Идентификация полимерной пленки по каталогу ик-спектров
Не меняя параметров регистрации, сканируйте спектр выданной преподавателем полимерной пленки. Для этого установите пленку в держатель образцов и в режиме «Измерение» нажмите кнопку «Образец».
Дождитесь окончания сканирования.
Полученный спектр будет похож на изображенный на нижнем рисунке (рис 10):
рис
10
Внимательно рассмотрите правую часть окна (рис 11).
Вы найдете информацию о спектре, представленном на окне, и инструменты, с помощью которых можно изменять вид спектра. Спектр можно сжимать и растягивать по абсциссе и ординате и т.д. Для того, чтобы узнать точные значения координат точки спектра, нужно поставить на неё курсор. В нижней части окна вы можете прочесть значения координат.
Рис 11
В данном случае вам не понадобятся точные значения оптической плотности, но точные значения абсциссы — волнового числа полосы поглощения — вам может быть нужно при «отнесении» полос поглощения. То есть при определении, к каким структурным группам относятся эти полосы поглощения.
Растяните полосы поглощения при 3000-2800 см-1 по абсциссе и определите при каком значении волновых чисел находятся максимумы полосы поглощения. Аналогично определите абсциссы максимумов полос поглощения в области 1300-1500 см-1. По таблицам характеристических частот определите, к каким структурным группам относятся это полосы поглощения.
Откройте каталог ИК-спектров на полимерах и найдите похожий спектр. При поиске учтите, что в каталоге абсциссы даны в других единицах. Но на каждом спектре сверху указаны и значения волновых чисел. Ищите в каталоге спектр с полосами поглощения этих же структурных групп. Учтите, что «лишних» полос поглощения в каталогизированном спектре быть не должно.
Так как ИК-спектр является «фотографией» вещества, то идентификация вещества по его ИК-спектру — самый простой и надежный метод. Если спектр этого вещества есть в каталоге. Но спектры полимеров, используемых в быту, обязательно есть.
Определение нефтепродуктов в воде методом ик-спектрофотометрии.
Производство нефтепродуктов — производство крупнотоннажное. При производстве 1 тонны нефтепродуктов образуется от 0.25м3 до 3 м3 сточной воды. Сточную воду очищают, но полностью удалить нефтепродукты невозможно. С очистных сооружений воду сбрасывают в поверхностные водоёмы — преимущест-венно в реки. А поверхностные водоёмы — это источник централизованного водоснабжения населения, в особенности в больших городах. Для малых городов и поселков источниками водоснабжения являются в основном подземные воды неглубокого залегания. Но нефтепродукты часто поступают и в них — и с фильтрующимися поверхностными водами, и в результате нерегламентируемых выбросов (например, протечек танков АЗС или постоянных розливов, что очень часто происходит на аэродромах и НПЗ).
Всё это приводит к тому, что питьевая вода — один из главных компонентов нашей жизнедеятельности — загрязнена нефтепродуктами. И потому содержание нефтепродуктов в питьевых водах нормируется. В водах централизованного водоснабжения концентрация нефтепродуктов не должна превышать 0.1 мг/л, в бутилированных питьевых водах концентрация нефтепродуктов не должна превышать 0.05 мг/л, в столовых минеральных водах концентрация нефтепродуктов не должна превышать предела количественного обнаружения —0.01 — 0.02 мг/л.
Нефтепродукты — не индивидуальное химическое соединение. Это целая группа веществ. Но в 1968 г. на международном совещании европейских государств в Гааге и в том же году на совещании стран СЭВ в Москве было определено, что под нефтепродуктами в анализе вод следует понимать сумму предельных, непредельных и ароматических углеводородов, то есть сумму основных компонентов нефтепродуктов. Отделить эти вещества от других веществ, содержащихся в нефти и нефтепродуктах несложно. Эти углеводороды или неполярны или слабополярны. Для извлечения их из вод нужно проэкстрагировать воду неполярным растворителем — гексаном, четвреххлористым углнводородом, фторированными углеводородами — и полученный экстракт пропустить через хроматографическую колонку с полярным сорбентом — флорисилом, силикагелем или оксидом алюминия, который задержит все полярные вещества. В экстракте, прошедшем через сорбент, будут только те вещества, которые попадают под определение международных совещаний.
Существуют несколько методов определения этих веществ в экстракте. Самые распространенные — метод ИК-спектрофотометрии и метод газожидкостной хроматографии.
Мы будем определять нефтепродукты в водопроводной воде методом ИК-спектрофотометрии.
Из предыдущего задания вы узнали, что в области 3000-2800 см-1 находятся полосы поглощения, связанные с валентными колебаниями С-Н2 и С-Н3 групп. Сложная полоса поглощения состоит из четырех накладывающихся друг на друга полос — 2850 см-1 — симметричные колебания С-Н2 группы, 2873 см-1 — симметричные колебания С-Н3 группы, 2926 см-1 — антисимметричные колебания С-Н2 и 2956 см-1 — антисимметричные колебания С-Н3 группы.
