Инфракрасная спектроскопия

Одним из наиболее часто применяемых методов анализа лекарственных средств является инфракрасная спектроскопия. Под инфракрасной (ИК) областью спектра подразумевают диапазон длин волн от 0,5 до 1000 мкм (лежит в интервале между видимым светом и микроволновой областью).

Среднюю инфракрасную область делят на несколько участков: участок от 3600 до 2800 см⁻¹ – это область валентных колебаний X-H, при 2800—1800 см⁻¹ расположена область колебаний тройных связей либо других относительно редких групп; при 1800—1500 см⁻¹ — область колебаний двойных связей; в диапазоне от 600 до 1500 см^-1 расположена область «отпечатков пальцев».

В области «отпечатков пальцев» расположены полосы поглощения, отвечающие колебаниям углеводородного скелета молекулы (такие группы, как С – С, С – О, С – N), а также деформационные колебания. Из-за сильного взаимодействия этих колебаний невозможно отнести эти полосы к отдельным связям. Однако их набор для каждого вещества является уникальным и может служить его индивидуальной характеристикой (что и дало название этому участку спектра).

Поглощение электромагнитного излучения в инфракрасной области связано с тем, что колебательная и вращательная энергия ковалентных связей увеличивается, а дипольный момент молекулы изменяется. Колебательные движения имеют большую выраженность (ИК – спектры также называют колебательными) и могут быть двух видов.

Валентные (ν) колебания– это колебательные движения ядер, направленные вдоль валентной связи молекулы, которые приводят к изменению длины этой связи. При этом атомы в молекуле могут колебаться в одном направлении (симметричные колебания) или в противоположных направлениях (ассиметричные колебания).

Деформационные (σ) колебания приводят к изменению угла между связями. Их энергия значительно меньше, чем у валентных, а обусловленные ими полосы поглощения располагаются в длинноволновой области спектра.

Интенсивность поглощения (или коэффициент мольной экстрикции) – это величина пропорциональная квадрату изменения дипольного момента молекулы, вызываемого данным колебанием. В ИК – спектрометрии эта величина лежит в пределах от 0 до 200, и, в зависимости от степени пропускания может быть сильной (обозначается как «с.»), средней («ср.») или слабой («сл.»).

Следует отметить, что при валентных колебаниях так или иначе изменяется угол между связями, и, наоборот, изменение угла приводит к изменению длины связей. Поэтому такая классификация носит условный характер.

При построении ИК – спектра на оси абсцисс откладывают значения волнового числа в обратных сантиметрах, на оси ординат – величину пропускания в процентах. Полосы поглощения при этом выглядят как обратные пики. Типичные ИК – спектры поглощения (на примере спирта этилового и хлорамфеникола) представлены на рисунке 1.

Рисунок 1. ИК-спектры спирта этилового (А) и хлорамфеникола (Б)

Как видно из этого примера, ИК-спектры многоатомных веществ достаточно сложны, т.к. частота и коэффициент поглощения характерны для каждой функциональной группы в отдельности, мало изменяются при изменении других частей молекулы и не сливаются (как в УФ-спектре) в одну полосу. Полосы поглощения, обусловленные поглощением определенной группы атомов, называют характеристическими. Они могут быть использованы для идентификации и структурного анализа веществ.

Таким образом, к поглощению в ИК – области, так или иначе, способны почти все молекулы, содержащие ковалентную связь, то есть подавляющее большинство лекарственных веществ.

(Макиева М.С., Морозов Ю.А., Морозова Е.В., Морозов В.А. Оптические методы анализа лекарственных средств, ИПЦ Сев. Осет. гос. ун-т им. К. Л. Хетагурова)