Методы ик- и уф-спектроскопии

Эти методы основаны на поглощении электромагнитного излучения определяемым веществом. Область спектра характеризуется определенным участком длин волн электро­магнитного излучения.

Для обнаружения ядовитых веществ в токсикологической химии используют спек­трометрию в ближней ультрафиолетовой области от 200 до 380 нм, в видимой области и средней инфракрасной области спектра. Ультрафиолетовая область до 200 нм требует специальных (вакуумных) устройств. Аппаратура для дальней инфракрасной области в нашей стране используется в научных целях и в широкой практике не применяется.

Инфракрасная спектроскопия— раздел спектроскопии, охватывающий длинноволновую область спектра (>730 нм за красной границей видимого света). Инфракрасные спектры возникают в результате колебательного (отчасти вращательного) движения молекул, а именно — в результате переходов между колебательными уровнями основного электронного состояния молекул. ИК излучение поглощают многие газы, за исключением таких как О₂, N₂, H₂, Cl₂ и одноатомных газов. Поглощение происходит на длине волны, характерной для каждого определенного газа, для СО, например, таковой является длина волны 4,7 мкм.

По инфракрасным спектрам поглощения можно установить строение молекул различных органических (и неорганических) веществ с относительно короткими молекулами: антибиотиков, ферментов, алкалоидов, полимеров, комплексных соединений и др. Колебательные спектры молекул различных органических (и неорганических) веществ с относительно длинными молекулами (белки, жиры, углеводы, ДНК, РНК и др.) находятся в терагерцовом диапазоне, поэтому строение этих молекул можно установить с помощью радиочастотных спектрометров терагерцового диапазона. По числу и положению пиков в ИК спектрах поглощения можно судить о природе вещества (качественный анализ).

Спектр поглощения в инфракрасной области представляет собой сложную кривую с большим числом максимумов и минимумов. Спектральные характеристики (положе­ние максимумов полос, их полуширина, интенсивность) индивидуальной молекулы за­висят от масс составляющих ее атомов, геометрического строения, особенностей меж­атомных сил, распределения заряда и др. Поэтому ИК-спектры строго индивидуальны, что особенно ценно для идентификации вещества. В фармацевтическом и химико-токсикологическом анализе используется область электромагнитного спектра, которая охватывает интервал 4000-250 обратных см. Совокупность всех полос поглощения, образующая ИК-спектр данного соединения, однозначно определяет его индивидуальность, использу­ется для определения подлинности лекарственного (токсического) вещества и подтверж­дает его нахождение в извлечениях из объектов химико-токсикологического анализа.

При оценке полученных спектров извлечений из объектов важно знать, какие груп­повые частоты связаны с наличием в молекуле исследуемого соединения определенных функциональных групп. Такие частоты называются характеристическими. Различные молекулы, содержащие одну и ту же атомную группировку, будут давать в ИК-спектре полосы поглощения в области одной и той же характеристической частоты. Это являет­ся основой качественного анализа по ИК-спектрам. Например, полосы в области 3000-3600 см ¹ могут быть отнесены только О-Н- или N-H-связям, и отсутствие полос в этой области спектра однозначно свидетельствует об отсутствии ОН- и NH-групп в анализи­руемом веществе. Некоторые полосы приведены в таблице 13.

ИК-спектроскопия используется для обнаружения многих органических соедине­ний, имеющих токсикологическое значение. Методика обнаружения веществ кислотного и основного характера сводится к следующему: сухой остаток после испарения органи­ческого растворителя (экстракта из биологического объекта) растирают с сухим мелко-измельченным бромидом калия в соотношении 1:200 или 1:300 (зависит от марки прибо­ра). Часть смеси переносят в специальную матрицу и прессуют. Полученный прозрачный диск помещают в прибор ИК-спектрофотометр и проводят измерения.

Параллельно анализируют стандартный образец. Совпадение полос поглощения в обоих спектрах свидетельствует об идентичности веществ.

Если отсутствует стандартный образец, то пользуются сборниками спектров (атла­сами), в которых приводятся спектры веществ и точные условия приготовления пробы для анализа. К настоящему времени изучены и сведены в соответствующие таблицы и атласы инфракрасные спектры более 20 000 различных соединений, что значительно облегчает практическое использование этого метода.

Метод отличается универсальностью, избирательностью и весьма характерен. В ино­странной литературе его часто называют finger print, т.е. отпечатки пальцев, что означает неповторимость инфракрасного спектра каждого соединения.

Надежная идентификация токсических веществ с помощью этого метода может быть проведена только после тщательной очистки извлечений из объекта.