Работа. Идентификация волокон по функциональным группам

Задание

1. Кратко законспектировать теоретические основы метода ИК–спектроскопии, способ подготовки образца и зарисовать схему прибора.

2. Записать методику расшифровки ИК–спектров.

3. Расшифровать ИК–спектр и установить вид волокна.

  

Порядок поведения работы

1. Подготовка образца и прессование таблеток.

2. Снятие ИК–спектра.

3. Расшифровка ИК–спектра.

 

При идентификации волокон наиболее широко используется способ прессования таблеток измельченного волокна вместе с индифферентным веществом KBr. Для натуральных и синтетических волокон соотношение волокна и KBr равно 1:100. Для некоторых химических волокон (например, полиамидного) это соотношение должно быть 1:50. Окончательно вид соотношения устанавливается в процессе исследования условий определения.

Для приготовления таблетки волокно измельчают ножницами до отрезков длиной 0,5–1,0 мм. На аналитических весах берут навески: около 5 мг измельченного волокна и в 500 раз больше соли KBr. Смесь измельчают на вибромельнице в течение 20 мин. Полученный порошок массой около 400 мг переносят в пресс–форму, ставят под пресс и прессуют под давлением около 200 атм (18,6 Мпа) в течение 2–3 мин, после чего осторожно сбрасывают давление в течение 1–2 минут. Получившаяся таблетка должна быть достаточно прозрачной и не иметь трещин. В качестве эталонного образца готовят таблетку из кристаллов  KBr. Для этого берут навеску не менее 400 мг KBr, измельчают на вибромельнице в течение 30 с, помещают в пресс–форму и прессуют при тех же условиях.

ИК–спектр таблетированного волокна снимают на спекрофотометре  Specord 75 IR.

Для расшифровки ИК–спектра и идентификации волокна определяют волновые числа максимумов полос поглощения, дают описательную характеристику интенсивности полос (например, узкие, широкие, сильные и т.п.). Результаты расшифровки вносят  в таблицу 4.1.

 

Таблица 4.1 –  Результаты расшифровки ИК–спектров

 

Волновое число   максимума полосы      поглощения, см^–1	Характеристика полосы поглощения	Отнесение полосы поглощения к функциональной группе

 

Расшифровку ИК–спектров начинают с рассмотрения самых интенсивных полос в области 3900–1400 см^–1, в которой расположены характеристические полосы валентных колебаний ν основных функциональных групп. Полосы поглощения деформационных колебаний δ расположены в области 1600 – 400 см^–1. Для расшифровки используюnсправочник характеристических частот [4] и таблицу 4.2, в которой приведены структурные формулы элементарных звеньев полимерных молекул некоторых волокон. По справочным данным находят, каким функциональным группам принадлежат полосы поглощения в исследуемом спектре. На основании этого выбора делают вывод о природе анализируемого образца волокна.

 

 

 

 

 

 

Таблица 4.2 – некоторые частоты основных колебаний в спектрах

 волокнистых материалов, полученных методом таблетирования с KBr

 

№ Пп	Название волокна и структурная формула полимера	Частота, см^-1	Колебания групп
1.	хлопок	3200-3500 2900 1635 1420 1370 1337 1280-1250 1160 1060	ν (OH) ν (CH) адс. H2O δ (CH2) + δ (CH) δ (OH) + δ (CH) δ (OH) + δ (CH) δ (OH) + δ (CH2) ν (OH) + δ (CH2) ν (C-O-C)
2.	ацетат	3200-3500 2900 1750 1630 1375 1240 1060	ν (OH) ν (CH) ν (C=O) адс. H2O γ (C-CH3) ν (C-O) ν (C-O-C)
3.	капрон	3300 2943 2868 1640 1545 1478-1438 1310-1220 1171 1124	ν (NH) ν (CH2) ν (CH2) Amide I Amide II δ (CH2) Amide III (δNH + νCN) δ (CH2) ν (C-C)
4.	лавсан	2900-3000 1725 1563 1525 1473 1455 1263 1120 1042 973 897 845 793	ν (CH2) ν (C=O) ν (C-O) + δ (CCO) ν (C-O) + δ (CCO) δ (CH2) δ (CH2) ν (C-O) ν (O-C) ν (C-C) γ (O-C) γ (CH2) γ (CH2) γ (C=O) + δ (CCO)
5.	нитрон	3065-2930 2252-2240 1740-1725 1140-1460 1360 1073 537	ν (CH, CH2) ν (C≡N) ν (C=O) δ (CH2) δ (CH) ν (C-C) + δ (C-C-CN) δ (C-C-CN)

                                                

4.3. Контрольные вопросы

1. На чем основан метод ИК–спектроскопии?

2. Каким переходам в энергетическом состоянии молекул соответствует ИК–спектр поглощения?

3. Что является основным источником информации в методе ИК–спектроскопии?

4. В каких координатах обычно записывают ИК–спектры?

5. Что называют полосой поглощения в ИК–спектре?

6. На чем основан качественный анализ по ИК–спектрам?

7. Как выполняется качественный анализ по ИК–спектрам?

8. Какие типы колебаний наблюдаются у многоатомных молекул?

9.  Перечислите основные особенности анализа вещества методом ИК- спектроскопии.

