Fizik kimyoviy tahlil uslublari

YMR spektroskopiya usuli bizga uglerod skeleti va unga biriktirilgan vodorod haqida ma’lumot beradi.
Infraqizil spektroskopiya (IQ) asosan funksional guruhlarning bor yo’qligini ochib beradi.
Ultrabinafsha –ko’rinuvchan nur sohasi spektroskopiyasi (UV-vis) elektron taqsimotni tekshiradi, ayniqsa π elektronlari o’zaro qoplangan (konyugatsiyalangan) tizimli moddalarni o’rganadi.
Mass spektrometriya – molekulyar og’irlik va formula, molekulaning tuzilishi hamda undagi turli tuzilishli birliklarni aniqlaydi.
Bu uslublar turli tumanligi bilan birga ularning barchasi energiyaning molekula tomonidan yutilishiga va bu energiya yutilishiga molekula qanday javob berishiga doir barcha o’lchovlarga asoslangan bo’ladi. Bu uslublarni tavsiflash davomida biz ularning tuzilish aniqlashdagi amaliy tadbiqiga urg’u beramiz. Biz YMR, IQ va UV-vis spektroskopiyalarida molekula yutadigan energiya manbayi bo’lgan elektromagnit nurlanish haqida qisqacha muhokama bilan boshlaymiz.
Infraqizil spektroskopiya. Infraqizil spektroskopiya YMR spektroskopiyadan oldingi instrumental usul bo’lib eng ko’p organik moddalar tuzlishini aniqlash uchun foydalaniladi. YMR spektroskopiya umuman bir noma’lum aralashmani batafsil tuzilishi haqida ma’lumot bersada IQ spektri hali ham saqlanib qolingan. Kimyogarning inventarizatsiya spektroskopiya usulidir, uning foydaligi bir molekula ichidagi qandaydir funksional guruhlarning borligini aniqlaydi. Infraqizil nurlanish elektromagnit spektrning mikroto’lqinli nurlar va ko’rinadigan nurlar o’rtasidagi qismi hisoblanadi.
Infraqizil sohani 2,5·10^-6 m va 16 ·10^-6 m to’lqin uzunligida aniqlash mumkin. Ikki birliklar infraqizil spektroskopiya band bo’lgan to’lqin bor son. Bir mikrometr (µm) 10^-6 m va infraqizil sohasining rekordi 2,5-16 µm dir. To’lqin sonlari teskari santimetrda (sm^-1) bo’lib shuning uchun
2,5-16 µm 4000- 625 sm^-1 ga to’g’ri keladi. To’lqin raqamlar afzalligi energiyani ifodalash uchun to’g’ridan to’g’ri mutonosibdir. Shunday qilib, 4000 sm^-1 yuqori energiya holati hisoblanadi 625 sm^-1 kam energiya oxiri hisoblanadi.
4000- 625 sm^-1 soha elektromagnit radiatsiyasi organik molekulalar ichida qo’shni guruhlar o’rtasidagi tebranish energiyasini ajratish uchun mos keladi. Nurni yutilishi molekulalarda pastki va yuqori vibratsion holatni ko’rsatadi.
metil guruhlarini valent va deformatsion tebranishi
Geksanning infraqizil spektri bo’lib, uning har hil shakldagi nur yutilish pik seryalarida intensivligida ko’rinadi. Deyarli barcha organik birikmalarni pik faolligi yoki guruh piklari 3000 sm^-1 . Uglerod –vodorodni kengayish piki har hil burilish tebranishi 1460, 1380, 725sm^-1 sohada bo’ladi.
Bir namunaning fizik holatidan qat’iy nazar – qattiq, suyuq, gaz yoki eritma katta bo’lmagan eritmaning infraqizil spektrini yozadi. Demak toza suyuqlik namunasining spektri ikki tomchi geksan ikkita NaCl disk orasida joylashtiriladi IQ nur yuboriladi. Qattiq modda tarkibi uglerod tetraxlorid yoki xloroformda erigan bo’lishi mumkin. Ko’proq qattiq namuna KBr bilan aralashtiriladi va aralashma ingichka plastinkada infraqizil nur yo’lida joylashtiriladi.
Infraqizil spektr yordamida modda tuzlishini aniqlash uchun odatda
1600-4000 sm^-1 soha oralig’ida pik ko’rinadi. Bu soha alohida funksional guruhlarning tebranishini aniqlaydi. 1300-625 sm^-1 soha tanilgan soha.
Organik birikmalarda ko’p uchraydigan har hil bog’langan va o’tkazilgan guruhlarni chastotalari (to’lqin soni).
760 va 700 sm^-1 sohadagi ikki bog’ intensivligi mono o’rinbosar benzoldagi hususiyatli pik hisoblanadi.
sp² gibridlangan C−H ning yuqori vibratsion tebranish chastotalari 3000 sm^-1 sohada kuzatiladi, bu eng muhimi spirtlarda O−H yaqqol ko’rinadi. 3-rasm geksanol-2 ni infraqizil spektri. Individual spirtlarda O-H bog’i 3300 sm^-1 sohada pik beradi bu gidroksil guruhidagi H tebranishidir. Bunda H ning ulushi kamroqdir. Spirt molekulalarini eritmasida esa qo’shiimcha H bog’lanish bo’lib bu tebranish sohasi 3600 sm^-1 sohada paydo bo’ladi.
Uglerod guruhlarining tarkibiy birliklari infraqizil spektroskopiya orqali juda tez ochilgan C═O qo’sh bog’ining piki 1650-1800 sm^-1 sohada kuzatiladi.

