Запознаване с инфрачервена спектроскопия

Ако пропуснем инфрачервена светлина през дадено съединение, е възможно молекулите да абсорбират енергия от светлината. Енергията на светлината може да накара една връзка да трепти. Това са т.нар. валентни трептения. Има и друг видове вибрации, но ние ще се занимаем само с валентните вибрации. Валентните вибрации на една връзка наподобяват трептенето на една пружина, така че можеш да си представиш връзката като една пружина. Да разгледаме тази връзка ето тук. Връзката между въглерода и водорода. Ще оприличим тази връзка на пружина. Тук ще се опитам да нарисувам една пружина. Това е пружината. Ще поставя въглерод от едната страна. Имаме въглерод от едната страна и водород от другата страна. Валентните трептения на връзката приличат на трептенията на пружината. Ако имаш пружина и имаш две маси от двете страни на пружината, ако вложиш някаква енергия, можеш да разпънеш пружината. Можеш да изтеглиш въглерода насам и да изтеглиш водорода насам, така че това прилича на разпъване на тази връзка. Но ние знаем, че пружините се свиват. Затова пружината после се връща обратно в тази посока и получаваме трептене на пружината, което може да използваме като аналогия за трептенето на една валентна връзка. Сега да видим ИЧ спектъра на това съединение. Тук имаме октин. Ако пропуснем инфрачервена светлина през проба от това съединение, част от честотите ще се абсорбират от това съединение. Можеш да видиш кои честоти се абсорбират от този ИЧ спектър тук. Сега да разгледаме тези числа тук, тези 3000 или 4000. Те представят честоти на светлината. Тук имаме % на пропускане. Ако имаме 100 % пропускане... тук ще спусна една линия. 100% пропускане... да кажем, че говорим за тази честота на светлината. Гледам честотите на светлината, идвам тук нагоре, и виждам, че имам 100 % пропускане. 100% пропускане означава, че цялата тази светлина е пропусната през пробата. Цялата светлина е преминала през пробата, нищо не е абсорбирано. Значи тази конкретна честота не се абсорбира от това съединение. Сега да видим пропускане по-малко от 100%, например при тази честота тук. При тази честота имаме ивица ето тук, която се появява при тази честота. Нямаме 100% пропускане, което означава, че не цялата светлина е преминала през съединението. Част от нея е абсорбирана. Тази специфична честота е абсорбирана от това съединение. Тази енергия може да накара връзката да се обтегне и получаваме валентно трептене. Действително този сигнал съответства на връзката, за която говорихме. Тази ивица съответства на трептенето на тази връзка тук. Сега да разгледаме вълновото число. Току-що говорихме за процент на пропускане, сега да видим вълново число какво е. Наричах всички тези неща честоти, различни честоти на светлината. Сега да видим как вълновото число е свързано с честотата на светлината, както и с дължината на вълната на светлината. Дефиницията за вълново число – значи вълново число – това е символът за вълново число. По определение вълново число е равно на едно върху дължината на вълната в сантиметри. Ако дължината на вълната на светлината е 0,002 сантиметра... хайде да заместим това. Дължината на вълната на светлината е 0,002 см., какво ще бъде вълновото число? Взимам калкулатора и ще го пресметна. Едно делено на 0,002 е равно на 500. Значи е равно на 500. Мерните единици са 1/см или см^–1. Това означава същото. Значи това е вълновото число. Ако се върнем тук горе, вълново число 500 – можеш да приемеш, че то съответства на определена дължина на вълната на светлината. То е свързано и с честотата, защото знаем, че дължината на вълната и честотата са свързани. Ще си направя малко място тук долу. Знаем, че дължината на вълната по честотата, това е ламбда по ню, е равно на скоростта на светлината. Това е равно на с. Ако искам да изразя честотата, ако искам да изразя ню, честотата е равна на скоростта на светлината, разделена на ламбда, което е дължината на вълната. Това е същото като 1 върху ламбда по скоростта на светлината. Едно върху