Слайд 2
План лекции:
Теоретические основы метода.
ИК-спектр.
Аппаратура ИК–спектроскопии.
Применение в фармации.
Слайд 3
Теоретические основы метода
Явление взаимодействия веществ с ИК-излучением было
открыто У.Эбни и И.Фестингом в 1861 г.
В России
впервые ИК-спектры адсорбированных молекул были получены в 1938г. А.Н. Терениным и К.Я. Каспаровым. Уже в 1948 г., за шесть лет до появления первой зарубежной публикации, Н.Г.Ярославским были обобщены результаты первых исследований поверхности пористого стекла с помощью ИК-спектроскопии.
Слайд 4
Впервые метод стал фармакопейным с 1968г. (ГФ X),
где он рекомендовался для контроля качества трех лекарственных веществ:
фторотана, оксациллина и метициллина натриевых солей.
ИК-спектроскопия включена во все современные фармакопеи, в том числе и в ГФ XII (2007 г.).
Слайд 5
ИК-спектроскопия - метод исследования веществ, основанный на поглощении
ИК-излучения, в результате чего происходит усиление колебательных и вращательных
движений молекул. Большее проявление имеют колебательные движения, поэтому ИК-спектры, называются колебательными.
Слайд 6
Энергия, необходимая для возбуждения колебаний атомов в молекуле,
соответствует энергии квантов света с длиной волны 1-15 мкм
или волновым числом 400-4000 см–1, т.е. электромагнитному излучению средней инфракрасной области.
Области, примыкающие к ней, называются ближней инфракрасной от 10000-4000 см-1 и дальней инфракрасной от 625-50 см–1.
Слова «ближний и дальний» характеризуют близость к области видимого света.
Слайд 7
В свою очередь средняя область подразделяется на область
«отпечатков пальцев» (600-1500 см–1) и область характеристических полос
(1500-4000 см–1).
В области «отпечатков пальцев» лежат полосы поглощения скелета органической молекулы, содержащей связи С-С, С-О, С-N (для этой области не характерны колебания, принадлежащие отдельным связям).
По ИК спектрам в области «отпечатков пальцев» можно идентифицировать изомерные алканы.
Слайд 8
Поглощая квант света, молекула может переходить на
более высокий колебательный уровень, обычно из основного колебательного состояния
в возбужденное.
Поглощение ИК-излучения вызывают колебания связанные с изменением либо длин связи, либо углов между связями.
Таким образом, основными типами колебаний являются так называемые валентные и деформационные колебания.
Слайд 9
Колебания, заключающиеся в изменении длины связи между связанными
атомами и не сопровождающиеся отклонением от межъядерной оси, называются
валентными. Валентные колебания располагаются в области больших частот 4000-1400 см–1, деформационные - в области низких.
В зависимости от природы колебания подразделяются на скелетные (600-1500 см–1) и колебания групп (>1500 см–1).
Слайд 10
Наряду с указанными основными в спектре наблюдаются обертоны,
полосы резонансного взаимодействия, составные полосы, возникающие в результате взаимодействия
полос поглощения отдельных атомов.
Колебательными спектрами обладают не все молекулы, а только те, у которых при колебании происходит изменение ее дипольного момента, т.е. вещества с полярной ковалентной связью.
Слайд 11
Области ИК-излучения
ω (см-1)
λ (нм)
Область обертона.
Водородная связь.
Составные частоты основных
колебаний.
Область характеристических полос.
Область «отпечатков пальцев»
Связи M-X
Вращательные переходы
Слайд 12
600
1300
1500
1800
2000
2300
2800
4000
Область колебаний функциональных групп
Отпечатки пальцев
Деформационные колебания
Скелетн. Валентн. Колебания
С-С,
С-О,
C-N,…
Колебания
С=С,
С=O,
C=N,…
Колебания
С≡С,
C ≡ N,…
Колебания
C-H,
O-H,
N-H,…
Частоты колебаний
Слайд 13
Валентное симметричное колебание
Слайд 15
ИК-спектроскопия является:
молекулярно – специфичной, что позволяет
получать информацию о функциональных группах;
селективной по отношению к
изомерам, благодаря области «отпечатков пальцев»;
методом количественного и недеструктивного анализа;
методом, работающим в области концентраций от 0,1% до 100%, но также пригодным и для определения микроколичеств.
