Metode Analitice Performante Aplicate in Cercetarea Farmaceutica (UV, IR, MS, RMN)

8/9/2019 Metode Analitice Performante Aplicate in Cercetarea Farmaceutica (UV, IR, MS, RMN)

http://slidepdf.com/reader/full/metode-analitice-performante-aplicate-in-cercetarea-farmaceutica-uv-ir-ms 1/41

Metode optice de analiză

Aceste metode utilizează proprietăţile optice ale substanţelor.Metodele spectrale de analiză se bazează pe utilizarea fenomenelor de emisie

sau de interacţiune a radiaţiei electromagnetice cu atomii sau moleculele substanţei deanalizat (absorbţie).

Emisia sau absorbţia radiaţiilor electromagnetice de către sistemul cercetat ducela apariţia unui semnal analitic ce dă informaţii despre compoziţia calitativă şi

cantitativă a substanţei analizate.Intensitatea semnalului analitic este proporţională cu numărul de particule careau cauzat acest semnal, deci cu concentraţia componentului ce se determină.

n cazul metodelor spectrale de absorbţie, semnalul analitic este absorbanţa.

Spectrofotometria prin absorbţia luminii (metodeabsorbţiometrice)

!pectrofotometria se bazează pe proprietatea substanţelor de a absorbi selectivradiaţiile electromagnetice şi este folosită pentru identificarea şi determinareacantitativă a acestora.

!pectrele de absorbţie se obţin la trecerea unui fascicol de radiaţii continue prinsubstanţa de analizat care poate absorbi o parte din energia acestuia. "antitatea deenergie absorbită este #n funcţie de structura şi de numărul moleculelor sau al atomilor substanţei cu care interacţionează fascicolul de radiaţii.

$adiaţia electromagnetică ce constituie lumina este caracterizată (ca de altfeltoate radiaţiile electromagnetice) prin lungime de undă (λ), frecvenţă ( ν), respectiv

energie (%) corelate prin e&presia' % ν, #n care'λ distanţa #n linie dreaptă cuprinsă #ntre două ma&ime consecutive ale unei

unde)* ν frecvenţa radiaţiei (numărul de oscilaţii pe secundă)* ν +-*- perioada, ce reprezintă intervalul de timp dintre două ma&ime consecutive.

c viteza luminii .+/+/ cms. 0umărul de unde cuprinse #ntr1un cm se numeşte număr de undă' ν +λ (cm).2iecare radiaţie luminoasă poartă o energie 1 cuantă de energie 1 ce este

proporţională cu frecvenţa acesteia'

% . ν .cλ

+



constanta lui 3lanc4 5,56.+/167 erg.sλ se măsoară #n'

1 microni (µ) +µ+/15 m +/1 mm

1 milimicroni (mµ) +mµ +/18 m +/15 mm

1 nanometri (nm) +nm +/18 m +/1 µ.+ nm +/18 m +/17 cm +/9* +9 +/1: cm +/1+ nm +/1+/ m*+mm +/15 m +/1; cm +/ nm.2uncţie de lungimea de undă a radiaţiilor electromagnetice, domeniile spectrale

sunt cele indicate #n tabelul +.

-abelul +. <omeniile spectrale funcţie de lungimea de undă

<upă cum se poate observa şi din relaţia % = λ, aceste mărimi sunt invers proporţionale, deci la lungimi de undă mari, energiile sunt mici şi invers.

> cuantă luminoasă (un foton) poate fi absorbită de un atom sau moleculă, dacă prin aceasta atomul sau molecula trec la unul din nivelele de energie superioare cediferă de starea de plecare prin energia fotonului.

Energia moleculei (%) este dată de suma energiilor electronice, de vibraţie şi derotaţie'

% % electronice ? % vibraţie ? % rotaţieE&istă două tipuri de salturi de energie moleculară obţinute #n mod diferit'1 prin excitaţii electronice, ce corespund energiilor radiaţiilor cu λ cuprins #ntre

6// şi :// nm, implic@nd saltul electronilor pe nivele energetice superioare 1 un orbital

de antilegătură 1 acestea determină spectrele de absorbţie #n B şi BI! (spectreelectronice)*

6



1 prin excitaţiile moleculare determinate de radiaţiile I$ (λ 6,/ 1 6C µm,domeniul cel mai utilizat) rezultă spectrele moleculare (de rotaţie vibraţie sau spectreleI$)

1 de rotaţie +// 1 +C/// µm*

1 de vibraţie +,C 1 +// µm.Absorbţia radiaţiei electromagnetice de o anumită lungime de undă este

dependentă de caracteristicile structurale ale moleculei şi dă o indicaţie asupra prezenţei acesteia, figura +.

2igura +. Absorbţia radiaţiei electromagnetice

-rec@nd printr1o probă un fascicol luminos cu diverse lungimi de undă seconstată că, la anumite valori ale lui λ, radiaţia electromagnetică este absorbită .

> #nregistrare a cantităţii de lumină absorbită de o probă funcţie de lungimea deundă se numeşte spectru de absorbţie, figura 6.

2igura 6. !pectrul de absorbţie

Aceste spectre de absorbţie sunt produse de diferite tipuri de tranziţii pe care le

pot suferi electronii din atomi sau molecule' tranziţie electronică (spectre B1BI!)*tranziţie de vibraţie (spectre I$) #n care nucleele dintr1o moleculă se mişcă faţă de altulde1a lungul unei a&e care le uneşte* tranziţie de rotaţie (spectre de microunde) #n caremoleculele prezintă o mişcare de rotaţie #n Durul unei a&e ce trece prin centrul degreutate al moleculei, fiind perpendiculară pe dreapta ce uneşte cele două nuclee (dacăeste o moleculă diatomică)

3entru a se obţine spectre electronice este nevoie de o energie mai mare dec@t #ncazul spectrelor de absorbţie #n I$ , tabelul 6.

-abelul 6. Energia şi lungimea de undă corespunzătoare energiei interneTipul de energie internă Domeniul, eV λ

corespunzătoare energiei



$otaţie +,6;.+/16 1 +,6;. +/1; +// 1 +/ µmBibraţie /,:6: 1 /,/+6; +,C 1 +// µmElectronică :,6: 1 /,:6: +C/ = +C// nm

Absorbţia energiei luminoase #n domeniul B1BI! poate produce următoarelefenomene'1 trecerea electronilor dintr1un orbital de legătură s sau p, ocupat de electroni #n

stare fundamentală, #n orbitali de antilegătură s* sau p*, neocupaţi #n starefundamentală, dar posibil de a fi ocupaţi #n stare e&citată*

1 trecerea din orbitali de non legătură n (electroni neparticipanţi) #n orbitali s*

sau p*, figura .

2igura . -ranziţii electronice posibile

-ranziţiile s=s sunt date de substanţele ce conţin numai legături simple 1 σ 1*acestea necesită o energie foarte mare, iar informaţiile obţinute sunt prea puţinimportante pentru a da indicaţii asupra structurii substanţelor.

-ranziţiile electronice produc benzile de absorbţie prezente #n spectrul unei

substanţe, benzi caracteristice anumitor grupări de atomi. Aceste benzi pot fi deplasatesub influenţa unor factori structurali sau a unor factori de mediu (de e&emplu solventuletc.). <eplasarea poate fi'

1 batocromă' ma&imum se deplasează spre lungimi de undă mai mari (spreroşu). <eplasarea batocromică produsă la trecerea unei substanţe covalente #ncombinaţia ionică este numită alocromie (are loc o e&tindere a sistemului cromofor).

1 hipocromă: ma&imum de absorbţie se deplasează spre lungimi de undă maimici (violet) şi intensitatea ma&imă de absorbţie este influenţată de factori structurali şide mediu.

"reşterea intensităţii absorbţiei se numeşte efect hipercromic, scădereaintensităţii absorbţiei se numeşte efect hipocromic.

;



n figura ; sunt prezentate şi alte fenomene ce apar #n cazul absorbţiei luminiide către moleculele substanţelor.

VR3

VR1

VR2

VR4

S0

1C

S1

T1

ISC1

ISC2

A F P

A 1 Absorbţie * F 1 2luorescenţă* P 1 2osforescenţă* VR 1 Bibraţie derela&are* IC 1 "onversie internă* ISC 1 ncrucişare intersisteme.

2igura ;. 2enomene posibile ce apar la absorbţia radiaţiei luminoase de cătreatomi sau molecule

Măsurătorile spectrofotometrice cantitative se bazează pe legea de absorbţieFouguet=Gambert=Feer' descreşterea intensităţii fascisolului după ce a străbătut unstrat absorbant este proporţională cu grosimea stratului şi concentraţia acestuia.

I Io +/1εcl * I Io.+/1εcl

unde' I intensitatea luminii transmise (ce părăseşte proba)*Io intensitatea luminii incidente (ce pătrunde #n probă)*

ε coeficient molar de e&tincţie sau absorbtivitate molară*c concentraţia soluţiei ce absoarbe (#n molG)*l grosimea stratului absorbant (cm).I Io - transmitanţă sau transmisie 1 este deci raportul dintre intensitatea

luminii transmise I şi intensitatea luminii incidente Io.Aplic@nd logaritmul pentru Io I rezultă'

C



log (Io I) log (+ -) εcl A E < absorbanţă (A), e&tincţie (E) sau

densitate optică (<).

<eci, legea care stă la baza spectrofotometriei se e&primă simplu'

A ε.c.lGegea de bază a spectrofotometriei spune că absorbanţa (e&tincţia) este

proporţională cu concentraţia şi cu grosimea stratului absorbant.> altă mărime utilizată #n spectrofotometrie rezultă tot din relaţia de mai sus.

$aportul A c.l a absorbtivitate sau coeficient de extincţie (4), #n care c esteconcentraţia (#n g G) (altă unitate de concentraţie dec@t molaritatea) şi l este grosimeastratului absorbant (#n cm).

<acă #n relaţia de mai sus, l + cm, c + molG, relaţia devine'A ε

se numeşte #n acest caz absorbtivitate molară (absorbanţă molară saucoeficient molar de e&tincţie). Această mărime este o caracteristică a moleculei şivariază numai cu lungimea de undă. <eci, prin absorbtivitate molară se #nţelegeabsorbanţa unei soluţii cu concentraţia de + mol G şi grosimea stratului absorbant de+ cm, la o anumită lungime de undă.

> altă mărime utilizată este absorbanţa specifică (coeficient de e&tincţiespecifică sau simplu e&tincţie specifică).

!e notează A cm++H (2$ ) sau E cm+

+H şi reprezintă absorbanţa unui strat de soluţie

cu concentraţia +H (mv) şi grosimea de + cm, la o anumită lungime de undă. Este deasemenea o constantă ce caracterizează fiecare substanţă.

!ensibilitatea unei metode se poate vedea după valoarea lui ε şi A.3rin urmare, sub numele de absorbţiometrie sau spectrofotometrie prin

absorbţie a luminii se #nţeleg toate metodele ce au la bază următorul principiu' unfascicol luminos, de o anumită lungime de undă, străbate proba de analizat şi după

proporţia #n care este absorbită radiaţia luminoasă, se determină cantitatea de substanţăabsorbantă.

