Методы молекулярно-абсорбционной спектроскопии в УФ- и видимой областях презентация

Методы молекулярно-абсорбционной спектроскопии в УФ- и видимой областях канд.хим.наук, доцент Л.А. Дрыгунова

Основы методов Молекулярно-абсорбционная спектроскопия в УФ- и видимой областях основана на избирательном поглощении веществами излучения. Поглощение вызвано переходом валентных электронов внутри молекулы с занятых орбиталей основного электронного состояния на вакантные орбитали возбужденного состояния.

Типы электронных переходов

Типы электронных переходов

Типы электронных переходов

Фотоэлектроколориметрия

Основы метода Фотоэлектроколориметрия основана на избирательном поглощении немонохроматического излучения в видимой области спектра, приводящее к изменению энергии электронов.

Схема фотоэлектроколориметра (с однолучевой системой освещения)

Условия проведения фотоэлектроколориметрического анализа Проведение фотометрической реакции. В видимой области поглощают только окрашенные вещества. Фотометрическая реакция – перевод неокрашенных и слабоокрашенных соединений действием специальных реагентов в окрашенные соединения для увеличения интенсивности поглощения. Чаще в качестве фотометрических реакций используют реакции комплексообразования, а также окислительно-восстановительные, с различными органическими реагентами и др. Cu2+ + 4 NH3 = [ Cu(NH3)4 ] 2+

Требования к фотометрическим реакциям Чувствительность- реакция считается чувствительной, если величина молярного коэффициента поглощения образующегося окрашенного соединения не менее 40000. Избирательность – в реакцию должно вступать только определяемое вещество. Устойчивость образующегося комплекса. Полнота связывания определяемого компонента в комплекс. Интенсивная окраска образующегося комплекса. Хорошая растворимость комплекса в растворителе. Разность между длинами волн, соответствующих максимумам поглощения реагента и продукта реакции (оптимально, если ∆λ=80 нм).

Некоторые органические реагенты

Фотометрические реакции Экстракционная фотометрия – гибридный метод анализа, в котором после проведения фотометрической реакции, образующийся ее продукт экстрагируют несмешивающимся с водой растворителем, в котором он фотометрируется. Экстракционную фотометрию чаще используют в случаях, когда продукт фотометрической реакции плохо растворим в воде, либо в растворе присутствуют соединения, мешающие определению.

Условия проведения фотоэлектроколориметрического анализа 2. Выбор аналитической длины волны При помощи светофильтра выбирается длина волны светового потока, соответствующая максимальному поглощению. Измеряют оптическую плотность исследуемого раствора при разных длинах волн. Выбирается светофильтр, при котором оптическая плотность максимальна.

Условия проведения фотоэлектроколориметрического анализа 3. Диапазон концентраций анализируемых растворов Оптимальный диапазон оптических плотностей в фотоэлектроколориметрии 0.12 – 1.2 А = ε · l · C Подбирают концентрацию и толщину кюветы таким образом, чтобы обеспечить оптимальный диапазон оптических плотностей, обычно C < 0.01моль/л. 4. Наличие раствора сравнения При анализе однокомпонентных растворов раствором сравнения является растворитель или это может быть раствор, содержащий все компоненты анализируемого раствора, кроме определяемого вещества.

Методы количественного фотоэлектроколориметрического анализа Немонохроматичность применяемого электромагнитного излучения не позволяет использовать для расчетов аналитическую форму закона Бугера-Ламберта –Бера. Применяют следующие методы: Метод сравнения При l = const, выполняется следующая зависимость:

Методы количественного фотоэлектроколориметрического анализа 2. Метод градуировочного графика Готовят серию стандартных растворов анализируемого вещества, охватывающую область возможных концентраций, измеряют их оптическую плотность. Строят график зависимости оптической плотности от концентрации. В случае выполнения основного закона светопоглощения для данного интервала концентраций график представляет собой прямую линию. Измерив оптическую плотность анализируемого раствора, его концентрацию определяют по графику. Метод градуировочного графика отличается высокой точностью.

