Инструментальные методы анализа

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Физико-химические методы анализа, основаны на зависимости физических свойств вещества от его природы, причем аналитический сигнал представляет собой величину физического свойства, функционально связанную сконцентрацией или массой определяемого компонента. Физико-химические методы анализа могут включать химические превращения определяемого соединения, растворение образца, концентрирование анализируемого компонента, маскирование мешающих веществ и других. В отличие от «классических» химических методов анализа, где аналитическим сигналом служит масса вещества или его объем, в физико-химические методы анализа в качестве аналитического сигнала используют интенсивность излучения, силу тока, электропроводность, разность потенциалов и др.

Важное практическое значение имеют методы, основанные на исследовании испускания и поглощения электромагнитного излучения в различных областях спектра. К ним относится спектроскопия (например, люминесцентный анализ, спектральный анализ, нефелометрия и турбидиметрия и другие). К важным физико-химическим методам анализа принадлежат электрохимические методы, использующие измерение электрических свойств вещества (кондуктометрия, кулонометрия, потенциометрия и т. д.), а также хроматография (например, газовая хроматография, жидкостная хроматография, ионообменная хроматография, тонкослойная хроматография). Успешно развиваются методы, основанные на измерении скоростей химических реакций (кинетические методы анализа), тепловых эффектов реакций (термометрическое титрование, смотри Калориметрия), а также на разделенииионов в магн. поле (масс-спектрометрия).



1. Хроматомасс-спектрометрияв органической химии

Уже давно масс-спектрометр рассматривают как отличный детектор для газовой хроматографии. Как газовый хроматограф, так и масс-спектрометр представляют собой в принципе относительно несложные приборы, а получаемые с помощью каждого из них аналитические данные просты для понимания и использования. Когда эти два прибора напрямую соединяют в единую хроматомасс-спектрометрическую систему, возможности такой системы не равны просто сумме возможностей каждого прибора; аналитические возможности увеличиваются экспоненциально. Для того, чтобы реализовать весь потенциал, заключенный в громадном количестве данных, генерируемых хроматомасс-спектрометром, необходим специализированный компьютер. С подключением компьютера к прибору становятся возможными многие операции с данными, увеличивающие их аналитическую ценность. Полученные с помощью масс-спектрометрического детектора спектры, дают такую информацию о качественном составе пробы, какую не могут дать иные газохроматографические детекторы. Масс-спектрометрический детектор обладает большей чувствительностью, кроме того, он разрушает пробу, дает информацию о массе и различает скорее гомологи, чем изомеры.

Принципиальная схема масс-спектрометра в комбинации с газовым хроматографом представлена на рис. 1.

Рис. 1 - Принципиальная схема масс-спектрометра в комбинации с газовым хроматографом

Первым шагом при хроматомасс-спектрометрическом анализе является обычно сканирование по всему диапазону масс (рис. 9). Идентификацию проводят с помощью библиотеки спектров, чаще всего заложенной в память ЭВМ, которая одновременно и управляет работой детектора. Изучение характеристических пиков и молекулярных ионов играет важную роль при идентификации соединения.

Рис. 2 - Спектр соответствует полному сканированию. В определенном диапазоне измерены все отношения масса/заряд

Следующим шагом, представленным на рис. 10, является качественный анализ, для чего используют метод регистрации отдельных ионов (SIM). Для этого применяют фильтр, чтобы исследовать только несколько видов ионов и тем самым повысить чувствительность.

Рис. 3 - Тот же пример, что и на рис. 2.

Проведена регистрация по отдельным ионам с выбранным отношением масса/заряд. Время измерения увеличено, что позволило повысить чувствительность.

Наконец, суммируют все осциллограммы по отдельным ионам и наносят на диаграмму с единым масштабом времени (рис. 4), чтобы получитьхроматограмму по всем ионам в пробе (TIC).

Рис. 4 - Пример хроматограммы по всем ионам

спектрометрия хроматограмма анализ формула

Дальнейшее развитие ГХ/МС-методов и широкое применение компьютерной техники привело к тому, что масс-спектрометрия стала доступной не только специалистам, но активно используется в качестве стандартного метода детектирования в газовой хроматографии. Компьютер управляет системой в целом, записывает данные, накапливает массовые спектры. Накопление большого количества масс-спектров за секунду требует большого объема памяти и высокого быстродействия машины.

