INSTRUMENTALNE METODE

7/18/2019 INSTRUMENTALNE METODE

http://slidepdf.com/reader/full/instrumentalne-metode-5691d7020d70a 1/107

INSTRUMENTALNE METODEINSTRUMENTALNE METODE

UU

ORGANSKOJ HEMIJIORGANSKOJ HEMIJI



Literatura:

1.Banjanin B. (1998.): „Organska hemijaterija i rije!eni "r#$emi“, Univerzitet uSarajevu, Farmaceutski fakultet, Sarajev

!."tt#:$$en.%iki#e&ia.r'$%iki$nfrare&s#ectrsc#*

+."tt#:$$%%%.%ster.e&u$c"emistr*$is$ruaker$ir$&efault."tml

2



- U/0 -- U/0 -

3

S#ektrmetrija(s#ektrsk#ija) je 'ranaznansti kja se avi #ruavanjem

s#ektara nastali" interakcijm zraenja itvari.2jam s#ektra znaava ure3eni

niz &iven rastavljanjem nek'sl4en' sistema,#rimjerice rastavljanjeijele je svijetlsti na sastvane je

razvrstane #rema valnj &uljini ilirastavljanje mlekule na fra'mente

razvrstane #rema masi (masenis#ektar).



5S67U56;55S67U56;5

6/06/0



Dakle, spektrometrija je širi pojam kojiDakle, spektrometrija je širi pojam kojiobuhvata sve tehnike koje se baveobuhvata sve tehnike koje se bave

proučavanjem i analizom raznih proučavanjem i analizom raznihspektara.spektara.

S druge strane, spektroskopija je granaS druge strane, spektroskopija je granafzičke nauke koja se bavi proučavanjemfzičke nauke koja se bavi proučavanjemspektara na temelju posmatranja.spektara na temelju posmatranja.

Usprkos ovim činjenicamaUsprkos ovim činjenicama

spektroskopija se vrlo cesto koristi naspektroskopija se vrlo cesto koristi namjestu gdje bi trebalo koristi izrazmjestu gdje bi trebalo koristi izraz

spektrometija.spektrometija.



6

Spektrometrija obuhvaća nizeksperimentalnih metoda koje omogućuju

odreivanje hemijskog sastava i tvari.

!rije primjene spektroskopije zaodreivanje strukture hemijskih spojeva

potrebno je uzeti njenu fzikalnu pozadinutj.prirodu elektromagnetskog zračenja,te

načine interakcije elektromagnetskog zračenja i tvari.



!riroda elektromagnetskog!riroda elektromagnetskog zračenja "#$%& zračenja "#$%&

7

#lekromagnetsko zračenje ciji manji

dio čini vidljiva svjetlost ima dvojnu prirodu valnu i čestičnu.'o znači da

se neka svojstva #$% moguobjasniti isključivo njegovom valnom

prirodom, a druga isključivo pretpostavkom da je #$%

sastavljeno od čestica .



U analitike svr"e naje<=e su

kri<tene :

U$S s#ektrsk#ija

7 s#ektrsk#ijaasena s#ektrsk#ijaS#ektrsk#ija nuklearne ma'netske

reznance (57)



U()(*S spektroskopija +apsorpcija je poduticejem visoke energije eksitacije ,u

tom području apsorbiraju samokonjugirani

pi elektroni.

*nracrvena spektroskpija+apsorpcija je pod uticajem niske energije koja potječe

od vibracija i rotacija eksicitiranihskupina atoma unutar molekula.-arakteristična apsorpcija se koristi za

identifkaciju unkcionalnih skupina.



$asena spektrometrija +molekule u uzorku joniziraju pod uticajem visoke energije

elektrona.mjer mase i naboja ragmenata jona tačno je odredjen,a nastao je poduticajem električnog i magnetskog

polja.Struktura molekularnog jona takodjer

je ragment jona .

Spektroskopija /$0 +spektroskopskametoda kod koje se najčešće apsorbiraju

elektromagnetski valovi radiovalnih du1inau atomskim jezgrama koji se nalaze u

magnetskom polju magnetske indukcije.



1. S#ektrmetrije > #jam i1. S#ektrmetrije > #jam i#&jela#&jela

značava svaki postupak mjerenja spektra SpektrometrijeSpektrometrije čine dio instrumentalnihmetoda i postupaka kojima se mogu dobiti

inormacije o hemijskom sastavu i

strukturi supstanci na bazi separacije,detekcije i mjerenja energetskih promjenakoje se dešavaju u jezgru i omotaču atomaili u molekulama kao posljedica interakcije

s energijom. *nterakcija sa energijom mo1eda se dešava na atomskom i molekulskomnivou, pa govorimo o atomskoj ili

molekulskoj spektrometriji.



S#ektrmetrije > #jam iS#ektrmetrije > #jam i#&jela#&jela!odjelu spektrometrija je moguće

napraviti na osnovu+ a& nivoa na kojima se dogaa

interakcija + atomska i molekulska

b& energije koja stupa u interakciju sauzorkom+ toplinska, hemijska, električnaili zračenje čestica.

c& poslijedica interakcije+ apsorpcijska,emisijska, spektromerija paspršenja imasena spektrometrija



!. asena s#ektrmetrija!. asena s#ektrmetrija

Masena spektrometrijaMasena spektrometrija je tehnika kojomse analiziraju molekule na temelju njihovemase

"i naboja&.

