20.5.2. Общая характеристика ик-спектров

ИК-спектр поглощения представляет собой зависимость степени поглощения (А или Т) электромагнитного излучения от его волновой характеристики (как правило, волнового числа). В качестве примера на рис. 20.17 приведён ИК-спектр циклогексана.

Рис. 20.17. ИК-спектр циклогексана

Область ИК спектра от 4000 до 1350 см^-1 называется областью функциональных групп. Отсутствие полос поглощения в данной области, связанных с какой либо функциональной группой, может служить доказательством отсутствия данной группы в молекуле. Условно область функциональных групп можно разделить на:

• область валентных колебаний N-H и O-H (3650 -2500 см^-1);

• область валентных колебаний C-H (3300 - 2800 см^-1): -СС-H - 3300 см^-1, C(аром)-H - 3100 см^-1, С(алиф)-H - 3000 - 2800 см^-1;

• область «прозрачности» (2700-1850 см^-1) - валентные колебания -СN, -CC, C=C=C и т.п.;

• область двойной связи (1950-1350 см^-1) - валентные колебания связей С=О (сильное поглощение при 1850-1650 см^-1), С=С (слабое поглощение около 1650 см^-1) и т.п.

Обратимся ещё раз к ИК-спектру циклогексана. Две наиболее интенсивных полосы поглощения в нём принадлежат валентным колебаниям связи C-H (3100-2990 см^-1) и деформационным колебаниям этих связей (1450 см^-1). Полосы поглощения, соответствующие валентным (1200 - 800 см^-1) и деформационным колебаниям (меньше 500 см^-1) cвязей С-С, значительно менее информативны. Как того и следовало ожидать, в спектре нет полос поглощения, соответствующих, например, валентным колебаниям связей O-H или N-H, а также С=O, C=C и т.д.

Область ИК спектра от 1350 до 750 см^-1 называется областью «отпечатков пальцев» (англ. fingerprint). Поглощение в этой области может иметь сложный вид, причём отдельные полосы очень трудно отнести к определённому колебанию. Каждое вещество (в том числе и стереоизомеры) имеет в области «отпечатков пальцев» свой индивидуальный характер колебаний.

20.5.3. Измерение аналитического сигнала

К диспергирующим приборам относятся, например, сканирующие ИК-спектрометры, а к недиспергирующим - ИК-спектрометры с Фурье преобразованием.

В ИК-спектрометрах (рис. 20.18) применяется двухлучевая схема: поток ИК-излучения расщепляется с помощью специального зеркала на два одинаковых потока, один из которых проходит через рабочую кювету, а второй является потоком сравнения. В ИК-спектрометрах монохроматор, для того чтобы уменьшить рассеяние ИК-излучения, расположен не перед кюветой, а после неё. Потоки излучения с помощью вращающегося сегментарного зеркала (прерывателя, модулятора) попеременно направляются то на рабочую кювету, то на кювету сравнения.

Рис. 20.18. Схема диспергирующего ИК-спектрометра

Штифт Нернста и глобар нагреваются электрическим током до температуры около 1500С.

Типичная кювета в ИК-спектроскопии представляет собой 2 пластинки (2 окна), изготовленные из NaCl, AgCl, KBr, LiF и других материалов прозрачных в ИК-области. Пластинки закрепляются в металлическом держателе. Ширина кюветы регулируется с помощью тефлоновой прокладки или микрометрического винта. Исследуемую жидкую пробу вводят в пространство между пластинками с помощью шприца.

Исследуемыми объектами в ИК-спектроскопии могут быть газы, жидкости или твёрдые вещества. Спектры газов или жидкостей можно получить при введении образца в вакуумированную кювету. Жидкости (без растворителя) помещают в виде тонкой плёнки (0,01мм или меньше) между двумя солевыми пластинками без прокладки.

Растворы помещают в кюветы толщиной 0,1-1 мм. Наиболее часто используемыми растворителями являются CCl₄, CHCl₃, CS₂ и др. Воду и низкомолекулярные спирты нельзя применять в качестве растворителя при использовании кювет из NaCl и других водорастворимых материалов.

При исследовании твёрдых веществ обычно получают их суспензии или пасты в различных иммерсионных средах (вазелиновое масло, нуйол, перфторалканы и др.) либо смешивают твёрдое вещество с KBr и прессуют полученную смесь в тонкую прозрачную таблетку, которую помещают прямо в кюветное отделение.

Монохроматором в диспергирующем ИК спектрометре служит дифракционная решётка или призма. Материалом для их изготовления является NaCl, KBr и другие вещества прозрачные в ИК-области.

Принцип детектирования ИК-излучения заключается в измерении изменения температуры зачернённого материала, расположенного на пути потока.