Спектроскопічні методи аналізу органічних сполук
Хімія
ПОДІБНІ ДОКУМЕНТИ
Спектроскопічні методи аналізу органічних сполук можуть бути використані для виявлення їх структурних аспектів на основі інтерпретації інформації, отриманої в результаті запису спектрів поглинання електромагнітного випромінювання, здатного переносити кількісно визначені кількості енергії до органічних сполук.
Електромагнітне випромінювання є формою енергії, яку можна описати за допомогою двох взаємодоповнюючих теорій фізики:
Електромагнітне випромінювання має властивості хвилі характеризується:
довжина хвилі (відстань, через яку синусоїдальна функція, що описує поширення у просторі змінних електричних сил та пов'язаного з ними магнітного поля, проходить цикл), виражена в метрів [m] або субмножний (часто нм: 1 нм = 10 -9 м).
хвильове число /λ (кількість циклів на одиницю довжини), виражене в [м -1] або часто в підмножинах [см -1].
частота (кількість циклів в секунду) можна розрахувати, знаючи постійну швидкість поширення у вакуумному просторі, c = 2998 . 10 8 м/с, згідно з повідомленням ν = c/λ; одиниця виміру для частоти: s -1 = Гц.
2. Електромагнітне випромінювання має властивості корпускули
енергія перевозиться a фотон залежить від довжини хвилі електромагнітного випромінювання відношенням:
E = hc/ λ = hν
(де h є константою Планка і має значення 6626 . 10 -34 днів)
Енергетичні значення можуть бути виражені в:
-джоулів на моль [Джмоль -1] (енергія, яку несе один моль фотонів, обчислюється множенням значення, вираженого в J, на кількість частинок в одному молі (число Авогадро N = 6,022 . 10 23 моль -1),
-електрон-вольт [еВ] (1еВ = 1,602 . 10 -19 Дж).
Загальний електромагнітний спектр включає довжини хвиль, розташованих у надзвичайно широкому діапазоні: від космічного випромінювання (λ= 10 -14 м) до радіохвиль (λ= 10 2 м), або змінний електричний струм (λ= 10 6 м). Транспортовані енергії також змінюються в дуже широких межах, від дуже високих значень для космічного випромінювання до низьких значень, характерних для електромагнітного випромінювання з довгими хвилями. На рисунку 1 показані основні типи електромагнітного випромінювання, що характеризуються довжиною хвилі.
Рис. 1. Основні види електромагнітного випромінювання.
Після сприятливого зіткнення між фотоном і молекулою органічної сполуки може відбутися поглинання електромагнітного кванта; передача енергії відбувається лише тоді, коли вона виконується резонансний стан (кількість енергії, яку приносить фотон, відповідає різниці між двома механічно-квантово визначеними енергетичними рівнями молекули), схематично показано на малюнку 2. Поглинаючи енергію, молекула дуже короткий час переходить у збуджений стан (високоенергетичний стан), а потім повертається до фундаментальна держава (низькоенергетичний стан) шляхом виділення енергії в процесах розслаблення. Повернення до основного стану може відбуватися шляхом випромінювання кванту електромагнітного випромінювання або, найчастіше, через непроменеві процеси, при яких енергія виділяється в навколишнє середовище у вигляді тепла.
Рис. 2. Переходи між кількісно визначеними енергетичними рівнями органічної молекули під дією кванта електромагнітного випромінювання.
Фундаментальне співвідношення ΔE = hν представляє конкретну форму закону збереження енергії в спектроскопії.
Спектри поглинання є графічними зображеннями інтенсивності поглинання залежно від довжини хвилі або інших величин, що характеризують електромагнітне випромінювання.
Інтерпретація спектрів поглинання передбачає ідентифікацію енергетичних рівнів, що беруть участь у переходах, що відбуваються в процесах збудження/розслаблення молекул, і кореляцію положення, інтенсивності та форми смуг поглинання зі структурними елементами, характерними для молекул.
Призначення структур молекулярний аналіз органічних сполук можна здійснити, об'єднавши інформацію, отриману шляхом інтерпретації спектрів поглинання електромагнітного випромінювання з декількох ключових областей, наведених у таблиці 1.
Таблиця 1. Загальновживані спектроскопічні методи визначення молекулярної структури органічних сполук