Maseni spektrometar Maseni spektrometar - 2nalize molekula različitih molekulskih

masa

- $olekule su pozitivno nabijene- 3oni prolaze magnetnim poljem- 0azličite mase se odvajaju i detektuju promjenom jačine polja



Masena s"ektrmetrija sekristi %a:

odreivanje sastava nepoznatog uzorkaodreivanje sastava nepoznatog uzorka"kvalitativna analiza&"kvalitativna analiza&

odreivanje izotopskog sastava uzorkaodreivanje izotopskog sastava uzorka

odreivanje strukture molekulaodreivanje strukture molekula promatrajući ragmentaciju molekula promatrajući ragmentaciju molekulaodreivanje molarne mase molekuleodreivanje molarne mase molekuleodreivanje količine odreene supstanceodreivanje količine odreene supstance

u uzorku "kvantitativna analiza&u uzorku "kvantitativna analiza&odreivanje fzičkih i hemijskih svojstavaodreivanje fzičkih i hemijskih svojstava

supstancisupstanci proučavanje ponašanja jona u vakumu proučavanje ponašanja jona u vakumu



Masena spektrometrijaMasena spektrometrija Uzorak se pretvoriUzorak se pretvori u paruu paru

prije prije prolaska kroz jonsku prolaska kroz jonskukomorukomoru

Zatim se bombarduje Zatim se bombarduje sa sa

strujom strujom ele elek k trontronaa visokevisoke

energije.energije. Ovo rezultuje stvaranjemOvo rezultuje stvaranjem

mol mol ekularnihekularnih jona jona kao ikao i

brojnih fragmenatabrojnih fragmenata

Ovi joniOvi joni se zatim se zatim ubacuju uubacuju u

eleelek k tr tr onsko polje gdjeonsko polje gdje se se

ubrzavajuubrzavaju ii prolaze kroz prolaze kroz uskiuski

otvor otvor , , stvarajući stvarajući uski snopuski snop

po po z z itivitivnihnih j jononaa..



Ovaj snop se zatim izlaže magnetnom polju kojim se joni skreću

na određenu udaljenost zavisno od odnosa mase i naelektrisanja

Joni skrenuti na kružnu putanju detektuju se određenim

instrumentom, koji zatim šalje poruke na snimač i dobije se

maseni spektar.



5astajanje masen'5astajanje masen's#ektras#ektra

Ulaz

Jonizacija

Mas. analizator

Razvrstavnje masa (filtriranje)

Detektor

jona

Detekcija

Jonski

izvor

• čvrsti uzorci• tečnosti

• Pare

Detektuje ionestvaranje jona

(naelektrisani molekuli)Razvrstavanje jona po masi (m/z)

1330 1340 130

100

7

0

2

0

Maseni spektar



+. 2rces mjerenja+. 2rces mjerenja

Jonizacija Jonizacija – upareni uzorak se jonizira– upareni uzorak se joniziratako što se uklanjaju jedan ili dvatako što se uklanjaju jedan ili dvaelektrona te pozitivno nabijene vrsteelektrona te pozitivno nabijene vrsteulaze u akceleracijsku komoruulaze u akceleracijsku komoru

Akceleracija Akceleracija – joni se podvrgnu– joni se podvrgnudjelovanju električnog polja radidjelovanju električnog polja radiubrzanjaubrzanja

Defekcija – (otklon odvajanje premaDefekcija – (otklon odvajanje premaatomskim (molekulskim masama (m!zatomskim (molekulskim masama (m!z

DetekcijaDetekcija – samo joni odre"ene mase– samo joni odre"ene masedolaze do detektora# za detekciju svi$dolaze do detektora# za detekciju svi$ jona treba mijenjati akceleracijsko polje jona treba mijenjati akceleracijsko polje jer detektor bilje%i svaku vrstu jer detektor bilje%i svaku vrstukaozaseban vršak &peak'kaozaseban vršak &peak'



&'(&'(.. JONI)A*IJA JONI)A*IJA

Jonizator je ure"aj koji prevodi Jonizator je ure"aj koji prevodimolekule u jonemolekule u jone

)roces jonizacije uključuje dovo"enje)roces jonizacije uključuje dovo"enjeenergije molekuli# pri čemu seenergije molekuli# pri čemu seizbacuje jedan ili više elektronaizbacuje jedan ili više elektrona

)ri tom procesu mo%e do*i i do)ri tom procesu mo%e do*i i do+ragmentacije molekule u dva ili više+ragmentacije molekule u dva ili više+ragmenata+ragmenata



?nizacija ?nizacija

4e iti:- ,lektronska jonizacija (,-,lektronska jonizacija (,--oristi snop brzih elektrona kojima sebombarduje elektron u gasnoj azi

- Jonizacija brzim atomima Jonizacija brzim atomima " " .A/0.A/0 eng.4ast 2tom 5ombardment&, i jonizacijabrzim jonima " " .-/.-/6 eng. 4ast *on

5ombardment&koristi brze atome ili jone kojima sebombardiraju molekule ispitivanog uzorkau nekom mediju "tzv. matrici &.



11 2emijska jonizacija2emijska jonizacija "7*6 eng. 7hemicalionization&

jonizira molekulu posredno, pomoću neke drugesupstance.

11 ,lektrosprej ,lektrosprej "#S*6 eng. #lectroSpra8 *onization&

jonizira analit u obliku rastvora.

- MA3D-MA3D- "eng. $atri9:2ssisted ;aserDesorption)*onization

matricom potpomognuta laserskadesorpcija)jonizacija& je metoda za jonizacijumolekula. /a matricu se djeluje laserom





hν aser

1! "aserski #ljesak jonizuje

molekule matri$a!

2! %olekuli uzorka (%) se jonizuju

prenosom protona&

' % % '!

%

MALDI: Matrix Assisted Laser Desorption

Ionization

/* 20 k+ Re,etka

(0 +)

-lo.a



+.!. nalizatr+.!. nalizatr

Analizator Analizator je ureaj koji razdvaja jone, nastale u jonizatoru po njihovoj masi i)ili naboju.

11 Magnetni sektorski analizator Magnetni sektorski analizator sastoji se od magneta, izmeu čijih polova prolaze joni.

11 ,lektrični sektor ,lektrični sektor sličan magnetnom sektoru, samo što umjesto

magnetnog polja koristi električno polje, a pretra1ivanje se obavlja promjenom napona na

elektrodama.

