Spektroskopija i spektrometrija

Hromatografijom je moguće vrlo precizno razdvojiti sastojke smeše, ali ih nije moguće precizno identifikovati ili odrediti im preciznu strukturu. Taj posao obavlja se pomoću nekoliko metoda od kojih su osnovne masnena spektrometrija, infracrvena, ultraljubičasta i nuklearno-magnetna rezonantna spektroskopija.

Masnena spektrometrija

Zadatak masnene spektrometrije je da oderedi masu pojedinih jedinjenja i njihovu strukturu. Prvi put je upotrebljena pre oko 90 godina za dokazivanje postojanja različitih izotopa elementa.

U masneni spektrometar (vakuum) molekuli jedinjenja se bombarduju elektronima velike energije što rezultuje stvaranjem pozitivnih ili negativnih jona molekula. Ovi joni su nestabilni i brzo se raspadaju na više manjih jona koji se razdvajaju u odnosu na količnik mase i naelektrisanja (m/q) pomoću električnog ili magnetnog polja.

Razdvojeni joni se detektuju i dobija se masneni spektar, kriva jonske struje koja zavisi od količnika mase i naelektrisanja. Logično je da će signal na najvećoj vrednosti predstavljati molekulski jon. Na taj način određuje se molekularna masa. Na osnovu manjih fragmenata moguće je odrediti strukture pojedinih delova molekula i na taj način, strukturu čitavog molekula.

Spektroskopija

Mnoge supstance apsorbuju svetlost i emituju je. Mi to vidimo kao boju ukoliko supstanca apsorbuje i emituje svetllost iz vidljivog dela spektra. Neke supstance, ne apsorbuju tu svetlost jer je ona nedovoljno visoke energije ili previsoke energije (to zavisi od strukture jedinjenja). Tako one apsorbuju svetlost iz nevidljivog dela spektra - ultraljubičastog (talasne dužine manje od 400nm i velike energije) i infracrvenog (talasne dužine veće od 760nm) ili čak neke druge oblike zarčenja.

Ako znamo koje zračenje neka supstanca emituje i apsorbuje može nam reći mnogo o nekoj supostanci. Možemo saznati njenu strukturu, a kasnije spektroskopiju koristiti za testiranje prisustva neke supstance.

Kao primer, može se navesti jedna od danas raširenih metoda - infracrvena spektroskopija. Metoda se zasniva na gađanju supstance infracrvenom radijacijom i merenju apsorbovane radijacije. Ova metoda je naročito pogodna za organska jedinjenja. Spektrogram koji se dobije je prilično složen i sastoji se od niza ispupčenja - "vrhova" - na talasnim dužinama na kojima je apsorbovano zračenje. Tako različite veze (funkcionalne grupe) uzrokuju "vrhove" na različitim talasnim dužinama.

Kao praktičan primer uzećemo sledeća tri jedinjenja - acetanhidrid, sirćetnu kiselinu i etil-alkohol.

Da bi počeli potrebno je znati talasne dužine na kojima veze i funkcionalne grupe u ovim jedinjenjima apsorbuju svetlost.

• O-H (alkoholi, orgnaske kiseline) na 3600-3000 cm^-1
• C=O (organske kiseline) na 1725-1700

Strukture jedinjenja su:

A IR spektrogrami su:

Vaš zadatak je da povežete strukture i odgovarajuće IR spektrograme. Nekoliko saveta:

• Igrnorišući proste C-H i C-O veze ispišite koje veze svaki molekul sadrži (i kojim funkcionalnim grupama pripadaju).
• Na grafikonu pronađite "vrhove" i pokušajte odrediti kojim grupama pripadaju.
• Pokušajte, zaista nije teško. Uzgred, potpuno tačno rešenje uz odgovarajuće objašnjenje donosi 7 bodova na takmičenju.

Kako identifikovati hemijski element?

Jedna od starih spektroskopskih metode jeste metoda polarizovanog svetla. Naime, svetlo se prelama u nekoliko prizmi i polarizuje se. Ukoliko se u snop ovog svetla unese neka supstanca, moguće je identifikovati ju pomoću zastora. Talasne dužine koje supstanca apsorbuje neće se pojaviti na zastoru, a koje supstanca emituje će se pojaviti. Ova metoda bila je izuzetno pogodna za identifikaciju novih elemenata. Svaki element ima sopstveni spektar, "otisak prsta". Klasičan primer je natrijum kod kog dominira žuti deo spektra.

A sada zapalite sveću, uzmite grafitni stapic, malo ga navlažite, tek toliko da se na njega zalepi nekoliko kristala kuhinjske soli i unesite u plamen. Kojom bojom je plamen obojen?

To je jedinstven otisak prsta natrijuma - žuto. Svi elementi imaju svoj otisak. Pojava da se plamen boji specifičnom bojom, osobina je alkalnih i zemnoalkalnih metala. Ova pojama može se iskoristiti za pravljenje vatrometa. Boja najlakše dolazi do izražaja ako su u pitanju hloridi.

Literatura:

• Inspirational Chemistry
• "Hemijska čitanka", Živorad Čeković