Metoda se numeşte absorbţiometrie fotometrică sau spectrofotometrie prin

absorbţie sau #ncă spectrocolorimetrie* denumirea de colorimetrie este improprie,acesta definind #n realitate metodele de analiză pentru specificarea şi descriereaculorilor.

Metodele absorbţiometrice au cunoscut o evoluţie considerabilă şi datoritătenicilor moderne de lucru şi aparaturii folosite.

Domenii de aplicare şi avantaje

<atorită perfecţionării aparaturii şi metodelor de lucru, spectrofotometria B1BI! a devenit o metodă performantă, cu o eroare mică /,6C 1 /,CH, comparabilă cu a

5



metodelor titrimetrice. (la #nceput mai ales #n cazul analizei urmelor precizia lăsa dedorit.

3rincipalele avantaDe'1 se pot aplica pentru dozarea maDorităţii substanţelor. n cazul #n care compusul

nu absoarbe lumina, poate fi transformat printr1o reacţie cimică adecvată #ntr1uncompus colorat ce absoarbe lumina.1 folosirea reactivilor organici a condus la realizarea unor metode de

determinare a urmelor de substanţă.1 sunt metode rapide, prin măsurarea directă, fără a fi necesară adăugarea de

soluţie titrată. n multe cazuri se poate evita separarea altor componente, iar prinfolosirea unor reactivi specifici şi prin controlul strict al reacţiei se poate eliminainterferenţa ionilor străini (controlul pJ1ului, lungime de undă convenabil aleasă,utilizarea solvenţilor organici pentru e&tragerea complecşilor coloraţi, utilizarea unor

reacţii redo& etc.).1 prin metodele spectrofotometrice se poate pune #n evidenţă punctul deecivalenţă #ntr1o metodă titrimetrică (titrare spectrofotometrică).

!cema bloc a unui spectrofotometru de absorbţie #n B şi vizibil esteurmătoarea'

!ursa de radiaţii este #n mod obişnuit o lampă de incandescenţă (cu filament deKolfram) pentru domeniul vizibil, iar pentru domeniul ultraviolet o lampă cu idrogensau deuteriu etc.

"uvele şi monocromatorul pentru domeniul vizibil sunt confecţionate din sticlăiar pentru ultraviolet din cuarţ.

n prezent pentru selectarea radiaţiei monocromatice se folosesc mai puţin prismele şi mai mult reţelele de difracţie.

!olventul folosit pentru realizarea soluţiilor, mai ales pentru determinări #n B,trebuie să nu absoarbă #n domeniul cu ma&imul de absorbţie pentru probă, tabelul .

-abelul . <omeniul de absorbţie #n B pentru unii solvenţi

SolventulDomeniul n care

a!soar!e "nm#Solventul

Domeniul n care

a!soar!e "nm#

Apa p@nă la +8/ <iclormetan 6// = 6/n1Je&an p@nă la +8C +,61<icloretan 6// = 6Metanol 6// = 6+/ "loroform 6// = 6C/Etanol 6// = 6+/ Acetat de etil 6// = 65/

"icloe&an 6// = 6+/ -etraclorură de carbon 6// = 65CEter etilic 6// = 6+/ <imetilformamidă 6// = 67/

7



Acetonitril 6// = 6+6 Fenzen 6// = 6:/+,;1<io&an 6// = 66/ -oluen 6// = 6:CIzooctan 6// = 66/ 3iridină 6// = /CLlicerină 6// = 6/ Acetonă 6// 1 /

Metode de dozare

Metode directe

In cazul substanţelor la care se cunoaşte valoarea absorbanţei specifice saumolare determinarea se face astfel'

!e măsoară absorbanţa (densitatea optică 1 <, A, E) a soluţiei de analizat si

folosind relaţia A ε.c.l se determină concentraţia cunosc@nd valoarea lui ε şi l,(l reprezintă grosimea cuvei şi de regulă este de + cm +/ mm).

<acă pentru o substanţă se cunoaşte valoarea absorbanţei specifice, se poatecalcula concentraţia #n substanţa de analizat pe baza relaţiei'

cA

A cm

=

++H c #n gH (mv)

"alculul se face #n modul următor'

A cm++H ..................................+ g+// ml

A ................................. c g+// ml

!e poate folosi şi metoda curbei de etalonare (calibrare) ţin@nd cont de faptul căA f(c), vezi figura C.

n acest scop se prepară o serie de soluţii etalon cărora li se determinăabsorbanţa la lungimea de undă caracteristică analitului (N ma&). !e reprezintă graficvariaţia absorbanţei #n funcţie de concentraţia, obţin@ndu1se curba de etalonare.2olosind absorbanţa probei prelucrată #n acelaşi mod cu soluţiile etalon, prininterpolare, se află din curba de calibrare cioncentraţia analitului.

:



2igura C. "urba de calibrare #n spectrofotometria de absorbţie

3entru a avea o bună precizie, concentraţiile soluţiilor se aleg astfel #nc@tvalorile absorbanţelor să fie cuprinse #n domeniul /,6/ 1 /,:/.

Metode indirecte

Ga soluţia de analizat se adaugă un reactiv ce determină scăderea absorbanţei(de e&emplu prin formarea unui comple&). "urba de etalonare va avea formaurmătoare, figura 5'

2igura 5. "urba de calibrare #n cazul #n care reactivul determină scăderea absorbanţei3rin determinarea absorbanţei se află concentraţia.

Metoda diferenţială

Este o tenică spectrofotometrică #n care soluţia de referinţă (martorul) conţinecomponentul maDor din probă iar spectrul #nregistrat reprezentă diferenţa dintreabsorbanţa probei şi a soluţiei de referinţă.

<eosebirea faţă de metodele clasice constă #n #nlocuirea martorului clasic cu

această soluţie de referinţă.<e e&emplu, la determinarea liganzilor pentru anumite enzime, soluţia de

referinţă este constituită din enzima şi solvent iar proba conţine enzimă şi ligandul #nacelaşi solvent.

Titrimetrie spectrofotometrică

!e determină punctul de ecivalenţă #ntr1o titrare prin măsurarea variaţieiabsorbanţei funcţie de volumul de soluţie adăugată. !e reprezintă grafic această

variaţie. 3unctul de infle&iune reprezintă volumul de ecivalenţă. "urbele de titrare

8



pot avea formele (+) in cazul in care solutia titrata este colorata si la titrare culoareadispare, sau (6) cazul in care produsul de reactie este colorat, figura 7.

2igura 7. !tabilirea punctului de ecivalenţă spectrofotometric

Spectre derivate

!pectrul de absorbţie este reprezentarea grafică a absorbanţei funcţie delungimea de undă, )(f A λ= 1 spectru de ordin 0. n scopul analitic acest spectru poatefi derivat, obţin@ndu1se spectrele derivate'

1 de ordinul #nt@i')(Of

d

dAλ=

λ

1 de ordinul doi'

)(Pf d

Ad6

6

λ=λ

1 de ordinul n'

)(f d

Ad n

n

n

λ=λ

n figura : sunt prezentate efectele derivării unui spectru cu un singur ma&im deabsorbţie.

<erivata I1a se obţine prin reprezentarea vitezei de variaţie a absorbanţei #nfuncţie de lungimea de undă, spectrul #ncepe şi se termină la valoarea zero, trec@nd

prin zero la aceeaşi valoare a lungimii de undă corespunzătoare ma&imului deabsorbţie.

+/



2igura :. !pectre derivate

3rincipala caracteristica a derivatei de ordin doi este un minim la aceeaşilungime de undă ca şi ma&imul din spectrul de ordin zero.

<erivata a patra prezintă o bandă pozitivă cu un ma&im la aceeaşi lungime deundă ca şi ma&imul din spectrul de ordin zero.

3rin transformarea spectrului B=BI! #n derivate de ordin I sau II se obţine deregulă un profil mult mai comple& dec@t #n cazul spectrului de ordin zero.!pectrul derivat accentuează diferenţele dintre benzile spectrului, poate rezolva

suprapunerea benzilor şi, cel mai important, poate a reduce efectul interferenţelor.!pectrele derivate pot fi utilizate la confirmarea identităţii unui compus prin

compararea cu spectrele unor compuşi de referinţă. <acă spectrele sunt similarecompuşii sunt identici.

n efect nedorit al procesului de derivare este scăderea raportului semnal zgomot odată cu creşterea gradului de derivare.

Aplicaţii

++



Efectuarea unei determinări cantitative (dozări) spectrofotometrice sauelaborarea unei noi metode de dozare cuprinde următoarele etape de lucru'

a) !tudiul reacţiei cimice ce stă la baza determinării (reacţie de culoare)implic@nd'

1 alegerea reactivului de culoare,1 a solventului, stoeciometria reacţiei,1 viteza de apariţie a culorii,1 stabilitatea #n timp a speciei colorate,1 influenţa diferiţilor factori asupra reacţiei de culoare (pJ, temperatură, ordinea

adăugării reactivilor, prezenţa speciilor străine, interferenţi),1 sensibilitatea reacţiei de culoare,1 domeniul optim de concentraţie.

b) !tudiul aspectului fizic al determinării' alegerea lungimii de undă la care

compusul colorat prezintă absorbanţă ma&imă şi a metodei de măsurare.c) Berificarea valabilităţii legii Gambert1Feer.d) "onstruirea curbei de etalonare.e) Măsurarea absorbanţei probei de analizat (prelucrată #n aceleaşi condiţii cu

etalonul) şi deducerea valorii concentraţiei de pe curba de etalonare.

!ensibilitatea metodei spectrofotometrice depinde de doi factori' sensibilitateareacţiei de culoare şi sensibilitatea #nregistrării (observării) diferenţelor mici deabsorbanţă.

!ensibilitatea reacţiei de culoare este proporţională cu coeficientul molar dee&tincţie al substanţei ce absoarbe.3e baza unor considerente teoretice se poate prevedea că valoarea ma&imă a lui

ε este de ordinul +/C (+/////).Sandell afirma că' sensibilitatea (!) unei reacţii de culoare este dată de

cantitatea de substanţă (µg) dintr1un strat de soluţie cu secţiunea de + cm6 ce produce oabsorbanţă egală cu /,//+ (de e&emplu, sensibilitatea reacţiei 2e6? cu o1fenantrolină

este /,/Cµgcm6* iar pentru Mn6? după o&idare la Mn>;1 este /,+µgcm6).

3rin analogie cu legea Fouguet=Gambert=Feer'

Acest coeficient !, este definit de $ort%m ca fiind cantitatea de substanţă

exprimată în mg conţinută într-un litru de solvent ce determină o absorbanţă egală cu

0,001 pentru o grosime a stratului absorbant de 1 cm.

+6



!1au elaborat un număr foarte mare de metode de dozare at@t pe compuşianorganici c@t şi organici. 3ractic, orice substanţă poate fi dozată şi printr1o metodăspectrofotometrică, dacă se utilizează o reacţie de culoare adecvată pentru BI! sau B."ontribuţii #n domeniu' !andell, "arlot, Fab4o etc.

