Rakenneanalytiikka Flashcards
massaspektrometria
rakennetutkimuksen menetelmä, joka perustuu varautuneiden hiukkasten käyttäytymiseen sähkö- ja magneettikentissä; sen avulla saadaan selville tutkittavan yhdisteen moolimassa + voidaan saada tietoa yhdisteen rakenteesta
massaspektrometrin kolme tärkeintä osaa
ionilähde, massa-analysaattori ja detektori
massaspektrometrin toiminta
ionilähteessä kaasumaisia molekyylejä pommitetaan elektroneilla -> tämän seurauksena molekyyleistä irtoaa elektroneja ja niistä muodostuu molekyyli-ioneja, joilla on positiivinen varaus +1 (molekyyli-ioneja merkitään M^+); yleensä molekyyli-ioni hajoaa pienemmiksi osiksi, minkä seurauksena muodostuu pienempiä ioneja sekä varauksettomia molekyylin osia –> ionilähteessä muodostuu siis erilaisia ioneja, joilla on sama varaus (+1), mutta erilaiset massat (m/z)
muodostuneet ionit siirtyvät massa-analysaattoriin, jossa ionit kiihdytetään sähkökentän avulla -> sitten ne liikkuvat magneettikentän läpi, joka kaartaa niiden liike-ratoja (kevyimpiä niin paljon että osuvat yhteen seinään, raskaimpia niin vähän että osuvat toiseen seinään) -> magneettikentän voimakkuutta säätämällä voidaan valita, minkä m/z-suhteen ionit pääsevät detektorille -> tuloksista laaditaan massaspektri
massaspektri
esittää kunkin m/z-arvon ionin määrän suhteellisena runsautena -> runsaiten esiintyvälle m/z-suhteen ionille annetaan 100% arvo ja muiden ionien määriä verrataan siihen
piikki, joka vastaa suurinta m/z arvoa (ei korkein piikki, vaan pisimmällä vaaka-akselilla eli suurin m/z luku), kuuluu molekyyli-ionille ja siitä päätellään tutkittavan yhdisteen moolimassa
infrapunaspektrometria (IR-spektrometria)
rakennetutkimuksen menetelmä, jolla selvitetään millaisia funktionaalisia ryhmiä tutkittava molekyyli sisältää
IR-spektrometriassa käytetään smg-säteilyä, jonka aallonpituus 700nm-1mm eli infrapuna
mittaus suoritetaan johtamalla näytteeseen säteilyä eri aallonpituuksilla ja mittaamalla, kuinka paljon säteilyä absorboituu näytteeseen kullakin aallonpituudella –> mittaustulokset ilmoitetaan IR-spektrinä
spektrometria
tutkitaan, miten sähkömagneettinen säteily vaikuttaa aineeseen; kun näytteeseen kohdistetaan säteilyä, voi säteily esim. absorboitua aineen molekyyleihin;
IR-säteilyn johdosta molekyylien kovalenttiset sidokset absorboivat tätä säteilyä, jonka seurauksena sidokset värähtelevät, mikä aiheuttaa sidosten taipumista tai venymistä
aaltoluku
IR-spektroskopiassa säteilyn aallonpituus ilmoitetaan yleensä aaltolukuna, joka on aallonpituuden käänteisluku, kun aallonpituus ilmoitetaan senttimetreinä eli yksikkö [cm^-1]
IR-spektri
vaaka-akselilla aallonpituus ilmoitettuna aaltolukuna, pystyakselilla transmittanssi, joka ilmoittaa kuinka suuri osuus prosentteina säteilystä kulkeutuu näytteen läpi
transmittanssi
ilmoittaa kuinka suuri osuus prosentteina säteilystä kulkeutuu näytteen läpi
mitä pienempi transmittanssi, sitä vähemmän säteilyä pääsee läpi eli sitä suurempi osa kyseisen aallonpituuden säteilystä absorboituu näytteen molekyyleihin
sormenjälkialue
sormenjälkialueen piikit johtuvat molekyylin erilaisista taipumisista (on erittäin hankalaa päätellä millaisesta rakenteesta sormenjälkialueen piikit ovat lähtöisin)
kuitenkin, sormenjälkialueen avulla voidaan tunnistaa mistä yhdisteestä on kyse (vertaamalla spektriä laajaan spektrikirjastoon)
NMR-spektroskopia
eli ydinmagneettinen resonanssispektroskopia: tärkeä rakennetutkimuksen menetelmä, sillä sen avulla saadaan selville tarkasti molekyylin rakenne
perustuu atomiytimien käyttäytymiseen vahvassa magneettikentässä: voidaan ajatella, että atomiytimet ovat kuin pieniä magneetteja, kun näyte sijoitetaan magneettikenttään, näytteen molekyylien atomien ytimet asettuvat joko magneettikentän mukaisesti tai sitä vasten
–> näytteeseen kohdistetaan säteilyä, jonka aallonpituus on radioalueella; magneettikentässä olevat atomiytimet absorboivat tätä säteilyä, minkä seurauksena niiden suuntautuminen magneettikentässä kääntyy; kun ytimen asento palaa alkuperäiseen tilaan, säteilee ydin absorboimansa energian ja laitteiston detektori havaitsee tämän;
kunkin ytimen absorboiman säteilyn aallonpituus riippuu siitä, millainen on molekyylin rakenne tarkasteltavan ytimen ympärillä (ytimen ympärillä olevat elektronit vaikuttavat ytimen kokeman magneettikentän voimakkuuteen)
kemiallinen siirtymä
absorboidun säteilyn taajuuden muutos; taajuuksien muutokset ovat hyvin pieniä, joten yksikkö on ppm
tetrametyylisilaani (CH3)4Si on valittu vertailuyhdisteeksi, johon muiden ytimien taajuuksien muutoksia verrataan
yleisimmät NMR tekniikat
1H-NMR ja 13C-NMR
1H-NMR:ssä saadaan selville, millaisiin atomeihin tutkittavan molekyylin vetyatomit ovat sitoutuneet
13C-NMR:ssä saadaan selville, millaisia hiiliatomeja molekyylissä on ja millainen on molekyylin hiilirunko
minkälaisia ytimiä NMR:llä voidaan tutkia?
vain sellaisia, jonka protonien ja/tai neutronien lukumäärä on pariton eli esim hiili, jossa kuusi protonia ja seitsemän neutronia
