Apsorpciona infracrvena s · PDF file11/4/2013 1 Apsorpciona infracrvena spektrofotometrija 2...
Transcript of Apsorpciona infracrvena s · PDF file11/4/2013 1 Apsorpciona infracrvena spektrofotometrija 2...
11/4/2013
1
Apsorpciona Apsorpciona Apsorpciona Apsorpciona infracrvena infracrvena infracrvena infracrvena
spektrofotometrijaspektrofotometrijaspektrofotometrijaspektrofotometrija
2
Molekulska spektroskopija
Vibraciona spektroskopija
� Apsorpcija energije u infracrvenom području (2500 nm do 20000
nm) nije dovoljna za ekscitaciju elektrona - prelazak na viši energetski
nivo, već izaziva samo promene u energiji vibracije.
� Atomi u molekuli neprekidno vibriraju pri čemu dolazi do promene u
dužini veze i orjentaciji atoma.
� Vibracije u molekulu zavise od:
1) mase atoma,
2) prostornog rasporeda i
3) jačine veze.
� Prema ovim osobinama razlikujemo jednu molekulsku vrstu od
druge, iz čega sledi da je IR spektar jedinstvena karakteristika za
pojedinu molekulsku vrstu.
11/4/2013
2
3
� Identifikacija farmaceutskih supstanci (“otisak prsta”) u rutinskoj kontroli lekova.
� Tokom razvoja postupka sinteze farmaceutskih supstanci za:
���� potvrdu prisustva/odsustva karakterističnih funkcionalnih grupa (npr. karbonilne grupe),
���� ispitivanje tipa hemijske veze,
���� praćenje hemijskih reakcija i kinetike hemijskih procesa.
� Za karakerizaciju farmaceutskih preparata, npr. tablete i kremovi.
� Za proveru kvaliteta plastične ambalaže.
� Za potvrdu prisustva/odsustva polimorfizma.
Primena IR spektrofotometrije u farmaceutskoj analizi
4
Prednosti
☺ Daje potpunu potvrdu hemijske strukture ispitivanih supstanci na osnovu, za svaku supstancu jedinstvenog, IR spektra.
☺ Softverska podrška omogućava poređenje dobijenog spektra ispitivane supstance sa spektrom standardne supstance koji se čuva u bazi podataka.
Nedostaci
� Retko se primenjuje u kvantitativnoj analizi zbog složene pripreme uzorka i složenosti spektra koji se dobija.
� Ne može se primeniti za identifikaciju pojedinačnih nečistoća -registruje se prisustvo ukupnih nečistoća.
� Za pripremu uzorka potrebno iskustvo.
� Za tumačenje spektara potrebno veliko iskustvo.
� Metoda nije robusna, jer rukovanje uzorkom može značajno uticati na izgled spektra.
11/4/2013
3
5
� Hemijske veze analita apsorbujusvetlost talasne dužine od 2500 nm do 20000 nm (frekvencije od 4000 cm-1 do 500 cm-1). Usled toga veze se istežu (eng. strech) ili savijaju (eng. bend).
� Frekvencija (talasni broj) svetlosti, koju uzorak apsorbuje,karakteristična je za određene hemijske veze u molekuli analita.
� Trake koje se u IR spektru javljaju na određenoj frekvenciji (talasnom broju) karakretistične su za određene hemijske veze.
Princip IR spektroskopije
istezanje savijanje
6
Opseg Daleka IR oblast Središnja IR oblast Bliska IR oblast
Talasnih dužina λ (µm)
500 – 1000 2,5 - 50 0,8 - 2,5
Talasnih brojeva ν (cm-1)
200 - 10 4000 - 200 12500 - 4000
� U farmaceutskoj analizi najviše se primenjuje središnja IR oblast.
� Svetlost u ovoj oblasti talasnih dužina dovodi do promene u vibracijama hemijskih veza.
� Veza apsorbuje svetlost na frekvenciji koja odgovara frekvenciji prirodne vibracije te veze pri čemu dolazi do povećanja amplitude vibracije veze.
� Kao posledica apsorpcije svetlosti javlja se karakteristična traka na odgovarajućem talasnom broju.