Bom prezenta #n continuare c@teva e&emple de dozări, cu referire la substanţede interes farmaceutic.

Dozarea alcaloizilor

<eterminarea spectrofotometrică a alcaloizilor se bazează pe proprietateaacestora de a forma compuşi coloraţi cu o serie #ntreagă de reactivi at@t din categoriareactivilor generali ai alcaloizilor c@t şi reactivi specifici unei anumite structuricimice.

Alcaloizi ca stricnina, cinina, cinconina etc. reacţionează cu acidul picric

form@nd precipitate colorate care după separare şi dizolvare #n amoniac se determinăspectrofotometric (sarea de amoniu a acidului picric este colorată #n galben).

!e mai poate aplica e&tracţia picratului respectiv #ntr1un solvent organicconvenabil ales şi măsurarea absorbanţei soluţiei obţinute.

!area $einec4e (tetratiocianodiaminocrom III) 0J;Q"r(!"0);(0J)6R formeazăcu alcaloizii precipitate colorate ce se separă, se spală, se dizolvă #n acetonă şi semăsoară absorbanţa.

Jeteropoliacizii precipită alcaloizii din mediu acid, precipitatele obţinute fiindreduse după separare şi purificare, cu -i"l6, !n"l6, !>

61 etc. la albastru de molibden

sau de Kolfram funcţie de eteropoliacidul utilizat la precipitare (metoda albastrului deKolfram şi de molibden).

Alcaloizi cum ar fi codeina, vincamina, alcaloizi din Solanacee etc. precipită cureactivul Sasi4T (p1dimetilaminobenzaldeida).

Derivaţii barbiturici

<erivaţii barbiturici pot fi determinaţi at@t #n B c@t şi #n BI!. <eterminările #nB se fac la λma& 66/ nm #n mediu acid şi 6;/16;C nm #n mediu bazic.

<e e&emplu barbitalul (veronalul) la pJ +/ absoarbe la 6;/ nm prezent@ndH+

cm+A C:, ciclobarbitalul H+

cm+A ;6 iar fenobarbitalul H+

cm+A ;+.

3entru determinarea #n vizibil se utilizează reactivi de culoare' de e&emplu pentru fenobarbital acetatul de cobalt şi izopropilamină. (λma& C5/ nm).

Acidul ascorbic

!pectrul de absorbţie #n B trasat #n soluţie de J"l /,/+0 prezintă λma& 6;C

nm şi A cm++H 58C, iar #n tampon fosfat de pJ 5,; λma& 65C nm, A cm+

+H 8;C. 3entru

domeniul vizibil se utilizează o serie #ntreagă de reacţii de culoare cum ar fi reacţia produsului de o&idare (acidul deidroascorbic) cu idrazine idrazone colorate.

+



n reacţia cu diclorfenilindofenol se obţine o curbă descendentă (decolorare).

Sulfamide

Metodele de dozare ale sulfamidelor sunt prezentate #n tabelul ;.

-abelul ;. Absorbanţa specifică pentru c@teva sulfamide

Sul&amida λma' "(V#

)*

cm*A

!ulfapiridina 6;/ 56/ (apă)!ulfapiridina 65+ 5:/!ulfapiridina 67/ :C7!ulfadiazina 67/ :;; (etanol)-olbutamidă 66: C// (etanol)

3entru compuşi ce nu absorb #n B se aplică reacţii cimice ce conduc la produşi cu absorbţie #n B.<e e&emplu, alcaloizii formează cu clorura de p1nitrozobenzoil un ester

(esterul p1nitrozobenzoic) cu λma& 6C nm.

Aminele primare şi secundare

Aminele primare şi secundare reacţionează cu anidrida cinamică #n acetonitrilform@nd amida cinamică ce prezintă absorbanţă ma&imă la /C nm (acidul cinamic

"5JC U "J"J U ">>J).

Aminoacizii (ca şi aminele de fapt) formează cu clorura de anisildimetilaminoftaleina, respectiv sulfonamide cu λma& 6:;168/ nm şi 6/1C/ nm.

Cationi metalici

"@ţiva dintre reactivii folosiţi pentru determinarea spectrofotometrică acationilor sunt consemnaţi #n tabelul C.

-abelul C. $eactivi folosiţi pentru determinarea spectrofotometrică a unor cationi.

ReactivulIonul ce se

determină λma' ma'

Alizarina Vr C6C C,.+/

Acidul cromotropic -i ;5/ +,7.+/;

<ifeniltiocarbazona 3b C6/ 5,5.+/;

:1idro&icinoleina Al :5 5,5.+/

0itrozo1$ (sare de 0a) "o C// +,C.+/;

+,+/1fenetrolina 2e (II) C/: +,+.+/;

3iridilazonaftol Vn C+C 6,.+/;

+;



<itiocarbamat de 0a "u ;5 +,.+/C

Fis 1 baze !ciff Mn ;5/ 8,:.+/;

Hormonii corticosteroizi

Jormonii corticosteroizi (idrocortizon, flumetazona, fluocinolona,

prednisolona etc.) prezintă ma&im de absorbţie laλma& 6;/ nm, H+

cm+A ;//.

3entru dozări #n vizibil, reacţia cu albastru de tetrazoliu λma& C6C nm.

Acidul salicilic şi derivaţii săi

Acidul salicilic şi derivaţii săi se determină prin reacţia cu 2e? #n mediu neutru,

obţin@ndu1se compuşi cu λma& C6C nm.

Determinarea concentraţiei a două substanţe în amestec,avnd ma!imum de absorbţie la lun"imi de undă apropiate

!e poate rezolva determinarea spectrofotometrică a unor amestecuri ce conţindouă componente ciar dacă spectrele lor se suprapun parţial, prin măsurareaabsorbanţei probei la două lungimi de undă corespunzătoare ma&imelor de absorbţie

ale celor două componente. Această determinare se poate realiza datorită faptului căabsorbanţele sunt aditive.!1a constatat că spectrul de absorbţie a unui amestec de doi componenţi (& şi T)

este ecivalent cu rezultatul #nsumării spectrelor caracteristice celor 6 componenţi & şiT, figura 8.

+C



2igura 8. !pectrul de absorbţie a doi compuşi & şi T (separat) şi #n amestec.

3rin urmare, dacă se determină absorbanţa probelor la lungimile de undăλ+ ,λ6caracteristice componenţilor & şi T (este vorba de λma&) se pot scrie următoarele ecuaţii'

b c b c ! " ! x " #λ λ λ λ λ1 1 1 1

11

1= + = ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅$ $ * b c b c

! " ! x " #λ λ λ λ λ% % % %1

%1

= + = ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅$ $

n aceste ecuaţii s1a ţinut seama de faptul că absorbanţa totală la cele douălungimi de undă este determinată de suma componentelor & şi T (conform spectrului deabsorbţie)

3rin rezolvarea sistemului de ecuaţii, rezultă'

c

b x

" "

! " ! "

=⋅ − ⋅

⋅ − ⋅

λ λ λ λ

λ λ λ λ

+ 6+

6 ++

++

6+

6+

++

H H

H H H H( ) * c

b c

b #

! x

"

=− ⋅ ⋅

⋅

λ λ

λ

6 6+

6+

H

H

unde'c& concentraţia componentului & #n probă (H mv)*cT concentraţia componentului T #n probă*Aλ+ absorbanţa probei la lungimea de undă λ+*

Aλ6 absorbanţa probei la lungimea de undă λ6*

xλ ++H absorbanţa specifică a componentei & la lungimea de undă λ+*

xλ 6+H absorbanţa specifică a componentei & la lungimea de undă λ6*

#λ +

+H

absorbanţa specifică a componentei T la lungimea de undă λ+* #λ 6+H absorbanţa specifică a componentei T la lungimea de undă λ6*

b grosimea stratului absorbant (cm), (#n general b + cm).3entru a calcula absorbanţa specifică a celor două componente la cele două

lungimi de undă (dacă nu se cunoaşte) se folosesc soluţii etalon de concentraţie +H(mv).

!e poate determina concentraţia şi folosind coeficientul molar de e&tincţie

(A ε.c. b), sistemul de ecuaţii fiind asemănător. !e va deduce #n acest caz concentraţia

soluţiei de analizat #n moliG."oeficientul molar de e&tincţie, dacă nu este cunoscut, se determinăe&perimental prin măsurarea absorbanţei soluţiei etalon la cele două lungimi de undă.

<e e&emplu' A /,7C/* c ;,5.+/1; M* b + cm.

ε A(c. b) /,7C/ ;,5.+/1; +C77 cm1+. M1+

+5



Spectrometria I.R.

$adiaţiile I$ constituie partea spectrului electromagnetic cu lungimea de undăsuperioară radiaţiilor vizibile şi inferioare undelor radio.

Spectrul electromagnetic

$adiaţiile I$ sunt constituite din'1 I$ apropiat 7C/ 1 6C// nm (/,7C 1 6,C µm)*

1 I$ miDlociu 6C// 1 C//// nm (6,C 1 C/ µm)*

1 I$ #ndepărtat C//// 1 +////// nm (C/ 1 +///µm).(+ nm +/18 m +/17 cm)<e obicei, pentru radiaţiile I$, λ se e&primă #n µm sau număr de unde

(+µm +/1; cm +/15 m +/ nm +/;9) ν număr de unde +λ* (se e&primă #n cm1+).

Gegătura #ntre λ şi ν am văzut1o deDa' ν +λ (cm) +/; λ(µm) deoarece + µm +/1; cm.

E&emplu' λ 6,C µm 6C// nm 6,C.+/1; cm

ν (+6,C). +/; ;/// cm1+

<omeniul ce prezintă cel mai mare interes pentru analiza organică este foartelimitat şi cuprinde vibraţiile cu λ #ntre 6,C 1 6C µm, respectiv ;/// 1 ;// cm1+.

Energia acestor radiaţii este prea mică pentru a produce modificări #n structuraelectronică a moleculelor sau atomilor absorbanţi, dar este suficientă pentru a producemodificări #n energia lor de vibraţie sau rotaţie.

3rin analogie cu spectrele B1BI!, spectrul I$ este reprezentarea grafică a procentului de energie absorbită (absorbanţa sau transmisia) funcţie de lungimea deundă e&primată #n µm sau frecvenţă e&primată #n cm1+ (număr de unde).

+7



$adiaţiile I$ a căror lungime de undă depăşeşte +// µm sunt absorbite demoleculele substanţelor, modific@ndu1le energia de rotaţie. Această absorbţie estecantitativă, motiv pentru care un spectru de rotaţie moleculară prezintă un ansamblu delinii fine.

n scimb, radiaţiile cu lungime de undă mai mică (+ 1 +// µm), deci cu energiimai mari, sunt capabile, atunci c@nd sunt absorbite, să producă modificări 1 tranziţii 1#n energiile de vibraţie moleculară. Aceste tranziţii sunt cuantificate şi ele, dar spectrele de vibraţie nu vor mai prezenta linii ci benzi mai mult sau mai puţin late,datorită faptului că fiecărei tranziţii de energie de vibraţie i se pot asocia tranziţii deenergie de rotaţie.

