ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Применение для структурного анализа из "Аналитическая химия Том 2" В предыдущих разделах мы рассматривали принципы генерации сигналов, основные применения и способы обработки колебательных спектров. В этом разделе более подробно будет разобрана важнейшая, в основном качественная, информация о функциональных группах, которую можно получить из различных спектральных диапазонов ближний, средний, дальний ИК-диапазоны и область рамановского эффекта. [c.192] В ближнем ИК-диапазоне проявляются обертоны и комбинационные полосы сильных полос нормальных колебаний (С-Н, N-H, 0-Н) из среднего ИК-диапазона. Эти полосы гораздо менее интенсивны, чем основные колебания. Тем не менее главной особенностью ближнего ИК-диалазона является отсутствие перекрывания полос и выполнение закона Бугера—Ламберта—Бера для слабых обертонов. Поэтому в этой области проводят массовые определения основных компонентов в пищевых продуктах —белков, крахмала, жиров или воды (влажности), при этом не требуется трудоемкой пробоподготовки. Тонко-измельченные образцы можно анализировать методом диффузного отражения в области 7000-5000 см Пределы обнаружения составляют около 0,1%, достигаемая воспроизводимость, характеризуется погрешностью 1-2%. [c.192] В среднем ИК-диапазоне проявляется большинство групповых колебаний и отпечатки пальцев . Некоторые структуры, содержащие простые связи, тзг кие, как С-О-С- в простых и сложных эфирах (например, сахарах) и связи -С-0- в спиртах, обладают сильным поглощением в области отпечатков пальцев, но легко идентифицируются благодаря сильной интенсивности полос (почему полосы связей -С-О-С- и -С-О- являются столь интенсивными ). Другие функциональные группы, содержащие тяжелые атомы, обладают поглощением в дальнем ИК-диапазоне. Далее в таблицах приведены наиболее важные функциональные группы и полосы их поглощения в среднем ИК-диапазоне. [c.192] В табл. 9.2-6-9.2-11 приведена относительная оценка интенсивностей с. — сильная полоса, ср. — средняя, сл. — слабая. Для детального изучения соотношения спектров и структур молекул, в основном в области отпечатков пальцев (где могут происходить сильные взаимодействия групповых колебаний со скелетными и усложнить анализ спектра, особенно для неопытного аналитика), читателю рекомендуется специальная литература (например, [9.2-1-9.2-3]). [c.192] Дальний ИК-диапазон располагается в области волновых чисел ниже 500 см и переходит в микроволновую область. В этом диапазоне можно изучать вращательную структуру газов. В качестве примера на рис. 9.2-21 приведен типичный спектр СНзСК. [c.196] Дальний ИК-диапазон также важен для исследований структуры хелатов металлов и других соединений, содержащих тяжелые или слабосвязанные атомы. В отличие от рентгеноструктуриого анализа, методом колебательной спектроскопии можно изучать не только твердые (кристаллические), но и жидкие образцы. Значит, можно исследовать реальную молекулярную структуру в различных растворителях ие искаженную взаимодействиями в решетке и эффектами кристаллического поля. На рис. 9.2-22 приведено сравнение спектров образца хелата металла в твердом состоянии (в виде суспензии в нуйоле между полиэтиленовыми пластинами) и в растворе дихлорметана. Можно четко видеть, что более высокая (тетраэдрическая) симметрия комплекса устойчива только в растворе. Расщепление полос метал-лиганд в спектре твердого образца свидетельствует об искажении этой симметрии в кристаллическом состоянии. [c.196] Кроме того, дальний ИК-диапазон используют для изучения колебаний кристаллической решетки неорганических соединений ионной структуры и полупроводников, а также для изучения скелетных колебаний органических молекул. Поскольку вода и водяные пары обладают сильным поглощением в этой области, спектрометр должен быть тщательно осушен или, что гораздо лучше, вакуумирован. [c.196] Рамановская спектроскопия все более интенсивно применяется для анализа биологических систем благодаря возможности изучения малых объемов и водных растворов. Конформационные изменения белков, нуклеиновых кислот и пептидов в липидах и мембранах можно легко отследить in situ (т. е. в естественном состоянии), поскольку вода почти неактивна в КР-спектре. Многие биологические образцы флуоресцируют, поэтому для получения КР-спектров следует применять КР-спектрометры с фурье-преобразованием (почему ). [c.197] Рамановская спектроскопия является важным методом структурного анализа неорганических соединений, особенно хелатов металлов и ионов в водных растворах. Это возможно за счет легкого получения колебательных полос металл-лиганд при волновых числах меньших 500 см . Рассматривая КР-спектры с соответствующими ИК-спектрами в этой области, которые трудно получить (почему ), можно провести полный структурный анализ соединений. [c.197] При определенных обстоятельствах чувствительность КР-спектроскопии можно существенно улучшить. В резонансной рамановской спектроскопии для возбуждения используют излучение с частотой, близкой к электронным переходам в молекуле изучаемого вещества (см. рис. 9.2-2). Интенсивность колебательных мод, геометрия которых сильно изменяется при возбуждении электронных переходов (т. е. иными словами, полностью симметричных колебаний и колебаний, связанных с этими двумя электронными состояниями) усиливается в значительной степени. [c.198] Использование лазерных (в УФ/вид.-области) источников возбуждения приводит к усилению чувствительности почти на шесть порядков. Лазерное излучение можно настроить достаточно близко к длине волны максимального поглощения. Резонансные рамановские спектры можно получить при концентрации определяемого вещества до 10 М Следует учитывать, однако, возможность деструкции органических соединений под действием коротковолнового лазерного излучения. Кроме того, этим методом можно успешно определять только нефлуоресцирующие вещества (почему ). Наиболее важная область применения КР-спектроскопии на сегодняшний день— анализ биологических образцов, например определение степени окисления железа, связанного в комплекс с гемоглобином в разбавленных водных растворах. В этом случае можно зарегистрировать полосы тетрапиррольного хромофора с миниммь-ным влиянием других КР-сигналов молекулы, которые не усиливаются селективным возбуждением. [c.198] Еще одной разновидностью рамановской спектроскопии, которую используют для определения следовых количеств органических веществ, является усиленная поверхностью КР-спектроскопия. Если исследуемое вещество предварительно нанести на шероховатую металлическую поверхность (в основном серебро, золото или медь), то при последующем лазерном облучении (в видимом диапазоне) можно достичь пределов обнаружения вплоть до 10 ° М. Механизм усиления КР-линий (почти в 10 раз) еще полностью не изучен. Предполагается, что электромагнитное поле поверхности и адсорбированных на металле молекул локализуется в виде островков на шероховатой поверхности. Подобное усиление интенсивностей КР-сигналов также наблюдается в разбавленных растворах, содержащих устойчивые коллоиды серебра или золота. Фактор усиления является функцией длины волны возбуждающего излучения и уменьшается почти в 100 раз при переходе к 1,06-мкм излучению Nd YAG-лазера. Он также зависит от соответствия степени шероховатости поверхности (размер неоднородностей порядка долей мкм) длине волны излучения. Этот метод пока еще не используется для рутинного анализа, поэтому мы лишь вкратце остановились на нем. [c.198] Вернуться к основной статье