11 4vadrupolni analizator 4vadrupolni analizator sastoji se od četiri valjkste paralelne elektrode. 3oni se

propuštaju izmeu četiri elektrode



+.!. nalizatr+.!. nalizatr

5ime o+ fig$t analizator 5ime o+ fig$t analizator "'4&"'4&ubrzava jone iz jonizatora pomoću

homogenog električnog polja. ;akši joni se jače ubrzavaju i prvi dolaze do detektora.

Jon ciklotronska rezonancija Jon ciklotronska rezonancija iliili .5MS.5MS "eng. 4ourier 'ransorm $assSpectrometr8& predstavlja tehniku analize

jona po masama. Ureaj se sastoji odvelikog magneta koji proizvodi homogenomagnetsko polje.



6ime-f-Ei'"t (vrijeme leta) (6/F)ass nal*zer

ime*o*lit (vrijeme leta) ( ) % ass 5nalzer

I Z V O R Područje strujanja (cijev za !et" jona #

etetor

+

joni se stva raju u pulsevim a !u poru.ju strujanja je slo#ono pol je !mjerenja vremena za koje jon i s tinu o etektora !

%ali joni stinu o etektora prije veliki !



$uadrupo!e Maseni %na!izator

oristi kom#inaiju R

zra.enja i jenosmjerne

struje (kao ilter mase)



In!etIon

source

Mass

%na!&zer 'etector 'ata

&stem

Hi)* Vacuum &stem

Orada podataka



,' O-ita.anje re%u$tata,' O-ita.anje re%u$tata

-zazvani signali na elektrodiubilje%avaju se na traci pisača uobliku maksimuma (pika

Skup svi$ maksimuma koji sudobijeni na traci pisača predstavljamaseni spektar ispitivanesupstance

-z tako dobijenog spektra se mo%evidjeti koji su joni nastalibombardovanjem molekulaispitivane supstance elektonima



)oznavanje nji$ove masemo%e da poslu%i za bli%eupoznavanje te supstance

Maseni spektri se crtaju kaovrijenosti m!z ili m!e naapscisi# naspram visine signala

na ordinati koji predstavljarelativni broj jona datemolekulske te%ine



)AKLJU/AK )AKLJU/AK

$etodom spektrometrije je moguće dobitiinormacije o hemijskom sastavu i strukturisupstanci.

'ehnika mesene spektrometrije omogućavaanalizu molekula na temelju njihove mase.

!rimarno se koristi za razdvajanje molekula iatoma prema njihovoj molekulskoj masi.

!rednost ove metode je što mo1e mjeriti masu

tačnije od drugih metoda i dati inormacije ohemijskoj strukturi ispitivane supstance.

-oristi se za identifkaciju, verifkaciju ikvantitativna mjerenja u mnogim prirodnimnaukama.



S#ektrsk#ija u vi&ljivmS#ektrsk#ija u vi&ljivm

i ultraljuiastm #&rujui ultraljuiastm #&ruju

-ro!r! :o;o :anjanin



d posebnog značaja su + ultraljubičasta spektroskopija

U(

inracrvena spektroskopija *0 nuklearna magnetna

rezonancija /$0

spektar masa $S



alasne u;ine (<) za ultralju#i.asti spektar se izra;avaju

u nanometrima (1 nm = 10*9 ) >

za inrarveni se koriste mikrometri ( 1 ?m = 10*6)!

@ tipi.nom spektrootometru jeinjenje je izlo;eno

elektromanetnoj raijaiji uz pomoA stalno ,irenja

u talasnim u;inama!

Raijaija koja prolazi ili se upija je urtana na

ijaramu nasuprot talasne u;ine ili talasno #roja!

5#sorioni vrovi su skiirani kao minimum uinrarvenoj i kao maksimum u ultralju#i.astoj

spektroskopiji!



@ atim talasnim u;inama proenat enerije upijanja

zavisi o &

1!priroe jeinjenja

2!konentraije molekula

3!u;ine l rastvora kroz koji prolazi svjetlo



Ultraljuiasta i vi&ljivaUltraljuiasta i vi&ljivas#ektrsk#ijas#ektrsk#ija

Ultraljuiast i vi&ljiv svjetl uzrkujeelektrn kji je #&staknut ni4m ener'ijm.

-ostoje tri vrste elektrona& oni u B vezama> u C vezama inepoijeljeni elektron koji se ozna.avaju slovom n

za vezivanje!

@z apsorpiju enerije #ilo koji o ovi elektrona mou uAiu postiajna stanja koja su ili antivezna B ili C!

Eve molekule imaju B i B or#itale ali samo one koje

imaju C or#itale imaju i C or#itale!



@sporeFivanje zra.enja prije i poslije interakije s materijom

olazi se o niza vrijeni inormaija o strukturi tvari!

n.m.r. e.s.r. Mikrovalovi !R

U"#"!$ %#ra& #ra&

or

promjena spina

promjena

orijentacije

promjena

konfiguracije promjena distribucijeelektrona

promjena

nuklearne

konfiguracije

10 1 100 10 10 10cm-1-2 4 6 8

valni broj

10m 100cm 1cm 100

m 1

m 10nm 100pm

valna duzina

3×106 3×108 3×1010 3×1012 3×1014 3×1016 3×1018Hz

frekvencija

10-3 10-1 10 103 10 10! 10" joules#mole

energija



5psorpija/emisija

Eo

h

ν

apsorpcija

En

Eo

hν

emisija

En

hν

Glektronski eneretski prijelazi

5psorpija enerije G% zra.enja ultralju#i.asto i viljivoporu.ja je 100 H 800 nm!-o#uFivanje elektrona

u B > C i n*or#italama je iz osnovno u vi,e eneretsko

stanje!+i,a eneretska stanja su molekulske or#itale koje

nazivamo 5IJ+GKIG!



lekulske ritalelekulske ritale

2rili4avanjem atma frmiraju semlekulevanjske vezne

atmske ritale #rekla#aju se i frmirajumlekulske ritale.alentni elektrni zauzimajute mlekulske ritale

tj. 2aulijev #rinci# i Gun&v #ravil.

