Spektroszkópiai módszerek a szerves vegyületek elemzésére
Kémia
HASONLÓ DOKUMENTUMOK
A szerves vegyületek elemzésére szolgáló spektroszkópiai módszerek felhasználhatók szerkezeti szempontjaik azonosítására az elektromágneses sugárzás abszorpciós spektrumának rögzítéséből nyert információk értelmezése alapján, amelyek képesek mennyiségi mennyiségű energiát átvinni szerves vegyületekre.
Elektromágneses sugárzás az energia egy olyan formája, amely két egymást kiegészítő fizikaelmélet segítségével írható le:
Az elektromágneses sugárzásnak megvan a hullám tulajdonságai azzal jellemezve:
hullámhossz (az a távolság, amelyet a szinuszos függvény váltakozó elektromos erők és a kapcsolódó mágneses tér térben történő terjedését ír le) méter [m] vagy sokszoros (gyakran nm: 1nm = 10 -9 m).
hullámszám /λ (ciklusok száma egységnyi hosszonként) [m -1] -ben vagy gyakran résztömegekben [cm-1] kifejezve.
frekvencia (ciklusok száma másodpercenként) kiszámítható az állandó terjedési sebesség ismeretében a vákuumtérben, c = 2,998 . 10 8 m/s, a jelentés szerint ν = c/λ; a frekvencia mértékegysége: s -1 = Hz.
2. Az elektromágneses sugárzásnak vannak tulajdonságai a testben
energia szállítja a foton függ az elektromágneses sugárzás hullámhosszától a következő összefüggéssel:
E = hc/ λ = hv
(ahol h a Plank állandója, értéke 6626 . 10–34 nap)
Az energiaértékeket a következőkben lehet kifejezni:
-jouli/mol [Jmol -1] (az egy mól foton által hordozott energiát úgy számítják ki, hogy a J-ben kifejezett értéket megszorozzuk a molban lévő részecskék számával (Avogadro-szám N = 6,022) . 10 23 mol -1),
-elektronfeszültség [eV] (1eV = 1,602 . 10–19 J).
Teljes elektromágneses spektrum magában foglalja a hullámhosszakat, amelyek rendkívül széles tartományban helyezkednek el: a kozmikus sugárzástól (λ= 10 -14 m) rádióhullámokra (λ= 10 2 m), vagy váltakozó elektromos áram (λ= 10 6 m). A szállított energiák szintén nagyon tág határok között változnak, a kozmikus sugárzás nagyon magas értékeitől a hosszú hullámhosszú elektromágneses sugárzásra jellemző alacsony értékekig. Az 1. ábra mutatja az elektromágneses sugárzás fő típusait, amelyeket hullámhossz jellemez.
Ábra. 1. Az elektromágneses sugárzás fő típusai.
A foton és egy szerves vegyület molekula közötti kedvező ütközést követően bekövetkezhet az elektromágneses kvantum abszorpciója; az energiaátadás csak akkor valósul meg, ha teljesül rezonancia állapot (a foton által termelt energia mennyisége megegyezik a molekula két mechanikus-kvantum által meghatározott energiaszintje közötti különbséggel), amelyet a 2. ábra vázlatosan mutat be. Energiaabszorpcióval a molekula nagyon rövid ideig izgatott állapot (magas energiájú állapot), majd visszatér alapvető állapot (alacsony energiaállapot) az energia felszabadulásával a pihenés. Az alapállapotba való visszatérés történhet az elektromágneses sugárzás kvantumának kibocsátásával, vagy leggyakrabban nem sugárzó folyamatokkal, amelyek során az energia hő formájában kerül a környezetbe.
Ábra. 2. Átmenet egy szerves molekula számszerűsített energiaszintjei között egy elektromágneses sugárzás kvantumának hatására.
Az ΔE = hν alapvető összefüggés az energiamegmaradás törvényének sajátos formáját képviseli a spektroszkópiában.
Abszorpciós spektrumok az abszorpciós intenzitás grafikus ábrázolása a hullámhossztól függően, vagy az elektromágneses sugárzást jellemző egyéb mennyiségek.
A spektrumok értelmezése az abszorpció magában foglalja a molekulák gerjesztési/relaxációs folyamataiban bekövetkező átmenetek energiaszintjének azonosítását, valamint az abszorpciós sávok helyzetének, intenzitásának és alakjának összefüggését a molekulák jellegzetes szerkezeti elemeivel.
Szerkezetek hozzárendelése a szerves vegyületek molekuláris elemzése elvégezhető az 1. táblázatban bemutatott számos kulcsfontosságú terület elektromágneses sugárzás abszorpciós spektrumának értelmezésével kapott információk egyesítésével.
1. táblázat: A szerves vegyületek molekulaszerkezetének kiosztásakor alkalmazott fontos spektroszkópiai módszerek