Методы количественного фотоэлектроколориметрического анализа 3. Метод добавок Оптическая плотность анализируемого раствора: Ax = ε·l·Cx Оптическая плотность анализируемого раствора c добавкой стандартного: Ax+ст = ε·l·(Cx+Сст) Выполняется зависимость: При решении, получаем:

УФ – СПЕКТРОСКОПИЯ (СПЕКТРОФОТОМЕТРИЯ В УФ – И ВИДИМОЙ ОБЛАСТИ)

Схема спектрофотометра

Спектофотометрические определения Определения содержания веществ можно проводить непосредственно, а также с использованием специальных фотометрических реагентов. Определения без реагентов В УФ-области можно определять многие органические соединения, имеющие полосы поглощения π→π* и n→π*- переходов в УФ-области, например, ароматические углеводороды и т.д. В видимой области можно определять окрашенные органические соединения, имеющих полосы π→π* и n→π*- переходов в видимой области, а также окрашенные неорганические соединения, поглощение которых, как правило, вызвано совершением d→d*- переходов, например, MnO4--, Cr2O72—ионы. Определения с помощью реагентов Для проведения анализа проводят фотометрическую реакцию.

Методы количественного спектрофотометрического анализа Метод сравнения. Метод градуировочного графика. Метод добавок. Метод молярного (удельного) коэффициента поглощения Обязательное условие применения метода- подчинение анализируемой системы закону Бугера-Ламберта-Бера. Если коэффициент поглощения анализируемого вещества неизвестен, его определяют экспериментально. Готовят серию стандартных растворов анализируемого вещества, измеряют оптическую плотность, для каждого рассчитывают коэффициент поглощения, получают среднее значение. Измерив оптическую плотность анализируемого раствора и зная коэффици

Дифференциальная фотометрия Метод отношения пропусканий В качестве раствора сравнения используют раствор известной концентрации С0 (причем, С0< Сх). Метод применяют при анализе растворов с высокой оптической плотностью.

Дифференциальная фотометрия 2. Метод анализа следов Используют при анализе растворов с низкой оптической плотностью. Границы оптической плотности устанавливаются по раствору известной концентрации и раствору контрольного опыта. Расчет концентрации проводят методом градуировочного графика. Метод предельной точности Границы оптической плотности устанавливаются по двум растворам известной концентрации С1 и С2 (С1< Сх< С2). Расчет концентрации проводят методом градуировочного графика.

Многоволновая спектрофотометрия (метод Фирордта) Метод применяют для анализа растворов, содержащих несколько светопоглощающих частиц. Основой метода является закон аддитивности оптических плотностей. Для раствора, содержащего два вида светопоглощающих частиц: Решение системы уравнений позволит рассчитать концентрации С1 и С2.

Производная спектрофотометрия Аналитическим сигналом является производная оптической плотности n-порядка. А- электронный спектр; Б –его первая производная; В – его вторая производная. Производная спектрофотометрия позволяет более точно определять длину волны в максимуме поглощения, снижает систематические погрешности.

Фотометрическое титрование Титриметрические методы анализа, где конечную точку титрования обнаруживают по изменению оптической плотности раствора. 1- оптически активно определяемое вещество; 2- оптически активен титрант; 3- оптически активен продукт титриметрической реакции; 4- оптически активны иопределяемое вещество и титрант.

Применение спектроскопии в УФ- и видимой областях в фармацевтическом анализе. Оценка подлинности лекарственных веществ Идентификация на основании электронного спектра. Спектр лекарственного вещества сравнивается со спектром стандартного образца этого вещества. Например, УФ-спектр фуросемида 0,0005%-ного раствора фуросемида в 0,01 М растворе NaOH имеет два максимума поглощения — при 228 и 271 нм и один минимум — при 249 нм, тогда как 0,005%-ный раствор фуросемида в том же растворителе соджержит один максимум при 333 нм и минимум — при 295 нм.

Применение спектроскопии в УФ- и видимой областях в фармацевтическом анализе. Идентификация на основании коэффициента поглощения Например, коэффициент поглощения парацетомола в 0,1М растворе HCl при 240 нм равен 880 л/моль см. Оценка чистоты лекарственного вещества. Готовят раствор лекарственного вещества определенной концентрации и измеряют величину оптической плотности при определенной длине волны. Например, оптическая плотность 16%-ного раствора анальгина при 400 нм не должна превышать 0.1. обнаружение специфических примесей по появлению дополнительных полос поглощения в электронном спектре. Например, максимум поглощения адреналина находится при 278 нм, а его специфической примеси – адреналона, при 310 нм. 3. Определение количественного содержания лекарственных веществ.