Veza između talasne dužine i talasnog broja je:
µµµµm=104/talasni broj talasni broj=104/µµµµm
11/4/2013
4
7
� Uticaće samo na hemijske veze koje su dipoli – imaju dipolni momenat koji se menja u funkciji vremena na frekvenciji upadnog IR zračenja.
� Na simetrične organske molekule (O2, N2 i sl.) nema uticaja, tj. simetrične veze ne apsorbuju zračenje u IR oblasti.
� Vibracije koje izaziva zračenje u IR oblasti složene su čak i kod malih organskih molekula.
� Dve osnovne vrste vibracija u IR aktivnim molekulima suistezanje (eng. strech) i savijanje (eng. bend).
8
� Savijanje se može javiti usled savijanja-ljuljanja (eng. rocking), klanjanja (eng. wagging), uvrtanja (eng. twisting) ili seckanja (eng. scissoring).
� Osnovne vrste vibracija prikazane su na primeru metilenske grupe:
Simetrično istezanje Asimetrično istezanje Seckanje
Savijanje-ljuljanje Klanjanje Uvrtanje
11/4/2013
5
9
Simetrično istezanje
Asimetrično istezanje
Seckanje
Savijanje-ljuljanje
Klanjanje
Uvrtanje
U RAVNI IZVAN RAVNI
10
� Farmaceutske supstance – molekuli složene strukture imaće veoma složene IR spektre.
� Svaka supstanca ima jedinstveni IR spektar i on predstavlja njegov “otisak prsta” koji omogućava identifikaciju sa potpunom sigurnošću.
� Frekvencija (talasni broj) koju neka veza apsorbuje zavisi od:
���� njenog dipolnog momenta,
���� jačine veze i
���� mase atoma između kojih je ta veza formirana.
� Kovalentne veze ne treba zamišljati kao štapiće, već kao elastične opruge.
11/4/2013
6
11
� Molekule koje imaju dva atoma ponašaju se kao harmonični oscilatori i to ponašanje može se prikazati Hukovim zakonom.
µπν k
c2
1=
21
21
mm
mm
+=µ
� Jednačina prikazuje zavisnost talasnog broja ( ) od jačine veze (k) i
atomskih masa (µµµµ).
- talasni broj (1/λλλλ)
k – konstanta jačine veze
µ - zavisi od mase atoma
c – brzina svetlosti
ν
ν
12
� Veza između dva atoma većih masa (veće µµµµ) vibrira na nižim frekvencijama.
� Povećanjem mase atoma koji je vezan za C atom opada talasni broj (vibrira na nižim frekvencijama).
� Jača veza (veće k) vibrira na većim frekvencijama, a slabija veza (manje k) na nižim frekvencijama.
� Trostruka veza između dva atoma, jača je od dvostruke ili proste veze pa joj odgovara veći talasni broj (vibrira na većim frekvencijama).
11/4/2013
7
13
� Rezonantni efekat pomera apsorpciju ka nižim frekvencijama.
-C=O
1715 cm-1
1675 -1680 cm-1
� Rezonantni efekat menja karakteristike –C=O veze i ona poprima karakter proste veze (manje k).
14
11/4/2013
8
15
� Najveći broj karakterističnih traka odgovara talasnim brojevima većim od 1500 cm-1.
� Trake na talasnim brojevima ispod 1500 cm-1 veoma je teško tumačitii sa sigurnošću odrediti kojoj funkcionalnoj grupi odgovaraju.
16
Primer razlikovanja funkcionalnih grupa u IR spektru:
� Svi alkoholi apsorbuju u području talasnih brojeva od 3300 cm-1
do 3500 cm-1.
� Razlikuju se u području deformacionih vibracija:
1°°°° alkohol – 1050 cm-1
2°°°° alkohol – 1100 cm-1
3°°°° alkohol – 1150 cm-1
fenolna grupa – 1200 cm-1
11/4/2013
9
17
1) IR svetlost propušta se kroz analizirani uzorak.
