- วิเคราะห์ สเปกตรัมอินฟราเรด ของโมเลกุล đơn giảnเพื่อระบุ กลุ่มฟังก์ชัน (ดูในส่วนของข้อมูลสำหรับกลุ่มฟังก์ชันที่ต้องการ)
เทคนิคการวิเคราะห์
Chemistry A-Level · หัวข้อ 22
8:45
เทคนิคการวิเคราะห์ (AS)
คุณเพิ่งสังเคราะห์สารประกอบใหม่它是一个透明液体在烧瓶中，没有标签，你无法看到单个分子。你怎么证明它是什么？你问…
การบรรยายภาษาอังกฤษ · คำบรรยายภาษาอังกฤษ + 中文 ลอยตัวบนภาพ
22.1
สเปกโทรสโกปีอินฟราเรด
หลักสูตร
แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International
สเปกโทรสโกปีอินฟราเรด ช่วยคุณหา หมู่ฟังก์ชัน ในโมเลกุล每种类型的键吸收红外辐射在其特定的频率范围内。当键显示强 absorption时，光谱中会出现一个凹陷。
ตำแหน่งวัดในหน่วย เลขคลื่น (ใน $\text{cm}^{-1}$). คุณได้รับตารางข้อมูลมา ดังนั้นไม่จำเป็นต้องจำตัวเลข แต่ให้จับคู่จุดต่ำสุดกับพันธะ:
- จุดต่ำสุดกว้างๆ รอบ $3200$–$3650\ \text{cm}^{-1}$ → พันธะ O–H ในแอลกอฮอล์
- จุดต่ำสุดรอบ $1700\ \text{cm}^{-1}$ → พันธะ C=O (อัลดีไฮด์,คีโทน,กรด หรือเอสเทอร์)
- จุดต่ำสุดกว้าง $2500$–$3000\ \text{cm}^{-1}$ ร่วมกับจุดต่ำสุด C=O → กรดคาร์บอกซิลิก
สิ่งนี้มีประโยชน์สำหรับการตรวจสอบปฏิกิริยา ตัวอย่างเช่น หากโพรพีนถูกเปลี่ยนเป็นโพรแพน-2-อล จุดต่ำสุด C=C ควรหายไป และมีจุดต่ำสุด O–H ปรากฏขึ้น
สำรวจ
ห้องปฏิบัติการสเปกโทรสโกปี IR
จับคู่การดูดกลืนกับพันธะหรือหมู่ฟังก์ชันที่เปิดเผย
คำศัพท์
ฝึกฝน
| English | ไทย |
|---|---|
| infrared spectroscopy/ˌɪnfrəˈred spekˈtrɒskəpi/ | สเปกโทรสโกปีอินฟราเรด |
| functional group/ˈfʌŋkʃənl ɡruːp/ | กลุ่มฟังก์ชัน |
| absorption/əbˈsɔːpʃn/ | การดูดซับ |
| wavenumber/ˈweɪvnʌmbə/ | จำนวนคลื่น |
| mass spectrometry/mæs spekˈtrɒmətri/ | สเปกโทรเมทรีมวล |
| mass-to-charge ratio/mæs tə tʃɑːdʒ ˈreɪʃɪəʊ/ | อัตราส่วนมวลต่อประจุ |
22.2
สเปกโทรสโกปีมวล
หลักสูตร
- วิเคราะห์สเปกตรัมมวลใน terms of $m/e$ values และ ความอุดมสมบูรณ์ของไอโซโทป (ไม่จำเป็นต้องรู้การทำงานของเครื่องสเปกโทรสโกปีมวล)
- คำนวณ มวลอะตอมสัมพัทธ์ ของธาตุหนึ่งเมื่อทราบความอุดมสมบูรณ์สัมพัทธ์ของไอโซโทป หรือสเปกตรัมมวลของมัน
- สรุปมวลโมเลกุลของโมเลกุลอินทรีย์จาก พีคไอออนโมเลกุล ในสเปกตรัมมวล
- เสนอตัวตนของโมเลกุลที่เกิดจากการแตกหักอย่างง่ายในสเปกตรัมมวลที่กำหนดให้
- สรุปจำนวนอะตอมของคาร์บอน, $n$, ในสารโดยใช้ $[M + 1]^+$ พีคและสูตร $$n = \frac{100 \times \text{abundance of } [M + 1]^+ \text{ ion}}{1.1 \times \text{abundance of } M^+ \text{ ion}}$$
- สรุปการมีอยู่ของอะตอมบรูมและคลอรีนในสารโดยใช้ $[M + 2]^+$ พีค
แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International
ใน สเปกโทรสโกปีมวล โมเลกุลจะถูกแปลงเป็นไอออนและจัดเรียงตาม อัตราส่วนมวลต่อประจุ ($m/e$). สเปกตรัมเป็นชุดของยอดที่ค่า $m/e$ ต่างๆ
มวลอะตอมสัมพัทธ์จากไอโซโทป
ส่วนผสมของ ไอโซโทป ของธาตุหนึ่งให้ยอดหลายยอด จาก ความอุดมสมบูรณ์ของไอโซโทป (ความถี่ของแต่ละไอโซโทป) คุณสามารถหา มวลอะตอมสัมพัทธ์ — ค่าเฉลี่ยถ่วงน้ำหนัก:
$$A_r = \frac{\sum (\text{isotope mass} \times \text{abundance})}{\sum \text{abundance}}$$
ตัวอย่างเช่น คลอรีนมี 75% $^{35}\text{Cl}$ และ 25% $^{37}\text{Cl}$, ให้ค่า $A_r = \dfrac{35 \times 75 + 37 \times 25}{100} = 35.5$
