Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Методы УФ и ИК-спектроскопии в анализе лекарственных препаратов и растительных масел

Покупка
Артикул: 762276.01.99
Доступ онлайн
150 ₽
В корзину
Пособие составлено в соответствии с тематикой практических занятий и программой курса «Методы молекулярной спектроскопии в криминалистике» студентов физического факультета направления подготовки 030302 - Физика. 030402 - Физика. Фундаментальная и прикладная физика. Пособие содержит основные вопросы по методам УФ- и ИК-спектроскопии. Показан процесс интерпретации и идентификации спектров исследуемых веществ. Для более полного понимания материала предлагается рассмотреть последовательность анализа лекарственных препаратов на примере витаминов В1, В6 и В12, а также выполнить контрольное задание по анализу проб растительных масел, используя различные методы пробоподготовки. Для студентов физического факультета 4-6-го курсов.
Морозова, Ю. П. Методы УФ и ИК-спектроскопии в анализе лекарственных препаратов и растительных масел : учебно-методическое пособие / сост. Ю. П. Морозова, Т. Ю. Титова, Д. О. Зятьков. - Томск : Издательский Дом Томского государственного университета, 2017. - 44 с. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1699033 (дата обращения: 29.03.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ 
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ 
ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
МЕТОДЫ УФ- И ИК-СПЕКТРОСКОПИИ  
В АНАЛИЗЕ  
ЛЕКАРСТВЕННЫХ ПРЕПАРАТОВ  
И РАСТИТЕЛЬНЫХ МАСЕЛ 
 
 
Учебно-методическое пособие 
по курсу «Методы молекулярной спектроскопии в криминалистике» 
для студентов физического факультета 
направления подготовки 030302 – Физика, 030402 –  
Физика. Фундаментальная и прикладная физика 
 
 
 
 
 
 
 
Томск  
Издательский Дом Томского государственного университета 
2017 

РАССМОТРЕНО И УТВЕРЖДЕНО методической комиссией физического факультета 
Протокол № 03-17 от «20» марта 2017 г. 

Председатель МК ФФ Н.Г. Брянцева

Пособие составлено в соответствии с тематикой практических занятий 
и программой курса «Методы молекулярной спектроскопии в криминалистике» студентов физического факультета направления подготовки 
030302 – Физика, 030402 – Физика. Фундаментальная и прикладная физика. Пособие содержит основные вопросы по методам УФ- и ИКспектроскопии. Показан процесс интерпретации и идентификации спектров исследуемых веществ. Для более полного понимания материала 
предлагается рассмотреть последовательность анализа лекарственных 
препаратов на примере витаминов В1, В6 и В12, а также выполнить контрольное задание по анализу проб растительных масел, используя различные методы пробоподготовки.  
Для студентов физического факультета 4–6-го курсов.

СОСТАВИТЕЛИ: Ю.П. Морозова, Т.Ю. Титова, Д.О. Зятьков 

 

 

 

 

 

 

 

 

© Томский государственный университет, 2017 

СОДЕРЖАНИЕ 

Предисловие ..............................................................................................
4
1. Абсорбционная спектроскопия .........................................................
6
1.1. Физические основы УФ- и ИК-спектроскопии ................................
6
1.2. Закон поглощения света .....................................................................
8
1.3. Характеристика спектров поглощения ............................................. 10
1.4. Применение УФ- и ИК-спектроскопии при анализе витаминов ... 12
1.4.1. Витамины и коферменты ............................................................. 13
1.4.2. Физико-химические свойства витаминов и их анализ .............. 14
1.4.2.1. Витамин группы В1 ................................................................ 14
1.4.2.2. Витамин группы В6 ................................................................ 15
1.4.2.3. Витамин группы В12 ............................................................... 16
1.4.2.4. Витамин С ............................................................................... 17
2. Экспериментальная часть ................................................................. 18
2.1. ИК Фурье-спектрометр «ФТ – 801». Устройство 
и принцип работы ...................................................................................... 18
2.2. Последовательность в регистрации спектров на «ФТ – 801» ........ 25
2.3. УФ-спектрофотометр Cary 5000. Устройство 
и принцип работы ...................................................................................... 26
2.4. Анализ аскорбиновой кислоты методом ИКи УФ-спектроскопии, и водорастворимых витаминов методом  
УФ-спектроскопии ..................................................................................... 27
2.4.1. Метод ИК-спектроскопии ............................................................ 27
2.4.2. Метод УФ-спектроскопии ........................................................... 31
Заключение ............................................................................................... 38
Лабораторная работа № 1. Исследование ИК-спектров 
различных образцов растительного масла .............................................. 39
Требования мер охраны труда при выполнении работы ....................... 39
Порядок работы ......................................................................................... 40
Контрольное задание ................................................................................. 40
Контрольные вопросы ............................................................................... 40
Литература ................................................................................................ 42

