ИК-спектроскопия. Часть 2. Лекция. Аналитические диапазоны. Пробоподготовка. Аппаратное оформление

• Антон Лебедев продолжает рассказывать об ИК-спектроскопии.  

• В этом видео обсуждаются аналитические диапазоны, техники получения спектров и аппаратное оформление.  

• Будут рассмотрены подходы к качественному и количественному анализу, а также техники пропускания и нарушенного полного внутреннего отражения.  

• ИК-диапазон делится на три основные зоны: колебания атомов, кратных связей и область отпечатков пальцев.  

• Зона колебаний атомов охватывает диапазон от 4000 до 2500 см-1.  

• Зона кратных связей находится в диапазоне от 2500 до 1500 см-1 и включает колебания тройных и двойных связей.  

• Область отпечатков пальцев расположена ниже 1500 см-1 и включает валентные и деформационные колебания различных группировок.  

• Для функционального анализа наиболее подходит диапазон от 4000 до 1500 см-1.  

• Область отпечатков пальцев сложна для расшифровки и требует анализа определенных функциональных групп и атомов.  

• Интенсивность сигнала зависит от величины изменения дипольного момента и числа связей.  

• Существуют два типа молекулярных колебаний: валентные и деформационные.  

• Валентные колебания проявляются в диапазоне от 4000 до 1500 см-1, а деформационные — в области отпечатков пальцев.  

• Область отпечатков пальцев сложна для расшифровки из-за наложения сигналов.  

• В ИК-спектроскопии выделяют качественный и количественный анализ.  

• Качественный анализ включает идентификацию и установление состава и структуры аналита.  

• Количественный анализ определяет содержание основного вещества и микропримесей, но анализ микропримесей практически невозможен.  

• Качественный анализ основан на функциональном анализе и анализе по отпечаткам пальцев.  

• Анализ по отпечаткам пальцев позволяет идентифицировать молекулы по их уникальным характеристикам.  

• Сравнение спектра образца с эталоном используется для установления подлинности.  

• Установление состава и структуры аналита требует использования общих правил и корреляционных таблиц.  

• Сравнение синтезов пропилового эфира 4-гидроксибензойной кислоты.  

• Корреляция спектральных данных для двух синтезов составила 3.9, что указывает на идентичность веществ.  

• Использовались те же реактивы и установка.  

• Фармацевтическая субстанция дарунавир это на лат кристаллическое соединение.  

• При нагревании этанол улетучивается, и дарунавир становится аморфным.  

• Корреляция сигналов между кристаллическим и аморфным дарунавиром составляет 0.85, что ниже допустимого значения 0.98.  

• ИК-спектроскопия не видит примеси менее 2%.  

• Это хорошо для идентификации целевого продукта, но плохо для анализа примесей.  

• Пример с ацетоном: технический ацетон и ацетон для газовой хроматографии имеют хорошую корреляцию 2.9.  

• Идентификация соединений через анализ сигналов сложнее, чем прямая задача.  

• Пример с пропиловым эфиром 4-гидроксибензойной кислоты: установление структуры по сигналам.  

• Обратная задача сложнее, чем прямая, и требует больше времени и опыта.  

• Фенолы имеют узкий клиновидный пик, спирты - широкий.  

• Присутствие гидроксильной группы указывает на фенол.  

• Колебания углеродного скелета и алкильные радикалы подтверждают наличие фенола.  

• Сдвоенные пики в области 1600-1400 см-1 подтверждают наличие ароматического кольца.  

• Деформационные колебания ароматического кольца также присутствуют.  

• Пик карбонила и сигналы одинарной связи подтверждают наличие сложной эфирной группировки.  

• Метод ИК-спектроскопии среднего диапазона редко применяется для количественного анализа.  

• Низкая чувствительность и влияние фонового поглощения затрудняют анализ.  

• Для перевода в линейные координаты используется формула.  

• Пример с диоксаном показывает низкую абсорбцию и высокую чувствительность.  

• Абсорбция и коэффициент светопропускания изменяются нелинейно.  

• Ограничения метода включают невозможность исследования симметричных молекул и водных растворов.  

• Существуют десятки техник получения ИК-спектров, включая пропускание и нарушенное полное внутреннее отражение.  

• Проподготовка образцов важна для качественного и количественного анализа.  

• Примеры подготовки включают использование полимерных пленок, газовых кювет и суспензионных методов.  

• Спектр показывает интерференцию сигналов от вазелинового масла с сигналами образца.  

• Фторированное вазелиновое масло прозрачно до 3370 см-1.  

