Инфракрасная спектроскопия
Инфракрасная спектроскопия (колебательная спектроскопия, ИК-спектроскопия, средняя инфракрасная спектроскопия, ИКС) — раздел спектроскопий, изучающий взаимодействие инфракрасного излучения с веществами. При пропускании инфракрасного излучения через вещество происходит возбуждение колебательных движений молекул или их отдельных фрагментов. При этом наблюдается ослабление интенсивности света, прошедшего через образец. Однако поглощение происходит не во всём спектре падающего излучения, а лишь при тех длинах волн, энергия которых соответствует энергиям возбуждения колебаний в изучаемых молекулах. Следовательно, длины волн (или частоты), при которых наблюдается максимальное поглощение ИК-излучения, могут свидетельствовать о наличии в молекулах образца тех или иных функциональных групп и других фрагментов , что широко используется в различных областях химии для установления структуры соединений.
Инфракрасный спектрометр
История метода Инфракрасное излучение было открыто в 1800 году астрономом Уильямом Гершелем. Используя призму, он наблюдал повышение температуры в области, находящейся за красной границей спектра видимого излучения. В 1882— 1900 годах Уильям Эбни и Эдвард Фестинг записали инфракрасные спектры 52 соединений и сопоставили наблюдаемые полосы поглощения с функциональными группами, присутствующими в этих молекулах. Cущественный вклад в метод сделал американский физик Уильям Кобленц, который с 1903 года, пользуясь призмой из хлорида натрия, получил весьма точные и полные ИК-спектры для сотен органических и неорганических веществ
Основные характеристики ИКизлучения Поглощение электромагнитного излучения
Поглощение излучения Обычно в эксперименте прибор испускает одновременно все длины волн инфракрасного излучения, включая ближнюю ИК-область (14 000 — 4000 см– 1), среднюю ИК-область (4000 — 400 см– 1) и дальнюю ИК-область (400 — 10 см– 1). Поглощение излучения веществом количественно описывается законом Бугера — Ламберта — Бера, а спектр получается при построении зависимости пропускания или оптической плотности от длины волны (частоты, волнового числа). Для того, чтобы поглощение излучения произошло, необходимо выполнение двух условий. Во-первых, поглощаются лишь волны такой частоты, которая совпадает с частотой того или иного колебания молекулы. Во-вторых, колебание должно вызывать изменение дипольного момента молекулы. По этой причине молекулы, не имеющие дипольного момента (например, H 2, N 2, O 2, а также соли без ковалентных связей и металлы), не поглощают инфракрасное излучение.
Дисперсионные ИКспектрометры В дисперсионных ИК-спектрометрах роль монохроматора может выполнять призма либо — в более новых моделях приборов — дифракционная решётка. Обычно в оптической схеме монохроматор располагается после кюветы с анализируемым веществом, то есть в спектр разлагается излучение, взаимодействовавшее с образцом. При этом последовательно для каждой длины волны излучения регистрируется интенсивность излучения, что и даёт спектр поглощения. На пути излучения установлена щель регулируемой ширины, позволяющая выделить для работы определённый спектральный интервал (обычно от 20 до 0, 5 см– 1)
Спектрометры с преобразованием Фурье
Преимущество таких приборов заключается в следующем: • одновременно регистрируются все длины волн; • на детектор попадает более интенсивный поток света за счёт отсутствия щелей; • в качестве внутреннего эталона длины волны используется гелий-неоновый лазер; • возможна запись спектров в режиме накопления.
ИК-спектроскопия пропускания • Органические соединения • Неорганические, координационные и металлоорганические соединения • Высокомолекулярные соединения
Органические соединения ИК-спектр этанола, записанный из плёнки вещества в режиме пропускания (T)
Неорганические, координационные и металлоорганические соединения ИК-спектр хлорида меди
Высокомолекулярные соединения ИК-спектр полистирола
Подготовка образцов Снятие спектров жидких веществ обычно осуществляется из тонких плёнок, расположенных между стёклами из материалов, пропускающих ИК-излучение. Для органических веществ обычно применяется бромид калия. Для водных растворов может применяться селенид цинка, который обладает широким спектральным окном пропускания, однако его высокий коэффициент преломления приводит к появлению полос интерференции, что затрудняет количественное определение. Заменой ему могут служить фторид кальция и фторид бария. Стёкла из галогенидов щелочных металлов быстро мутнеют во влажной атмосфере и легко царапаются, но могут быть легко отполированы заново Пресс для приготовления таблеток бромида калия
Применение Наряду с традиционным использованием в различных областях химии для установления строения и идентификации химических соединений, инфракрасная спектроскопия также нашла применение в других специальных областях 1. Исследование памятников искусства 2. Применение в медицине 3. Применение в судебной экспертизе
Литература • Бёккер Ю. Спектроскопия = Spektroskopie / Пер. с нем. Л. Н. Казанцевой, под ред. А. А. Пупышева, М. В. Поляковой. — М. : Техносфера, 2009. — 528 с. — ISBN 978 -594836 -220 -5. • Смит А. Прикладная ИК-спектроскопия: основы, техника, аналитическое применение / Пер. с англ. Б. Н. Тарасевича, под ред. А. А. Мальцева. — М. : Мир, 1982. — 328 с. • Encyclopedia of Spectroscopy and Spectrometry / Lindon J. — 2 nd Ed. — Academic Press, 2010. — 3312 p. • Larkin P. J. Infrared and raman spectroscopy: principles and spectral interpretation. — Elsevier, 2011. — 230 p. — ISBN 978 -0 -12 -386984 -5. • Stuart B. H. Infrared Spectroscopy: Fundamentals and Applications. — Wiley, 2004. — 242 p.
Скачать презентацию Инфракрасная спектроскопия Инфракрасная спектроскопия колебательная спектроскопия ИК-спектроскопия
ИКА Кулетов Д.pptx