ПРЕДИСЛОВИЕ 
 
В последнее десятилетие резко возросла актуальность вопроса фальсификации лекарственных средств. На сегодняшний день рынок переполнен витаминными препаратами, которые имеют различные составные 
элементы и выпускаются в разнообразных лекарственных формах. Из-за 
повышения цены на оригинальные препараты, фармацевтический рынок 
стал заполняться большим количеством дженериков, содержащих витамины, но не являющимися ими на самом деле, при этом уровень подделок становится все более и более высоким. 
Качество препаратов дженериков обеспечивается комплексом аналитических методов, позволяющих подтвердить их подлинность, определить чистоту и количественное содержание действующего вещества. Используемые для этого методы и методики нуждаются в постоянном совершенствовании. Необходимо также учитывать сохраняющуюся проблему фальсификации лекарственных средств. А ведь витамины являются неотъемлемой составной частью здорового питания. Все витамины 
входят в ассортимент современных лекарственных средств. Производители продуктов питания все большее внимание уделяют вопросам применения витаминов при производстве пищевых продуктов. Как самостоятельная группа продуктов питания возникла группа биологически активных добавок (БАД) к пище. Все большее применение витамины находят в 
косметологии. 
Эффективная разработка и совершенствование лекарственных средств 
немыслимы без понимания биохимических процессов в организмах, в 
подавляющем большинстве которых участвуют витамины. 
Помимо витаминов, для жизнедеятельности организмов необходимы 
белки, жиры и углеводы, являющиеся пластическим и энергетическим 
материалом, а также минеральные соли. Среди жиров и продуктов гидролиза белков имеются незаменимые органические вещества, которые не 
синтезируются организмом. К таким веществам относятся некоторые 
аминокислоты. Отсутствие даже одной незаменимой аминокислоты приостанавливает образование белков. Организм начинает потреблять аминокислоты из белков соединительной ткани, мышц, крови и печени, ведь 
поддерживать нормальную работу сердца и мозга – наиболее важных 
органов, необходимо в первую очередь. Дефицит белка особенно опасен 
в детском возрасте – периоде роста, и может привести к физическим и 
умственным дефектам. На нехватку в организме аминокислот показывает 

снижение аппетита, анемия, ухудшенное состояние кожи. Организм 
начинает расходовать собственные аминокислоты: первыми идут белки 
мышц, отсюда и слабость, и истощение. Постепенно это приводит к задержке роста и развития, расстройствам пищеварения, депрессии, а также 
жировой дистрофии печени. 
В настоящее время в экспериментальной и клинической медицине 
резко возрос интерес к экспрессным методам диагностики, лечения и 
профилактики различных заболеваний, что обусловлено появлением 
многочисленных электронных приборов, позволяющих проводить исследования качественных и количественных характеристик биологических 
жидкостей и тканей на уровне нанотехнологий, сделавших возможным 
выявление механизмов молекулярных превращений, которые вызывают 
патологические изменения в организме человека. 
Исходя из выше сказанного, цель данной работы заключается в изучении спектральных характеристик витаминов и биологических материалов методами ИК- и УФ- спектроскопии. 

1. АБСОРБЦИОННАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ 
 

Абсорбционная спектроскопия имеет дело со спектрами, характери
зующими способность веществ поглощать энергию электромагнитного 
излучения. Нами будут рассмотрены только основные методы абсорбционного спектрального анализа: по электронным и колебательным спектрам. 

 
1.1. Физические основы УФ- и ИК- спектроскопии 
 
Электронная спектроскопия изучает переходы между энергетическими уровнями молекул, энергетическая разность между этими уровнями 
соответствует излучению в видимой и УФ-областях спектра электромагнитных излучений. Интервал длин волн 200–900 им. При поглощении 
молекулой соответствующего количества энергии электрон с заполненной орбитали может переходить на свободную или частично заполненную орбиталь. Так как энергии орбиталей квантованы, каждому переходу 
соответствует определенное количество энергии (∆E). На рисунке 1 показана схема расположения энергетических уровней и типы электронных 
переходов в органических молекулах [1, 2]. 

