Основные положения метода инфракрасной спектроскопии

Для структурного анализа ИК спектры обычно снимаются в интервале частот между 4000 и 700 см^–1 (длины волн от 2,5 до 15 мкм), но длинноволновый конец спектра может быть в случае необходимости продлен до 400см^–1 (25мкм). Обычно при записи спектра на оси абсцисс откладывается в линейной шкале значение волнового числа ν (в см^–1), на оси ординат – величина пропускания Т (в %).

Поглощением в ИК области обладают молекулы, дипольные моменты которых изменяются при возбуждении колебательных движений ядер.

Колебательные движения ядер, приводящие к изменению длины связи, называются валентными колебаниями (рис. 1).

Рис.1. Валентные колебания атомов

Колебательные движения ядер, приводящие к изменению углов между связями, называются деформационными колебаниями (рис. 2).

Рис.2. Деформационные колебания атомов

Энергия деформационных колебаний значительно меньше, чем энергия валентных колебаний, и деформационные колебания наблюдаются при больших длинах волн (низких волновых числах). Установлено, что частота валентных колебаний связана с прочностью соответствующих связей. Тройные связи (поглощение при 2300–2000 см^–1) прочнее двойных (поглощение при 1900–1500 см^–1), которые, в свою очередь, прочнее одинарных (связи С–С, С–N, С–О поглощают при 1300–800 см^–1) (рис. 3).

Рис.3. ИК–спектр органического вещества с указанием области валентных колебаний и области «отпечатков пальцев»

Применение ИК спектров для исследования строения веществ основано, главным образом, на использовании характеристических полос поглощения (полосы, связанные с колебаниями функциональных групп или связей в молекулах). Такими характеристическими полосами поглощения обладают группы –ОН, –NH2, –NО2, =C=О, –C=N и др.

Идентификация исследуемого вещества может быть проведена путем сопоставления ИК – спектра исследуемого вещества с аналогичным спектром его стандартного образца или с его стандартным спектром (рис.4).

Рис.4. Характеристические частоты функциональных групп в органических соединениях

В первом случае ИК – спектры снимают последовательно на одном и том же приборе в одинаковых условиях (агрегатное состояние образца, концентрация вещества, скорость регистрации и т.п.).

Во втором случае следует строго руководствоваться условиями, приведенными для стандартного спектра (концентрация вещества, степень пропускания для основных полос и т.п.).

Обычно используют ИК–спектры, снятые с таблетками бромида калия или с пастами (суспензиями) в вазелиновом масле.

Наиболее важные и надежно интерпретируемые характеристические полосы поглощения располагаются в коротковолновой (высокочастотной) области частот основных колебаний молекул от 4000 до 1500 см^–1. Эта область имеет первостепенное значение для структурного анализа.

Длинноволновая часть ИК спектра (ν < 1500 см^–1) обычно гораздо более сложна и содержит наряду с характеристическими полосами большое число интенсивных полос поглощения, положение и контур которых сугубо индивидуальны для каждой сложной молекулы. Это обстоятельство делает длинноволновую часть ИК – спектра исключительно важной для структурного анализа органических препаратов.

Для низкочастотного интервала 1350–400 с^–1 характерен специфический набор полос, который называют областью "отпечатков пальцев"

Полное совпадение полос поглощения в ИК – спектрах свидетельствует об идентичности вещества.