ламбда е дефиницията на вълновото число. Така че можеш да кажеш, че честотата на светлината е равна на вълновото число по скоростта на светлината. Да направим това изчисление. Казахме, че това е определена дължина на вълната. Намерихме вълновото число. Да заместим тук вълновото число и да видим какво ще получим. Вълновото число беше 500. Мерната единица е едно върху сантиметър. Умножаваме това по скоростта на светлината. Трябва ни скоростта на светлината в сантиметри. Това е приблизително три по... 3 по 10^10 сантиметра в секунда, това е скоростта на светлината. Обърни внимание какво се случва с мерните единици. Сантиметрите се съкращават. Хайде да го пресметнем. Ще си направя малко място тук. Взимаме вълновото число и го умножаваме по скоростта на светлината в сантиметри. Значи по 3 по 10 на десета степен. Получаваме 1,5 по 10^13. Честотата е 1,5 по 10^13. Мерната единица е 1 върху секунда или можеш да използваш и херци. Вълновото число съответства на дължината на вълната. Като можеш да получиш и честотата от него. Затова... само ще препиша това много бързо... честотата е равна на вълновото число по скоростта на светлината. Вълновото число е равно на честотата, делена на скоростта на светлината. Ще използваме това в следващо видео. Ще се върнем отново към това. Честотата на светлината е право пропорционална на вълновото число. Можеш да разгледаш този ИЧ спектър тук горе. Можеш да разгледаш ИЧ спектъра и тук долу това е вълновото число. Можеш да го наричаш и честота, можеш да го наричаш както си искаш, важното е да разбираш какво се случва тук. Да разгледаме подробно този ЕЧ спектър. Пускам линия при вълново число около 1500. Отляво на тази линия... Така разделяме спектъра на две области. Областта отляво се нарича характеристична област. Това е характеристичната област на спектъра. Това е поради това, че ивиците в тази област са характерни за определени функционални групи. Например тази ивица тук, ако слезем надолу към оста, виждаме, че вълновото число за тази ивица е около 2100, това е вълновото число. Това съответства на тройна връзка. Това ни показва функционалната група. Това ни показва каква функционална група има. Тук има тройна връзка. Това е диагностично. Това ни помага да разгадаем структурата на молекулата. Можем да определим различните функционални групи, които са налични в молекулата с помощта на ИЧ спектъра. Отдясно на тази линия е област, която се нарича област на дактилоскопския отпечатък. Това е областта на дактилоскопския отпечатък. Областта на дактилоскопския отпечатък се тълкува по-трудно. Тя е много по-сложна. Не е лесно да се различават отделните ивици. Тя е много сложна, но е уникална за всяко съединение. Наподобява пръстов отпечатък на съединението, така че може да се свърже с ИЧ спектъра. Ако имаш непознато съединение, можеш да погледнеш в дактилоскопската област, която е уникална. Всички тези ивици са уникални за това съединение. Значи имаме характеристична област и област на дактилоскопския отпечатък. Ние няма да се занимаваме много с областта на дактилоскопския отпечатък. Може би съвсем малко. Ние ще се фокусираме върху характеристичната област. Ще се фокусираме там, където се появяват ивиците. Добре, гледам ивицата, спускам надолу и виждам специфично вълново число. Местоположението на ивицата е много важно. Искам да подчертая, че ако погледнеш какво съм използвал тук, промених начина, по който го правя тук. Тук разстоянията са различни. Това всъщност няма значение. Направих го просто за да се вмести в екрана за видеото. Аз направих на ръка целия ИЧ спектър, така че той не е перфектен. Въпросът е да не се тревожим твърде много относно каква е скалата тук за вълновото число. Важното е къде са ивиците. Местоположението на ивицата, вълново число приблизително 2100. Важно е също да разглеждаш интензитета на ивицата, както и формата на ивицата. Ще говорим още за това в следващите видео уроци. В следващото видео ще развием идеята за връзките като пружини. Така че ще се занимаем с малко класическа физика.