Intensităţile bezilor de absorbţie sunt indicate fie prin transmisie -, fie prinabsorbanţă A (<,E).

-ransmisia energia fascicolului I$ după trecerea prin probă energia

fascicolului I$ la intrarea #n probă*- II/.A log (+-) log(I/I)

-H (II/).+//-H transmitanRa substanţei de analizat (#n procente)*I intensitatea luminii transmise*I/ intensitatea luminii incidente.E&istă două tipuri de vibraţii moleculare'1 vibraţii de alungire (stretcing) şi

1 vibraţii de deformare (bending)> vibraţie de alungire este cea #n cursul căreia doi atomi se apropie şi se

depărtează periodic de1a lungul a&ei lor comune (se modifică continuu distanţainteratomică).

ntr1o vibraţie de deformare, sunt modificate şi ungiurile dintre legături, iar #nspectrul I$ vor fi observate numai cele care antrenează variaţii periodice alemementului de dipol al moleculelor. !unt perturbări ce survin #n repartiţia sarcinilor electrice #n interiorul moleculei din cauza diverselor vibraţii care sunt responsabile deinteracţiunea ce se produce #ntre moleculă şi c@mpul electromagnetic oscilant alradiaţiei I$. Bibraţiile de deformare sunt de patru tipuri' forfecare, legănare, răsucire,

basculare."onsider@nd un grup de atomi aşezaţi neliniar de forma A6, acesta va cuprinde

vibraţii' alungire, deformare #n plan şi deformare #n afara planului. n general, pentru

+:



o moleculă ce cuprinde n atomi, se vor #nregistra +n- (⋅15 pentru A6) tipuri devibraţii fundamentale (figura +).

2igura +. -ipuri de vibraţii fundamentale pentru o moleculă tip A6

Acest număr teoretic al tipurilor de vibraţii (şi de frecvenţe de absorbţie) nucorespunde numărului de benzi de absorbţie din spectru. !e pot observa benzisuplimentare ce corespund frecvenţelor armonice ale frecvenţei fundamentale sau

benzilor de combinaţie a căror frecvenţă este egală cu suma frecvenţelor celor două

vibraţii fundamentale.<easemenea, anumite benzi, previzibile teoretic, pot să nu apară din diferitemotive'

1 frecvenţa fundamentală este #n afara domeniului 6,C1+C µm*1 banda fundamentală are o intensitate prea mică pentru a fi vizibilă #n spectru*1 două frecvenţe fundamentale sunt foarte apropiate şi se confundă etc."alculul frecvenţei ce corespunde vibraţiei de alungire a unei legături, poate să

se facă apel@nd la legea lui Joo4e.Aceasta se bazează pe un model mecanic al vibraţiei de alungire pentru o

moleculă diatomică, considerată a fi formată din două mase reunite printr1un resort(oscilator armonic)

yx

MyMx

!e obţine relaţia'MyMx

MyMx

f

c2

1

+

⋅π= ν

#n care' ν frecvenţa #n cm1+ (număr de unde)*

c viteza luminii (cm.s1+)*

+8



f constanta de forţă a legăturii (#n dTne.cm1+)*M& şi MT masele atomilor & şi T (#n grame).

n general, constanta de forţă a legăturii este de ordinul a C.+/C dTncm pentrulegături simple, respectiv de 6 sau de ori mai mare pentru legături duble respectiv

triple.3rin aplicarea formulei #n cazul legăturii "1J, consider@nd masele celor doi

atomi +8,:.+/16; g respectiv +,5;.+/16; g (M+ +6 g.mol1+5.+/6 atomi.mol1+ +8,:.+/6;*

M6 + g.mol1+5.+/6 atomi.mol1+ +,55.+/16;), frecvenţa de vibraţie a acestei legăturiva fi /;/ cm1+ (, µm).

n realitate, frecvenţa pentru legăturile "1J din grupările metil şi metilen aparela 685/ şi 6:C/ cm1+.

Imprecizia calculului se e&plică prin aceea că nu s1a ţinut cont şi de influenţaatomilor vecini legăturii "1J. nlocuind J cu deuteriu frecvenţa de vibraţie a legăturii

"1< apare la valori mai mari ale lui ν ca la "1J, fapt ce serveşte la atribuireafrecvenţelor de vibraţie "1J diverselor grupări prezente #n moleculă.

"alcule asemănătoare celui de mai sus permit să se prevadă următoareledomenii de frecvenţă pentru'

CC C O C H+//1:// cm1+

(7,71+6,Cµm)

C C OC NC 0>+8//1+C// cm1+

(C,15,7µm)

CC NC 6//16/// cm1+

(;,;1C,/µm)

3entru a aduce mai multă precizie #n calculul frecvenţelor de vibraţie prinrelaţia lui Joo4e, este necesar să se ţină seama simultan de masa atomilor şi deenergiile de legătură. "reşterea constantei de forţă Doacă un rol mai important dec@t

creşterea masei atomilor.Astfel, legătura 21J va absorbi la o frecvenţă mai ridicată dec@t legătura "1J

(;+: cm1+ faţă de 6:56 cm1+).Energia utilizată pentru o vibraţie de deformare este #n general mai slabă dec@t

energia unei vibraţii de alungire şi benzile caracteristice din spectrul I$ apar sprefrecvenţe mai mici dec@t cele corespunzătoare vibraţiilor de alungire.

<omeniile atribuite diverselor frecvenţe de alungire şi de deformare suntindicate #n tabelele ce cuprind frecvenţele sau lungimile de undă caracteristice c@torvagrupe de atomi.

6/



Influenţa legăturii de idrogen asupra frecvenţei de vibraţie trebuie luată #nseamă deoarece micşorează frecvenţele de alungire şi măreşte frecvenţele dedeformare.

Aparatura

n spectrofotometru cu dublu fascicol, comportă cinci părţi principale'

+ 6 ; C

+. !ursa de radiaţii I$

$adiaţiile I$ se obţin la temperatura de +///1+://°". !ursa este constituită fiedintr1un filament 0ernst (o&izi de zirconiu, toriu şi ceriu fi&aţi pe un liant), fie

bagetă Llobar (carbură de siliciu). Ambele sunt aduse la temperatura de lucru printrecerea unui curent electric.

Energia emisă de o sursă Llobar este ma&imă #n regiunea CC//1C/// cm1+ şidescreşte spre numere de undă mai mici (la 5// cm1+ descreşte de 5// ori). 2ilamentul

0ernst emite ma&imum de energie spre 7+// cm1+ şi scade de +/// ori spre frecvenţemai cobor@te.

$adiaţia ce pleacă de la sursă este #mpărţită #n două fascicole' unul traversează

proba, celălalt substanţa de referinţă.

6. "ompartimentul pentru probe"ompartimentul pentru probe cuprinde locaQul cuvelor pentru proba de analizat

şi de referinţă. "elulele (cuvele) sunt foarte diferite funcţie de substanţa de analizat.

. 2otometrul

2otometrul este dispozitivul care realizează măsurarea intensităţii fascicolului

ce străbate proba comparativ cu a celui de referinţă.2ascicolul de referinţă reflectat de un sistem de oglinzi, cade pe o oglindă

turnantă ce realizează un fascicol intermitent cu o frecvenţă #ntre : şi + cicluri pesecundă, după care trece printr1o fantă şi cade pe fotocelulă.

"oncomitent, fascicolul ce străbate proba cade printr1un sistem de oglinzi peaceeaşi oglină turnantă şi apoi prin aceeaşi fantă, pe detector.

!e poate spune că cele două radiaţii au fost combinate #ntr1un singur fascicolmodelat cu o frecvenţă ce depinde de viteza de rotaţie a oglinzii turnante. "ele douăfascicole pot fi ecilibrate cu aDutorul unui dispozitiv de atenuare, piptene, ce absoarbe

mai mult sau mai puţin fascicolul de referinţă. "u aDutorul unui servomecanism

6+



atenuatorul ecilibrează cele două fascicole* mişcarea acestuia este apoi #nregistratăfuncţie de lungimea de undă, realiz@ndu1se spectrul I$ de absorbţie.

;. Monocromatorul

Monocromatorul realizează separarea unei radiaţii monocromatice folosind prisme speciale, transparente la I$.

Astfel, o prismă din 0a"l este utilizabilă satisfăcător #n domeniul ;///15C/ cm1+,cele din "a26 numai #n domeniul ;6//1+// cm1+, iar cele din WFr şi "sFr sunt maiindicate pentru domeniul ++//1:C cm1+.

n prezent, utilizarea reţelelor de difracţie este din ce #n ce mai acceptat#,datorită numeroaselor avantaDe.

!e spune că un aparat are o putere de rezoluţie cu at@t mai mare cu c@t separă un

domeniu de lungimi de undă mai #ngust. "u c@t fanta prin care trece fascicolul este maimică, rezoluţia este mai mare. 0u se poate lucra #nsă cu fante foarte mici (#nguste)deoarece intensitatea radiaţiei emise de sursă scade, mai ales la lungimi de undă mari.

Ga aparatele moderne, lărgimea fantei este reglată astfel #nc@t intensitateafascicolului să răm@nă prectic constantă.

C. <etectorul = #nregistratorul

<etectorul 1 #nregistratorul (receptorul) este un dispozitiv ce furnizează datele

privind intensitatea fascicolului ce străbate proba. n general, se utilizează treitipuri de detectori' detectori termici, piroelectrici şi fotoconductori. !e mai foloseştecelula pneumatică sau celula LolaT 1 bazată pe energia totală care acţionează asupradetectorului, fle&ibilă şi foarte sensibilă, utilă #n domeniul /,:1+///µm.

<etectorii termici folosesc efectul caloric al fascicolului de lumină. !eutilizează termocuplul şi bolometrul.

n cazul termocuplului, energia fascicolului #ncălzeşte lucul de sudură a douălame bimetalice, forţa electromotoare ce ia naştere fiind funcţie de energia incidentă.

n cazul bolometrului, #ncălzirea are ca efect modificarea valorii unei rezistenţe,

modificare ce este dependentă de energia incidentă.<eci, orice modificare a intensităţii fascicolului probei, comparativ cu cel dereferinţă, se traduce printr1un semnal electric care se #nregistrează.

At@t termocuplul c@t şi bolometrul sunt utilizate pentru domeniul /,:1;//µm,dar nu au sensibilitate prea mare.

<etectorii piroelectrici sunt confecţionaţi din materiale dielectrice cu proprietăţitermice şi electrice speciale. "el mai utilizat material este triglicin1sulfatul deuterat.

"elula fotoconductivă 1 semiconductor din 3b! sau 3b!e utilizată pentrudomeniul /,71, µm.

Starea fizic# a probei

66



!pectrele I$ se pot #nregistra pentru toate substanţele, idiferent de starea deagregare.