1s

b

1s

a

σ6

s

E

σ6s

7+ezanjem viju atomski

or#itala nastaju vijerezultantne or#itale!



5ntivezna or#itala vi,e enerije

+ezna or#itala ni;e enerije



+ezivanjem p or#itala nastaju B or#itale ili C por#itale!

5ntivezna or#itala vi,e enerije

+ezna or#itala ni;e enerije

-rijelazi izmeFu elektronski eneretski razina Ieke



-rijelazi izmeFu elektronski eneretski razina!Ieke

molekule su kvantizirane!-o#uFuju se elektroni

emijski veza (valentni elektroni)!

π π∗



HrmfriHrmfri

Hrmfri su funkcinalne sku#ine kjea#sriraju U$S zraenje.

1! KasiAene molekule&B veze apsor#iraju u vakuumskom @+BL B

npr!& 3M*M3 <ma$=13 nm

2! %ale molekule s vostrukom ili trostrukom vezom

apsor#iraju u vakuumskom i #liskom @+ CL C

npr!& M=M <ma$=180 nm

M=M <ma$=190 nm

3! Epojevi s eteroatomima s neveznim or#italama (>I>E it!)

<ma$=180*200 nm BLn



II-karten-karten

22 p or#itale na M H atomima ormiraju 22 elokalizirane C

or#itale C or#itale su sli.ni enerija!Jznos G = v je

relativno mali>nalazi se u viljivom poru.ju spektra

aroten



σ

σ

nn E n e r g y

E n e r g y

σ

σ

σ

n n

σ

σ

n n

σ

σ

π11

E n e r g y

E n e r g y

σ

σ

σ

konjugirani spojkonjugirani spoj

π33

π44

π22

5ko je veAi stupanj konjuaije manje su eneretskerazlike izmeFu or#itala!



UU aktivnstaktivnst

2treni su krmfriJJ, J/, 55, 5/!,

• π -K πL i n -K πL #rijelazi

M U #&ruju !CC-8CC nm a#sriraju:

M lifatski lanci, alk"li, eteri, neknju'iranis#jevi



-remetni nastavnik& -ro!r!:o;o :anjanin

Pre'met!'entifikacija oranskih komponenti *ema!nfracrvena spektroskopija



Literatura:

1.Banjanin B. (1998.): „Organska hemijaterija i rije!eni "r#$emi“, Univerzitet uSarajevu, Farmaceutski fakultet, Sarajev

!."tt#:$$en.%iki#e&ia.r'$%iki$nfrare&s#ectrsc#*

+."tt#:$$%%%.%ster.e&u$c"emistr*$is$ruaker$ir$&efault."tml

48



IN0RA*R1ENAIN0RA*R1ENAS2EKTROSKO2IJAS2EKTROSKO2IJA

*nracrvena "*0& spektroskopija je jednaod najčešćih spektroskopskih tehnika i jedna od osnovnih instrumentalnihanalitičkih metoda za karakterizaciju,identifkaciju i odreivanje hemijskih

tvari. Spektroskopija inracrvenog zračenja "*0

spektroskopija& koristi inracrveno zračenje kao medij proučavanja.

-ao takva vrlo je rasprostranjena i imaširoku primjenu u temeljnom istra1ivanjui cijelom nizu industija te u različitimkontrolnim laboratorijima.

49



0a i se infracrvena s#ektrsk#ija us#je<n

#rimjenila u rje<avanju razliiti" #rlema kjiukljuuju karakterizaciju, i&entiNkaciju i

kvantitativn &re3ivanje &re3ene "emijsketvari, nu4n je #znavati Nzikalne snve

same te"nike,naine inter#retacijeinfracrveni" s#ektara i snve funkciniranjainfracrveni" s#ektrmetara.

et&a se zasniva na 'a3anju su#stanceinfracrvenm ra&ijacijm i mjerenjua#srvane ra&ijacije.

0



va metoda je naročito pogodna za

organska jedinjenja. Spektrogram koji sedobije je prilično slo1en i sastoji se od niza

ispupčenja : <vrhova< : na talasnimdu1inama na kojima je apsorbovano

zračenje.

'ako različite veze "unkcionalne grupe&

uzrokuju <vrhove< na različitim talasnimdu1inama.

1



Ha #raktian "rimjer uze=em slje&e=a tri je&injenja - acetanhidrid, sirćetnu kiselinu i

etil:alkohol.

Da bi počeli potrebno je znati talasne du1ine

na kojima veze i unkcionalne grupe u ovim jedinjenjima apsorbuju svijetlost.

/-G (alk"li, r'naske kiseline) na +OCC-

+CCC cm-1 J/ (r'anske kiseline) na 1P!Q-1PCC

2



Strukture je&injenja su:

3



7 s#ektr'rami su: 7 s#ektr'rami su:

4

<7

j < j k



7je<enje s#ektra7 je<enje s#ektra

/a prvom spektru je etanska kiseline.

/a drugom je acetanhidrid.

/a trećem spektru je etanol.

/a drugom spektru nema apsorpcije u oblasti =>??:=??? cm:@ što znači da u tom molekulu nema Agrupe. 3edini molekul bez A grupe od ponuenih jeacetanhidrid.

!rvi spektar pokazuje apsorpciju u oblastima =>??:=??? i @BC:@B??, što znači da molekul ima i A ikarbonilnu grupu. d ponuenih molekula to jeetanska kiselina.'reći spektar onda mora biti etanol što apsorpcija uoblasti =>??:=??? dokazuje.



