Спектрофотометрія. Інфрачервона спектроскопія. Походження ІК- спектрів. Використання ІК- спектроскопії для ідентифікації речовин

С Спектрофотометрія. Інфрачервона спектроскопія

Контрольні питання до теми 3.6

1.На чому засновано кондуктометричний метод аналізу?

2.Що таке питома електропровідність?

3.Як залежить питома електропровідність від концентрації розчину?

4.Як залежить питома електропровідність від температури?

5.Чому пряма кондуктометрія може використовуватися для визначення загального вмісту солей природних і побутових вод?

6.У чому сутність кондуктометричного титрування?

7.Наведить схему пристрою для кондуктометричного титрування.

8.Поясніть криву кондуктометричного титрування сильної кислоти лугом.

9.Поясніть криву кондуктометричного титрування суміші нітратної кислоти і нітрату амонію.

Спектрофотометрія практично не відрізняється від фотометрії, але в ній використовують монохроматичне випромінювання. Спектрофотометрію використовують в ультрафіолетовій і видимій частинах спектру для отримання спектрів поглинання, для вимірювання спектрів речовин з вузькою полосою поглинання, або речовин з близькими довжинами хвиль спектрів поглинання. Схема спектрофотометру СФ-26 наведена на рисунку 3.26.

Рисунок 3.26 - Схема нереєструючого спектрофотометру СФ-26

Поліхроматичне світло від лампи розжарювання(від 320 нм) або дейтерієвій(190-320 нм) лампи 3, поступає на вхідну щілину, дзеркала 4, 1 і кварцову призму 2, яка розкладає поліхроматичне світло у спектр. Світло відбивається від задньої стінки призми 2, знов проходить крізь неї, відбивається від дзеркала 1 і поступає на вихідну щілину 14, яка вирізає узьку монохроматичну частину спектру. Монохроматичне світло проходить скрізь світлофільтр 12, кювету з розчином 5, попадає на фотоелемент 6, підсилюється в 7 і реєструється мікроамперметром. Довжина хвилі змінюється переміщенням дзеркала 1 барабаном 15. Прилад має стабілізатор - 8, ручки: установки нулю – 9, зміни фотоелементу – 10, зміни кювет – 11, зміни ширини щілини – 13.

Інфрачервона(ІК-) спектроскопія. Смуги поглинання в інфрачервоній області спектру обумовлені зміною коливання атомів, коли молекула переходить з одного коливального стану у інше. Зазвичай ІЧ-спектри зображують у координатах Т(пропускання(%)) - (хвильове число(см^-1)).

Необхідною умовою коливального переходу є зміна електричного моменту диполю при коливанні атомів. Симетричні молекули, які не мають дипольного моменту, не можуть поглинути ІЧ- випромінювання(N₂, H₂). Коливальні переходи супроводжуються обертальними, тому спектральна лінія перетворюється у смугу, яка складається з множності ліній, а ІЧ-спектр представляє собою набір смуг поглинання.

Розрізняють декілька типів коливання атомів у багатоатомній молекулі – валентні, деформаційні(рисунок 3.27):

+ + + *

а-антисиметричні; б-симетричні; в-ножичні; г-маятникові; д-веєрні; е-крутильні.

Рисунок 3.27 - Валентні(А) і деформаційні(Б) коливання молекул

З усіх коливальних переходів найбільш ймовірними є переходи на найближчий коливальний підрівень. Йому відповідає смуга поглинання, яка зветься основною. Менш вірогідними є переходи на більш високий коливальний підрівень, їм відповідають смуги поглинання, які звуть обертонами. Їх частота у 2, 3,… рази більше, а інтенсивність значно менше.

Кожний тип коливання характеризується певною енергією збудження. Кожна функціональна група або зв’язок характеризується своєю частотою смуг поглинання. Наприклад:

С – Н Валентні , см^-1 2700 – 3300

2 5600 – 6300

3 8300 – 9000

С – Н Деформаційні 1300 – 1500

800 – 830

Тому положення смуг поглинання у спектрі речовин допомагає встановити наявність тієї чи іншої функціональної групи у сполуці. Однак наявність у молекулі інших атомів може змістити смугу поглинання. Таким чином, кожна сполука буде мати свій характерний ІЧ-спектр поглинання. Невідому сполуку ідентифікують, порівнюючи його спектр зі спектром поглинання відомих з’єднань, які наведені у довідниках. Тому ІЧ-спектроскопія є надійним методом ідентифікації і дослідження органічних і неорганічних сполук.

Для кількісних визначень вимірюють інтенсивність поглинання полоси у максимумі, яка підкорюється закону Бугера-Ламберта-Бера.

Для реєстрації ІЧ-спектрів використовують ІЧ-спектрофотометри ІКС-24, ІКС-29 та інші. Для зменшення розсіювання випромінювання пробу розміщають перед монохроматором. Для виготовлення кювет, лінз призм використовують LiF, CaF₂, NaCl, KBr. Оптична схема ІЧ-спектрофотометру наведена на рисунку 3.28.

Теплове випромінювання від джерела випромінювання(глобар, або штифт Нернсту) -1 поступає на два дзеркала 2, які утворюють два каналу випромінювання: канал аналізуємого зразку(кювета 14) і канал зразку порівняння(кювета 3). Теплове випромінювання кожного каналу проходить скрізь кювети, щілини 13 і за допомогою системи дзеркал 11 і модулятора 12 почергово поступає у монохроматор.

1-джерело випромінювання; 2-дзеркала; 3,14-кювети; 4-регістратор; 5-вимірювальна схема; 6-вихідна щілина монохроматору; 7-болометр; 8-призма; 9-дзеркало монохроматору; 10-механізм розгортання спектру; 11-система дзеркал; 12-модулятор; 13-вхідна щілина.

Рисунок 3.28 - Схема ІЧ-спектрофотометру

Скрізь призму 8 і вихідну щілину монохроматору 6 випромінювання попадає на болометр 7, який перетворює його у електричний струм. Болометр підключене у вимірювальну схему 5, яка зв’язана з регістратором 4. Розгортка спектру здійснюється поворотом дзеркала 9 за допомогою механізму 10, який скоординовано з регістратором 4. Різниця поглинання аналізуємого зразку і зразку порівняння реєструється в залежності від довжини хвилі як спектр поглинання.

Самостійно опрацювати тему більш детальніше за літературою:

[1] – стор. 172-183; [2] – стор. 267-297; [4] – стор. 244-265.

Дата добавления: 2014-01-11