+. &a'ele (i lichidele cu punct de fierbere scă'ut sunt e&aminate #n celulespeciale, #n prealabil vidate. n acestea şi licidele cu punctul de fierbere scăzut se

volatilizează şi se realizează de fapt spectrul vaporilor. 3entru cele cu punctul defierbere mai ridicat, pentru a avea loc volatilizarea, celulele pot fi #ncălzite. n cazulgazelor drumul optic poate atinge şi ;/ m.

6. )ichidele pot fi e&aminate #n stare pură sau #n soluţie, folosind cuve specialecu grosimea #ntre /,//C mm şi /,+ mm, cantitatea de produs variind #ntre + şi +/ mg.<acă se folosesc soluţii, acestea se introduc #n cuve cu grosimea de /,+1+,// mm*concentraţiile soluţiilor pot fi de /,/C1+/H (+1+C mg substanţă). "elula cu probamartor conţine solventul* are grosimea fi&ă sau variabilă şi se plasează pe traiectoria

fascicolului de referinţă, fiind confecţionată din acelaşi material şi av@nd aceeaşigrosime cu cuva pentru probă. Materialul din care sunt confecţionate cuvele trebuie săfie transparent pentru lumina infraroşie (clorură de sodiu, bromură de potasiu, fluorurăde litiu).

!oluţiile şi licidele mai pot fi e&aminate şi sub forma uni film #ntre douăferestre.

!pectrul #nregistrat #n cazul soluţiilor cuprinde at@t benzile de absorbţie alesubstanţei dizolvate c@t şi benzile caracteristice solventului. <in acest motiv, solvenţiiutilizaţi pentru analiza I$ trebuie să fie anidri, transparenţi #n domeniul de lungimi de

undă e&plorat şi să nu formeze legături de idrogen cu substanţa de cercetatn tabelul C sunt prezentaţi c@ţiva dintre solvenţii mai utilizaţi cu indicarearegiunilor transparente.

-abelul +. !olvenţii utilizaţi pentru analiza I$ Solventul Regiuni transparente

"!6 :5/1::/, +;C/1+5C/, 66//16;//""l; 7//1:5/, 85/1+/+/, +C/1+;//, +;8/1+5//3erclorbutadienă ://18:/ * +/C/ 1 +/:/ * +C// 1 +CC/

0uDol +8/1+C//, 67//1///2luorolube tot domeniul

. Solidele se pot e&amina #n I$ prin trei procedee' suspensie #ntr1un licidv@scos, dispersie solidă sub formă de pastilă obţinută prin comprimare, film (peliculă)depus pe o lamă transparentă la I$.

!uspensiile se obţin prin amestecarea a 61C mg probă solidă cu o picătură denuDol (ulei de parafină cu punct de fierbere ridicat), fluorolube (amestec de

6



idrocarburi fluorurate) sau e&aclorbutadienă. !uspensia astfel obţinută estee&aminată sub forma unui film subţire plasat #ntre două plăci din sare transparentă laI$, folosind pentru compensare solventul fi&at #ntre plăci din acelaşi material şiaceeaşi grosime.

3astilele sunt obţinute prin comprimarea puternică a unui amestec omogenobţinut din + mg substanţă de analizat şi +// 1 ;// mg WFr anidră, de puritatespectrală* amestecul se introduce #ntr1o matriţă specială şi se comprimă la o presiunede c@teva sute 4gcm6. !e #nregistrează spectrul I$ faţă de un comprimat preparat #naceleaşi condiţii #nsă fără substanţa de analizat.

2ilmele depuse pe o placă se utilizează mai rar şi numai pentru substanţele care pot fi topite şi solidificate sau pentru cele care se dizolvă #ntr1un solvent nepolar, uşor volatil.

Indiferent de maniera #n care se pregăteşte proba de analizat, aceasta trebuie să

fie anidră.

$nterpretarea spectrelor% Aplicaţii

3entru a se putea realiza o interpretare corectă a spectrelor I$ care să conducăla rezultate concludente, trebuie #ndeplinite următoarele condiţii'

1 spectrofotometrul I$ să aibă o bună rezoluţie*1 substanţa studiată să fie bine purificată*1 aparatul folosit să fie corect etalonat.

Etalonarea aparatului se face #nregistr@nd spectrul unui film din polistiren pentru care se cunosc #n mod riguros poziţiile benzilor de absorbţie caracteristice.

<easemenea, trebuie avut #n vedere faptul că nu se pot stabili complet diverselemoduri de vibraţie a unei molecule şi din acest motiv, interpretarea unui spectru I$ seface prin compararea empirică a mai multor spectre.

"ea mai mare parte a frecvenţelor de vibraţie a unui grup de atomi variazădestul de mult de la o moleculă la alta, datorită vibraţiilor foarte comple&e ce pote&ista #n aceasta. -otuşi, anumite frecvenţe, cum ar fi cele care rezultă din alungirealegăturilor "1J şi ">, variază foarte puţin de la o moleculă la alta ceea ce aDută la

stabilirea structurii studiate, tabelul 6.-abelul 6. 2recvenţele de vibraţie pentru unele grupări.

Tipul de legătură Domeniul "cm#

"1J 6:;/1///"J = aromatic ///1+//"J = alcine //"" olefine +5;/1+5:/

"" = alcine 6+C/1665/

"" aromatic +;C/1+5//"1> alcool, eter, acizi, esteri +/:/1+//

6;



"> aldeide, cetone, acizi, esteri +58/1+75/>1J alcool, fenol C8/15;/"≡ 0 vinil 66+/1665/"1"l 5//1://

>rice concluzie la care s1a aDuns, prin reperarea unei benzi a spectrului trebuieconfirmată prin e&aminarea acestei regiuni din spectru. <e e&emplu, dacă constatăme&istenţa unei benzi caracteristice 1 vibraţie de alungire 1 pentru gruparea "> dinfuncţia aldeidă ( ν +58/ cm1+), trebuie să ne asigurăm că e&istă #n spectru şi bandacaracteristică de alungire a legăturii "1J din grupul "J> la 67C/ cm1+ (,5µ). Ga felatribuirea unei benzi carbonil dintr1un ester ( ν "> +7C/ cm1+) trebuie să fie

confirmată prin observarea unei benzi intense situată #ntre ++/ şi ++// cm1+ (7,5 1 8,+µm) corespunzătoare alungirii legăturii "1> a grupării ester.

n foarte multe cazuri benzile sunt deplasate datorită formării legăturii de

idrogen.$egiunile mai importante pentru un e&amen preliminar sunt cele situate peste

+C/ cm1+ (p@nă la 6/// cm1+) şi cele cuprinse #ntre 8// şi 5C/ cm1+. Fenzilecorespunzătoare regiunilor intermediare sunt comple&e.

3entru a confirma structura unei substanţe, pe l@ngă spectrele I$, se folosesc şispectrele de masă, B, $M0 etc.

Moleculele cu un număr mare de atomi admit şi un foarte mare număr devibraţii normale, ceea ce face ca interpretarea spectrelor să fie dificilă.

3ornind de la un număr foarte mare de spectre ale substanţelor cunoscute, s1au

tras concluzii general valabile, spectrometria I$ empirică fiind foarte utilă. 0u e&istă doi compuşi organici cu spectrul I$ identic şi din acest motiv spectrul

I$ a devenit un criteriu de identificare a fiecărei substanţe organice, asemănător cuamprentele digitale la oameni. <omeniul de frecvenţă sub +C// cm1+, fiind caracteristicfiecărei substanţe, a primit denumirea de regiune a amprentei digitale. "oincidenţaacestei regiuni #n spectrele a două substanţe este o dovadă a identităţii lor.

!pectrele I$ pot constitui şi o dovadă a purităţii unei substanţe. Apariţia unor benzi suplimentare faţă de spectrul substanţei pure dovedeşte prezenţa unor impurităţi.<esigur, va fi ma uşor decelată o singură impuritate dec@t mai multe #nsum@nd aceeaşi

concentraţie.nele reacţii cimice #n care reactantul şi produsul de reacţie prezintă benzi

caracteristice individuale se pot urmări comod şi sigur cu aDutorul spectrelor I$ (dispare banda reactantului şi apare cea a produsului de reacţie).

n cazul cromatografiei pe coloană a unui amestec de produşi, identificareadiferitelor fracţiuni se poate face şi prin spectroscopie I$, mai ales dacă produşii suntincolori.

-oate tipurile de molecule, organice şi anorganice, cu foarte mici e&cepţii,absorb #n domeniul I$. <in acest motiv, spectrofotometria I$ oferă posibilităţi de

determinare pentru un număr mare de substanţe. Mai mult, datorită unicităţii spectrului

6C



I$, specificitatea acestei metode va fi atinsă sau depăşită de un numărm relativ mic dealte metode analitice.

!pecificitatea şi1a găsit aplicaţii mai ales #n analiza amestecurilor de compuşiorganici foarte #nrudiţi.

Analiza unui amestec de .idrocar!uri> aplicaţie tipică a spectroscopiei cantitative I$ este analiza unui amestec de

izomeri ":J+/ ce conţin o1&ilen, m1&ilen, p1&ilen şi etilbenzen.

!pectrele pentru aceşti compuşi #n domeniul +6 1 +C µm, #n cicloe&an prezintă

benzi ma&ime (pea41uri) caracteristice individuale la +,;7 µm, +,/+ µm, +6,C: µm şi

+;,5 µm. -otuşi, datorită suprapunerii benzilor de absorbţie, absorbanţa unui amestec

la oricare din aceste lungimi de undă, nu este #n #ntregime determinată de concentraţiaunui singur component. <e aceea se determină absorbanţele molare pentru fiecare din

aceşti patru compuşi la cele patru lungimi de undă. "u acestea pot fi scrise patruecuaţii care permit calcularea concentraţiei fiecărei specii, prin măsurarea absorbanţeiamestecului la cele patru lungimi de undă (vezi B1BI!).

Determinarea poluan/ilor din aer

<eterminarea poluanţilor din aer necesită metode sensibile, rapide şi foartespecifice pentru o mare varietate de compuşi cimici. !pectrofotometria I$ #ndeplineşte aceste cerinţe mai mult ciar dec@t alte metode analitice.

3roba de aer ce conţine cinci specii cimice #n concentraţii cunoscute, a fostanalizată cu un instrument computerizat, utiliz@nd o celulă gazoasă de 6/ m. <atele aufost imprimate #n + 1 6 minute de la inDectarea probei.

Spectrometre $& cu transformare 'ourier

!pectrometrele #n infraroşu cu transformare 2ourier oferă avantaDele uneineobişnuit de mari sensibilităţi, rezoluţie şi viteză de aciziţie a datelor (tot spectruleste aciziţionat #n mai puţin de o secundă). <in păcate, aceste instrumente sunt mult

mai scumpe şi mai comple&e.!pectrometrele cu transformare 2ourier nu conţin elemente dispersive, toate

lungimile de undă fiind detectate şi măsurate simultan. 3entru a separa lungimile deundă este necesară modularea semnalului sursei #n aşa fel #nc@t să poată fi decodat printransformare 2ourier, o operaţie matematică ce necesită utilizarea unui calculator demare viteză.

