استخدام الاجهزة في تشخيص المركبات العضوية

أنواع أجهزة التحليل الطيفي للأشعة المرئية وفوق البنفسجية

توجد هنالك العديد من هذه الأجهزة الحديثة إلا أن فكرة عملها واحدة في كل المنتجات وتنقسم هذه الأجهزة إلى ثلاثة أقسام من حيث أستخدامها :
1- أجهزة تقيس طيف الأشعة المرئية فقط أو تقيس طيف الأشعة فوق البنفسجية فقط :
وهي أجهزة وحيدة الشعاع . وهي نوعين النوع الأول يستخدم أنابيب ( Test tube ) في عملية التحليل والنوع الأخر يستخدم خلايا (Cell) من الكوارتز أو الزجاج في عملية التحليل . وفكرة هذا الجهاز أنه لإجراء عملية التحليل لا بد في البداية من القيام بتصفير الجهاز ويتم ذلك بإستخدام البلانك أوالمذيب وبعد تصفير الجهاز ترفع أنبوبة البلانك أو خلية البلانك ويوضع في مكانها أنبوبة أوخلية العينة المراد إجراء القياس لها .
في الأجهزة التي تقيس فقط الأشعة المرئية المصدرالضوئي فيها عبارة عن لمبة تنجستن . بينما المصدر الضوئي في الأجهزة التي تقيس الأشعة فوق البفسجية عبارة عن لمبة الديوتيريوم .

2- أجهزة تقيس طيف الأشعة المرئية وطيف الأشعة فوق البنفسجية معاً في جهاز واحد :
وهي أجهزة ثنائية الشعاع وهذه الأجهزة ميزتها أنه لاداعي لعملية تصفير الجهازيدوياً حيث يقوم الجهاز بذلك أتوماتيكياً . كما أن هذه الأجهزة تحتوي على فتحتين الأولى لخلية البلانك والفتحة الثانية لخلية العينة المراد قيلسها . فلو أردنا قياس الطيف المرئي في هذا الجهاز كل ماعلينا فعله هو أن نقوم بإختيار المصدر الضوئي المناسب وهو هنا لمبة التنجستن فقط ونضع خلية البلانك في فتحتة الخاصة ونضع خلية العينة في الفتحة الثانية ونقوم بإجراء التحليل . أما إذا أردنا إجراء قياس الطيف فوق البنفسجي فقط فما علينا إلا أن نختار لمبة الديوتيريوم فقط

معالجة النموذج SAMPLE HANDLING
في تحضير المحلول بوزن النموذج بدقة في دورق حجمي ويكمل حتى العلامه. وتؤخذ وجبات لتخفيف الى التركيز المطلوب . ان نظافة الخلية مهمة جدا ولذلك يجب ان تغسل الخلايا عدة مرات بالمذيب وتفحص لغرض الامتصاص بين عمليات التعيين المتعاقبة . وقد يكون تنظيف الخلايا بحامض النتريك الساخن او بمنظف ضروريا لازالة اثار النماذج السابقة.
يتوفر الكثير من المذيبات لاستعمالها في منطقة الاشعة فوق البنفسجية , غير ان المذيبات الثلاثة المالوفة هي السايكلوهكسان والايثانول 95% و4,1-دايوكسان . ويمكن تخليص السيكلوهكسان من الشوائب الاروماتية والالوفينية بامرارة خلال سليكا جل منشط activated silica gel وجعلة شفافا حتى الى 21- نانومتر . ان الايثانول 95% عموما اختيار جيد عندما تكون المذيب المطلوب اكثر قطبية , غير ان الايثانول المطلق يجب تخليصة من البنزين بالتقطير التجزيئي الجيد , او بواسطة كروماتوغرافيا الغاز التحضيرية preparative gas chromatography ان الحد الادنى لشفافية الايثانول هو قرب 210 نانوميتر.
يمكن تنقية 1,4 –دايوكسان بتقطيرة من الصوديوم . ويمكن ازالة شائبة البنزين باضافة الميثانول ثم التقطير لرفع الايزوتروب (مزيج ثابت درجة الغليان) البنزين – الميثانول . يجب العناية قي اختيار المذيب الذي سيكون خاملا تجاه المذاب . فاطياف الالديهايدات يجب ان لا تتعين في الكحولات .
العوامل المؤثرة على موقع الحزم في طيف الاشعة فوق البنفسجية
1- التعاقب the effect of conjugation
احد العوامل التي تسبب الازاحة الحمراء هو استطالة نظام التعاقب او زيادة طول السلسلة المحتوية على الاواصر المتعاقبة وتؤدي الى تقارب مستويات الطاقة من بعضها ويؤدي الى قلة الطاقة الازمة للانتقالات الالكترونية من المدارات الجزيئية الممتلئه الى المدارات الجزيئية غير الممتلئه والشكل يوضح طول سلسة البولين Dimethyl polyenes CH3(CH=CH)nCH3 حيث n تاخذ 3, 4,5,6 ...... وان c تكون فية n=5 .