3-rasm. Geksanol-2 ning infraqizil spektr ko’rinishi
Karbonil piklari karbonil guruhining substrat tabiati farq qiladi.
Ultrabinafsha (UV-vis) spektroskopiya. Ultrabinafsha
spektroskopiyaning asosiy ahamiyati elektron energetik darajani biridan ikkinchisiga o’tishi bilan bog’liq konyugirlangan elektron tizimlari aniqlanadi.
Yadro spin tarkibi va katta elektron tarkiblarni har hil energetik holatdan o’tishi alohida katta energiya tebranishiga ega. Energiya, elektronni bir elektron pog’onasidan keyingisiga o’tishiga yordam beradi. Elektromagnit spektrning ko’rinadigan va ultrabinafsha atrofida bo’ladi.
Biz odatda, ultrabinafsha nur yutilish oralig’ini to’lqin uzunligini nanometrda o’lchaymiz (1nm =10^-9m) . Shunday qilib, 400-800nm sohaga mos keladi. Qizil nur paydo bo’lish spektri past energiya oxiri bo’lib (uzun to’lqin) binafsha rang yuqori energiyali bo’ladi. (qisqa to’lqin). Ultrabinafsha nur yutilishi to’lqin uzunligi 200-400 nm oralig’idagi spektrda ko’rinadi.

15. 
    3-rasm. Dien uglevodorodlarini ultrabinafsha spektrini ko’rsatadi. Toza erituvchi etanolda sis, trans-1,3-siklooktadiyenni o’zgarishi. Ultrabinafsha spektri eng tipik bo’lib nur yutilishi juda keng lentalarda yoki piklarda ko’rinadi.1,3-siklooktadiyen UB spektrida faqat bitta pik bor λ_max tarkibi 230nm. Konsentratsiya va yo’l uzunligi effektini to’g’rilash uchun molyar yutilish qabul qilingan (ε) konsentratsiya (c) molda, yo’l uzunligi (l) santimetrda.
    

Molyar yutilishda, λ_max o’lchangan bo’lsa λ _max bo’lishi sifatida keltirilgan. Odatda, quyidagi birliklar holida ifoda etiladi λ_max bu ma’lumotlar qarama-qarshi holatda bo’lsada shu jumladan hal qiluvchi ta’siri bor. Adabiyot ma’lumotlarida namunadagai formulani izlashingiz mumkin.
5-rasm
4 - rasm. Sis, trans 1,3-siklooktadiyenni 230 nm oralig’ida UB spektrida energetik tarkibdan elektronlarni o’tishi tasvirlangan. UB nurlanishni nur yutilishi elektronlarni yuqori band molekulyar orbitaldan (HOMO) pastki bo’sh molekulyar orbitalga (LUMO) qo’zg’aladi.

Alkenlar va poliyenlarda π orbitallar(σ o’rniga) ham HOMO va LUMO bo’ladi. HOMO eng yuqori energetik π orbitaldan LUMO eng kam energetik π* orbitalga o’tishi. π bog’langan π orbitaldagi bir elektronni antibog’langan π* orbitalga o’tishi π →π* o’tish deyiladi.
Demak, moddalarning UB sohada yutilish maksimumi asosida molekula tarkibida polien tizim borligini va konyugirlangan qo’sh bog’larning sonini aniqlash mumkin. Tarkibida karbonil guruhi tutgan moddalar-aldegidlar, ketonlar, karbon kislotalar va ularning hosilalari tabiatda va sintetik kimyoda keng tarqalgan. To’yingan aldegid va ketonlar uchun yutilish maksimumi 275-290 nm- ni tashkil etadi va yutilish n→π* elektron o’tishga tegishli hisoblanadi. Aldegid va ketonlar yutilish maksimumining qiymatiga erituvchining tabiati ta’sir qiladi. Karbonil guruhi bilan vodorod bog’ hosil qiluvchi erituvchilar (>С=О....Н−О−R) yutilish maksimumining qiymatini kichik to’lqin uzunligi sohaga
(gipsoxrom) siljishiga sababchi bo’ladi, chunki vodorod bog’ining hosil bo’lishi π orbitalning energetik holatini kamaytiradi.
To’yinmagan aldegid va ketonlar UB sohada yuqori intensevlikdagi π↦π* va kamroq n↦π* elektron o’tishlarga tegishli yutilish maksimumlarini hosil qiladi. Karbonil guruhiga tegishli bo’lgan n↦π* o’tish to’yingan aldegid va ketonlarga nisbatan to’yinmagan birikmalarda katta qiymatli to’lqin uzunligini hosil qiladi. Noma’lum moddani spektrini talqin qilishda tuzilishi ma’lum bo’lgan moddalarning spektri bilan solishtiriladi.
Shunday qilib, UB spektroskopiya noma’lum moddalarning qanday tizimdan tashkil topganini bilishga, hamda ulardagi xromofor guruhlarni tabiatini aniqlashga imkon beradi. Ammo olingan natija modda tuzilishini to’liq aniqlab bera olmaydi shuning uchun boshqa fizikaviy usullarning bergan ma’lumoti bilan solishtiriladi.