!pectrometrele I$ tradiţionale sunt cunoscute ca instrumente dispersive. >datăcu apariţia instrumentelor pe bază de calculator şi microprocesor, aceste instrumente

clasice au fost #nlocuite #n mare parte de spectrometre #n infraroşu cu transformare

65



2ourier (2-I$), care prezintă mai multe avantaDe. n loc de un monocromator tip reţeade difracţie, un instrument 2-I$ foloseşte un interferometru pentru a obţine spectrul.

!cema de bază a unui instrument cu interferometru este următoarea, figura 6.$adiaţia de la o sursă I$ convenţională este #mpărţită #n două raze, una care pleacă

spre o oglindă cu poziţie fi&ă şi alta care pleacă spre o oglindă #n mişcare. Atunci c@ndrazele sunt reflectate, una este deplasată puţin (defazată) faţă de cealaltă. nainte de atrece prin probă, se produce interferenţa tuturor radiaţiilor monocromatice din rază.Astfel, prin probă trec simultan toate lungimile de undă, iar interferenţa se modifică #ntimp prin deplasarea oglinzii cu o viteză liniară. $ezultatul absorbţiei radiaţiei de către

probă este un spectru obţinut #n timp, numit interferogramă, ce reprezintă intensitateaabsorbţiei ca funcţie de diferenţa de drum optic dintre cele două raze. 2olosind unmicroprocesor, aceasta este convertită #n domeniu de frecvenţe, cu aDutorul uneioperaţii matematice numite transformare 2ourier (de unde şi numele de spectrometru

I$ cu transformare 2ourier)* #n urma acestui proces se obţine un spectru infraroşuconvenţional.

AvantaDul principal al unui instrument cu interferometru este faptul că se procesează mai multe date simultan. 3rin probă trec toate radiaţiile odată, faţă deinstrumentele clasice #n care proba era e&pusă succesiv c@te unui domeniu #ngust.

<etector

!

3robă

>glindă mobilă

>glindă fi&ă

!ursă infraroşu

2igura 6. !cema de bază a unui instrument cu interferometru

Acest proces conduce la creşterea raportului semnal1zgomot şi la obţinerea #nc@teva secunde a unui spectru cu o rezoluţie comparabilă sau ciar mai bună dec@t lafolosirea unei reţele de difracţie.

3rincipiile interferometrului şi a transformării 2ourier sunt cunoscute de pesteun secol, dar aplicaţiile practice au trebuit să aştepte apariţia tenicilor digitale decalcul cu aDutorul calculatorului.

67



Spectrometria de masă

!pectrometria de masă este o metodă instrumentală de analiză a compuşilor organici av@nd la bază fragmentarea moleculelor #n ioni de masă diferită cu sarcină

pozitivă şi separarea lor #n fascicule de ioni cu aceeaşi masă folosind concomitentinteracţiunea acestora cu un c@mp electric şi magnetic.

n principiu, are loc bombardarea substanţei de cercetat cu un fascicul deelectroni, urmată de accelerarea ionilor formaţi şi separarea lor funcţie de masă prin

acţiunea concomitentă a unui c@mp electric şi magnetic.n spetrometru de masă cuprinde'1 un compartiment de producere a ionilor sub acţiunea unui fascicul de

electroni (+)*1 un compartiment de accelerare a ionilor #n c@mp electric longitudinal (6)*1 un compartiment de separare #n c@mp magnetic transversal funcţie de

raportul me ()*1 un compartiment de detectare a ionilor (;)

1. Ionizareao!ec"!e!or 2. Acce!erarea ioni!or#n c$% e!ec&ric 3. Se%ararea ioni!or#n c$% a'ne&ic 4. (e&ec&areaioni!or )e%ar

"@nd detectorul (;) este o placă fotografică, care este impresionată mai mult saumai puţin funcţie de numărul ionilor, aparatul se numeşte spectrograf.

Aparatele moderne #nregistrează curentul ionic (proporţional cu numărul deioni) sub formă de spectru, funcţie de masa ionilor şi de abundenţa lor* asemeneaaparate se numesc spectrometre de masă.

MaDoritatea spectrometrelor de masă realizează separarea ionilor pozitivi,deoarece la bombardarea moleculelor de cercetat (cel mai adesea organice) cu un

fascicul de electroni se e&pulzează un electron din moleculă form@ndu1se un ion pozitiv.

<iferenţa esenţială a spectrometriei de masă de celelalte metode spectraleconstă #n aceea că după #nregistrarea spectrului substanţei cercetate, aceasta nu mai

poate fi recuperată, fiind transformată #n ioni, pe c@nd #n celelalte metode au loc numaimodificări #n starea fizică a substanţei.

!cema unui spectrometru de masă cu focalizare magnetică este redată #nfigura +'

6:



2igura +. !cema unui spectrometru de masă

1 3roba este introdusă #n spectrometru şi vaporizată*1 Ionii de sarcină ' (un multiplu al sarcinii electronului) sunt produşi prin

bombardarea probei cu un flu& de electroni #n camera de ionizare* energia electronilor trebuie să fie mai mare de 7/ eB (+eB 85,C WX.mol1+* 7/ eB 57C/ WX.mol1+)

1 Ionii rezultaţi sunt acceleraţi #ntr1un c@mp electric căpăt@nd o energie cineticăsimilară c@mpului*

1 Ionii de masă m sunt deviaţi #n c@mp magnetic funcţie de raportul m*' pediferite traiectorii circulare*

1 Bariind tăria c@mpului magnetic se pot focaliza pe detector ionii de o anumitămasă m +m*' *

1 Ionii focalizaţi sunt detectaţi şi se #nregistrează spectrul de masă.!paţiul interior al spectrometrului de masă este puternic vidat.2iecărui raport m*' #i corespunde o traiectorie de o anumită rază'

6

A6

J

6

e

mr ⋅=

n c@mp electric energia de accelerare este egală cu energia cinetică'

6

mve

6

A =⋅ (+) unde'

m 1 masa (Wg)* e 1 sarcina ionului* v 1 viteza ionului (ms)* A 1 tensiunea de

accelerare (B).n c@mp magnetic forţa magnetodinamică este egală cu forţa centrifugă'

r

mvveJ

6

=⋅⋅ (6) saur

mveJ =⋅ ()

unde'

J 1 intensitatea c@mpului magnetic (- 1 tesla)* r 1 raza traiectoriei ionului (m).$ezultă că viteza are e&presia'

68



m

r eJv

⋅⋅= (;)

nlocuind #n relaţia (+) valoarea lui v din e&presia (;) obţinem'

6

666

A

m6

r eJme

⋅

⋅⋅⋅

=⋅ (C) sau 66

A r eJm6 ⋅⋅=⋅⋅ (5)

de unde rezultă că'

6

A6

J

6

e

mr ⋅= (7) şi

A

6

6

6

Jr

e

m

⋅⋅= (:) sau

A

66

6

Jr

z

m

⋅

⋅= (8)

Spectrul de masă: ionii rezultaţi prin bombardarea compusului organic suntinstabili şi se fragmentează aproape instantaneu. Spectrul de masă al unui compus

organic constituie repre'entarea abundenţei relative a fragmentelor de scindare,

purtătoare de sarcini po'itive, în funcţie de raportul m*e al acestor particule.

<rept etalon al abundenţei se consideră, de regulă, cel mai intens ma&im dinspectru 1 picul de bază 1 base pea4. Atribuind acestuia valoarea +//H se pot determinacu uşurinţă abundenţele relative ale tuturor ionilor. ntruc@t abundenţele sunt foartediferite ca valoare, uneori picurile cele mai importante prezintă #n spectru intensităţie&trem de mici (abundenţe foarte reduse). <e regulă, spectrul de masă se dă sub formăgrafică (figura 6).

;/ 5/ :/ +// +6/ +;/ +5/ +:/ 6///

;/////

://///

+6/////

+5/////

6//////

M,V 1

Abundance "A2EI0A

.:;6

CC 57

:/

:6

8;

+/8

+66+6; +.7 +C/ +5;+5C+78

+8;

+85

2igura 6. !pectrul de masă al cafeinei

n cazul analizelor cantitative, se #nregistrează cantitatea totală de ioni (curentulionic total)* #nălţimea unui pic redă ponderea procentuală a acelui ma&im din cantitateatotală a ionilor. n acest caz se impune o #nsumare riguroasă a intensităţilor tuturor ionilor din spectru p@nă la M (masa moleculară).

/



Aplicaţii

!pectrometria de masă se poate folosi at@t #n analiza calitativă c@t şi #n ceacantitativă.

!pectrometrele de masă se folosesc mult cuplate cu un gaz cromatograf pentrudetectarea şi #nregistrarea componentelor separate prin gaz cromatografie.

-enica mi&tă gaz = cromatografie pe coloane capilare 1 spectrometrie de masă(L"1M!<) c@t si cromatografia de licide de inalta performanta cu detector spectrometru de masa a putut fi realizată practic datorită faptului că metodele necesităcantităţi mici de probă şi de acelaşi ordin de mărime (de la miligrame la nanograme).

!pectrometria de masă foloseşte şi la determinări de mase moleculare şistructuri ale substanţelor organice necunoscute prin'

1 furnizarea masei moleculare e&acte*

1 posibilitatea stabilirii unei formule brute*1 prin aducerea unei dovezi asupra e&istenţei posibile a unor elemente

structural caracteristice (alături de alte metode' $M0, I$ etc.).

Aplicaţii în c(imia or"anică

3rocesul de ionizare a unei molecule poate avea loc #n două moduri'1 cu formare de ioni negativi prin #nglobarea electronului (mai rar)'

M ? e U

M1fenomen cunoscut sub numele de Pabsorbţie de rezonanţăP.1 cu formarea unui ion pozitiv (cel mai frecvent) prin e&pulzarea unui electron

din moleculă'

M ? e = U

6e = ? M?

<acă energia electronilor este mică (C 1 +/ eB), se formează aşa numitul PionmolecularP av@nd aceeaşi masă ca a moleculei. Ionul molecular format este destul deinstabil şi se descompune rapid desfăc@ndu1se #ntr1un număr mare de fragmente, deregulă cu formarea unui radical şi a unui ion'

M? U

$ ? I?

$adicalul fiind neutru din punct de vedere electric nu va fi observat cuspectrometrul de masă. 3rocesul poate avea loc #n mai multe etape.

2ragmentările moleculelor #n spectrometrul de masă răspund la următoarele treitendinţe'

1 formarea de ioni c@t mai stabili*1 formarea de radicali c@t mai stabili*1 eliminarea de particule neutre stabile (06, ">6, J6> etc.).

<intre picurile unui spectru prezintă interes deosebit'1 picul molecular*

+



1 picul de bază care reprezintă etalonul de măsurare a intensităţii*1 picurile datorate contribuţiilor izotopice.<e e&emplu, #n cazul idrocarburilor saturate'1 ionii moleculari sunt instabili şi prin pierderea unui ion de idrogen se

formează ioni de carboniu primari cu formula generală' Q"nJ6n?+R?

