Инфракрасная спектроскопия презентация

ИК спектроскопия
метод исследования, основанный на поглощении веществом инфракрасного излучения, в результате чего происходит усиление колебательных движений молекул
«ближняя» ИК область 12500 – 4000 см-1
«средняя» ИК область 4000 – 400 см-1
«дальняя» ИК область 400 – 50 см-1
ν = 1/ λ волновое число [см-1]

ν (см-1)
λ (нм)
Обертоны
Водородная связь
Составные частоты основных колебаний
Основные частоты.
«Область отпечатков пальцев»
Связи M-X
Вращательные переходы
Колебательная спектроскопия

Приборы
Первый серийный ИК-спектрометр
Perkin Elmer 1944 г.

ИК-Фурье спектрометр

Держатель таблеток
Приставка для измерения пропускания пластин
Кювета газовая
Кювета жидкостная разборная
Аксессуары

Приставка однократного нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО)
Приставка многократного нарушенного полного внутреннего отражения (МНПВО)
Приставка зеркального отражения ПЗО
Аксессуары

идентификация веществ
определение отдельных связей и групп в молекулах
исследование внутри- и межмолекулярных взаимодействий
водородных связей
адсорбции молекул
исследование различных видов изомерии
исследование фазовых переходов
Области применения

в материаловедении для исследования любых типов неорганических и органических материалов
в нанотехнологиях для исследования любых типов наноструктур
в минералогии для изучения драгоценных камней, минералов
в органической химии для изучения механизмов реакций и характеризации продуктов синтеза
при разработке и контроле различных производственных процессов
при проведении криминалистической и таможенной экспертиз
в фармацевтике при разработке и контроле производства ЛС
в биологии для изучения культур микроорганизмов, клеточных культур, тканей и природных волокон
Области применения

асимметричные
симметричные
Виды колебаний
ВАЛЕНТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ (ν) – это ритмичные колебания вдоль оси связи, при которых расстояние между колеблющимися атомами увеличивается или уменьшается, но сами атомы остаются на оси валентной связи.
Частота асимметричного колебания всегда выше, чем симметричного.

ДЕФОРМАЦИОННЫЕ (δ) – колебательные движения ядер, приводящие к изменению углов между связями
ножничные
маятниковые
крутильные
веерные
в плоскости
вне плоскости
Виды колебаний

Колебания молекулы генерируют переменное электромагнитное поле:
Чем больше изменение дипольного момента при колебании, тем сильнее создаваемое электромагнитное поле.
Процесс

При попадании ИК излучения на молекулу она поглощает излучение тех частот, которые совпадают с частотами собственных колебаний молекулы.
После поглощения этого излучения молекулярные осцилляторы будут продолжать колебаться с теми же частотами, но амплитуда их колебаний увеличится.
ИК излучение (от источника в ИК спектрометре)
Электромагнитное поле (от колебаний молекулы)
Процесс

Каждое колебание в молекуле имеет определенную частоту,
которая зависит от:
вида колебания (валентные колебания имеют бóльшую частоту,
чем деформационные колебания тех же связей);
массы атомов, участвующих в образовании связи;
прочности связи.
ИК спектр
Волновое число ν (см-1)
Пропускание, %

ЭНЕРГИЯ КОЛЕБАНИЯ:
Связи, содержащие легкие атомы колеблются с более высокой частотой – более высокой энергией – C-H, N-H, O-H
Более прочные связи имеют более высокую энергию –
тройные > двойные > одинарные
ИНТЕНСИВНОСТЬ:
Чем больше изменение дипольного момента при колебании, тем больше интенсивность
Чем больше разница в электроотрицательности, тем больше дипольный момент
Валентные колебания, как правило, изменяют дипольный момент сильнее, чем деформационные
Сильная (0-35%), средняя (35-75%), слабая (>75%).
ИК спектр