$noge supstance apsorbuju svijetlost i emituju je. $i to vidimo kao boju ukoliko supstanca

apsorbuje i emituje svetllost iz vidljivog dijelaspektra./eke supstance, ne apsorbuju tu svijetlost jer je

ona nedovoljno visoke energije ili previsokeenergije "to zavisi od strukture jedinjenja&.

'ako one apsorbuju svijetlost iz nevidljivog dijelaspektra : ultraljubičastog "talasne du1ine manjeod E??nm i velike energije& i inracrvenog

"talasne du1ine veće od B>?nm& ili čak nekedruge oblike zarčenja.

2ko znamo koje zračenje neka supstancaemituje i apsorbuje mo1e nam reći mnogo o

nekoj supstanci. $o1emo saznati njenustrukturu, a kasnije spektroskopiju koristiti za

testiranje prisustva neke supstance. 6



*nracrveno zračenje emitiraju molekule

zahvaljujući svojim vibracijama.

2psorbiranjem inracrvenog zračenja molekulskevibracije se pobuuju, pa molekule počinju jače

vibrirati. %bog toga se inracrvena spektroskopija, zajedno s ramanovom spektroskopijom zove

vibracijska spektroskopija

Slobodni atomi ne emitiraju inracrveno zračenje.Svaka molekula ima karakteristične vibracije, koje

ovise o čvrstoćama veza i masama dijelovamolekula koje vibriraju.

7



'a činjenica daje inracrvenoj spektroskopiji velike

analitičke mogućnosti jer je moguće odrediti odkojih se unkcionalnih skupina molekula sastoji.

-ako svaka molekula ima različiti inracrvenispektar, inracrvena spektroskopija se koristi pri

identifkaciji tvari.

-ako je toplinska energija molekula veća odenergije vibracija, inracrveno zračenje emitirajuobjekti zahvaljujći svojoj toplinskoj energiji. (alna

duljina emitiranog zračenja ovisi o temperaturi prema zakonu crnog tijela.

8

O"ti-ki e$ementiO"ti-ki e$ementi



O"ti-ki e$ementiO"ti-ki e$ementi

ptički elementi se obično rade od kristala natrijevogklorida, kalijevog klorida i sličnih soli, a najčešće

kalijevog bromida.

litijev Fuorid je proziran u najvećem dijelu spektra. vimaterijali lako reagiraju s vlagom iz zraka, pa brzo postaju zamućeni, pa ih je potrebno polirati prije

upotrebe.

'ekući uzorci se koriste izmeu dviju pločica kalijevogbromida ili neke druge soli, u obliku tankog flma. -rutiuzorci se samelju u prah i pomiješaju s prahom kalijevog

bromida.

9



Dobivena smjesa se spreša u pastilu, koja sestavlja u spektrootometar.

!rah krutih uzoraka se mo1e pomiješati i sorganskom tekućinom i koristiti kao i tekući

uzorak, ali tada se, prilikom analize spektara,treba paziti na dijelove spektra koje je

uzrokovala organska tekućina.

(odene otopine se nikad ne koriste jer vodaapsorbira inracrveno zračenje, a materijali odkojih su napravljeni optički elementi su jako

topljivi u vodi.

60



Mnhrmatr

$onokromator je najčešće optička rešetka, kao ikod spektroskopije vidljivog zračenja. !rizme serijetko koriste jer moraju biti napravljene odkristala neke soli.

Detektr

Detektor je termoosjetljivi otpornik, termistor. Uspecijalnim slučajevima se koristi bolometar+

metalni balon ispunjen plinom. !romjenatemperature, uzrokovana inracrvenim zračenjemse detektira promjenom volumena plina u balonu.

61



TEHNIKE SNIMANJATEHNIKE SNIMANJA

nfracrvena s#ektrsk#ija se zasniva namerenju a#sr#cije infracrven' zraenja& strane uzrka. nfracrven zraenje

#u3juje viracije u mlekulima.

(ibracije atoma u molekulima "slika @& mogubiti iste1uće "valentne& kada se dešavaju u

pravcu hemijske veze tj,. ako se veze produ1avaju i skraćuju ili mogu biti

savijajuće "deormacione& kada dolazi do

promene ugla veze.

Savijajuće vibracije mogu biti makazaste,mašuće, uvijajuće, ljujajuće.

62



63



*ste1uće vibracije mogu biti simetrične ili asimetrične.

Simetrične kada se obe veze jednog atoma u istovreme produ1avaju ili skraćuju . 2simetrične kada se jedna veza skraćuje a druga produ1ava.

-od asimetričnih vibracija dolazi do promene dipolnog

momenta molekula. vaj vibracioni dipolni momenat proizvodi električno polje koje je u stanju da apsorbuje

kvantne jedinice energije karakteristične za datimolekul i za vrstu veze izmeu atoma.

vo je osnovni uslov za dobijanje inracrvenog spektraa za same vibracije "asimetrične&, koje su inače

karakteristika heteronuklearnih molekula, ka1e se dasu aktivne u inracrvenoj oblasti.

64



-od simetričnih heteronuklearnih molekula imamosimetrične i asimetrične iste1uće vibracije kao

npr. kod molekula ugljen dioksida "sl. C&.

Simetrične vibracije neće biti vidljive u *7 oblasti"vibracija na @=E? cm:@&, dok će vibracija na

C=? cm:@ biti vidljiva.

'raka koja nastaje usled simetričnih vibracijamo1e se uočiti ramanskom spektroskopijom.

6



66

$lika +.

"rste istezanja u molekulu uljen'ioksi'a i talasne 'u,ine na

kojima se te vi-racije pojavljuju u ! i ramanskim spektrima.



(ibracione rekvencije su karakteristične zasvaku odreenu unkcionalnu grupu npr. zakarbonilne grupe većina traka se pojavljuje na

@>?:@B? cm:@, većina traka za ugljenik:vodonik veze se pojavljuje blizu =??? cm:@.

ve karakteristične vibracije se zovu grupnerekvencije i koriste se za identifkacijumaterijala i za odreivanje strukture

nepoznatog čistog jedinjenja.