.> reacţie importantă de scindare a acestora este pierderea unei molecule de

etilenă, dar se pot scinda radicali liberi alcil sau atomi de idrogen.

. .+H R CH2 2CH CH 2CH

+

+..

R CH2 2CH 2CH 2CH+

+R CH2 2CH 2CH 2CH+

+CH2CH2CH22CHR

Ionii cu sarcină electrică se stabilizează prin mezomerie iar ionii carboniu trec#n ioni mai stabili.

Ionizarea moleculelor de analizat se poate face folosind ca reactiv un gaz(metan, metilpropan sau amoniac) care introduşi #n camera de ionizare, #n urma

bombardării cu electroni, produc ioni moleculari, care, reacţionează apoi cumoleculele probei cu apariţia ionilor de tip MJ? * au loc reacţiile'

$eactia primară'

"J; ? e1 → "J;?Y ? e1 ? e1

electron ion electronul din electronul (ionizare)

rapid molecular reactivul gaz #ncetinit $eacţiile secundare'"J;

?Y → "J ? JY "J;

?Y ? "J; → "JC? ? "J

Y (Autoprotonare) ionul reactant

"J? ? "J; → "6JC

? ? J6

"oliziune cu molecula din proba M '

M ? "JC

?

→ MJ?

? "J; (ionul M?+)molecula moleculadin probă protonatăM ? "6JC

? → M"6JC? (ionul lui M?68)

<aca M este de tipul $J'$J ? "JC

? → $ ? ? "J; ? J6 (ionul M1+)

Astfel de ionizare se numeşte ioni'are chimică (I").

6



n spectrul de masă obţinut prin ionizare cimică picul ionului molecular predomină. AvantaDul acestui tip de ionizare este creşterea sensibilităţii detecţiei lavalori de ordinul femtogramelor (+/1+Cg).

Spectroscopia de rezonanţă ma"neticănucleară)&M*+

!pectroscopia $M0 este o metodă instrumentală de analiză av@nd la bazămăsurarea absorbţiei de către proba, aşezată #ntr1un c@mp magnetic e&terior, a radiaţiei

electromagnetice (de rezonanţă) #n regiunea frecvenţelor radio.n comparaţie cu spectrometria B, BI! şi I$ unde erau implicaţi #n absorbţia

radiaţiei electromagnetice electronii, #n $M0 sunt implicate nucleele atomilor.Fazele teoretice ale spectroscopiei $M0 au fost puse de S. 3auli #n +86; care a

prevăzut #n mod cert prezenţa spinului magnetic. Berificarea e&perimentală s1a făcut #n+8;5 independent de către 2. Floc, !tanford şi E. 3urcell. n +8C6 Floc şi 3urcell au

primit premiul 0obel pentru aceste realizări.n +8C apare primul spectrometru $M0 de #naltă rezoluţie ce a fost folosit şi

pentru studii privind structura cimică a substanţelor. n prezent spectroscopia $M0 a

căpătat o e&tindere deosebită #n cimia organică, anorganică, biocimie, medicină etc.

Teoria rezonanţei magnetice nucleare

nele nuclee, asemănător electronilor, prezintă un moment magnetic de spin cese poate orienta #ntr1un c@mp magnetic e&terior efectu@nd o mişcare de precesie cu oanumită frecvenţă şi care poate intra #n rezonanţă cu o radiaţie electromagneticăe&ternă (din domeniul radio).

<eoarece energia nucleelor este mult mai mare ca a electronilor, va necesita pentru orientarea spinului un c@mp magnetic mai intens. 0ucleele unor atomi (J+, "+, 0+C, 2+8, 3+ etc.) av@nd numărul cuantic de spin

I +6, e&ecută ca şi electronii o mişcare de rotaţie #n Durul propriei a&e 1 mişcare despin. Momentul mecanic de spin al nucleului este cuantificat conform relaţiei'

3I

I I= +6

+π

( )

unde'I 1 număr cuantic de spin.



"a şi #n cazul electronului, nucleul #n rotaţie, fiind #ncărcat, va reprezenta uncurent electric, care va crea un c@mp magnetic (magnet elementar) a cărui a&ă coincidecu cea a spinului.

"ompar@nd protonul cu electronul vom constata că viteza de rotaţie a

protonului este mult mai mică dec@t a electronului deoarece protonul are momentul deinerţie mult mai mare. Aceasta ecivalează cu un curent elementar mult mai slab şideci un moment magnetic mult mai mic. nitatea de moment magnetic estePmagnetonul nuclearP 1 µn 1 dată de relaţia'

µπ

n e

m pcgauss cm= = ⋅ − ⋅

;/ C +/ 6;

#n care' eo sarcina* m p masa protonului* constanta lui 3lanc4.

Baloarea magnetonului nuclear este de apro&imativ 6/// ori mai mică dec@tmagnetonul electronului care are masa de apro&imativ de 6/// ori mai mică.

"a şi electronul nucleul c@nd este supus acţiunii unui c@mp magnetic e&terior seva comporta ca un giroscop, a&a sa de rotaţie efectu@nd o mişcare circulară (de

precesie) P precesia )armour P #n Durul a&ei c@mpului magnetic e&terior (figura +).

2igura +. 3recesia Garmour

3entru orice nucleu #n c@mp magnetic e&terior sunt posibile numai orientările

pentru care proiecţiile momentului magnetic pe a&a acestui c@mp sunt date de produsul' gn

.nI.µn unde'

gn 1 factor giromagnetic nuclear (pentru proton g C,C:C)*

nI 1 numărul cuantic magnetic nuclear (poate lua 6I ? + valori, de la 1I la ?I)*

µn 1 magnetonul nuclear.

3entru proton care are I +6 e&istă doar două orientări ( +6

+6 +⋅ ) a căror

#nclinare faţă de a&a c@mpului este de apro&imativ C;°.

>rientarea #n sensul c@mpului magnetic este mai stabilă (energie mai mică),dec@t cea #n contra c@mpului (energie mai mare).

;



<iferenţa de energie #ntre cele două orientări este dependentă de c@mpulmagnetic e&terior (J).

∆E µn.gn

.J, unde'

gn 1 factor giromagnetic nuclear* µn 1 magnetonul nuclear*

J 1 c@mpul magnetic e&terior (-esla, +- +//// gauss).3entru ca protonul să interacţioneze cu o cuantă de radiaţie electromagnetică

este necesar ca aceasta să aibă e&act energia ∆E. 0umai #n acest caz cuanta de energieelectromagnetică va putea fi absorbită de proton şi prin urmare #şi va inversa spinul şiva trece din starea de energie Doasă #n starea de energie #naltă (figura 6).

2igura 6. Interacţiunea protonului cu o cuantă de radiaţie electromagnetică

"ondiţia de rezonanţă va fi dată de relaţia' ∆E . ν µn.gn

.J, şi deci,

mărimea frecvenţei de rezonanţă 1 ν 1 este'

ν ∆E (µn.gn

.J)

sau

ϖ 6π. ν 6π.(µn.gn.J) γ⋅J , ν γ⋅J 6π∆E ⋅γ⋅J 6π

unde'ϖ 1 frecvenţa Garmor

γ 1 raportul giromagnetic2recvenţa de rezonanţă poate fi calculată şi cu relaţia' ν Zn ⋅ J ⋅ I, unde'I numărul cuantic de spin

C



[in@nd cont că precesia Garmor se face cu o frecvenţă egală cu a cuantelor deradiaţie electromagnetică absorbită, ϖ va reprezenta #n acelaşi timp viteza ungiulară a

precesiei.<iferenţa de energie #ntre cele două orientări este foarte mică #n cazul

protonului (comparativ cu electronul). <e e&emplu, #n c@mp magnetic de +;/// Lauss,frecvenţa de rezonanţă corespunde la 5/ MJz, unde cu frecvenţe #n domeniul radio.

n general, la introducerea unei probe #n c@mpul magnetic e&terior, tendinţatuturor nucleelor este de a se aranDa #n acelaşi sens cu c@mpul. n momentul rezonanţei,

protonii cu orientare paralelă trec, ca urmare a absorbţiei de energie, #n orientareantiparalelă.

"edarea energiei absorbite pentru restabilirea ecilibrului iniţial are loc prin

fenomene de relaxare: rela&are spin1reţea U energia este cedată reţelei (probei) sub

formă de căldură

U

şi rela&are spin1spin

U

energia este cedată pentru modificareaspinului.Spectrul / , reprezintă curba absorbţiei de energie electromagnetică de către

compusul studiat #n funcţie de c@mpul magnetic aplicat (sau frecvenţă).!pectrul $M0 se realizează folosind un spectrometru $M0 cu scema

prezentată #n figura '

2igura . !cema de principiu a unui spectrometru $M0

"@mpul magnetic, J, pe care #l manifestă cu adevărat un nucleu nu este c@mpule&terior, J/, aplicat ci c@mpul magnetic e&terior modificat de vecinătăţile locale ale

nucleului, electrice şi magnetice. "@mplu e&terior, J/, este modificat de ecranarea

magnetică manifestată de electronii legăturilor #nconDurătoare. <eci, valoareaobservată a lui J este dependentă de vecinătăţile moleculare ale protonului ce dausemnalul (absoarbe sau emite unde de radiofrecvenţă).

5



n spectrometrul $M0 proba este plasată #ntr1un tub #n centrul c@mpuluimagnetic, J/, şi este iradiată cu unde de radiofrecvenţă ν. nul din cei doi factori J/

sau ν se pot modifica . <eoarece c@mpul J este proporţional cu frecvenţa, proba deanalizat este supusă fie unui c@mp magnetic constant J/ şi variind frecvenţa, fie

invers.<eoarece fiecare proton primeşte un anumit c@mp aplicat şi o frecvenţă

corespunzătoare cu cea de rezonanţă funcţie de vecinătăţile sale, va fi emis un semnalde o anumită frecvenţă ce poate fi captat de o bobină receptoare (aşezată perpendicular

pe bobina oscilatorului de radiofrecvenţă ), pentru a nu capta frecvenţa generatorului.!pectroscopia $M0 prezintă importanţă maDoră pentru cimia organică, aDut@nd

la elucidarea structurii moleculelor, deoarece factorul giromagnetic U gn U şi deci

frecvenţa de rezonanţă, depind #n mare măsură de vecinătatea atomică a nucleului

respectiv.$ezonanţa magnetică a protonului cu spinul +6 (I +6) prezintă importanţădeosebită pentru studiul compuşilor organici, deoarece maDoritatea acestora prezintă #nmoleculă şi atomi de idrogen. 2aptul că izotopul "+6, >+5 şi >+: nu au momentmagnetic de spin şi deci nu dau fenomene de rezonanţă magnetică nucleară, prezintăun avantaD, uşur@nd interpretarea spectrelor $M0 1 protonice.

n prezent se e&ecută spectroscopie $M0 pentru 2+8, "+, 3+ şi 0+C (toate cuI +6).