 

 

Рис. 1. Схема расположения энергетических уровней  
и типы электронных переходов в органических молекулах 

При поглощении энергии в ультрафиолетовой области электромагнитного спектра электроны связывающих σ или π- орбиталей, а также 
несвязывающих орбиталей (n-электроны) могут перейти на различные 

разрыхляющие орбитали. Таковы переходы n→π*, π→π* и n→σ*, где 
первая буква означает основное состояние, а вторая–возбужденное. Для 
перехода σ→σ* требуется больше энергии, чем для указанных выше, и 
такой переход можно наблюдать лишь в коротковолновой области вакуумного ультрафиолета [2, 3]. 
Электронные спектры состоят из широких полос и показывают зависимость оптической плотности или молярного показателя поглощения (, 
литр/(моль·см)) от длины волны (λ, нм) поглощенного света. Полосы поглощения в электронных спектрах имеют характеристические интенсивности, значения которых зависят от молярного показателя поглощения 
(ɛ), определяемых по закону Ламберта-Бера [4]. 
В зависимости от способности вещества к поглощению это обычно 
достигается при использовании концентраций от 0,01 до 0,00001 % (кюветы с толщиной слоя 10 мм). При выборе растворителей надо учитывать 
область их поглощения (табл. 1) [5]. Электронные спектры поглощения 
наблюдаются в результате поглощения ультрафиолетового и видимого 
излучения, и по типу поглощаемого излучения электронную спектроскопию часто называют спектроскопией в ультрафиолетовой и видимой области. 
 
Таблица 1  

Области поглощения растворителей, наиболее часто используемых  
в УФ-спектроскопии 

Растворитель 
Область поглощения, нм 

Ацетонитрил 
190 

Вода 
191 

Циклогексан 
195 

Гексан 
195 

Метанол 
201 

Этанол 
204 

Диэтиловый эфир 
215 

Хлористый метилен 
220 

Хлороформ 
237 

Четыреххлористый углерод 
257 

Из всего спектра электромагнитного излучения глаз человека способен воспринимать лишь его небольшую «видимую» часть с длинами волн 
от 400 до 800 нм. Излучение с длиной волны 200–400 нм называют 
«ближней ультрафиолетовой областью». Для изучения области спектра 

до 200 нм необходимо использовать вакуумные устройства («дальняя 
ультрафиолетовая область») [4, 6]. 
ИК-спектроскопия наибольшее применение находит для определения 
структуры органических соединений. Изучение структуры оказывается 
возможным, благодаря особенностям взаимодействия инфракрасного 
излучения с веществом. Как было показано выше, электронные спектры 
несут ограниченную информацию о строении скелета молекулы. Поглощение видимых и ультрафиолетовых лучей сопровождается изменением 
энергии электронных оболочек атомов и молекул. Энергия квантов инфракрасного излучения значительно ниже интервалов между электронными энергетическими уровнями, поэтому состояние электронной оболочки при поглощении инфракрасных лучей не изменяется. В поглощении инфракрасных излучений веществом принимает участие система 
колебательных энергетических уровней молекулы, расстояние между 
которыми соответствует энергии квантов инфракрасных лучей. Колебательные спектры обусловлены в первую очередь смещениями ядер атомов, вследствие этого по инфракрасным спектрам можно устанавливать 
структуру молекул [7, 8, 9]. 
Колебания молекул проявляются в спектрах поглощения в инфракрасной области. Основными типами колебаний являются валентные и 
деформационные [10]. 
Валентными колебаниями называются колебания ядер атомов вдоль 
линии связи, они обозначаются буквой ν (νC=C, νC=O и т.д.) [10]. 
Валентные колебания подразделяются на симметричные (νs), и антисимметричное (νas). Деформационные колебания связаны с изменением 
валентного угла, образованного связями у общего атома. Они обозначаются символом δ. Для возбуждения деформационных колебаний требуется меньшая энергия, чем в случае валентных колебаний, и, следовательно, они имеют меньшую частоту Деформационные колебания подразделяются на ножничные, маятниковые, веерные и крутильные [5]. 
 
 
1.2. Закон поглощения света 
 
Поглощение электромагнитного излучения в УФ, видимой и ИКобластях спектра количественно описывается законом Бугера-ЛамбертаБера, который выражает зависимость интенсивности монохроматического светового потока, прошедшего через слой поглощающего вещества (I), 

от интенсивности светового потока, падающего на него (I0), концентрации поглощающего вещества (C), толщины поглощающего слоя (L) и от 
молярного показателя поглощения (ε), характеризующего поглощающее 
вещество [5, 11]: 
                                         = 10.                                             (1) 
Для измерения степени поглощения электромагнитного излучения 
сконструированы приборы, позволяющие определять не интенсивность 
электромагнитного потока, а его ослабление, обусловленное поглощением анализируемого вещества. А для характеристики степени поглощения 
электромагнитного излучения введены такие фотометрические величины 
как пропускание и оптическая плотность [2, 6]. 
Пропускание (T) – это отношение интенсивности светового потока, 
прошедшего через слой поглощающего вещества, к интенсивности падающего светового потока [11]: 