Пример применения хромато-масс-спектрометрии для разделения смеси лекарственных веществ приведен на рис. 5.

Рис. 5



Сравнение спектра вещества с временем удерживания морфина (рис. 6) и сравнение со спектром морфина, заложенным в банк данных.

Рис. 6

В наши дни масс-спектрометры выпускают только в комплекте с компьютером. Большую помощь при идентификации оказывает банк масс-спектральных данных, который заказчик получает вместе с прибором. По мере выполнения масс-спектрометрических анализов новые результаты непрерывно вводятся в память компьютера, пополняя банк данных. При необходимости воспользоваться банком аналитик посылает в ЭВМ запрос, и компьютер сам находит в памяти спектр, который лучше других соответствует регистрируемому в данный момент спектру. Оба спектра появляются на экране, и теперь остается только сопоставить две спектральные картины. Сравнение спектров, то есть своеобразное опознание по отпечаткам пальцев, значительно проще для идентификации неизвестных веществ, чем реконструкция молекул по отдельным фрагментам. Единственное необходимое условие для такой идентификация-наличие в банке данных спектра того самого вещества, которое поступило для анализа.

Хромато-масс-спектрометрия нашла широкое применение в различных областях химии, медицины, фармацевтического производства, экологического мониторинга и технологического контроля в промышленности.

2. Инфракрасная спектроскопия (ИК спектроскопия)

2.1 Физико-химические основы ИК-спектроскопии

Инфракрасная спектроскопия (ИК спектроскопия), раздел молекулярной оптической спектроскопии, изучающий спектры поглощения и отражения электромагнитного излучения в инфракрасной области, т.е. в диапазоне длин волн от 10до 10 м. В основе этого метода лежит такое физическое явление, как инфракрасное излучение. Инфракрасное излучение также называют «тепловым» излучением, так как все тела, твёрдые и жидкие, нагретые до определённой температуры, излучают энергию в инфракрасном спектре. При этом длины волн, излучаемые телом, зависят от температуры нагревания: чем выше температура, тем короче длина волны и выше интенсивность излучения.

Инфракрасные спектры поглощения, связанные с различными структурными группами органических веществ, в настоящее время так полно изучены, что идентификация многих органических соединений и смесей не представляет большого труда.

Инфракрасное излучение имеет столь незначительную энергию, что его взаимодействие с частицами вещества приводит лишь к изменению вращательно-колебательных состояний молекулы и к возникновению молекулярного вращательно-колебательного спектра. В далекой инфракрасной области происходит изменение лишь вращательных состояний молекулы. Инфракрасное излучение при взаимодействии с молекулой производит изменение не электронных, а вращательных и колебательных состояний.

При воздействии излучения очень малой энергии (соответствующей v = 1--300 см-1) возникает вращательный спектр, так как поглощаемая энергия может привести к изменению лишь вращательных состояний.

При воздействии излучения большей энергии (соответствующей v = 300--4000 см-1) происходят изменения, как во вращательных, так и в колебательных состояниях молекулы; это приводит к возникновению инфракрасноговращательно-колебательного спектра. Переход из одного вращательного состояния в другое или из одного вращательно-колебательного состояния в другое связан с выполнением условий, вытекающих из квантовой механики.

Рис. 7 - Основные колебания: а - трехатомная линейная молекула (н1, н3 валентные колебания, н2 -деформационное колебание); б - трехатомная нелинейная молекула; в - четырехатомная нелинейная молекула XY3

Различные виды колебаний трехатомной молекулы, линейной или нелинейной, поясняются на рис. 1, где приведены также их обозначения. Стрелками указано одно из двух возможных направлений колебаний. Деформационное колебание линейной молекулы (v2) может происходить с одной и той же частотой в плоскости рисунка и в перпендикулярной к нему плоскости. Такое колебание называется вырожденным.

Число колебаний четырехатомной молекулы значительно больше. На рис. 1 представлены основные колебания четырехатомной нелинейной молекулы ХY3. Колебания, обозначенные v3a, v3bи v4a, v4b, имеют одинаковые частоты и поэтому являются вырожденными.

