох дозволених напрямках приблизно з однаковою ймовірністю. Однак, орієнтація по зовнішньому полю енергетично більш вигідна, на цьому більш низькому енергетичному рівні знаходиться дещо більше ядер. Якщо тепер діяти на ядро перемінним електромагнітним полем в радіочастотному діапазоні (10 – 500 МГц), то при певній частоті n буде відбуватися переорієнтація спінів ядер, і, відповідно, поглинання енергії, яке фіксується, як пік поглинання. Характерно, що частота, при якій виникає пік поглинання, залежить від положення конкретного протона в органічній молекулі. Це обумовлено тим, що під впливом сусідніх атомів протон може в тій чи іншій мірі екрануватися електронами їх зовнішніх валентних оболонок. Тому магнітне поле поблизу конкретних протонів молекули може дещо відрізнятися від магнітного поля вільного атому гідрогену, прикладеного до зразка. Це і лежить в основі всіх досліджень структури хімічних сполук методом ПМР. На рис. 23.7.1 приведений одержаний на спектрометрі ПМР-спектр(40 МГц) етанолу СН3—СН2— ОН.

Рис. 23.7.1. ПМР-спектр етанолу

Якісні параметри спектру можна перевести у кількісні величини.

264

23.8. Інші оптичні методи в кількісному аналізі

Рефрактометричний метод аналізу оснований на визначенні концентрації речовин по величині заломлення світла. Коли промінь світла переходить із однієї прозорої рідини в іншу, на границі середовищ напрямок його змінюється, тобто промінь заломлюється. Відношення синуса кута падіння променя(sinα) до синусу кута його заломлення (sinb) прийнято називати показником заломлення n:

n = sinα/sinb. Світлові промені різної енергії, що входять до складу білого світла, заломлюються неоднаково. В зв’язку з цим показник за-

заломлення речовини визначають в монохроматичному світлі певної довжини хвилі, яке випромінює натрієва, ртутна, або воднева лампа. Величина показника заломлення певної речовини залежить і від температури.

Прилади, що використовуються для визначення показника -за ломлення речовин, називають рефрактометрами. В рефрактометрах показники заломлення речовин вимірюють в світлі лампи розжарювання, або при денному освітленні. Для цього прилади обладнані особливим пристосуванням, яке компенсує розкладання(дисперсію) білого світла призмою і посилає світловий потік у напрямку, який співпадає з напрямком жовтого променя. Знайдений таким способом показник заломлення майже співпадає з показником заломлення речовин, який вимірюється в монохроматичному жовтому світлі.

Рефрактометрія – це експрес-метод аналізу вмісту цукру в плодах і овочах, при аналізі жирності молока, молочних продуктів, знаходить застосування при вивченні будови багатьох органічних сполук.

Поляриметричний метод аналізу оснований на зміні кута обертання площини поляризації світла оптично активних речовин. Ця властивість обумовлена наявністю в молекулах органічних сполук асиметричного атому карбону. Більшість вуглеводів, а також антибіотики, глюкозиди, алкалоїди, ефірні масла і ін. речовини оптично активні. Існує кількісна залежність між концентрацією оптично активних речовин у розчині та кутом обертання поляризованого світла. Кількісний аналіз оптично активних речовин здійснюється за допомогоюполяриметрів. Різновид поляриметра – цукрометр – має шкалу, що показує не кут обертання поляризованого світла, а масову долю сахарози в розчині. Поляриметричний аналіз широко використовують для визначення якості цукрових буряків, визначення сахарози, глюкози і інших вуглеводнів. Він відрізняється простотою дослідження, швидкістю і високою точністю.

265

Поляриметрія має велике значення і для теоретичних досліджень в області органічної хімії. По величині і напрямку обертання площини поляризації світла судять про кінетику і механізм хімічних реакцій, про хімічну будову і просторову конфігурацію органічних сполук.

23.9. Емісійний спектральний аналіз

Чим більший вміст певної речовини в об, тим’єкті більше випромінюючих атомів у плазмі і тим інтенсивніше випромінювання. Інтенсивність випромінювання I після атомізації речовини, що знаходиться в об’єкті, прямо пропорційна концентрації цієї речовини:

денсори потрапляє в приймач спектрального приладу, в якому знаходяться фотоелементи або фотопомножувачі, в деяких приладах– на

Як правило, концентрацію речовини в досліджуваному об’єкті знаходять, використовуючи спосіб побудови калібрувальних графіків. Для цього готують декілька еталонних зразків, що містять точно відому

кількість досліджуваної речовини, і вимірюють інтенсивність випромінювання після їх атомізації. За одержаними даними будують графік градуювання в координатах показання приладу(пропорційне інтенсивності випромінювання) – вміст досліджуваної речовини в еталонних зразках. Потім в таких же умовах здійснюють атомізацію із збуд-

266