Использование ИК-спектроскопии в таможенной экспертизе спиртосодержащих жидкостей

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИК-СПЕКТРОСКОПИИ В ТАМОЖЕННОЙ

ЭКСПЕРТИЗЕ СПИРТОСОДЕРЖАЩИХ

ЖИДКОСТЕЙ (СПЕКТРОМЕТР ИК-ФУРЬЕ АЛЬФА Е)

Цель работы: изучить назначение и возможности использования ИК-спектроскопии для диагностики и анализа материалов, провести анализ и определить вещество по ИК–спектрам. 

        Приборы и материалы: набор спиртов и спиртосодержащих жидкостей, пипетка, спектрометр ИК-ФУРЬЕ АЛЬФА Е, сменный модуль Eco-ATR.

Общие сведения

Физико-химические методы анализа (ФХМА) материалов основаны на использовании зависимости физических свойств веществ (например, светопоглощения, электрической проводимости и т.д.) от их химического состава. К данным методам анализа относятся:

— оптические методы;

— методы, основанные на поглощении излучения;

— методы, основанные на испускании излучения;

— методы, основанные на использовании магнитного поля;

— электрохимические методы;

— методы разделения;

— термические методы, а также спектральные методы,  основанные на поглощении электромагнитного излучения определяемым веществом, к которым относится УФ-, ИК-, масс-спектроскопия.

ИК-спектроскопия относится к методам исследования веществ, основанных на поглощения молекулами веществ электромагнитного (инфракрасного) излучения (ИК-излучение). При прохождении через исследуемое вещество излучения источника, испускающего непрерывный спектр ИК-диапазона, вещество способно частично или полностью поглотить излучение с теми частотными характеристиками, которое соответствует собственным колебаниям групп атомов, входящих в исследуемое вещество.

Условием поглощения ИК-излучения веществом и получения его спектра является изменение или возникновение дипольного момента в молекуле вещества при поглощении им ИК-излучения. Результатом воздействия поглощенного излучения на вещество является изменение колебательного состояния молекулы. ИК-область излучения охватывает диапазон от 760 нм до 500 нм или от 7,4·10-5 см до 0,2 см.

Для того чтобы понять принципы, на которых основана ИК-спектроскопия, необходимо вспомнить, что вещества состоят из отдельных частиц — молекул и атомов. Молекулы, как известно,  это наименьшие частицы вещества; они непрерывно и хаотично движутся. В свою очередь, молекулы состоят из атомов.  Ковалентно связанные атомы также не остаются неподвижными друг относительно друга, а непрерывно совершают колебания различного типа: валентные и деформационные (Рис. 1):

[pic 1]

[pic 2]

Валентные приводят к изменению длин связей в молекуле и делятся на симметричные (изменение длин в одном направлении) и асимметричные (в разных направлениях). Валентные колебания требуют для своей реализации больших энергии, значит, появляются в области сравнительно больших частот. При валентных колебаниях связь попеременно то растягивается, то укорачивается.

Деформационные колебания представляют собой изменение валентного угла между двумя связями одного атома. Каждому типу колебаний соответствует собственная частота, которая определяется массой связанных между собой атомов и силовой постоянной (прочностью) связи. Чем больше масса атомов (т. е. чем менее они подвижны), тем ниже частота их колебаний и тем прочнее связь.

Для наглядности представления химических связей между атомами на рисунке 2 изображено растяжение пружинок подвешенными гирями.

[pic 3]

[pic 4]

В первом случае гиря с небольшой массой подвешена на длинной свободной пружине. Колебания гири будут происходить с частотой, допустим, 50 раз в минуту. Во втором случае на той же пружине подвешена гиря с большей массой. Здесь частота будет ниже, скажем, 25 колебаний в минуту. И, наконец, третий случай. На тугой пружине висит такая же большая гиря, как и во втором случае. Частота колебаний окажется выше, чем во втором случае, и составит, допустим, 40 колебаний в минуту.