4000 cm-1
2700 cm-1
2000 cm-1
1600 cm-1
400 cm-1
Частоты колебаний

АЛКАНЫ – комбинация C-C и C-H связей
ν(C-C) 1360-1470 см-1 (ср):
между метиленовыми группами (CH2) 1450-1470 см-1 (ср)
между метиленовыми (CH2) и метильными (CH3) 1360-1390 см-1 (ср)
ν(sp3 C-H) 2800-3000 см-1 (с)
Octane

АЛКЕНЫ – дополнительные C=C и винильные C-H связи
ν(C=C) 1620-1680 см-1 и становится слабее с увеличением замещения
ν(C-H) винильной группы 3000-3100 см-1
+ полосы алканов
1-Octene

АЛКИНЫ – дополнительные C≡C и sp C-H связи
ν(C≡C) 2100-2260 см-1; интенсивность полосы зависит от асимметрии связи, сильнее для терминальных алкинов (ср-сл)
ν(C-H) для терминальных алкинов 3200-3300 см-1 (с). У внутренних алкинов этой полосы нет
алканы, алкены и алкины несложно отличить по положению ν(C-H)
1-Octyne

АРОМАТИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ
Из-за делокализации электронов в бензольном ядре энергия С-С связей ниже, чем C=C
ν(С-С ар) – две группы полос 1500 (с) и 1600 cm-1 (сл), низкочастотные полосы более высокой интенсивности
ν(C-H) 3000-3100 см-1 (ср)
Ethyl benzene

АРОМАТИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ
Если нет других колебаний в области 1667-2000 см-1 (w) то можно проанализировать тип замещения в ароматических соединениях
Монозамещенные
1,2 дизамещенные (орто-)
1,3 дизамещенные (мета-)
1,4 дизамещенные (пара-)

СПИРТЫ
Сильная широкая полоса ν(O-H) 3200-3400 см-1 (с, ш)
ν(C-O) 1050-1260 см-1 (с) Положение зависит от заместителя: первичный 1075-1000; вторичный 1075-1150;
третичный 1100-1200; ароматика 1180-1260 см-1
1-butanol

АЛЬДЕГИДЫ
ν(C=O) 1720-1740 см-1(с) Полоса, чувствительная к замещению.
ν(sp2 C-H) 2720 и 2820 см-1 (с) называется “дублет Ферми”
Cyclohexyl carboxaldehyde

КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ
Дают «грязные» ИК спектры
ν(C=O) 1700-1725 см-1 (с)
ν(O-H) чень широкая полоса 2400-3500 cm-1 (ср, ш) зачастую покрывающая половину спектра
4-phenylbutyric acid

АМИДЫ
ν(C=O) 1640-1680 cm-1
ν(N-H) первичный амид (-NH2) 3200-3500 см-1 дублет
ν(N-H) вторичный амид (-NHR) 3200-3500 см-1 синглет
pivalamide

Сопряжение – уменьшает энергию двойных и тройных связей:
Индуктивный эффект заместителей обычно незначительно сказывается на положении полосы поглощения (за исключением вклада в резонанс)
Эффекты, влияющие на ИК спектр

Стерический эффект обычно незначительно сказывается на ИК спектре:
Изменение угла связи вызывает незначительные изменения в гибридизации атомов, а следовательно, и прочности связи
Эффекты, влияющие на ИК спектр

Образование водородных связей
Приводит к уширению полос поглощения поскольку приводит к размыванию энергетических уровней
Эффект часто наблюдается в растворах, в газовой фазе или при стерических затруднениях наблюдаем узкие пики.
Спектр бутанола в газовой фазе
Спектр ди-терт-бутилфенола
Водородные связи приводят к уменьшению энергии связи и уменьшению частот в ИК спектрах
Эффекты, влияющие на ИК спектр

Плацебо
Пониженная концентрация/качество действующего вещества
Произведено с нарушением технологических режимов
Неправильное действующее вещество
Содержит неуказанное сильнодействующее вещество
Неправильный состав вспомогательных веществ
Типы поддельных ЛП