Существует целый ряд колебаний невалентного (деформационного) типа, как это ясно из приведенных примеров. Все колебания невалентного типа, плоскостные и внеплоскостные, чаще всего обозначаются общим термином «деформационные колебания». Колебания целой атомной группировки в молекуле называют скелетным колебанием.

Общее число основных колебаний для n-атомной нелинейной молекулы составляет 3n - 6, из которых п - 1 -- число валентных колебаний и 2n-5 -- число деформационных колебаний. Для линейной молекулы общее число колебаний равно Зп - 5. При этом п - 1 -- число валентных и 2n - 4 -- число деформационных колебаний. Некоторые колебания могут оказаться вырожденными, как было сказано выше.

В спектре, кроме полос поглощения, соответствующих основным колебаниям, наблюдаются также более высокие гармоники (например, полосы с волновыми числами 2v и комбинационные колебания (например, v1 + v2 и др.). Однако интенсивность этих полос поглощения, как правило, относительно невелика.

Поглощение инфракрасного излучения обусловливается лишь теми колебаниями, которые связаны с изменением дипольного момента; такие колебания являются активными в инфракрасном спектре поглощения. В приведенных примерах (см. рис. 1) активными колебаниями, следовательно, будут колебания v1, v2 и v3 для нелинейной трехатомной молекулы, v2 и v3 для линейной трехатомной молекулы и все колебания для четырехатомной молекулы. Такие молекулы, как Н2, О2, N2 и т. д., не дают полос поглощения в инфракрасном спектре. Неактивным является также колебание v1 молекулы О = С = О.

Для сложных многоатомных молекул общее число колебаний и соответствующих им полос поглощения очень велико. Двадцатитомная нелинейная молекула должна иметь 54 основных колебания. С одной стороны, это число колебаний увеличивается благодаря обертонам и комбинационным колебаниям, с другой стороны, уменьшается за счет неактивных и вырожденных колебаний. Отнести отдельные колебания к определенным полосам поглощения в спектре невозможно без знания некоторых общих закономерностей вероятных частот различных типов колебаний. Главное правило, основанное на данных опыта и теоретических соображениях, состоит в том, что колебания атомов одинаковых групп, входящих в различные молекулы, отличаются незначительно. С другой стороны, это различие волновых чисел является основным источником информации о структуре молекулы.

Из практических соображений в связи с различным устройством используемых приборов инфракрасная область делится на близкую (менее 2,5 мкм), среднюю (2,5--25 мкм) и далекую (свыше 25 мкм). Это деление соответствует делению спектров по характеру поглощения в инфракрасной области. Однако оно носит условный характер, в особенности между средней и далекой инфракрасными областями.

Излучение характеризуется длиной волны л, которая в инфракрасной области измеряется в микрометрах (1 мкм = 0,001 мм= 10-4см= 1000 нм = 104 А). Часто инфракрасное излучение характеризуется также волновым числом н, которое определяется как число длин волн, укладывающихся на 1 см. Оно связано с длиной волны л соотношением н = 1/л, где л выражено в см. Размерность волнового числа соответственно см-1.

Третья величина, с помощью которой можно характеризовать излучение, но которая, однако, мало употребительна в инфракрасной спектроскопии, представляет собой число колебаний в секунду, т. е. частотун'. Частота зависит от среды, в которой распространяется излучение; ее размерность сек-1и она измеряется в герцах или Френелях (1 фр = 1012гц).

Длина волны л, волновое число v и частота v' связаны между собой следующими соотношениями:



где С -- скорость распространения электромагнитного излучения в вакууме (С = 3 * 1010см * сек-1). Так как скорость распространения излучения в разных средах различна, значения волновых чисел и длин волн приводятся иногда к их значениям в вакууме.

2.2 Приборы для инфракрасной спектроскопии

Для регистрации спектров используют классические спектрофотометры и фурье-спектрометры.

Достоинства приборов классической схемы: простота конструкции, относительная дешевизна. Недостатки: невозможность регистрации слабых сигналов из-за малого отношения сигнал: шум, что сильно затрудняет работу в далекой инфракрасной области; сравнительно невысокая разрешающая способность (до 0,1 см-1), длительная (в течение нескольких минут) регистрация спектров.

