Spektroskopia

Spotkanie pierwsze

Prowadzący:

Dr Barbara Gil

2/21Temat rozwaŜań

� Spektroskopia

� nauka o powstawaniu i interpretacji widm powstających w wyniku oddziaływań wszelkich rodzajów promieniowania na materię

3/21

MS

IR

UV-VIS

NMR

Plan spotkania

� Cztery działy

� Trzy spotkania

� 13.02.2008

� MS

� IR

� 27.02.2008

� UV-VIS (prawo Lamberta-Beera)

� NMR

� 3.04.2008

� Podsumowanie, ćwiczenia

4/21Spektrometria masowa

� Spektrometria masowa

� Technika analityczna, której podstawą jest pomiar stosunku masy do jej ładunku elektrycznego (m/z)

� SłuŜy do:

� identyfikacji związków chemicznych i ich mieszanin

� ustalania struktury związków chemicznych

� ustalania ich składu pierwiastkowego

� ustalania składu izotopowego substancji

� ustalania składu złoŜonych mieszanin związków o wysokich masach molowych

5/21Podstawa działania

� Jonizacja cząsteczek badanej substancji i przyspieszenie w polu elektrycznym w próŜni

� Rozdzielenie strumienia jonów na składowe zaleŜnie od stosunku masy do ładunku (m/z)

� Jony naładowane dodatnio

� masa próbki powiększona o masę protonu lub protonów

� Jony naładowane ujemnie

� masa próbki pomniejszona masę protonu lub protonów

� Substancje niejonizujące

� Oznaczenie m/z przez

� dołączenie podstawnika obdarzonego ładunkiem lub podlegającego jonizacji

� utworzenie adduktów np. z sodem lub potasem

6/21Wyznaczanie masy

� Wyznaczanie dokładnej masy:

� na podstawie miejsca występowania sygnału niepofragmentowanego jonu w widmie

mzw = (m/z) ⋅ (z − mcz)

gdzie:

mzw - masa wyjściowej cząsteczki

m/z - masa analizowanej cząsteczki w Daltonach do liczby ładunkówelementarnych (z)

mcz - suma mas cząstek lub jonów, które nadały ładunek

7/21Od fragmentacji…

� Fragmentacja i jonizacja cząsteczki

CH3 C CH3

CH3

CH3

e-

(C5H12)+

jon molekularny

pik podstawowy

(C4H9)+

57

100100

(C3H5)+

41

41.5

(C2H5)+

29

38.5

(C2H3)+

27

15.7

i inne

m/e:

int.:

słuŜy do wyznaczania dokładnej masy cząsteczkowej

8/21… do widma masowego

� Widmo masowe 2,2,3-trimetylopentanu

0 20 40 60 80 100 1200

20

40

60

80

100

w

zg

lęd

na in

ten

syw

ność

m/e

pik podstawowy

pik jonu molekularnego

9/21Spektroskopia IR

� Promieniowanie elektromagnetyczne IR

� częstotliwość zbliŜoną do częstotliwości drgań wiązań chemicznych

� jest selektywnie pochłaniane wzbudzając drgania tych wiązań

� Absorpcja promieniowania IR

� Zmiany energii oscylacyjnej i rotacyjnej wiązań chemicznych

� Zmiana momentu dipolowego cząsteczki poprzez wykonywanie drgań

� cząsteczkowej rotacji i oscylacji

� drgań sieci

� złoŜonych drgań kombinacyjnych

� W widmie występuje szereg pasm absorpcyjnych odpowiadających drganiom określonych wiązań

10/21Klasyfikacja drgań normalnych

� Rodzaje drgań wzbudzanych przez promieniowanie IR

� Drgania zginające

w płaszczyźnie poza płaszczyzną

� Drgania rozciągające

symetryczne asymetryczne

11/21

H2O

CO2

Drgania a widmo

� Drgania rotacyjne i oscylacyjne

� Widmo powietrza

4000 3000 2000 1000

0,00

0,05

0,10

0,15

Abso

rbancj

a

ν, cm-1

12/21Drgania rotacyjne i oscylacyjne

� Cząsteczka H2O

� Nieliniowa

� Rotacja powoduje zmiany momentu dipolowego

� obecność widma rotacyjnego

2000 1500 1000

0,00

0,05

0,10

0,15

Abso

rbancj

a

ν, cm-1

1900 1800 1700 1600

ν, cm-1

13/21Drgania rotacyjne i oscylacyjne

� Cząsteczka CO2

� Liniowa, symetryczna – brak widma rotacyjnego

� Rotacja nie powoduje zmiany momentu dipolowego

2500 2400 2300 2200

0,00

0,05

0,10

0,15

Abso

rbancj

a

ν, cm-1 drgania rozciągające

symetryczne

14/21Widma IR

� Identyfikacja grup funkcyjnych

aldehyd keton ester kwas karboksylowyamid

aminaamid

alkohol/fenol

aromat

alkin

alken

typ związku

3100 – 30101680 - 1620

C-H rozciągająceC=C rozciągające

~33002260 - 2100

C-H rozciągające C≡C rozciągające

~3030860 – 6801700 - 1500

C-H rozciągające C-H zginająceC=C zginające

1740 - 1690 1750 - 1680 1750 - 1735 1780 - 1710 1690 - 1630

C=O rozciągające

3500 - 3300 3700 - 3500

N-H rozciągające

3550 - 3200 O-H rozciągające

częstotliwośćgrupa funkcyjna

15/21IR przykłady, alkeny

� Pent-1-en CH3-CH2-CH2-CH=CH2

� charakterystyczne:

� C=C rozciągające

� CH3 zginające

CH3-CH2-CH2-CH=CH2

16/21IR przykłady, związki aromatyczne

� Toluen

� charakterystyczne:

� C=C – overtony i drgania 'oddychające' pierścienia

� CH3 zginające

17/21IR przykłady, alkohol

� Cykloheksanol

� charakterystyczne:

� O-H – rozciągające dla wolnych i związanych OH

� CH3 zginające

18/21IR przykłady, ester

� Ester etylowoproprionowy

� charakterystyczne:

� C=O – rozciągające

� C-O – rozciągające

19/21IR przykłady, kwas karboksylowy

� Kwas proprionowy

� charakterystyczne:

� O-H – rozciągające dla wolnych i związanych OH

� C=O grupy karboksylowej

20/21IR przykłady, aminy

� Anilina

� charakterystyczne:

� N-H – rozciągające i zginające

� C-N - zginające

21/21IR przykłady, amidy

� Amid kwasu proprionowego

� charakterystyczne:

� N-H – rozciągające i zginające

� C-N – rozciągające i zginające

� C=O – rozciągające