Слайд 16
ИК-спектр
Инфракрасный спектр получают путем регистрации интенсивности прошедшего излучения
в зависимости от волновых чисел.
Спектральные данные записываются как
зависимость коэффициента поглощения от длины волны или частоты в обратных сантиметрах (см-1) или в микрометрах (мкм).
Слайд 17
Фактор интенсивности для ИК-области спектра может быть выражен
как пропускание в %:
где I0 - интенсивность падающего монохроматического
излучения;
I - интенсивность прошедшего монохроматического излучения, или поглощение в %.
Слайд 19
Факторы, влияющие на частоту и интенсивность характеристических полос
поглощения:
Внутренние факторы, влияющие на характеристические частоты
А) Геометрия молекулы оказывает
заметное влияние на частоту и интенсивность колебательного спектра поглощения.
2. Влияние внешних воздействий
А) Агрегатное состояние. Величина смещения полос поглощения при переходе от газа к жидкости обычно меньше 25 см-1.
Слайд 20
Б) Растворитель. Положение и интенсивность полос поглощения, обусловленных
характеристическими частотами, изменяются при переходе от одного растворителя к
другому.
В) Концентрация вещества. Большое влияние на ИК-спектр оказывает концентрация вещества, поэтому для таких образцов рекомендуют принимать стандартные условия (растворитель, концентрацию и толщину поглощающего слоя).
Г) Температура.
Слайд 21
Снятие ИК-спектров
Объекты исследования ИК-спектроскопии могут быть жидкими, твердыми,
газообразными, могут быть как органическими, так и неорганическими.
Спектры газов
или низкокипящих жидкостей получают введением образца в вакуумированные кюветы.
Слайд 22
Жидкости можно исследовать чистыми или в растворах. Чистые
помещают между двумя солевыми пластинками, получают пленку толщиной 0,01
мм и меньше. Пластинки удерживаются вместе капиллярными силами. Необходимо от 1 до 10 мг пробы. Летучие жидкости исследуют в герметических кюветах с очень тонкими стенками. Растворы помещают в кюветы толщиной 0,1 - 1 мм.
Твердые вещества применяют в виде паст, прессованных дисков (таблеток) или в виде осажденных стекловидных пленок.
Слайд 23
Держатель таблеток
Приставка для измерения пропускания пластин
Кювета газовая
Кювета жидкостная разборная
Слайд 24
Для снятия ИК-спектров, как правило, используют двухлучевые спектрометры
с оптическим нулем следующего типа: «Specord 75 IR», «Specord
М-80», «Unicam SP-200», «Beckman IR-11», «Perkin-Elmer», «Bruker», «Shimadzu FTIR-8900», «MTIFS 01» и др.
В качестве источника инфракрасного излучения используют штифты Нернста и Глобара, нагреваемые электрическим током до 1000 - 1800 °С.
Слайд 25
ИК-спектроскопия. Приборы
Первый серийный ИК-спектрометр
Perkin Elmer Model 12.
1944 г.
Слайд 27
Принципиальная схема прибора состоит:
источник излучения;
кювета с образцом;
монохроматор;
входная и выходная щели монохроматора;
фокусирующая оптика;
призма
или дифракционная решетка;
приемник излучения;
регистрирующее устройство
Слайд 28
Приемник (детектор) - устройство, которое измеряет энергию излучения
по его тепловому эффекту. Приемники подразделяются:
Термические детекторы, действие которых
основано на измерении тепловых эффектов.
Фотонные детекторы - полупроводниковые устройства, в которых электрон может поглотить квант инфракрасного излучения и перейти в зону проводимости, внося свой вклад в электропроводность.
Пироэлектрические детекторы реагируют не на саму температуру, а на изменение ее во времени и не нуждаются в дублирующей системе, защищающей от излучения.
Слайд 29
Применение в фармации
при установлении структуры новых БАВ (синтетических
и природных);
изучении строения метаболитов;
при испытании на подлинность
лекарственных веществ;
определении доброкачественности лекарственных соединений;
количественном анализе;
контроле технологического процесса в промышленном производстве фармпрепаратов;
для доказательства отличия лекарственных веществ близкого химического строения (одного ряда).