10. На чем основан количественный анализ?

11. Какова методика предварительной подготовки образцов волокон для снятия ИК–спектров?

12. Какой источник излучения применяют в ИК–спектрофотометрах?

13. Из каких материалов изготавливают призмы, кюветы и другие оптические части прибора?

14. Что служит приемником излучения в ИК–спектрофотометре?

15. Почему на ИК–спектрах в отличие от спектров поглощения в УФ– и видимой областях наблюдается большое число полос поглощения?

16. Как проводится расшифровка ИК–спектра?

17. Назовите области применения метода ИК–спектроскопиии.

 

 

Литература

1. Гридина Н.Н., Новиков А.В., Баранов О.В. Физико-химические методы анализа. Часть 1. Электрохимические методы анализа: учебное пособие – М.: МГУДТ, 2015. – 68 с.

2. Быкова Л.Н., Новиков А.В., Чеснокова О.Я. Аналитическая химия./Под ред. Л.Н. Быковой. – М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2002. – 411 с.

3. Методические указания к выполнению учебно-исследовательской работы по курсу «Аналитическая химия». Раздел «Математическая обработка результатов количественных определений». – М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2002. – 32 с.

4. Казицына Л.А., Куплетская Н.Б. Применение УФ–, ИК–, ЯМР– и масс-спектроскопии в органической химии - М.: Высшая школа,1979. –248 с.

5. Основы аналитической химии. Практическое руководство: Учеб. пособие для вузов./Под ред. Ю.А. Золотова. – М.: Высшая школа, 2001. – 463 с.

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ

 

Таблица 1 – Характеристика технологических растворов, сточных и природных вод

 

№	Объект анализа	Компоненты раствора	Единица измерения	Содержание
1	Ванна крашения прямым красителем	Краситель NaCl Na2CO3 ПАВ	г/л	0,2 – 0,4 5 – 8 1 – 2 0,2
2	Ванна крашения кислотным красителем	Краситель Na2SO4 CH3COOH ПАВ	г/л	0,2 – 0,4 5 – 10 2 – 3 0,2
3	Ванна крашения хромовым красителем	Краситель CH3COOH Na2SO4	г/л	0,1 – 0,2 1 – 2 3 – 5
4	Раствор для хромирования	K2Cr2O7 CH3COOH	г/л	0,5 – 1,5 1 – 2
5	Отбеливающий раствор	H2O2 NaOH Na2SiO3∙9H2O полифосфаты ПАВ	г/л	1,5 – 3 0,5 – 2 4 – 5 3 0,2 – 0,5
6	Осадительная ванна производства ароматического полиамидного волокна	HCl LiCl ДМФА Fe^3+	%	0,2 1 – 3  50 – 70 2∙10^–3
7	Промывные воды производства ароматического полиамидного волокна	HCl LiCl ДМФА Fe^3+	%	0,1 – 0,2 0,5 5 2∙10^–4
8	Пластификационная ванна производства ПВХ	H2SO4 ДМФА Fe^3+ Cl^–	%	0,05 – 0,08  35–40 0,005 0,02
9	Осадительная ванна производства ароматического полиимидного волокна	HCl KSCN ДМФА Fe^3+	%	0,2 5  20 2∙10^–3
10	Промывные воды производства ароматического полиимидного волокна	HCl KSCN ДМФА Fe^3+	%	0,1 1 0,9 2∙10^–4
11	Сточная вода	Na^+ Li^+ Fe^3+ Ni^2+ Cr(Vl) Cl^– SCN^– NO3^–	мг/л	70 – 150  6 – 8  1,5 – 3 0,1 – 6 0,05 – 5 140 – 200 100 – 300 100 – 300
12	Природная вода	рН   общая жесткость (Са^2+ + Mg^2+)   цветность Na^+ K^+ Ca^2+ Mg^2+ Li^+ Fe^3+ Ni^2+ Cr(Vl) Cl^– SCN^– NO3^–	ед. рН   ммоль экв./л   градус мг/л - - - - - - - - - -	ПДК: 6,5– 8,5   7,0       20^o  200 50  180 50 0,03 0,3 0,1 0,05  350 0,1 45

 

Таблица 2  – Математическая обработка результатов определения

 

Последовательность расчетов	Наименование величины	Формулы для расчета
1	Среднее арифметическое из всех полученных результатов	х ср=
2	Стандартное отклонение единичного определения
3	Относительное стандартное отклонение,%
4	Доверительный интервал
5	Относительная погрешность	Δотн. = (Хср – α) ^.100/ α, %
Примечание: xi – единичный результат определения;   n – число повторных измерений; t – критерий Стьюдента;   a – действительное значение

 

 

Таблица 3 – Значения коэффициента Стьюдента

Число степеней свободы f = n – 1	Доверительная вероятность Р
	0,90	0,95	0,99
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15	1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15	12,71 4,30 3,18 2,78 2,57 2,45 2,37 2,31 2,26 2,23 2,20 2,18 2,16 2,15 2,13	63,66 9,93 5,84 4.60 4,03 3.71 3,50 3,35 3,25 3,17 3,11 3,05 3.01 2,98 2,95

 

 

Учебная литература

 

Гридина Наталья Николаевна,

Новиков Анатолий Владимирович,

Баранов Олег Валерьевич