В фурье-спектрометрах отсутствуют входная и выходная щели, а основной элемент - интерферометр. Поток излучения от источника делится на два луча, которые проходят через образец и интерферируют. Разность хода лучей варьируется подвижным зеркалом, отражающим один из пучков.



Рис. 8 - Блок-схема фурье-спектрометра: 1 - источник излучения; 2 - прерыватель; 3 - светоделитель; 4 - подвижное зеркало; 5 - неподвижное зеркало; 6 - система линз; 7 - кюветное отделение; 8 - детектор; 9 - аналого-цифровой преобразователь; 10 - контроллер; 11 - компьютер; 12 - цифровая печать; 13 - дисковая память

Первоначальный сигнал зависит от энергии источника излучения и от поглощения образца и имеет вид суммы большого числа гармонических составляющих. Для получения спектра в обычной форме производится соответствующее фурье-преобразование с помощью встроенной ЭВМ.

Наиболее эффективное использование оборудования для инфракрасной Фурье спектроскопии возможно только при соответствующей подготовке пробы, предназначенной для анализа. При работе на инфракрасных Фурье спектрометрах можно использовать как традиционные способы пробоподготовки для инфракрасной спектроскопии, так и некоторые новые приемы, которые обусловлены, прежде всего, меньшим количеством вещества, достаточным для анализа и возможностью использования дополнительных устройств (приставок).

Достоинства фурье-спектрометра: высокое отношение сигнал: шум, возможность работы в широком диапазоне длин волн без смены диспергирующего элемента, быстрая (за секунды и доли секунд) регистрация спектра, высокая разрешающая способность (до 0,001 см-1). Недостатки: сложность изготовления и высокая стоимость.

Все спектрофотометры снабжаются ЭВМ, которые производят первичную обработку спектров: накопление сигналов, отделение их от шумов, вычитание фона и спектра сравнения (спектра растворителя), изменение масштаба записи, вычисление экспериментальных спектральных параметров, сравнение спектров с заданными, дифференцирование спектров и др. Кюветы для инфракрасных спектрофотометров изготовляют из прозрачных в инфракрасной области материалов. В качестве растворителей используют обычно ССl4, СНСl3, тетрахлорэтилен, вазелиновое масло. Твердые образцы часто измельчают, смешивают с порошком КВr и прессуют таблетки. Для работы с агрессивными жидкостями и газами применяют спец. защитные напыления (Ge, Si) на окна кювет. Мешающее влияние воздуха устраняют вакуумированием прибора или продувкой его азотом.

Для случая слабо поглощающих веществ (разреженные газы и др.) применяют многоходовые кюветы, в которых длина оптического пути достигает сотен метров благодаря многократным отражениям от системы параллельных зеркал. Большое распространение получил метод матричной изоляции, при котором исследуемый газ смешивают с аргоном, а затем смесь замораживают. В результате полуширина полос поглощения резко уменьшается, и спектр получается более контрастным. Применение специальной микроскопической техники позволяет работать с объектами очень малых размеров (доли мм).



3. ЯМР - спектороскапия

3.1 Основные достоинства метода ЯМР

- Высокая разрешающая способность - на десять порядков больше, чем у оптической спектроскопии.

- Возможность вести количественный учет (подсчет) резонирующих ядер. Это открывает возможности для количественного анализа вещества.

- Спектры ЯМР зависят от характера процессов, протекающих в исследуемом веществе. Поэтому эти процессы можно изучать указанным методом. Причем доступной оказывается временная шкала в очень широких пределах - от многих часов до малых долей секунды.

- Современная радиоэлектронная аппаратура и ЭВМ позволяют получать параметры, характеризующие явление, в удобной для исследователей и потребителей метода ЯМР форме. Данное обстоятельство особенно важно, когда речь идет о практическом использовании экспериментальных данных.

Главным преимуществом ЯМР по сравнении с другими видами спектроскопии является возможность преобразования и видоизменения ядерного спинового гамильтониана по воле экспериментатора практически без каких-либо ограничений и подгонки его под специальные требования решаемой задачи. Из-за большой сложности картины не полностью разрешенных линий многие инфракрасные и ультрафиолетовые спектры невозможно расшифровать. Однако в ЯМР преобразование гамильтониана таким образом, чтобы можно было подробно проанализировать спектр, во многих случаях позволяет упростить сложные спектры.