-ada su molekuli uzorka izlo1eni kontinuiranominracrvenom zračenju u spektrometru, otonikvantirane energije koje molekul apsorbuje

jednostavno ne sti1u do detektora67



/a *7 spektru se tada registruju nedostajući

otoni, ili apsorpcija, kao serija dobrodefnisanih, karakterističnih apsorpcionih traka.

4otoni koji nisu apsorbovani od strane uzorka su

jednostavno transmitovani nepromenjeni iregistrovani od strane detektora.

;inearna zavisnost izmeu apsorpcije ikoncentracije supstance koja apsorbuje data je

;ambert:5eer:ovim zakonom+

a - - c

68



Gdje 2 H apsorpcija6 a je apsorpcioni koefcijent

koji je u zavisnosti od talasne du1ine 6 b jedu1ina puta6 c je koncentracija supstance .

'ransmitovana "propuštena& svijetlost koja se zapravo detektuje na instrumentu se mo1e

defnisati kao +

' H *)*? ' je transmitovana svijetlost6 * je intenzitet

nakon prola1enja kroz uzorak i *? je upadniintenzitet svijetlosti.

dnos izmeu apsorpcije "2& i transmisije "'& je+ 2 H : log '

69



!ošto su energetski prelazi kvantirani, tj. dešavaju seizmeu strogo defnisanih energetskih nivoa u

spektrima se pojavljuju trake na tačno odreenim i za pojedine supstance karakterističnim vrednostima

talasnih du1ina odnosno rekvencija. *nracrveni spektar se rasprostire u rasponu talasnih

du1ina od B?? do ??? nm i rekvencija od @E ??? doC? cm:@. %bog primene i instrumentalnih razloga

zgodno je podeliti ga na +

Talasne dužine Frekvencije

,!isku I- o!ast.// - 2 0// nm 1 /// -

/// cm1

rednju I- o!ast2 0// - 2/ /// nm /// -

0// cm1

'a!eku I- o!ast2/ /// - 0// /// nm 0//

2/ cm1

70



5liska *7 oblast se nastavlja na U( i vidljivuoblast i zbog toga što je dostupna sa kvarcnom

optikom često je u kombinaciji sa U(:(*Sspektrometrima "U(:(*S:/*0:spektrometri&.

!ošto sva organska jedinjenja apsorbuju svetlostu ovoj oblasti dolazi do puno preklapanja

izmeu pojedinih traka. %bog toga je skoro

nemoguće koristiti ovu metodu u kvalitativnesvrhe. na se koristi za kvantitativna merenja i za in situ praćenje reakcija.

71



Srednja *7 oblast mo1e se dalje podeliti u podoblastiod C?? : I ??? nm tj. rekvencije E??? : @=?? cm:@ i oblast otiska prsta @=?? : ?? cm:@ "I ??? : C?

??? nm&.

U ovoj oblasti će se naći većina karakterističnihtraka za pojedine molekule tj. unkcionalne grupete se za karakterizaciju jedinjenja snimanja vrše u

ovoj oblasti.

Daleka *7 oblast se koristi kod identifkacijekristalnih struktura.

72



5a5aela 7-s#ektrsk#ijeela 7-s#ektrsk#ije

Slično U(:spektroskopiji "gdje se apsorbira U(: zračenje& ovdje se upija toplinsko zračenje.

1 -zvor zracenja8 /ernstov štapic 1 Detektor8 termočlanak

)riprema uzorka8 "a& -5r:pločice "b& ćelije s otopinom

"c& namaz "/a7l&

/# staklo "djelomično apsorbira *0:zračenje&

*0:spektar+ gra l " n & prema apsorbanciji "tj. lma9apsorbiranog *0:zračenja&

73

) - j IR kt k ij



)na-enje IR3s"ektrsk"ije

"a& unkcijske skupine

"b& identifcira spoj usporedbom "katalozi&

"c& nemoguća analiza cijelog spektra"nadopuna /$0, U(,J:analiza itd.&

74



1i#ra4ije je5nsta.ne m$eku$e

2armonijski oscilator K lopte povezaneoprugama u stalnom titranju "vibraciji&

: analogno promjene veza molekula+

"a& istezanje veza, n "stretching vibrations&

"b& deormacija kuteva "svijanje veza& # d"bending vibrations&

7

Na-in .i#ra4ije .isi .rsti .e%e i k$iniNa-in .i#ra4ije .isi .rsti .e%e i k$ini



Na-in .i#ra4ije .isi .rsti .e%e i k$iniNa-in .i#ra4ije .isi .rsti .e%e i k$ini

stezanje veza

76



RA1NINSKA:

77

Deformacija kuteva

/0R1"/!/$21&

ij 7#sr#cija 7 zra jenja



#sr#cija 7-zra#sr#cija 7-zraenjaenja !ojedina skupina "veza& apsorbira "kvantizirano& zračenje

one rekvencije koja odgovara rekvenciji njezine vibracije. 4rekvencija i njezine vibracije L vibracija koja mijenja

električni dipol molekule.

0itmička promjena dipola "odn. raspodjele naboja& promjenljivo električno polje M oscilirajuće električno polje zracenja apsorpcija "tj. pojačanje molekulskih vibracija&.

2omonuklearne dvoatomne molekule+ nemaju nititrajnog ni promjenljivog dipola neaktivne u *0 "AC, /C,

C&.

)oliatomne molekule L mnogo načina vibracija, npr.voda ima = vibracijske mogućnosti, a u 7AC:skupini "u

sklopu veće molekule& postoji istezanje veza i deormacijakuteva.

