Статьи по технологическим темам
  • Регистрация
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 0.00 (0 Голоса)

Спектроскопические методы анализа в инфракрасной области спектра. Теоретическая часть.

 

Поглощение инфракрасного излучения приводит к изменениям колебательного и вращательного движения молекул.

Различают два типа молекулярных колебаний:

1.  Валентные колебания – периодическое возвратно-поступательное движение атомов вдоль оси связи.

2.  Деформационные колебания – связаны с изменением угла связи между двумя атомами, каждый из которых связан с третьим атомом, а также с движением группы атомов относительно остальных атомов молекулы.

Необходимое условие колебательного перехода – изменение дипольного момента молекулы при колебаниях атомов. Симметричные молекулы не поглощают инфракрасное излучение (H2, N2, галогены и т. д.).

Инфракрасная спектроскопия (ИКС) основана на получении и анализе спектров поглощения молекул в зависимости от длины волны ИК излучения.

Характеристичекие полосы поглощения органических соединенийТаблица 3.1

описание: ..\2.bmp

Метод ИКС используется в основном для качественной идентификации веществ и для выявления структуры органических и неорганических соединений.

Каждая молекула имеет собственный ИК спектр поглощения. ИКС можно использовать и для количественного определения различных веществ. В основе определения лежит зависимость интенсивности поглощения от концентрации вещества.

В таблице 3.1. приведены длины волн полос поглощения некоторых функциональных групп органических соединений.

В простых случаях для идентификации основных группировок достаточно сравнить длины волн полос поглощения полученного спектра с длинами волн полос функциональных групп, представленных в таблице.

На рисунке 3.1 представлен ИК спектр простого непредельного углеводорода октена-1. Полосы при 3,4; 3,5 и 6,8 мкм относятся к метильной (CH3) и метиленовой (CH2) группами. Наличие метильной группы подтверждает также максимум поглощения при 7,24 мкм. Узкие пики при 3,25 и 6,1 мкм соответственно относятся к валентным колебаниям С-Н и С=С. Наличием интенсивных полос при 10,1 и 11,0 мкм объясняется виниловым (-СН=СН2) типам углеводорода.

Инфракрасный спектр октена – 1

Рис. 3.1. Инфракрасный спектр октена – 1.

Наличие различных групп (не указаны в таблице) может вызвать появление в спектре полос, не отмеченных в таблице, или смещение полос поглощения групп, указанных в таблице, под действием различных факторов. К таким факторам относятся различные взаимодействия между атомами, например, водородная связь. Это особенно сказывается на колебании гидроксильной группы, образующей водородную связь с карбонильной, нитро-, и др. группами. Водородная связь может быть как внутримолекулярной (салицилальдегид) так и межмолекулярной (димеры карбоновых кислот).

Салицилальдегид Димер карбоновой кислоты

Салицилальдегид Димер карбоновой кислоты

Для обоих соединений полоса колебаний связанной ОН-группы шире и сдвинута в область больших длин волн по сравнению с полосой «свободной» ОН-группы. Длина волны С=О групп (в салицилальдегиде и димере карбоновой кислоты) также увеличивается.

Рассмотрим спектр салицилальдегида (рис. 3.2). Полоса ОН-группы при 3,2 мкм под действием внутримолекулярной связи расширяется, смещается и расширяется полоса С=О группы при 6,0 мкм.

ИК спектр салицилальдегида

Рис. 3.2 ИК спектр салицилальдегида.

Полосы поглощения при 3,55 и 3,65 мкм характерны для альдегидной группы. Максимум поглощения при 3,3 мкм, характерный для ароматических соединений, почти полностью перекрывается широкой полосой ОН-группы, но пики при 6,3; 6,7; 8,7 и 9,7 мкм и широкие полосы в области 13-15 мкм свидетельствуют о наличии ароматического кольца в молекуле салицилальдегида.

Целесообразно проводить расшифровку спектра в определённом порядке по мере увеличения длины волны (табл. 3.2), т. к. при низких длинах волн полосы поглощения различных групп более специфичных, чем при высоких.

Таблица 3.2. Связь между ИК спектрами и химической структурой вещества

Связь между ИК спектрами и химической структурой вещества

 

 

 

 

Практическая часть.

Рассмотрим практическое использование метода ИКС на конкретных примерах.

Пример 1. Определите функциональные группы, содержащиеся в соединении 1, указанном на рис. 3.3.

Рис. 3.3 Инфракрасный спектр соединения 1.

Полоса при 3,25 мкм свидетельствует о наличии олефиновой (-С=С-) связи или ароматического кольца. Острый пик при 6,1 мкм подтверждает присутствие олефина и указывает на отсутствие ароматического кольца. Интенсивные полосы при 10,1 и 10,75 мкм характерны для винильной группы. Полосы при 3,4; 6,9 и 7,3 мкм показывают, что в молекуле присутствуют группы –СН3 и –СН2. Интенсивная полоса при 5,75 мкм находится в области поглощения сложных эфиров, кетонов и альдегидов. Наличие сложного эфира подтверждает интенсивная широкая полоса при 8,1 мкм. Сравнение с данными табл. 3.1 позволяет предположить, что исследуемое соединение является эфиром уксусной кислоты. Полосы поглощения, характерные для альдегидов и диалкилкетонов, соответственно 3,5-3,7 и 8,1-9,0 мкм отсутствуют. Следовательно, в состав этого соединения входят олефиновая, метильная и сложноэфирная группа. Исследуемое соединение является аллилацетатом (СН3СООСН2СН=СН2).

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

По темам:

История Украины

Культурология

Высшая математика

Информатика

Охотоведение

Статистика

География

Военная наука

Английский язык

Генетика

Разное

Технологиеские темы

Украинский язык

Филология

Философия

Химия

Экология

Социология

Физическое воспитание

Растениевосдство

Педагогика

История

Психология

Религиоведение

Плодоводство

Экономические темы

Бухгалтерские темы

Маркетинг

Иностранные языки

Ветеринарная медицина

Технические темы

Землеустройство

Медицинские темы

Творчество

Лесное и парковое хозяйство