Валентные и деформационные колебания

Оглавление

 

 

Введение

В связи с расширением медицинской и фармацевтической промышленности, внедрение в неё компьютерных и машинных технологий, науке необходимы новые и точные методы анализа биологических компонентов. Большое значение в любых лабораторных химических исследованиях занимают методы аналитической химии, в которых немалую роль в анализе и идентификации биологически активных веществ играют физико-химические методы, а в частности спектроскопические.

Спектроскопия – один из наиболее часто применяемых методов в физике и аналитической химии.

Спектроскопия – это раздел физики, посвященный изучению спектров электромагнитного излучения, включающий в себя методы количественного и качественного анализа, основанные на взаимодействии света с живой и неживой материей [1].

По изменению интенсивности потока электромагнитного излучения становится возможным обнаружить органические вещества сложной структуры, что особенно необходимо при изучении биологически активных компонентов живого организма.

Само электромагнитное излучение, применяемое в приборах спектроскопии, представляет собой волны, распространяющееся с огромной скоростью в свободном пространстве, и характеризуется длиной волны и частотой.

По областям применения спектроскопия бывает: ИК-спектроскопия, УФ-спектроскопия, атомно-абсорбционная, атомно-эмиссионная и т.д.. В данной работе мы остановимся только на применении методов ИК-спектроскопии к анализу биологически-активных веществ.

Цель: узнать о методе инфракрасной спектроскопии, о том, что представляет собой устройство прибора спектрометра и каково его применение, а анализе биологически-активных веществ.

Задачи:

1. Теоретические основы метода ИК-спектроскопии

2. структуру, строение и некоторые свойства биологически активных соединений и методы их исследования

3. Узнать спектры поглощения некоторых органических веществ

4. Определение функциональных групп соединений C=O, OH. NH₂

ГЛАВА 1

Теоретические основы метода ИК-спетроскопии

Инфракрасная область, была открыта в 1800 г У. Гершелем, и легла в основу одного из методов спектроскопии. А применение самого метода для идентификации веществ органической и неорганической природы началось к началу ХХ века.

Атомы в молекуле находятся в непрерывном колебании, а сама молекула в постоянном вращении. В результате поглощения электромагнитного кванта (ΔE=E₂-E₁) возможно возбуждение молекулы и переход её с энергетического уровня с меньшей энергией (E₁) на уровень с большей энергией (E₂). (рис. 1)

 

 

Рис. 1. Энергетические состояния молекулы.

Следовательно, при поглощении ИК-спектра происходит изменение колебательно-вращательного состояния, и становится возможным увидеть эти изменения на спектре вещества.

ИК-спектр органических веществ находится в диапазоне 400-4000 см^-1, но диапазон лабораторных исследований обычно находится в пределе 100-3500 см^-1.

Специфичность ИК–спектров заключается в том, что поглощение излучения зависит не только от всей молекулы в целом и наличия в ней определенных групп атомов, но и даже от отдельных связей между атомами. [2]

Валентные и деформационные колебания

В предыдущем разделе мы узнали, что поглощая инфракрасный спектр, происходит изменение колебаний частиц в веществе. В свою очередь, колебания делятся на валентные и деформационные.

Деформационные колебания связаны с изменением углов между связями. [3] На них требуется незначительные затраты энергии, поэтому они осуществляются при более низких частотах. Этот вид колебаний подразделяется на плоскостные (ножничные, маятниковые) и неплоскостные (веерные, крутильные). (рис. 2)

Валентные колебания связаны с изменением длины связи. [4] Они подразделяются на ассиметричные и симметричные. (рис. 3)

 

                      а)                                                 б)

 

 

              в)                                             г)

Рис. 2 Деформационные плоскостные а) ножничные, б) маятниковые; неплоскостные в) крутильные, г) веерные колебания.

 

 

                         а)                                                                б)

Рис.3 Валентные симметричные а) и асимметричные б) колебания.

В каждой молекуле может происходить не один тип колебаний, а несколько. Причём чем сложнее развёрнут углеродный скелет, тем больше колебаний совершают частицы этого вещества.

Известно, что в нелинейной молекуле с числом n атомов возможно 3n-6 колебательных степеней свободы, а у линейной – 3n-5. Из них n-1 являются валентными, остальные – деформационными. [5]. Поэтому, можно сказать, что в ИК-спектре возможно практически всегда наблюдать область валентных и деформационных колебаний.

 

 

 

ГЛАВА 2