То, с какой легкостью удается преобразовать ядерный спиновый гамильтониан, обусловлено определенными причинами. Благодаря тому, что ядерные взаимодействия являются слабыми, можно ввести сильные возмущения, достаточные для того, чтобы подавить нежелательные взаимодействия. В оптической спектроскопии соответствующие взаимодействия обладают значительно большей энергией и подобные преобразования фактически невозможны.

Модификация спинового гамильтониана играет существенную роль во многих приложениях одномерной ЯМР - спектроскопии. В настоящее время широкое распространение получило упрощение спектров или повышение их информативности с помощью спиновой развязки, когерентного усреднения многоимпульсными последовательностями, вращения образцов или частичной ориентации в жидкокристаллических растворителях.

Говоря о достоинствах приборов ЯМР, необходимо исходить из реальных возможностей в приобретении и эксплуатации ЯМР-спектрометров. В этой связи необходимо отметить следующее.

Операторские обязанности при работе на этих спектрометрах может выполнять любой человек. Но само обслуживание и ремонт требуют высокой квалификации.

Проведение экспериментов по ЯМР сводится к следующему. Исследуемый образец помещают в постоянное магнитное поле, которое создается постоянным магнитом или, чаще всего, электромагнитом.

При этом на образец подается радиочастотное излучение, обычно метрового диапазона. Резонанс детектируется соответствующими радиоэлектронными устройствами, обрабатывается ими и выдается в виде спектрограммы, которая может быть выедена на осциллограф или самописец, в виде ряда цифр и таблиц, получаемых с помощью печатающего устройства. Выходной резонансный сигнал может быть также введен в тот или иной технологический процесс для управления этим процессом или циклом.

Обычно, если речь идет об исследовании в стационарных условиях моно мерных соединений на ядрах водорода с молекулярной массой несколько сотен единиц (а таких веществ при исследовании большинство), масса исследуемого образца должна быть от нескольких миллиграммов до ста миллиграммов. Образец обычно растворяют в том или ином растворителе, причем объем раствора 0.7ё1 мм3. При детектировании сигналов ЯМР от других (помимо Н1) ядер масса образца может достигать двух граммов. Если исследуемое вещество - жидкость, то, естественно, готовить раствор в этом случае не обязательно - все зависит от целей эксперимента.

С помощью спектрометров работающих в импульсном режиме можно детектировать сигналы ЯМР от любого сколь угодно малого количества вещества. Конечно, в этом случае требуется просто больше времени, чтобы получить достаточно надежные экспериментальные результаты.

Многие вещества, как известно, не растворяются или растворяются ограниченно. В этом случае сигнал ЯМР можно зарегистрировать от твердой фазы. Требуемая навеска исследуемого образца- до трех граммов. Уместно здесь отметить, что в процессе эксперимента образец не разрушается и может быть использован впоследствии для других целей.

Высокая специфичность и оперативность метода ЯМР, отсутствие химического воздействия на образец, возможность непрерывного измерения параметров открывают многообразные пути его применения в промышленности.

Внедрению метода ЯМР препятствовали: сложность аппаратуры и ее эксплуатации, высокая стоимость спектрометров, исследовательский характер самого метода.

3.2 Спектрометры ЯМР

Спектрометр ЯМР должен содержать следующие основные элементы: 1) магнит, создающий поляризующее ядерную спин - систему магнитное поле 0; 2) передатчик, создающий зондирующее поле 1; 3) датчик, в котором под воздействием 0 и 1 в образце возникает сигнал ЯМР; 4) приемник, усиливающий этот сигнал; 5) систему регистрации (самописец, магнитная запись, осциллоскоп и т.д.);6) устройства обработки информации (интегратор, многоканальный накопитель спектров); 7) систему стабилизации резонансных условий; 8) систему термостатирования образца; 9) передатчик, создающий поле 2 для двойных резонансов; 10) систему программирования регистрации ЯМР: для спин - спектрометра - развертку поля 0 или частоты n0 в заданном интервале с необходимой скоростью, требуемой числом реализаций спектра; для импульсных спектрометров - выбор числа, амплитуды и длительностей зондирующих импульсов, времени отслеживания каждой точки и числа точек интерферрограммы, времени повторения интерферрограммы, числа циклов накопления интерферрограммы; 11) системы коррекции магнитного поля. Это схематическое перечисление показывает, что современный ЯМР-спектрометр - сложная измерительная система.