Deplasarea chimică

3rotonul, #n orice combinaţie, se găseşte #nconDurat de un nor electronic cemanifestă o ecranare faţă de c@mpul magnetic e&terior J/ datorită c@mpului magnetic

Je asociat curentului electric produs de electronul #n mişcare.

<rept urmare asupra protonului nu acţionează #ntregul c@mp magnetic aplicat,cu alte cuvinte la o frecvenţă dată a oscilatorului (undelor radio) semnalele derezonanţă a diferitelor categorii de protoni apar la c@mpuri e&terioare mai intense dec@t

cel corespunzător unui proton liber. Ga fel se #nt@mplă #ntr1un c@mp magnetic constant,rezonanţa are loc la frecvenţe mai mici ale oscilatorului (unde radio).

Lradul de ecranare a protonului diferă după modul #n care este legat protonul #nmoleculă. !pre e&emplu, #n molecula de etanol, protonul cel mai puţin ecranat este celdin gruparea >J, cel legat de o&igen* mai ecranaţi sunt cei din gruparea "J6 şi mai

ecranaţi cei din gruparea "J.

Ga frecvenţă constantă a oscilatorului, variind intensitatea c@mpului magneticapare un semnal de rezonanţă mai #nt@i pentru protonul din >J, apoi la o valoare maimare a c@mpului pentru "J6 şi #n sf@rşit la o valoare şi mai mare pentru "J ,

figura ;.

7



2igura ;. !emnalul de rezonanţă pentru proton funcţie de gradul de ecranare

<iferenţa dintre intensitatea c@mpului magnetic de rezonanţă (sau frecvenţa derezonanţă 1 Jz) şi cea pentru protonul liber se numeşte deplasare chimică şi seconsideră faţă de o linie arbitrară.

<iferenţele de ecranare ale diferitelor categorii de protoni, funcţie de modul delegare #n moleculă sunt foarte mici.

!e e&primă #n ppm şi se notează cu δ.

δ (Jstandard 1 J proton) Jstandard* δ ppm (Js 1 J p).+/5Js

δ ( νstandard 1 ν proton) νstandard* δ ppm ( νs 1 ν p).+/5 νs

3entru tipurile uzuale de protoni, deplasările cimice au valori ale lui δ cuprinse

#ntre + şi +/.<upă cum am văzut punctul de zero nu poate fi corect fi&at şi din acest motiv

distanţa #ntre diferitele semnale $M0 se măsoară faţă de poziţia unui compus standard(standard e&tern c@nd este introdus #n prealabil #n aparat sau standard intern c@nd estedizolvat #n probă).

!tandardul dă un singur semnal intens şi #ngust la una din e&tremităţile scalei.

"el mai utilizat este tetrametilsilanul 1 -M! 1 ("J);!i licid cu pf 67°", form@nd

un semnal corespunzător celor +6 protoni ecivalenţi şi puternic ecranaţi.

Baloarea deplasării cimice δ este aceeaşi indiferent dacă se lucrează cu unaparat de ;/, 5/ sau +// MJz (frecvenţa radio a oscilatorului), precum şi dacă se

e&primă δ funcţie de c@mp sau frecvenţă.

Este preferabil să se lucreze la frecvenţe mai mari, 5/ sau +// MJz (ciar maimult 1 66/ MJz) pentru care corespunde un c@mp mai intens şi se realizează oe&tincţie mai mare, cu alte cuvinte un raport semnalzgomot mai mare, spre deosebirede alte ramuri ale spectrometriei, unde coeficienţii de e&tincţie depind foarte mult destructură.

:



<e e&emplu, gruparea carbonil #n I$ nu are aceeaşi valoare #n aldeide, cetonesau esteri, pe c@nd #n $M0, intensitatea semnalului unui proton este aceeaşi indiferentde gradul de protonare.

Intensitatea benzilor de absorbţie $M0 este proporţională cu numărul

protonilor responsabili de absorbţie.MaDoritatea spectrometrelor $M0 trasează pe spectru şi curbele integrale. !e

compară valorile relative ale integralelor diferitelor semnale ele fiind #n acelaşi raportca şi numărul diferitelor categorii de protoni.

<ăm un e&emplu de spectru $M0 #n figura C.

2igura C. !pectru $M0 (lA lF nr. protoni A nr. protoni F).

<eplasările cimice ale c@torva tipuri reprezentative de protoni sunt redate #ntabelul +.

-abelul +. <eplasările cimice pentru grupările metil, metilen şi metindin diverse combinaţii.

Structura , ppm

0 1 C2+ 0 1 C23 0 1 C2

Alifatici α substituiţi M1"l ,/ ,C ;,/ M1Fr 6,7 ,; ;,+

M10>6 ;, ;,; ;,5 M1>J (sau >$) ,6 ,; ,5 M1>1∅ ,: ;,/ ;,5 M1>"(>)$ ,5 ;,+ C,/ M1"" +,5 +,8 1

CCM +,7 6,6 6,: M1"(>)J 6,6 6,; 1 M1"(>)$ 6,+ 6,; 6,5 M1"(>)∅ 6,; 6,7 ,;

M1"(>)>$ 6,6 6,6 6,C M1∅ 6,6 6,5 6,:

8



Alifatici β substituiţi M1"1"l +,C +,: 6,/ M1"1Fr +,: +,: +,8 M1"10>6 +,5 6,+ 6,C

M1"1>J (sau >$) +,6 +,C +,: M1"1>"(>)$ +, +,5 +,: M1"1"(>)J +,+ +,7 1 M1"1"(>)$ +,+ +,5 6,/ M1"1"(>)>$ +,+ +,7 +,8

M1"1∅ +,+ +,5 +,:

Aplicaţiile R!

na din aplicaţiile $M0 a fost şi este identificarea grupelor funcţionale cum ar fi >J #n alcooli şi fenoli, acizi carbo&ilici, protonii (idrogenul) din olefine,idrogenul acetilenic, din amine, amide.

<eci, prin spectroscopia $M0 a protonilor se poate realiza identificarea şielucidarea structurii unor molecule organice, metal1organice şi biocimice.

n spectru $M0, ca şi un spectru I$ adesea este suficient pentru identificareaunui compus organic.

3entru o identificarea sigură şi pentru a stabili o structură este necesar a secorobora spectrele $M0 cu alte determinări' spectre I$, B, analiza elementală ", J,

0, spectre de masă etc.n prezent pe l@ngă spectroscopia $M0 a protonilor se foloseşte şi cea pentru

2+8 (identificarea acestui element #n compuşi cu fluor), "+ şi 0+.n anali'a cantitativă spectrosopia $M0 poate fi folosită pentru faptul că e&istă

o proporţionalitate #ntre aria picurilor şi numărul de nuclee responsabile pentru pic.<acă, spre e&emplu, se cunoaşte aria semnalului pe proton, aria unui pic poate

fi folosită pentru a stabili concentraţia speciei respective.3ractic se foloseşte un standard intern, compar@ndu1se aria picului standard sau

a compuşilor de analizat, cu condiţia ca aria picului standard să nu depăşească niciunul dintre picurile probei.

3entru calibrare se folosesc cel mai mult derivaţi organici de silan, av@nd picurile protonilor cu localizare #naltă.

<ezavantaDul principal al analizei cantitative $M0 este costul ridicat alaparaturii şi dificultatea analizei probelor comple&e care se rezolvă mai uşor prin altetenici.

$ezonanţa magnetică nucleară este #n mod obişnuit folosită pentru determinareastructurii substan elor, dar e&istă şi multe alte aplicaţii importante ale sale.ț

!pectroscopia $M0 de rela&are poate fi folosită pentru a evalua proporţia

dintre faza solidă şi cea licidă din produse alimentare ce conţin multe lipide, cum ar fi

;/



margarinele. Metoda se bazează pe faptul că timpul de rela&are spin1spin al protonilor din faza licidă este mai mare dec@t al celor din faza solidă. <acă se #nregistreazăvariaţia intensităţii semnalului protonilor #n timp, se obţin două curbe, corespunzătoarecelor două faze. 3rin e&trapolarea acestor curbe se obţin intensităţi ale semnalului care

sunt proporţionale cu cantitatea relativă de protoni din faza licidă şi solidă.Aplicaţiile $M0 #n medicină devin tot mai comune, de la simple studiidinamice la diagnosticarea anormalităţii ţesuturilor.

!tudiul prin $M01+3 al s@ngelui şi al fluidelor celulare permite monitorizarea#n timp real a pJ1ului sanguin, tenică necesară #n cazul diabeticilor. Absenţa insulinei

poate conduce la nivele to&ice ale acidităţii intracelulare, caz #n care o perfuzie cuidrogenocarbonat de sodiu poate aDuta la restabilirea pJ1ului intracelular normal.Monitorizarea are loc prin măsurarea deplasării cimice #ntre semnalele fosforuluiorganic şi a celui anorganic. Acest lucru este posibil deoarece semnalul $M0 al

fosforului anorganic depinde mult de pJ şi se poate deplasa cu p@nă la + ppm pentru ounitate de pJ. Aria fiecărui pic se poate utiliza pentru a calcula concentraţia relativă afiecărui compus organic (de e&emplu A-3), şi #n consecinţă se poate evalua stareametabolică a ţesuturilor.

2olosirea $M01+J pentru scanarea corpului uman a devenit un fapt obişnuit.Intensitatea semnalelor $M01+J depinde at@t de densitatea protonică c@t şi de timpulde rela&are al acestora. n consecinţă, protonii din apă, proteine, lipide, carboidraţi şialte substanţe ar trebui să prezinte semnale diferite. -otuşi, principalele specii care audensităţi de protoni suficient de mari pentru a da un semnal apreciabil sunt apa şi

lipidele. Becinătăţile nucleelor care intră #n rezonanţă dau acestora timpi de rela&arediferiţi, şi deci semnale diferite. n consecinţă se pot diferenţia diferitele organe alecorpului.

Imaginile obţinute se numesc imagini de rezonanţă magnetică (s1a renunţat latermenul \nuclear] pentru a evita asocierea cu radiaţiile nucleare) şi arată asemănător cu imaginile ob inute cu aDutorul razelor . Imaginile de rezonanţă magnetică se potț

aciziţiona pentru un singur organ sau pentru tot corpul. Imaginile ţesuturilor moi se pot realiza #n orice plan, obţin@ndu1se date complementare cu cele obţinute prin raze pentru ţesuturile tari. !canarea durează apro&imativ 6/ min, şi de aceea subiectul

trebuie să păstreze nemişcată zona ce va fi scanată #n interiorul unui magnet cudiametru mare. 0u se cunosc efecte secundare asociate cu această tenică, ceea ce #nseamnă că

o persoană (incluz@nd indivizii tineri şi cei sensibili) poate fi scanată #n mod regulat pentru a monitoriza evoluţia anumitor stări patologice cum ar fi cancerul sau sclerozamultiplă.

;+

Metode Analitice Performante Aplicate in Cercetarea Farmaceutica (UV, IR, MS, RMN)

Documents

Transcript of Metode Analitice Performante Aplicate in Cercetarea Farmaceutica (UV, IR, MS, RMN)