78



IR3s"ektri

2&ruja 7-si'nala

79



O#$ik IR3s"ektra

80

(stariji ureFaji imaju linearnu> a noviji loaritamsku skalu)

!R#spektrometri

Po'jela(3) Disperzijski s optičkom re4etkom (kvalitativna analiza)

(+) 5*#!R#ure6aji (kvali# i kvantitativna analiza)

(7) /e'isperzijski fotometri (kvantitativna analiza atmosfere)

(8) Refleksijski ure6aji (analiza krutina u poljoprivre'i i in'ustriji)



.51-91spektro+otometar (.ourier 5rans+orm -9Spectrometer

5r1i razvoj zadnjih godina "zbog brzine, visokerezolucije,osjetljivosti, tačnosti&

!rvi instrumenti glomazni i skupi s ograničenom primjenom.

Danas+ srednje kvalitetni modeli istisnuli sudisperzijske ureaje iz laboratorijske upotrebe.

/ačelo+ cijeli *0:spektar razdijeli se na C snopa čijimrelativnim promjenama nastupa intererencija6dobiveni podaci procesiraju se 4ourierovimtransormacijama.

81



S"ema F6-7 s#ektrftmetraS"ema F6-7 s#ektrftmetra

82



)rednosti .51-91te$nike8

"@& -ratkoća postupka

"C& (isoka rezolucija

"=& dlični spektri "E& $ala količina uzorka

"& -ompjutor pohranjuje spektre čistih

uzoraka i otapala "analiza smjesa&.

83

f i k f i kt



nfracrveni s#ektarnfracrveni s#ektar

84

Jnrarveni spektar ispitivane supstane



In6ra4r.eni s"ektar #kazuje sna4ne viracijeu a#sr#cinm #&ruju & 8CC & 1OCCcm-1./v a#sr#cin #&ruje &'vara &erivatima

enzena.

2rimje=uju se etiri a#sr#cine trake na 1AQC,1QCC, 1Q8C 1OCC cm-1 i #ri#a&aju J > J skeletnim

viracijama u ravni.

5a 1!CC cm-1 J s#ektar #kazuje #ik kji&'vara fenlima, &k na ++CC cm-1 #kazuje

sna4nu liniju kja &'vara /G 'ru#i. 6ak3er je jaka a#sr#cija u #&ruju &vstruki" veza J J

na 1O+C cm-1.

8



5uklearna ma'netna5uklearna ma'netnareznancareznanca

;it t;it t



;iteratura;iteratura

Banjanin B. (1998.): „Organskahemija terija i rije!eni"r#$emi“, Univerzitet u

Sarajevu, Farmaceutski fakultet,Sarajev "tt#: %ek. nist. 'v $

c"emistr* %%%.ri&1.iase.aist '.j#$s&s$c'i



Svaka spektrometrijska metodamjeri odreene energetske

promjene do kojih dolazi kada se

uzorak podvrgne zračenju,a najviše se primjenjuju sljedećemetode+

Spektroskopija masa - molekule se bombardiraju elektronima



p p j j

srednje energije i odreuj se distribucija

(rasprostranjenost ! intenzitet) masa

rezultiraju"i# nabijeni# $ragmenata

%n$racrvena spektroskopija - spektri nastaju usljed prelaza

molekule

iz stanja s ni&om vibracijskom i

rotacijskom energijom u stanje s višom

vibracijskom i rotacijskom energijom

'ltraljubiasta i vidljiva spektroskopija - spektri nastaju usljed

prelaza elektrona iz ni&eg u više energetsko stanje!

koji je pra"en vibracijskim i

rotaijskim promjenama



Spektroskopija nuklearne magnetske rezonancije - spektri nastaju usljed

promjene orjentacije spina

atomski# jezgri u magnetskom polju

Svi spektri pripadaju razliitim podrujima valni# duljina



jedinstvenog spektra elektromagnetnog zraenja koji je

prikazan na Slici .

$lika 3. Epektar elektromanetno zra.enja

S#ektrsk#ija nuklearneS#ektrsk#ija nuklearne



S#ektrsk#ija nuklearneS#ektrsk#ija nuklearnema'netne reznancije (57)ma'netne reznancije (57)

57 s#ektrsk#ija je u "emijuuve&ena 19QC.'&ine. e3utim,&anas je va met&a je&na &najvi<e kri<teni" s#ektrsk#ski"met&a u strukturnj analizir'anski" s#jeva. S#ektri 57 suvema sku#i, rukvanje vim

a#aratima je relativnkm#likvan. 5a Slici O. je#rikazan s"ema 57 s#ektrmetra.



$lika +. Eema I%R spektrometra



5uklearn ma'netn reznantnas#ektrsk#ija (57) je svestranas#ektrsk#ska &isci#lina kja m4e&a re'istruje si'nale atma iz razliiti"

#l4aja u mlekulu i #ri tme &asvaki si'nal &ve&e u vezu sa nekm& #znati" s#inski" interakcija,

'lavnim izvrima #&ataka mlekulskj strukturi i &inamici.

2zitivn naelektrisan jez'r "i&r'ena,



&nsn #rtn, #na<a se ka ma'net uma'netnm #lju. k se #rtn stavi u

nek vanjsk ma'netn #lje , nje'vma'netni mment rjenti<e se na je&an& &va m'u=a naina, u #aralelni ilianti#aralelni smijer s vanjskim ma'netnim#ljem (Slika +.).

$lika 7. -ona,anje protona u manetnom polju i izvan polja

0a i #rtn zauze anti#aralelnu



rjentaciju #rema vanjskm ma'netnm#lju, nu4n je &a a#sruje ener'iju. 6

se m4e #sti=i ak se #rtn #&vr'ne&jelvanju elektrma'netn' zraenja. Utrenutku ka&a je ener'ija kja je nu4na za#rmjenu rjentacije izje&naena saener'ijm zraenja, &lazi & a#sr#cije islanja 57 si'nala ka #slje&ice#rmjene rjentacije (Slika A.).

