Spektroskopické metódy na analýzu organických zlúčenín
Chémia
PODOBNÉ DOKUMENTY
Na identifikáciu ich štrukturálnych aspektov je možné použiť spektroskopické metódy na analýzu organických zlúčenín na základe interpretácie informácií získaných zo záznamu absorpčných spektier elektromagnetického žiarenia schopných prenášať kvantifikované množstvá energie na organické zlúčeniny.
Elektromagnetická radiácia je forma energie, ktorú je možné opísať pomocou dvoch komplementárnych teórií fyziky:
Elektromagnetické žiarenie má vlastnosti vlny charakterizované:
vlnová dĺžka (vzdialenosť, ktorú sínusová funkcia, ktorá popisuje šírenie striedavých elektrických síl a súvisiaceho magnetického poľa v priestore, prechádza cyklom) vyjadrená v Metra [m] alebo viacnásobné (často nm: 1 nm = 10 - 9 m).
číslo vlny /λ (počet cyklov na jednotku dĺžky) vyjadrený v [m -1] alebo často v násobkoch [cm -1].
frekvencia (počet cyklov za sekundu) je možné vypočítať pomocou znalosti konštantnej rýchlosti šírenia vo vákuovom priestore, c = 2 998 . 10 8 m/s, podľa správy ν = c/λ; jednotka merania frekvencie: s -1 = Hz.
2. Elektromagnetické žiarenie má vlastnosti telieska
moc prepravované a fotón je závislá na vlnovej dĺžke elektromagnetického žiarenia vzťahom:
E = hc/ λ = hν
(kde h je Plankova konštanta a má hodnotu 6 626 . 10 - 34 dní)
Energetické hodnoty možno vyjadriť v:
-joulov na mol [Jmol -1] (energia prenášaná jedným molom fotónov sa počíta vynásobením hodnoty vyjadrenej v J počtom častíc v jednom móle (Avogadrovo číslo N = 6,022 . 10 23 mol -1),
-elektrónový volt [eV] (1 eV = 1,602 . 10 - 19 J).
Celkové elektromagnetické spektrum zahŕňa vlnové dĺžky nachádzajúce sa v mimoriadne širokom rozmedzí: od kozmického žiarenia (λ= 10 - 14 m) na rádiové vlny (λ= 10 2 m) alebo striedavý elektrický prúd (λ= 106 m). Transportované energie sa tiež pohybujú vo veľmi širokých medziach, od veľmi vysokých hodnôt pre kozmické žiarenie až po nízke hodnoty charakteristické pre elektromagnetické žiarenie s veľkými vlnovými dĺžkami. Obrázok 1 zobrazuje hlavné typy elektromagnetického žiarenia charakterizované vlnovou dĺžkou.
Obr. 1. Hlavné typy elektromagnetického žiarenia.
Po priaznivej zrážke medzi fotónom a molekulou organickej zlúčeniny môže dôjsť k absorpcii elektromagnetického kvanta; prenos energie prebieha iba vtedy, keď je splnený rezonančný stav (množstvo energie privedenej fotónom zodpovedá rozdielu medzi dvoma mechanicky-kvantovo určenými energetickými hladinami molekuly), ktoré je schematicky znázornené na obrázku 2. Absorpciou energie molekula prechádza veľmi krátku dobu do vzrušený stav (stav vysokej energie), potom sa vráti do polohy základný stav (nízkoenergetický stav) uvoľňovaním energie v procesoch relaxácia. Návrat do základného stavu sa môže uskutočniť emitovaním kvanta elektromagnetického žiarenia alebo najčastejšie nerádiačnými procesmi, pri ktorých sa energia uvoľňuje do prostredia vo forme tepla.
Obr. 2. Prechody medzi kvantovanými energetickými hladinami organickej molekuly pôsobením kvanta elektromagnetického žiarenia.
Základný vzťah ΔE = hν predstavuje špecifickú formu zákona zachovania energie v spektroskopii.
Absorpčné spektrá sú grafické znázornenia absorpčnej intenzity v závislosti od vlnovej dĺžky alebo iných veličín, ktoré charakterizujú elektromagnetické žiarenie.
Interpretácia spektier absorpcia zahŕňa identifikáciu energetických hladín podieľajúcich sa na prechodoch, ktoré prebiehajú v procesoch excitácie/relaxácie molekúl, a koreláciu polohy, intenzity a tvaru absorpčných pásov s charakteristickými štruktúrnymi prvkami molekúl.
Priraďovanie štruktúr molekulárnu analýzu organických zlúčenín je možné vykonať kombináciou informácií získaných interpretáciou absorpčného spektra elektromagnetického žiarenia z niekoľkých kľúčových oblastí uvedených v tabuľke 1.
Tabuľka 1. Bežné dôležité spektroskopické metódy priraďovania molekulárnej štruktúry organických zlúčenín