2) Analizom propuštene svetlosti (eng. transmittance) utvrđuje se koliko energije je apsorbovano i na kojoj talasnoj dužini (talasnom broju) tj. dobija se IR spektar.
100 % T uzorak ne apsorbuje svetlost
0 % T uzorak je potpuno apsorbovao svetlost
Snimanje IR spektra
18
� Postoje dve vrste uređaja za snimanje IR spektara:
���� Uređaj sa monohromatorom kod koga se podešava u kom opsegu će se talasne dužine menjati, a talasni brojevi na kojima se odigrava apsorpcija se kontinuirano registruju.
���� FT-IR (eng. Furier transform) uređaj sa interferometrom kod koga se apsorbancija meri na svim talasnim dužinama istovremeno.
� Intenzitet IR trake
s – jak (niska transmisija)
m – srednji
w – slab (visoka transmisija)
Snimanje spektra
11/4/2013
10
19
Priprema uzorka za snimanje spektra
Primenom transmisije
Primenom difuzne refleksije
Primenom prigušene totalne refleksije
Priprema uzorka
20
Metoda I - snimanje spektra primenom transmisije:
� Tečnosti se ispituju u vidu filma između dve pločice koje su transparentne za IR svetlost ili u ćeliji odgovarajuće dužine putanje, takođe transparentnoj za IR svetlost.
�Gasovi se ispituju u kiveti koja je transparentna za IR svetlost; kiveta se vakuumira, a zatim kroz ventil ispuni ispitivanim gasom.
11/4/2013
11
21
�Čvrste supstance u rastvoru - pripremljene u odgovarajućem rastvaraču, ispituju se u ćeliji odgovarajuće dužine putanje transparentnoj za IR svetlost.
� Čvrste supstance ispituju se:
���� Pripremom “mull” suspenzije sa minimalnom količinom tečnog parafina; smeša se nanosi između dve pločice transparentne za IR svetlost.
���� Pripremom halidnog diska – ispitivana supstanca se izmeša sa fino sprašenim i osušenim KCl ili KBr, u odgovarajućem kalupu u vakuumu formira se halidni disk. Loši diskovi mogu nastati zbog: prekomernog ili nedovoljnog usitnjavanja, vlage ili drugih onečišćenja u KCl ili KBr (disperzionom medijumu).
Priprema uzorka
22
Metoda II - snimanje spektra primenom difuzne refleksije(eng. diffuse reflectance infrared Furier transform – DRIFT):
�Pripremi se triturat od ispitivane čvrste supstance i fino sprašenog i osušenog KCl ili KBr.
� Fino sprašeni i pomešani triturat sipa se u metalnu posudu.
� Upadna IR svetlost odbija (reflektuje) se od dna metalne posude i prolazi kroz pripremljeni uzorak.
� Dobija se IR spektar sličan onome koji se dobija sa halidnim diskom.
� Ovakav način snimanja spektra preporučuje se kod ispitivanja polimorfizma.
� Kompresija kod pripreme halidnog diska može dovesti do interkonverzije polimorfnih oblika.
Priprema uzorka
11/4/2013
12
23
Metoda III - snimanje spektra primenom prigušene totalne refleksije (eng. attenuated total reflection - ATR)
� Koristi se svetlost reflektovana od strane odgovarajućeg medijuma tzv. unutrašnji reflektujući element kao što su dijamant, germanijum, cink-selenid, talijum-bromid, talijum-jodid ili neki drugi materijal koji ima visok indeks refrakcije.
� Metoda pogodna za ispitivanje gelova ili kremova koji se mogu direktno naneti na unutrašnji reflektujući element.
� Pogodna za karakterizaciju polimorfnih oblika.
Priprema uzorka
24
HO
� Jedinjenja se razlikuju samo po konfiguraciji -CH3 grupe na položaju C16.
� I ovako mala mala razlika u strukturi je dovoljna da IR spektri ove dve supstance izgledaju potpuno drugačije.
� Čak se i trake na 1620 cm-1, koje odgovaraju istezanju –C – C – veze, očigledno razlikuju.
Identifikacija na osnovu karakterističnih traka - “otisak prsta”
β
α