$lika 8. 5psorpija i slanje I%R sinala



ner'ija kja je nu4na za #rmjenurjentacije #rtna u vanjskmma'netnm #lju &'vara ener'iji ra&italasa. Rnatn je ni4a & ener'ije ultra-

viletn' vi&ljiv' i J s#ektra.U su<tini, #rtnski s#ektri se &ivajutak &a se uzrak stavi u vanjskma'netn #lje , kjem se mijenja jaina,

#ri emu se frekvencija za&r4avaknstantnm.

Ha&a &3e & a#sr#cije ener'ije nu4ne zaj j t ij j lj i l k ji



#rmjenu rjentacije, javlja se si'nal kjiilje4i elektrnski ure3aj. ntenzitet te

a#sr#cije se autmacki nansi na'raNkn u funkciji rastu=e jainema'netn' #lja. 7azliite vrste #rtnaa#sruju na razliitim jainama #lja i na

taj nain se vr<i nji"va in&entiNkacija.

$lika 9. Iastajanje I%R spektra



Spektrometrija nuklearne magnetske

rezonancije met&a je kja se temeljina #sre&nm #ra=enju #rmjenaener'etski" stanja rtiraju=i" jez'ara

neki" atma u ma'netskm #lju .S#ektri 57 kriste se u istra4ivanjustrukture mlekula, jer &iveni

si'nal ne zavisi sam vrsti atma,ve= i statku mlekule .



Ra i&entiNkaciju r'anski" s#jeva

naje<=e se kriste 1G i 1+J s#ektri, jersu v&ik i u'ljik sastavni &ijelvi 'tvsvi" r'anski" mlekula. Ra is#itivanja su#'&ni i svi stali atmi ije jez're imajus#inski kvantni rj * razliit & ?. 6 susve ne jez're iji su atmski ili masenirjevi (ili a) ne#arni , n#r. 1G , !G ,

1+J , 1A5 , 1Q5 , 19F , +12 , ali ne 1!J i18/ .



(anjsko magnetsko polje (elektrma'netsk

zraenje) &jeluje na takve jez're tak &a jesa&a nji"v s#in paralelan ili antiparalelan sasmjerm #lja . k je s#in #aralelan sa#ljem, jez'ra m4e a#srirati ra&ival i

#rmijeniti s#in. 6a&a je jez'ra na vi<emener'etskm nivu. ak je za cijeli uzrak'eneriran je&n vanjsk ma'netsk #lje,n nije je&nake jaksti za sve jez're

is#itivan' elementa u mlekuli.



7azl' tme je ne"m'en lokalno

magnetsko polje (#lje same mlekule) inje'va interakcija s vanjskim #ljem. 6aku mlekuli #stje vi<e i manje zasjenjene

jez're ist' elementa. 2u3ene jez're

stvaraju inducirano magnetsko polje je&nake jaksti ka i #lje kje je in&ukcijuizazval. Bu&u=i &a reznantna frekvencijazavisi & jaksti #lja, na =e tak3er itirazliita za neje&nak zasjenjene jez're.

S#ektar nuklearne ma'netneS#ektar nuklearne ma'netne



# '# 'reznancijereznancije

$lika :. I%R spektar ispitivane supstane



NMR s"ektar #kazuje si'nale na P. QQ,P. !, O. PQ ##m sa relativnim intenzitetimaO:+, A:C,Q+. Uljiv je &akle &a su na 57s#ektru tri razliite 'ru#e.

Gemijski #mak & O, PQ-O ##m #kazuje #et#rtna kji &'varaju cikl#enta&ien jnu.5a "emijskm #maku & P, ! & +, A ##m#rimje=uju se tri #rtna. 5a tim #rtnima su#risutne J J veze, a na P, QQ ##m#rimje=uje se je&an #rtn.

?ak #ik v' jna ukazuje na #risustv

armatsk' #rstena, u kje su J atminaizmjenin vezani &vstrukim vezama. ?ak "emijski #imak na O. C ##m ukazuje na

#risustv /G 'ru#e.

2rijekl s#ektra2rijekl s#ektra



2rijekl s#ektra2rijekl s#ektra

?ez'r sa ne#arnim rjem #rtna ilineutrna ima stalni ma'netski mmenti umn4eni nuklearni rtni sta&ij.5#r.Gu mlekuli ima &va ener'etski je&naka

rtna stanja kja su &&jeljenakliinskm rju. Ha&a se nek

je&injenje nalazi u ma'netnm #lju"i&r'eni is#ravljaju nji"v vlastit

#lje sa ili #rtiv ma'netsn' #lja,&aju=i #ve=anje &vma razliucitimener'etskim stanjima .

U vi<im ener'etskim stanjima #lja su



#stavljena je&n #rtiv &ru'' u nizimstanjima su &&jeljena je&n &ru'm.7azlika u nere'iji izme&ju &va stanja&'vara frekvenciji ra&i talasa.z v'razl'a ra&i frekvencija talasa

“acaTjez'r G iz ni4i" u vi<a ener'etskastanja.Ra"tjevana frekvencija je &irektn#r#rcinala ma'netnm, #lju.

57 s#ektrsk#ija je krisna zat st



57 s#ektrsk#ija je krisna zat stsvi "i&r'eni nemjenjaju tr u istm

#rimjenjenm ma'netnm #lju i zavisi& mjesta vezanja "i&r'ena.a'netn#lje “#u3enT nemra iti n kje jeus#stavljen ma'netm zat st

elektrni u vezi sa "i&r'enm ielektrni u lizini #i veza in&ukuju svjavlastita ma'netna #lja./v in&ukvan

#lje m4e se su#rstaviti #rimjenjenm#lju .2lje k "i&r'ena je n&arezultat #rimjenjeni" i in&ukvani" #lja.

Documents

INSTRUMENTALNE METODE