Связь УФ – спектров со строением органических соединений Хромофоры – это структурные группы, содержащие изолированные и сопряженные кратные связи, ароматические фрагменты, радикалы и атомы с неподеленными электронными парами, которые избирательно поглощают электромагнитное излучение.

Основные понятия Ауксохромы - электронодонорные заместители, (−ОН, −ОR, −NН2 -NHR, галогены). Батохромный сдвиг (или красный сдвиг) –сдвиг полосы поглощения в сторону больших длин волн. Гипсохромный сдвиг (или синий сдвиг) – сдвиг полосы поглощения в сторону меньших длин волн. Гиперхромный эффект - повышение интенсивности поглощения. Гипохромный эффект – понижение интенсивности поглощения.

Качественный анализ на основе электронных спектров 1. Идентификация органических соединений Осуществляется сравнением спектра исследуемого соединения со спектрами других соединений известной структуры. По УФ-спектрам можно отличить соединения, содержащие сопряжённые хромофоры и ауксохромы, от соединений с изолированными хромофорами и ауксохромами

Качественный анализ на основе электронных спектров 2. Изучение пространственного строения С помощью электронной спектроскопии можно различить цис- и транс-изомеры. Как правило, транс-изомеры имеют более длинноволновые полосы поглощения π→π*-перехода с большей интенсивностью по сравнению с цис-изомерами.

Качественный анализ на основе электронных спектров

Качественный анализ на основе электронных спектров 3. Изучение кинетики и контроль за ходом реакции Осуществляется в процессе синтеза органических соединений. В этих случаях спектры записывают для выбранных аналитических длин волн исходного соединения и (или) продукта реакции. Регистрируется изменение оптической плотности от начала до конца реакции как функция времени.

Качественный анализ на основе электронных спектров 4. Исследование равновесий в растворах Используется при изучении таутомерных превращений, кислотно-основных взаимодействий. Метод применим лишь в тех случаях, когда изомеризация затрагивает хромофорную группу.

Электронные спектры поглощения отдельных классов органических соединений АЛКАНЫ В алканах возможны только σ→σ* электронные переходы. Эти переходы не могут быть обнаружены при помощи серийных спектрофотометров. Поэтому жидкие алканы применяют в электронной спектроскопии в качестве растворителей.

АЛКЕНЫ АЛКЕНЫ Изолированные двойные углерод-углеродные связи имеют интенсивную полосу поглощения, обусловленную π→π* переходом, в области 165 – 200 нм. Этилен λmax =165 нм. Алкильные заместители у этиленовых углеродных атомов приводят к небольшому батохромному сдвигу, и соответствующее поглощение наблюдается при 175–200 нм. Циклические непредельные углеводороды имеют спектры, аналогичные спектрам алкенов. При сопряжении кратных связей наблюдают батохромный и гиперхромный эффекты полос поглощения.

Ароматические углеводороды

Альдегиды, кетоны Насыщенные и несопряжённые альдегиды и кетоны имеют в УФ-спектре малоинтенсивную полосу поглощения λmax 270–290 нм (ε 15–30), обусловленную n→π*-переходом.

В сопряжённых карбонильных соединениях происходит батохромное смещение полос поглощения.

Карбоновые кислоты Алифатические карбоновые кислоты и их функциональные производные имеют слабые полосы поглощения в области 204–235 нм (ε 20–60), соответствующие n→π*-переходам. В спектрах α,β-ненасыщенных кислот проявляются интенсивные полосы поглощения, соответствующие π→π*-переходу в сопряжённых системах, а также наблюдают батохромное смещение полос поглощения, обусловленных n→π*-переходами .

Заключение Методы молекулярно-абсорбционной спектроскопии являются одними из самых применимых в анализе веществ неорганической и органической природы, в том числе и лекарственных веществ.