Интенсивность этих полос большая, следовательно определение должно быть высокочувствительным.
Перед выполнением задачи сканируйте спектр пустой кварцевой кюветы в области 4000-650см-1. Опорный спектр — воздух.
Как вы видите, кювета очень сильно поглощает в инфракрасной области, но в области валентных колебаний СН2- и СН3-групп кварц прозрачен.
Налейте в кювету четыреххлористый углерод и снова зарегистрируйте спектр.
Как вы видите, четыреххлористый углерод в кварцевой кювете сильно поглощает в инфракрасной области, но в области валентных колебаний СН2- и СН3-групп поглощение слабое и поэтому для определения нефтепродуктов в водах можно пользоваться кварцевой кюветой и четыреххлористым углеродом. Чтобы скомпенсировать поглощение кюветы и четыреххлористого углерода в области валентных колебаний СН2- и СН3-групп необходимо опорный спектр сканировать относительно кюветы с растворителем.
На панели установки режимов сканирования (рис. ХХХ) установите область сканирования 3100-2700 см-1. Так как нам нужны точные количественные измерения, установите 32 сканирования — это повысит точность.
Зарегистрируйте опорный спектр.
Так как каждый анализ начинается с нахождения градуировочной функции, приготовьте серию градуировочных растворов при максимальной полосе поглощения — 2926 см-1.
Как мы знаем, градуировочная функция зависит от определяемого вещества. Так как во многих случаях градуировочная функция линейна и проходит через начало координат, от вещества зависит тангенс угла наклона этой прямой.
Но какие вещества в нашем экстракте, мы не знаем. Однако в ИК-спектрофотометрии угол наклона градуировочной прямой для нефтепродуктов относительно мало зависит от природы содержащихся в экстракте углеводородов. Для УФ-спектрофотометрии углы наклона градуировочных прямых могут отличаться в несколько раз, и если мы по градуировочной прямой, построенной для одного нефтепродукта, будем определять другой нефтепродукт, то ошибка может достигать 1000%. В ИК-спектрофотометрии ошибка не превзойдет ±25%.
При определении малых концентрация с этим можно смириться.
И потому градуировку для определения нефтепродуктов в водах методом ИК-спектрофотометрии делают на искусственном стандарте.
Он состоит из 37.5% изооктана, 37.5% цетана и 25% бензола (по объему).
Рабочий раствор (возьмите у преподавателя) содержит 2 мг/мл стандарта в четыреххлористом углероде.
В пяти мерных колбах на 25 мл приготовьте серию градуировочных растворов, внеся дозатором на 5 мл в первую колбу 1 мл стандартного раствора, во вторую 2 мл, в третью 3 мл, в четвертую 4 мл и в пятую пять мл. Доведите до метки четыреххлористым углеродом и перемешайте раствор.
Зарегистрируйте спектры градуировочных растворов и определите градуировочную функцию методом наименьших квадратов (Exel, Анализ данных, Регрессия).
Поместите в колбу объемом 1 л магнит (для магнитной мешалки), налейте 0.5 литров воды, прилейте 25 мл четыреххлористого углерода и поставьте колбу на магнитную мешалку. Включите мешалку. Скорость вращения магнита должна быть такой, чтобы экстрагент (четыреххлористый углерод) равномерно распределялся по всему объему колбы. Экстрагируйте нефтепродукты в течение 10 минут. Если анализируемая вода чистая, расслоение эмульсии произойдет в течение 3-5 минут. Если вода грязная, для разрушения эмульсии необходимо эмульсию центрифугировать в течение 15 минут на скорости 4-5тысяч оборотов в минуту. Не забывайте, что вся посуда, в том числе центрифужные пробирки, должны быть абсолютно чистыми.
Отделите четыреххлористый углерод от воды с помощью делительной воронки в сухую пробирку.
Поместите экстрагент в кварцевую кювету толщиной 2 см и зарегистрируйте спектр в области 2700-3100 см-1. Вы зарегистрировали спектр суммы соединений, экстрагированных из воды четыреххлористым углеродом.
Вылейте из кюветы экстрагент обратно в пробирку и насыпьте туда 5 г оксида алюминия (второй степени активности). Таким способом мы отделили из экстракта все вещества, которые не относятся к нефтепродуктам.
Дождитесь полного оседания оксида алюминия и осторожно перелейте экстрагент в чистую сухую пробирку. Через 5 минут зарегистрируйте ИК-спектр в тех же условиях.
Определите оптическую плотность экстракта и найдите содержание нефтепродуктов в воде:
С=((А/к)*25)/(0.5*2)
где С — содержание нефтепродуктов в воде, мг/л
А — оптическая плотность экстракта при 2926 см-1.
к — коэффициент градуировочной функции
25 — объем экстракта, мл
0.5 — объем воды, л
2 — толщина кюветы, см
Сравните полученный результат с нормативами.