ไอออนโมเลกุลและการแตกหัก
ยอดที่ $m/e$ สูงสุด (ยอด ไอออนโมเลกุล, หรือ molecular ion peak, $M^+$) ให้มวลโมเลกุลสัมพัทธ์ของโมเลกุลทั้งโมเลกุล
โมเลกุลยังแตกเป็นชิ้นย่อย — นี่คือ fragmentation. ช่องว่างระหว่างยอดสองยอดบอกมวลของส่วนที่หายไป ดังนั้นคุณสามารถเสนอ fragment แต่ละชนิดได้ ตัวอย่างเช่น การสูญเสีย 15 หมายความว่ามีการสูญเสียกลุ่ม $\text{CH}_3$ และการสูญเสีย 29 หมายความว่า $\text{CHO}$ หรือ $\text{C}_2\text{H}_5$
*สเปกตรัมมวล: ยอดที่มี $m/e$ สูงสุดคือไอออนโมเลกุล ($M^+$, คือ $M_r$); ช่องว่างระหว่างยอดให้มวลของ fragments ที่หายไป
ยอด [M + 1] และ [M + 2]
- ยอด [M + 1] เล็กๆ มาจากไอโซโทป $^{13}\text{C}$ จำนวนอะตอมคาร์บอน $n$ คือ:
$$n = \frac{100 \times \text{abundance of } [M + 1]^+}{1.1 \times \text{abundance of } M^+}$$
- ยอด [M + 2] แสดงคลอรีนหรือบโรมีน คลอรีนหนึ่งตัวให้ยอด $[M + 2]$ สูงประมาณหนึ่งในสามของ $M^+$ (มาจาก $^{37}\text{Cl}$); บโรมีนหนึ่งตัวให้ยอด $[M + 2]$ สูง เท่ากัน กับ $M^+$ (มาจาก $^{81}\text{Br}$)
ตัวอย่างทำโจทย์. สารประกอบหนึ่งแสดงไอออนโมเลกุลที่ $m/e = 108$ และมีพีคที่มีความสูงเกือบเท่ากันที่ $m/e = 110$ สเปกตรัมอินฟราเรดของมันแสดง ไม่มี การดูดกลืนแบบกว้างใกล้ $3300\ \text{cm}^{-1}$ สรุป identitas ของมัน พีคสองอัน ห่างกันสองหน่วยด้วยความสูงประมาณเท่ากัน คือ $1:1$ บ่งชี้ถึง อะตอมบรอมินหนึ่งตัว (จาก $^{79}\text{Br}$ และ $^{81}\text{Br}$); หากเป็นคลอรีนจะทำให้เกิดอัตราส่วน $3:1$ แทน ให้ลบบรอมินออกจากไอออนโมเลกุล: $108 - 79 = 29$ ซึ่งตรงกับ fragment $\text{C}_2\text{H}_5$ การขาดพีคกว้างใกล้ $3300\ \text{cm}^{-1}$ ตัดความเป็น Possibility ของ $\text{O-H}$ ออกไป ดังนั้นไม่มีหมู่แอลกอฮอล์ สารนี้คือ บromoเอเทน, $\text{C}_2\text{H}_5\text{Br}$ อ่านค่า $[M+2]$ อัตราส่วน ไม่ใช่แค่สังเกตพีค: $1:1$ หมายถึงบรอมิน, $3:1$ หมายถึงคลอรีน
สำรวจ
เส้นทางแมสสเปกโตรเมทรี
ติดตามโมเลกุลผ่านกระบวนการไอออนไนเซชัน การแยก และการตรวจวัด
คำศัพท์
ฝึกฝน
| English | ไทย |
|---|---|
| isotope/ˈaɪsətəʊp/ | ไอโซโทป |
| isotopic abundance/ˌaɪsəˈtɒpɪk əˈbʌndəns/ | ความอุดมสมบูรณ์ของไอโซโทป |
| relative atomic mass/ˈrelətɪv əˈtɒmɪk mæs/ | มวลอะตอมสัมพัทธ์ |
| molecular ion/məˈlekjʊlə ˈaɪɒn/ | ไอออนมวล |
| molecular ion peak/məˈlekjʊlə ˈaɪɒn piːk/ | พีคไอออนโมเลกุล |
| fragmentation/ˌfræɡmənˈteɪʃn/ | การแตกหัก |
| fragment/ˈfræɡmənt/ | фрагмент fragment |
22.2
ข้อแนะนำสำหรับการสอบ
- ใน IR spectrum ระบุ เลขคลื่นและพันธะ (O-H กว้าง $\sim 3200-3600$, C=O $\sim 1700$); ใช้สมุดข้อมูล
- ยอดที่ $m/z$ สูงสุด คือไอออนโมเลกุล $\text{M}^+$ และให้ $M_r$
- อธิบาย fragmentation: ช่องว่างระหว่างยอดคือ fragment ที่หายไป (loss of 15 = $\text{CH}_3$, 29 = $\text{C}_2\text{H}_5$ หรือ CHO)
- จำรูปแบบไอโซโทปทั่วไป (Cl ให้ M และ M+2 ในอัตราประมาณ 3:1; M+1 มาจาก $^{13}\text{C}$)
บทเรียนเชิงโต้ตอบสำหรับหัวข้อนี้
ทำทีละขั้นตอน พร้อมแบบฝึกหัดตรวจสอบผลทันที