• Четыреххлористый углерод используется для приготовления суспензий и истинных растворов.  

• Полимерные пленки могут быть в виде жидкостей, газов или твердых порошков.  

• Пленки должны быть толщиной менее 50 микрон и спрессованы на специальном оборудовании.  

• Анализ возможен на уровне от 50 мг/кг до 1% содержания.  

• Газовые образцы анализируются на пропускание с помощью специальных газовых кювет.  

• Кюветы могут быть длиной от 10 см до нескольких метров.  

• Процесс включает пропускание воздуха через кювету и получение спектра.  

• Жидкие образцы анализируются на пропускание в кюветах.  

• Используются специальные окна из бромида калия, хлорида натрия или других материалов.  

• Процесс трудоемкий и требует правильной сборки и разборки кювет.  

• Порошки смешиваются с бромидом калия и прессуются в таблетки.  

• Таблетки должны быть прозрачными и однородными.  

• Процесс менее трудоемкий, чем получение суспензий.  

• НПВО позволяет анализировать жидкости и твердые образцы.  

• Метод не требует проподготовки, кроме размалывания образца.  

• Принцип основан на полном внутреннем отражении ИК-излучения.  

• Коэффициент преломления образца должен быть меньше коэффициента преломления кристалла.  

• Свет направляется под углом ниже критического для достижения полного внутреннего отражения.  

• Пример: для кристалла селенида цинка и образца с коэффициентом преломления 1.5 критический угол составляет 38 градусов.  

• ИК-излучение может проходить без изменений при перпендикулярном падении.  

• При острых углах излучение преломляется и выходит из образца.  

• При критическом угле излучение проходит по поверхности раздела сред.  

• При углах больше критического наблюдается полное внутреннее отражение.  

• Глубина проникновения ИК-излучения в образец рассчитывается по уравнению.  

• Нарушенное полное внутреннее отражение НПВО позволяет проводить поверхностный анализ на микронном уровне.  

• НПВО позволяет анализировать пленки с обеих сторон, что невозможно при пропускании.  

• Спектры НПВО и пропускания схожи, но имеют различия в интенсивности сигналов.  

• Глубина проникновения ИК-излучения зависит от длины волны.  

• В области отпечатков пальцев сигналы НПВО выше, чем при пропускании.  

• Учитываются твердость образца, глубина проникновения и спектральный диапазон.  

• Существуют различные типы НПО приставок, включая универсальные и многократные.  

• Алмазная универсальная НПО приставка используется для анализа порошков и жидкостей.  

• Селенид цинка используется для многократного НПО, но хрупок и не подходит для анализа порошков.  

• Германий прочнее селенида цинка, но менее прочен, чем алмаз.  

• Алмаз используется для анализа жидкостей, полимеров и волокон, но имеет высокую цену и требует фокусирующей линзы.  

• Анализатор чистоты может иметь физическую или математическую основу.  

• Источники излучения включают карбид кремния, штифт Нернста и лазеры.  

• В приборе используется источник Нортона на основе карбида кремния.  

• Физическое разложение длин волн реализуется с помощью диспергирующих элементов, таких как призмы или дифракционные решетки.  

• Используется солевая оптика из хлорида натрия, фторида лития и других солей.  

• Недостаток: длительное время сбора данных, низкая производительность.  

• Включает источник излучения, систему линз, кюветы с образцом и референсом.  

• Прерыватель контролирует спектр фона для стабильности.  

• Входная и выходная хроматические щели, диспергирующее устройство и детектор.  

• Математическое разложение заменяет физическое.  

• Образец облучается всем возможным ИК-излучением, получая интерферограмму.  

• Обратное Фурье-преобразование вычитает спектр фона из спектра образца.  

• Когерентный источник излучения, светоделитель, неподвижное и подвижное зеркала.  

• Интерференция сигнала усиливает или уничтожает волны.  

• Образец облучается, получая интерферограмму, преобразуемую в спектр.  

• Быстрота получения спектра за несколько минут.  

• Увеличение разрешения до 0.03 нм.  

• Высокая чувствительность, точность определения волновых чисел, компактные схемы приборов.  

• Тепловые детекторы: термоэлементы, балометры, пироэлектрические приемники.  

• Фотоэлектронные детекторы: арсенид индия-галлия, ртуть-кадмий-теллур.  

• Преимущества и недостатки различных детекторов.  

• Измерение интерферограммы фона, подготовка образца, получение спектра образца.  

• Вычитание спектра фона из спектра образца для получения спектра пропускания.  

• Применение техники для НПВО приставки.