По назначению ЯМР - спектрометры делят на приборы высокого и низкого разрешения. Граница здесь условная, и все чаще характеристики ЯМР - спектрометров высокого и низкого разрешения объединяют в одном универсальном приборе. Типичный прибор низкого разрешения должен иметь магнит, обеспечивающий относительное разрешение порядка 10-6 ч-1, возможность регистрации ЯМР многих магнитных ядер в широком интервале температур, сопряжение с системой обработки данных, гониометр для кристаллофизических измерений.

Для обеспечения высокой чувствительности применяется модуляционный метод наблюдения сигнала: поле 0 (частота n0) модулируется по синусоидальному закону; частота nm и амплитуда Аm выбираются из соображений оптимизации чувствительности и вносимых такой модуляцией искажений сигнала. Поскольку в кристаллах время спин- решеточной релаксации Т1 может достигать нескольких часов, спектрометр низкого разрешения должен обеспечивать регистрацию ЯМР при исключительно малых уровнях радиочастотного поля 1, чтобы избежать насыщения сигнала. Чувствительность модуляционного метода зависит от отношения Аm/d, причем это отношение для слабых сигналов приходится выбирать сравнимым с единицей. Но тогда возникает сильное модуляционное уширение, которое необходимо учитывать при обработке сигналов. Трудности еще более возрастают, если линия ЯМР имеет широкую и узкую компоненты - при однократной записи невозможно правильно передать отношение интенсивностей этих компонент.

В последнее время приобретают все большую популярность импульсные методы регистрации широких линий ЯМР в твердых телах, однако здесь возникают свои трудности. Чтобы одинаковым образом возбудить все переходы в спиновой системе, необходимо применять очень короткие импульсы длительностью tиЈ1 мкс; это требует мощных источников радиочастотных колебаний. Кроме того, временный отклик спиновой системы для широких линий (Т2~10 мкс) затухает очень быстро; чтобы за несколько микросекунд произвести достаточное число отсчетов, необходим аналого-цифровой преобразователь с быстродействием порядка 0,1 мкс канал.

Большие трудности возникают из-за звона контура в датчике и перегрузки приемника после мощного импульса. Преимуществом импульсной техники является то, что в одном эксперименте могут быть определены все параметры ядерного магнетизма в образце - моменты, форма линии и времена релаксации. По теореме Фурье, большие частоты соответствуют малым временам. Поэтому создаются импульсные методы для анализа явлений, происходящих через ничтожно малое время после окончания импульса. Они повышают точность определения высших моментов линии ЯМР вплоть до n=14.

Для реализации импульсного сужения (высокого разрешения в твердом теле) число импульсных каналов передатчика должно быть не меньше четырех. Мощные импульсы формируются в режиме усиления колебаний, создаваемых точным задающим генератором. Длительность его работы должна быть достаточно велика для реализации требуемой точности настройки частоты и фазы радиочастотного заполнения импульсов. Кроме того, когерентность спектрометра обеспечивает возможность синхронного детектирования по высокой частоте для повышения чувствительности.

Наряду с синхронным детектированием очень широко применяется накопление сигналов с помощью многоканальных накопителей. Стабильность ЯМР - спектрометров обеспечивает долговремен-
ное однозначное соответствие каждого спектрального интервала Dn номеру канала памяти накопителя.

Спектрометры высокого разрешения по способу нахождения условий резонанса разделяются на стационарные и импульсные спектрометры. В стационарных спектрометрах резонанс находится изменением (разверткой) одного из параметров (n или 0) при фиксировании другого. В импульсных спектрометрах при постоянном внешнем поле 0 образец облучают коротким высокочастотным импульсом длительностью t с частотой n, т.е. спектром частот, основная мощность которого находится в полосе n±1/t. В этой полосе возбуждаются все соответствующие переходы ЯМР, дающие отклик- сигнал спада свободной индукции. Фурье- преобразование этого сигнала дает обычный спектр ЯМР.

