Инфракрасной спектроскопии

ИК-спектроскопия изучает взаимодействие молекул (в частности мо­лекул углеводородов и других компонентов нефти) с ИК-излучением. ИК-излучение это тепловое невидимое излучение. Энергия ИК-излучения меньше, чем энергия красного луча солнечного спектра (λ= 730 нм). От­сюда и название: инфра (infra) – ниже (лат.), то есть энергия этого излуче­ния ниже, чем энергия красного луча солнечного спектра. ИК-излучение как и любое электромагнитное излучение характеризуется следующими па­раметрами:

1) длина волны λ (см),

2) частота ν (с^-1)

3) волновое число – величина, обратная длине волны ν =1/λ, (см^-1) ИК-излучение с длиной волны в пределах 3-30 мкм взаимодействует с колебательными движениями в молекулах. Колебательные движения в моле­кулах органических соединений (в частности в молекулах углеводородов) подразделяются на валентные (линейные), когда колебание проходит вдоль связи, например:

симметричные колебания асимметричные колебания

Ножничные колебания

Маятниковые колебания

Крутильные колебания

Энергия валентных колебаний Е_вал много больше энергии дефор­мационных колебаний Е_деф: Е_деф «Е_вал

В процессе взаимодействия ИК - излучения с колебательными дви­жениями в молекулах углеводородов энергия определенных ИК - лучей может поглощаться молекулами в результате явления резонанса, когда частота ИК - луча совпадает с частотой колебательного движения какой-либо связи или группы связей в молекуле углеводорода. Тогда в спек­тре поглощения появится полоса поглощения соответствующей частоты или волнового числа. ИК - спектры обычно записываются в координатах про­цент поглощения - волновое число (Рис. 8).

Рис. 8. ИК-спектр. j_o - интенсивность луча, проходящего через слой вещества, j – интенсивность луча, прошедшего через слой вещества; А - базовая линия (касательная к минимумам пиков поглощения) на спектре поглощения.

Способность анализируемого вещества поглощать ИК-излучение ка­кой-либо частоты (или волнового числа) называется оптической плотно­стью вещества (D) по отношению к излучению этой частоты (или волново­го числа). Оптическая плотность D связана с интенсивностью проходящего и прошедшего через слой вещества излучения уравнением Бугера-Ламберта-Бера:

D = lg(J₀/J) = e c l,

где е - коэффициент поглощения;

с - концентрация вещества, моль/л;

l - толщина слоя вещества, см

Для нахождения оптической плотности¹, соответствующей данной по­лосе (пику) поглощения в спектре измеряют линейкой (в мм) расстояние от основания пика (базовая линия) до линии параллельной оси абсцисс и соответствующей 100 % поглощению. Это расстояние (l_о) принимают за j_o. За J принимают расстояние (в мм) от вершины пика до той же линии (l). Тогда:

D = lg(l₀/l)

Наиболее важные характеристические полосы поглощения углеводородов приведены в таблице 9.

Таблица 9