?max (nm) €
Alkenes
Ethylene 175 15000
1,3- Butadiene 217 21000
1,3,5- Hexatriene 258 35000
?-Carotene (11double bonds) 465 125000
Ketones
Acetone
? ?* 189 900
n ?* 280 12
3-Buten-2-one
? ?* 213 7100
n ?* 320 27
تاثير التعاقب على الالكينات
كلما زاد طول السلسلة المتعاقبة قلة طاقة الانتقال وزاد الطول الموجي اللازم للامتصاص . وهذا يمكن توضيحه بطريقة نظرية المدارات الجزيئية , كل مدار من P يتحد مع مدار آخر من نوع P لينتج مدارات جزيئية من نوع ? . في الاثيلين يوجد زوج من مدارات P الذرية وهما (1?,2?) ينشا عن اتحادهما زوج من مدارات ? الجزيئية وهما (*2? ,1?) الأول 1? يسمى المدار الجزيئي التاصري والثاني يسمى المدر اللاتاصري 2? والأول له طاقة اقل من الثاني وحتى اوطا من طاقة المدار الذري P وان مدار (*2?) له طاقة عالية والشكل التالي يوضح ذلك .






لذلك فان زوج الالكترونات يشغل المدار الاول الجزيئي 1? وهو المسؤول عن الاصرة الثنائية ? وان الانتقال يحدث بين *?- ? او*2?-1? فعندما ناخذ 1,3 butadiene به اربعة مدارات P ينشا عن اتحادها اربع مدارات جزيئية , اثنان منهما مدارات جزيئية تاصرية 2?, 1? او 1 ? , 2? والاثنان كل منهم يحتوي على زوج من الالكترونات اما الزوج الباقي فهما مدارات جزيئية لا تاصرية ذات طاقة عالية *3?و4*? والشكل التالي يوضح هذه المدارات وكذلك توجد مدارات الاثيلين للمقارنة , نلاحظ من الشكل1? يغطي جميع ذرات الكاربون ويحتوي على زوج من الالكترونات والثاني 2? بة زوج من المدارات تغطي C1,C2 والثاني يغطي C3,C4 وكذلك يحتوي على زوج من الالكترونات , اما المدار الثالث *3? اللاتاصري فعو خالي من الالكترونات لان لة طاقة عالية , والرابع 4*? لة طاقة اعلى من كل المدارات الجزيئية وهو خالي من الالكترونات . نلاحظ الانتقال الالكتروني من المدار التاصري الثاني 2? الى المدار الثالث *3? اللاتاصري اي*3?-2? ونلاحظ طاقة هذا الانتقال تكون اقل من طاقة الانتقال في الاثيلين *2?-1? .



وهكذا كلما زاد عدد مدارات Pزادت الاواصر غير المشبعة المتعاقبة والانتقال يكون دائما من المدار الجزيئي التاصري الاعلى الى المدار الجزيئي اللاتاصري الاوطا كما في المثال اعلاة*3?-2? وهذة الطاقة اللازمة للانتقال بين هذه المدارات تقل كلما زاد التعاقب والشكل التالي يوضح ذلك اي يوضح العلاقة بين زيادة طول السلسلة المتعاقبة مع نقصان طاقة الانتقال الالكتروني اي زيادة طول الموجة والازاحة في الطول الموجي من اليسار الى اليمين اي من اقصر طولموجي الى اطول طول موجي



