Материал: спектроскопические методы анализа

Продолжение табл. 3.5

61

Окончание табл. 3.5

Именно по этой причине ИК-спектроскопия используется преимущественно для определения функциональных групп молекулы.

ИК-спектр можно разделить на четыре области:

3600 – 2800 см−1 – область валентных колебаний X-H;

62

2800 – 1800 см−1 – область колебаний тройных связей либо других относительно редких групп;

1800 – 1500 см−1 – область колебаний двойных связей;

ниже 1500 см−1 – область «отпечатков пальцев» (именно эта часть спектра обусловливает уникальность спектра отдельного вещества).

Основные достоинства ИК-спектроскопии применительно к анализу биологически активных веществ:

Молекулярная специфичность метода, что позволяет получать информацию о функциональных группах в молекуле – их типе, взаимодействиях и ориентациях;

Селективность метода по отношению к изомерам, благодаря области «отпечатков пальцев»;

Недеструктивность анализа, даже по отношению к неустойчивым соединениям;

Широкая область рабочих концентраций: от 0,1% до 100%, а также применимость для определения микроколичеств (после соответствующего концентрирования).

Благодаря успехам в развитии спектрального приборостроения, в настоящее время имеются приборы различных конструкций, которые охватывают весь диапазон инфракрасного излучения. По принципу получения спектра приборы для ИК-области можно разделить на две основные группы: диспергирующие (дифракционные) и недиспергирующие (Фурье-спектрометры).

В диспергирующих ИК-спектрометрах роль монохроматора может выполнять призма, либо, в более новых моделях приборов, дифракционная решетка. Обычно в оптической схеме монохроматор располагается после кюветы с анализируемым веществом, т. е. в спектр разлагается излучение, взаимодействовавшее с образцом. При этом последовательно для каждой длины волны излучения регистрируется интенсивность излучения, что и дает спектр поглощения. На пути излучения установлена щель регулируемой ширины, позволяющая выделить для работы определенный спектральный интервал (обычно от 20 до 0,5 см−1).

Наиболее часто используются двухлучевые диспергирующие ИКспектрометры (рис. 3.34). В этом случае излучение источника делится на

63

две части, одна из которых пропускается через анализируемый образец, а вторая – через образец сравнения (чистый растворитель, или таблетка бромида калия без пробы). Эти два пучка попеременно попадают на детектор, где создают сигналы разной интенсивности. Их соотношение дает величину пропускания Т.

Рис. 3.34. Схема диспергирующего ИК-спектрометра:

1 – источник излучения; 2 – система линз; 3 – кювета с образцом и кювета сравнения; 4 – прерыватель (попеременное пропускание одного из лучей); 5, 7 – входная и выходная монохроматические щели; 6 – диспергирующее устройство; 8 – детектор

Основой Фурье-спектрометра является двухлучевой интерферометр Майкельсона (рис. 3.35), в котором оптическая разность хода изменяется за счет движения (сканирования) одного из зеркал в плечах интерферометра. Оптическое излучение от источника проходит через интерферометр, на выходе из него регистрируется интерферограмма, представляющая собой зависимость интенсивности светового потока от оптической разности хода. Спектр, как зависимость интенсивности излучения от волнового числа, получается путем обратного Фурьепреобразования интерферограммы, выполняемого с использованием компьютера.

Фурье-спектрометры значительно выигрывают в фотометрической точности у дифракционных приборов. В дифракционных приборах на приемник поступает свет только в узком спектральном интервале, который попадает на выходную щель монохроматора.

64

Рис. 3.35. Принципиальная схема Фурье-спектрометра:

1 – источник оптического излучения; 2 – линза коллиматора; 3 – кювета с исследуемым веществом; 4 – опорный (эталонный) лазер; 5 – вспомогательные зеркала опорного пучка от лазера; 6 – фотоприемник опорного пучка; 7 – неподвижное зеркало; 8 – подвижное зеркало;

9 – механический привод подвижного зеркала; 10 – объектив фотоприемника; 11 – фотоприемник; 12 – управляющий и обрабатывающий интерферограмму

компьютер; 13 – светоделительная пластина

В Фурье-спектрометрах на фотоприемник всегда поступает весь свет источника (более интенсивный поток), и все спектральные линии регистрируются одновременно. Следовательно, возрастает соотношение сигнал/шум. Фурье-спектрометрия выигрывает также в точности отсчета длины волны. В дифракционных приборах длину волны можно определить только косвенно, а в Фурье-спектрометрах разность хода (и длина волны) определяется непосредственно с помощью лазера. Как следствие, значительно сокращается время записи спектра: спектрометры с преобразованием Фурье дают возможность записать до 50 спектров за секунду, в то время как дисперсионный прибор требует около 20 минут

65