Спектрометры, работающие в стационарном режиме, состоят из следующих основных узлов:

- магнит, создающий весьма однородное поле;

- датчик сигналов, содержащий исследуемый образец и приемную катушку;

- блок развертки, позволяющий изменять в небольших пределах основное магнитное поле по определенному закону;

- радиочастотный генератор, работающий в метровом диапазоне;

- радиочастотный приемник и усилитель;

- осциллограф и самопишущий потенциометр для наблюдения и регистрации спектров.

Достаточно быстрое вращение образца позволяет эффективно избавиться от влияния градиентов магнитного поля 0. Данное обстоятельство в связи с непрерывным ростом используемых значений 0 ведет к тому, что достигаемое относительное разрешение, измеряемое как отношение DН/0, где DН - наблюдаемая неоднородность магнитного поля, находится в интервале 10-9 - 10-10. Линии, измеряющиеся десятыми и сотыми долями герца, ширина которых определяется длительностью времени релаксации в жидкости (10 - 20 с), приводят к существенной трудности. Следовательно, на однократную реализацию спектра может потребоваться несколько часов. Это предъявляет очень высокие требования к системе стабилизации резонансных условий, которая обычно осуществляется с помощью ЯМР (по дополнительному образцу - внешняя стабилизация либо по одной из линий исследуемого образца - внутренняя стабилизация). Наиболее удачные результаты получаются при сочетании внутренней и внешней стабилизации.



4. Расшифровка формулы органического соединения по данным элементного анализа, на основании ИК- и ЯМР 1Н и 13С спектроскопии

По элементному составу определим брутто - формулу:

С : Н :Cl : О = 39/12 : 5,5/1 : 38,5/35,5 : 17/16

Делим на минимальное число из получившихся значений:

С : Н :Cl : О =3,25/1,063 : 5,5/1,063 : 1,09/1,063 : 1,063/1,063

С : Н :Cl : О= 3 :5 : 1 : 1

Тогда брутто - формула соединения С3Н5ClО

При анализе ИК-спектра видно, что в спектре присутствуют интенсивные полосы поглощения с частотой 2986и 2980 см-1, что свидетельствует о наличии в соединении связи -С-Н3 -С-Н2.Сигнал с частотой поглощения 1716 см-1свидетельствует о наличии связи С=О, сигнал в районе 499см-1, свидетельствует о наличии галогена, а именно Сl.

Чтобы определить правильность рассуждений, нужно исследовать спектр ЯМРН.

В спектре ЯМРН сигнал с химическим сдвигом1.22 м.д можно отнести к метильному радикалу (-СН3) в виде триплета с интегральной интенсивностью 3, предположительно СH3-CH2. Сигнал с химическим сдвигом 2.88 м.д. в виде квартета с интегральной интенсивностью 2, соответствует СН3-СН2.

В спектре ЯМР 13 С мы видим 3 сигнала, следовательно в соединении присутствуют 3 различных атома углерода. Сигнал с химическим сдвигом 8.60 м.д. можно отнести к СН3. Сигнал с химическим сдвигом 33.79 м.д. можно отнести к СН2. Сигнал с химическим сдвигом 174.40 м.д. можно отнести к углероду связанному с кислородом С=О.

Из всего выше перечисленного можно сделать вывод что данным веществом является хлорангидрид пропионовой кислоты



Заключение

Таким образом на основании спектров была расшифрована структура вещества хлорангедрида пропионовой кислоты.



Список использованных источников

2. Гордон А., Форд Р. Спутник химика. - М.: Издательство «мир», 1976. - 529 с.

3. Казицына Л.А., Куплетская Н.Б. Применение УФ-, ИК-, и ЯМР -спектроскопии в органической химии. Учебное пособие для вузов. - М.:«Высшая школа», 1971.264 с.

4. Лебедев А.Т. Масс-спектроскопия в органической химии. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2003. - 493 с.

5. Хефтман Э. Хроматография. Практическое приложение метода. М: «Мир»,1986. - 336 с.

6. Тарасевич Б.Н. ИК спектры основных классов органических соединений. Справочные материалы. Москва, 2012. - 55 с.

Размещено на Allbest.ru