                                           =
.                                                 (2) 

Исходя из формул (1) и (2) можно записать: 

                                    =
= 10.                                 (3) 

Пропускание изменяется в пределах от 0 до 1 и обычно выражается в 
процентах (%) от 0 до 100. 
Неудобство исчислений привело к тому, что ввели другую фотометрическую величину – оптическую плотность (D) как десятичный логарифм величины, обратной пропусканию [4, 11]: 
                                    = = ε.                                         (4) 
Оптическая плотность является величиной безразмерной и практически измеряется в пределах от 0 до 2. Формула (4) наглядно показывает, 
что поглощение электромагнитного излучения веществом не зависит от 
интенсивности светового потока, но зависит от природы вещества и прямо пропорционально концентрации вещества и толщине поглощающего 
слоя [6]. 
Из формулы (4) видно, что на основании измеренной оптической 
плотности можно вычислить показатель поглощения по формуле [11]: 

                                            ε =
.                                                  (5) 
Концентрация (C) может быть выражена в молях на 1 литр или в 
граммах на 100 мл раствора и в зависимости от этого по формуле (5) вычисляют молярный или удельный показатель поглощения [11, 12]:  – 

молярный показатель поглощения представляет собой оптическую плотность одномолярного раствора вещества при толщине поглощающего слоя 
10 мм; D – удельный показатель поглощения представляет собой оптическую плотность 1% раствора при толщине поглощающего слоя 1 см. 
Коэффициент поглощения в УФ-области может достигать больших 
значений (до 105 л см–1 моль–1). В ИК-области величина  значительно 
меньше и обычно не определяется [11, 12].  
 
1.3. Характеристика спектров поглощения 
 

Важнейшей характеристикой электромагнитного излучения является 

его спектр. Спектры поглощения в УФ- и ИК- областях имеют различную 
природу и характеризуются как электронный и колебательный спектры 
соответственно. 

Если органическая молекула взаимодействует с излучением в УФ- об
ласти спектра, то при определенной частоте произойдет поглощение 
кванта энергии, сопровождающееся переходом валентных электронов с 
основного на возбужденный уровень [13]. 

Различные электронные переходы требуют неодинаковой энергии, 

поэтому полосы поглощения располагаются при разных длинах волн. 

Типы электронных переходов из основного состояния со связывающих 

σ и π орбиталей и с несвязывающих n орбиталей в возбужденное состояние 
на разрыхляющие σ* и π* орбитали представлены в таблице 2 [13, 14]. 

Наличие в структуре одинарных связей (–С–С–) и изолированных 

хромофорных групп (–СН=N; –N=N–; –N=O и др.) обусловливает поглощение в дальней УФ-области (100–200 нм.). Однако поглощение в дальней УФ-области (до 200 нм) аналитического значения не имеет, поскольку современные спектрофотометры работают в области спектра, начиная 
с 180–200 нм. 

Для целей спектрофотометрического анализа используются электронные переходы сопряженных π- связей. Сопряжение вызывает расщепление π- орбиталей, что приводит к появлению подуровней, переходы электронов на которых требуют значительно меньшей энергии. При этом поглощение сдвигается в более длинноволновую область спектра и обладает высокой интенсивностью [14, 15]. 
На положение и интенсивность полос поглощения большое влияние 
оказывают электронодонорные (–NH2, –OH, –SH) и электроноакцепторные (–N=O, –NO2, и др.) заместители, играющие роль ауксохромов [15]. 

Спектр поглощения в УФ- области выражают в виде графической зависимости оптической плотности (D) или молярного коэффициента поглощения (ε) от длины волны (λ) падающего света [14]. 

Таблица 2  

Типы электронных переходов 

 
 
Вместо D или ε нередко используют их логарифмы. Длина волны может быть выражена в различных единицах – нм или мкм. Построение 
спектра в различных координатах отразится на его характере, поэтому 
требует регламентации в нормативных документах. 
УФ-спектр характеризуется как электронный, но при возбуждении 
электронов будет изменяться энергия колебательного движения атомов и 
энергия вращательного движения молекулы, поэтому в спектре появляется ряд линий, которые, сливаясь, образуют широкие полосы поглощения 
[13]. 
Полосы поглощения в УФ-спектре, как правило, характеризуются положением (λmax) и интенсивностью, выраженной через молярный показатель поглощения. 
Полосы поглощения в УФ-области, имеют тенденцию к уширению, 
поэтому УФ- спектры малоселективны. Однако они дают надежную информацию о наличии в структуре определяемого вещества системы сопряженных связей [13]. 

Доступ онлайн
150 ₽
В корзину