Analisis struktur

Spektroskopi resonans magnetik nuklear (NMR).

Semasa pengukuran, kami menggunakan sinaran elektromagnet dalam julat 60 hingga 900 MHz, yang membawa sebahagian kecil tenaga. Ini membolehkan pengujaan peralihan antara tahap berbeza yang mempunyai halangan tenaga yang rendah. Ini adalah ciri keadaan kuantum, yang berkait rapat dengan sifat magnetik nukleus atom yang membina molekul kimia. Aspek penting bagi sifat tersebut ialah putaran, yang secara makroskopik dicerminkan dalam fizik dalam bentuk momentum sudut. Jika kita ambil, sebagai contoh, proton dengan cas positif, yang juga mempunyai putaran, pergerakan cas itu tersusun sepenuhnya, yang seterusnya mencerminkan aliran makroskopik arus. Ini sentiasa disertai dengan pembentukan medan magnet, dan proton itu sendiri menjadi sejenis magnet. Jika tiada medan magnet luaran, orientasi ruang bagi dipol tersebut tidak mempunyai perkaitan; ia adalah percuma. Walau bagaimanapun, jika kita menggunakan medan magnet luaran, dipol akan meletakkan diri mereka di sepanjang medan untuk membentuk sistem yang teratur. Dengan membekalkan jumlah tenaga yang sesuai, adalah mungkin untuk memusingkan putaran ke kedudukan tertentu berbanding dengan garisan medan magnet luaran. Ini hanya mungkin jika nombor kuantum magnet bagi molekul itu sama dengan -½ atau ½. Untuk keadaan kuantum sedemikian, adalah mungkin untuk merangsang peralihan tenaga dengan penggunaan sinaran elektromagnet dengan tenaga yang sesuai. Bagi nukleus yang mempunyai lebih banyak nukleon, kita juga boleh melihat hubungan antara struktur nukleus atom dan nombor kuantumnya.

1. Nukleus atom yang mengandungi bilangan proton dan neutron genap dicirikan oleh nombor putaran kuantum (I) sama dengan 0, begitu juga nilai putaran hanya boleh sama dengan 0. Akibatnya, adalah mustahil untuk merangsang peralihan tenaga. Keadaan sedemikian wujud dalam beberapa isotop yang penting untuk analisis kimia organik: ¹² C dan ¹⁶ Kita tidak boleh mendapatkan spektrum NMR untuk isotop tersebut.
2. Nukleus yang dibina daripada nombor genap nukleon satu jenis dan nombor ganjil nukleon jenis lain mempunyai nombor putaran kuantum ½ atau gandaannya. Nukleus tersebut termasuk ¹³ C, ¹⁵ N, ¹⁹ F dan ³¹ P, dan mereka berkelakuan serupa dengan proton. Isotop-isotop ini, yang mana kita boleh mendapatkan spektrum NMR, sangat berharga untuk kimia analitik.
3. Jika nukleus mengandungi bilangan proton dan neutron ganjil, nombor putaran kuantum adalah sama dengan jumlah kuantiti. Contoh yang paling penting ialah nukleus deuterium ² Ini memungkinkan untuk menggunakannya dalam pelarut, dan akibatnya isyarat resonansnya ialah isyarat penstabilan medan dan penentukuran skala untuk spektrometer NMR.

Tafsiran spektrum membolehkan kita, bergantung pada jenis NMR, untuk menentukan maklumat berharga, contohnya ¹ H NMR menunjukkan kuantiti dan jenis kumpulan proton sekarang dan mencadangkan serpihan struktur. Spektrum ¹³ C NMR akan memberikan isyarat yang sepadan dengan atom karbon dalam ciri titik kumpulan yang berbeza.

Spektroskopi inframerah (IR).

Teknik ini memungkinkan untuk memerhatikan spektrum ayunan molekul dalam julat dari 4000 hingga 400 cm ^-1 . Pengujaan yang membolehkan pembentukan spektrum adalah berkaitan dengan getaran ikatan dan perubahan sudut antara ikatan, di dalam dan di luar satah. Spektrum menunjukkan pergantungan pemancaran pada nombor gelombang, dan semakin rendah pemancaran, semakin intensif penyerapan. Jalur serapan yang kelihatan dalam spektrum adalah khusus untuk getaran ikatan, bergantung pada julat spektrum:

1. kawasan di bawah 1500 cm ^-1 mungkin termasuk memanjangkan getaran CO, CN dan CC serta getaran ubah bentuk,
2. julat 2000–1500 cm ^-1 termasuk memanjangkan getaran C=O, C=N, C=C ikatan berganda,
3. memanjangkan getaran ikatan rangkap tiga kelihatan dalam julat 2500–2000 cm ^-1 ,
4. julat 4000–2500cm ^-1 menunjukkan memanjangkan getaran ikatan OH, NH dan CH.

Tafsiran spektrum membolehkan untuk mengenal pasti kumpulan berfungsi yang terdapat dalam struktur dan untuk menentukan struktur umum sebatian, termasuk aromatik dan kemungkinan tepu.

Spektroskopi UV-Vis

Kaedah ini menggunakan spektrum penyinaran elektromagnet dalam julat 200 hingga 780 nm. Asas teorinya ialah penyerapan tenaga dalam kawasan ultraungu, yang bersamaan dengan peralihan elektron daripada keadaan asas kepada keadaan teruja. Ia dikuantisasi, yang bermaksud ia betul-betul sepadan dengan perbezaan antara tahap tenaga. Semakin kecil perbezaan, semakin panjang gelombang sinaran yang diserap. Spektrum terdiri daripada jalur serapan dan dibentangkan sebagai hubungan penyerapan (A) dengan panjang gelombang (λ). Spektroskopi UV-Vis biasanya digunakan untuk mengesahkan atau mengecualikan kehadiran kromofor, iaitu kumpulan atom yang mampu menyerap elektron. Kadangkala ia juga membantu untuk menentukan kedudukan relatif kumpulan tersebut.

Spektrometri jisim (MS)

Kaedah ini membolehkan kita memeriksa bahan dengan menggunakan spektrum jisim atom dan molekul yang terkandung dalam bahan tersebut. Mereka menjalani pengionan dalam fasa gas dan kemudian dipisahkan berdasarkan nisbah cas jisim kepada ion. Dengan spektrum yang diperolehi dalam analisis MS, kita boleh menentukan nilai jisim dan kandungan relatif bahan bahan yang diuji. Kaedah ini juga memungkinkan untuk mengenal pasti pelbagai serpihan struktur. Pemecahan molekul dilakukan oleh penguraian berturut-turut ikatan dengan tenaga terendah. Keamatan pancaran ion yang terhasil bergantung secara langsung pada ketahanan kation yang terbentuk dan pada kelajuan peringkat pemecahan berikutnya. Penggunaan teknik itu bertujuan untuk menentukan jisim molekul, komposisi kimia dan reka bentuk struktur zarah, ketulenan bahan, dan pengenalpastian bahan cemar. Kelebihannya termasuk ketepatan, pelbagai aplikasi, dan resolusi pada tahap beberapa unit jisim atom.