МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Российский химико-технологический университет имени Д. И. Менделеева
СОВРЕМЕННЫЕ СПЕКТРОСКОПИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА
ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ
Допущено федеральным учебно-методическим объединением в сфере высшего образования по укрупненной группе специальностей и направлений подготовки 18.00.00 Химические технологии в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки
«Химическая технология»
Москва
2020
УДК 543.4+543.429.23 ББК 24.46.3:24.23:22.344
С56
Авторы:
Ю. В. Ермоленко, М. С. Ощепков, А. Г. Поливанова С. В. Ткаченко
Рецензенты:
Кандидат химических наук, доцент кафедры аналитической химии Российского химико-технологического университета им. Д. И. Менделеева
И. Н. Семенова
Доктор химических наук, профессор, заведующая кафедрой химии и технологии полимерных материалов и нанокомпозитов Российского государственного университета имени А. Н. Косыгина
Н. Р. Кильдеева
Современные спектроскопические методы анализа органических
С56 веществ: учеб. пособие / Ю. В. Ермоленко, М. С. Ощепков, А. Г. Поливанова, С. В. Ткаченко. – М. : РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2020.
– 152 с.
ISBN 978-5-7237-1732-9
Представлена информация о теоретических основах методов, относящихся к спектральной группе современных физико-химического методов анализа органических веществ. Теоретическое содержание охватывает следующие разделы: молекулярная и атомная спектроскопия и методы ядерного магнитного резонанса. Уделено внимание вопросам практического применения спектральных методов анализа (вопросы метрологии, чувствительность, селективность методов, область применения методов).
Предназначено для студентов II–IV курсов бакалавриата, обучающихся по направлению подготовки Химическая технология, профилю «Технология синтетических биологически активных веществ, химико-фармацевтических препаратов и косметических средств», для магистрантов факультетов химико-фармацевтического профиля.
УДК 543.4+543.429.23 ББК 24.46.3:24.23:22.344
ISBN 978-5-7237-1732-9 © Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева, 2020
©Ермоленко Ю.В., Ощепков М.С., Поливанова А.Г., Ткаченко С. В., 2020
Оглавление |
|
СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ ......................................................... |
4 |
ВВЕДЕНИЕ.......................................................................................................... |
5 |
1. АНАЛИТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МЕТОДА И ВОПРОСЫ |
|
МЕТРОЛОГИИ.................................................................................................... |
7 |
2. ВВЕДЕНИЕ В СПЕКТРОСКОПИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА ........ |
10 |
3. СПЕКТРОСКОПИЯ ВИДИМОГО И УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО |
|
ДИАПАЗОНОВ (ОПТИЧЕСКАЯ) .................................................................. |
12 |
3.1. Методы оптической атомной спектроскопии ..................................... |
19 |
3.1.1. Метод атомной эмиссионной спектроскопии (АЭС) .................. |
20 |
3.1.2. Метод атомно-адсорбционной спектроскопии (ААС)................ |
24 |
3.2. Методы молекулярной спектроскопии видимого и УФ-диапазона.. |
28 |
3.2.1. Взаимодействие электромагнитного излучения с веществом.... |
28 |
3.2.2. Методы молекулярной спектроскопии ИК-диапазона ............... |
53 |
3.2.3. Молекулярная эмиссионная спектроскопия ................................ |
78 |
4. СПЕКТРОСКОПИЯ ЯДЕРНОГО МАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА...... |
103 |
4.1. Краткое введение в метод ............................................................... |
103 |
4.2. История открытия ЯМР................................................................... |
106 |
4.3. Физические основы метода ЯМР. Ядерные спины ...................... |
108 |
4.4. Спин-спиновое взаимодействие ..................................................... |
114 |
4.5. Ядерный эффект Оверхаузера и двойной резонанс ..................... |
117 |
4.6. Устройство ЯМР-спектрометра и техники экспериментов ......... |
120 |
4.7. Практические аспекты применения методов ЯМР-спектроскопии |
|
для анализа органических и биологически активных веществ .......... |
123 |
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ............................................................ |
135 |
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ............................................................................................... |
141 |
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 ............................................................................................ |
143 |
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 ............................................................................................ |
147 |
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 ............................................................................................ |
148 |
ПРИЛОЖЕНИЕ 4 ............................................................................................ |
149 |
ПРИЛОЖЕНИЕ 5 ............................................................................................ |
150 |
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ........................................................... |
151 |
3
СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ
ААС |
– |
атомно-абсорбционная спектроскопия |
АЭС |
– |
атомно-эмиссионная спектроскопия |
АС |
– |
аналитический сигнал |
ЗФБ |
– |
зеленый флуоресцентный белок |
ИК |
– |
инфракрасная область спектра |
ИСП |
– |
индуктивно-связанная плазма |
ИФА |
– |
иммуно-флуоресцентный анализ |
МС |
– |
масс-спектрометрия |
МФА |
– |
метод флуоресцирующих антител |
ССИ |
– |
спад свободной индукции |
УФ |
– |
ультрафиолетовая область спектра |
ФС |
– |
фармокопейная статья |
ФЭК |
– |
фотоэлектроколориметр |
ЭМИ |
– |
электромагнитное излучение |
ЭПР |
– |
электронный парамагнитный резонанс |
ЯМР |
– |
ядерный магнитный резонанс |
ЯЭО |
– |
ядерный эффект Оверхаузера |
А |
– |
поглощение |
D |
– |
оптическая плотность |
FID |
– |
спад свободной индукции |
ISP |
– |
индуктивно-связанная плазма |
NOE |
– |
ядерный эффект Оверхаузера |
4
ВВЕДЕНИЕ
Огромное разнообразие органических и элементоорганических соединений требует существования надежных методов их исследования. Изучение строения и свойств органических веществ предполагает использование комплекса химических и физических методов, тесно связанных друг с другом. Роль физико-химических методов анализа в решении задач синтетической органической химии непрерывно возрастает, причем эти методы не только сокращают время, необходимое для исследования, но дают принципиально новую информацию о строении соединений и их свойствах, а также позволяют делать выводы об их реакционной способности.
При исследовании органических соединений наибольшее распространение получили спектральные методы, основанные на взаимодействии вещества с электромагнитным излучением (ЭМИ) в широком диапазоне частот. С учетом того, что, чем ниже частота ЭМИ, тем более специфичен и информативен получаемый спектр (т. е., фактически двигаясь по принципу от простого к сложному), в качестве основных спектральных методов данного пособия выбраны атомная спектроскопия, молекулярная спектроскопия и ядерный магнитный резонанс (ЯМР). Изучение методов идет в указанной последовательности; при этом сохраняется закономерное падение частот ЭМИ. При выборе спектральных методов главное внимание было уделено их информативности, распространенности и доступности.
Методы анализа, о которых пойдет речь в пособии, очень востребованы при исследовании органических веществ. Группа спектроскопических методов способна решить комплекс задач, возникающих при изучении вещества: количественный анализ, задачи идентификации и чистоты органической пробы – все эти проблемы могут быть решены методами спектроскопии. В пособии уделено внимание теории этих методов и возможностям их аналитического применения для анализа органических веществ и для решения задач, возникающих при синтезе и исследовании биомедицинских препаратов.
5