يمثل الشكل أعلاه نقصان الفرق في طاقة الانتقال الالكتروني من *?-? مع زيادة عدد الاواصر المتعاقبة . فنلاحظ في البولين تكون طاقة الانتقال صغيرة اي طول موجي طويل , اما الاثيلين فان طاقة الانتقال عالية اي يكون الطول الموجي قصير . كذلك وجود مجاميع مطورة للون مثل OH, Cl,(auxochrome) تؤدي الى ازاحة نحو الاحمر اي الى طول موجي اطول وطاقة انتقال قليلة بسبب الرنين الذي تحدثة هذه المجاميع بفعل وجود زوج الالكترونات غير المشترك والتي تسبب استطالة السلسلة للنظام المتعاقب . حيث تصبح الالكترونات غير المشاركة جزء من النظام المتعاقب وتؤدي الى اظافة اصرة مزدوجة اظافية كما في الشكل التالي للاثيلين وذرة B الحاوية على زوج الالكترونات غير المشاركة والشكل يوضح التاثيرات بين النظام ? في الاثيلين والمجموعة المطورة للون (زوج الالكترونات) .
ان طاقة الانتقال الالكتروني من المدار الجزيئي التاصري 2? الى مدار جزيئي لاتاصري *3? تكون اقل من طاقة الانتقال بين مدار 1? الى مدار2*? في الاثيلين لوحدة . كذلك يحدث مع مجموعة CH3التي تسبب ازاحة في طول الموجة الى اللون الاحمر اي الى طاقة اقل . ان هذه المجموعة لا تحوي على زوج غير مشارك من الالكترونات ولكن يحدث تداخل الكترونات الاصرة C-H في مجموعة المثيل مع الاصرة المزدوجة بما يسمى فوق التعاقب (Hyperconjugation) النتيجة الزيادة في طول سلسلة النظام المتعاقب اي زيادة نظام ?



في هذه الأشكال التوضيحية نلاحظ أن زيادة عملية الإقتران في المركب تؤدي إلى زيادة في الطول الموجي كما أن وجود أو دخول إحدى المجموعات الوظيفية على المركب تؤدي أيضاً إلى زيادة في الطول الموجي .









ب- تاثير الاعاقة الفراغية على الطيف
هناك وضعيتان للبيوتادايين وضعية السيز cis ووضعية الترانس trans وان وضعية الترانس تكون مدارات ? جميعها في مستوي واحد لان الجزيئة مستوية وهذا يساعد على حدوث عملية التداخل بين مدارات ? بشكل افضل من وضعية السيز cis التي تكون غير مستوية وبها اعاقة فراغية وكلما زادت عملية التداخل بين المدارات overlap قلة طاقة الانتقال بين *?- ? لذلك فان وضعية الترانس تعطي انتقال في طول موجي طويل وطاقة اقل وشدة امتصاص اعلى من وضعية السيز اي ازاحة نحو الاحمر .ووضعية الترانس تكون المدارات في مستو واحد .







ج- تأثير المذيب

ان اختيار المذيب في طيف الاشعة فوق البنفسجية مهم جدا ومن شروط المذيب ان لايمتص في نفس المنطقة التي تمتص فيها المادة ويفضل المذيب الذي ليس له اواصر مزدوجة متعاقبة حتى يكون شفاف نحو UVومن امثلة المذيبات كما في الجدول التالي
201nm n-Hexane 190nm Acetonitrile
205 Methanol 240 Chloroform
195 Isooctane 195 Cyclohexane
190 Water 215 1,4Dioxane
210 Trimethyl phosphate 205 95%Ethanol

كذلك يفضل المذيب غير القطبي حتى لا يكون رابطة هيدروجينية مع المذاب عكس المذيب القطبي الذي يكون رابطة هيدروجينية مع المذاب ويؤدي الى ظهور طيف غير واضح او غير دقيق
والجدول التالي يوضح تاثير المذيب على نوع الانتقال من n-?* في الاسيتون
Solvent shifts on the n ?* Transition of Acetone
Solvent H2O CH3OH C2H5OH CHCl3 C6H14
?max 264.5 270 272 277 279
نلاحظ من الجدول ان الماء هو مذيب قطبي فهو يكون رابطه هيدروجينية مع زوج الالكترونات على ذرة الاوكسجين في الاسيتون (n ) ويسبب استقرار الحالة المتهيجة مما يقلل من الطول الموجي ويزيد من الطاقة اللازمة للانتقال حيث طول الموجة 246,5 بينما الهكسان وهو مذيب غير قطبي لا يكون رابطة هيدروجينية مع (n ) لذلك يكون هو الاحسن حيث يكون الطول الموجي 279 اي طاقة اقل للانتقال .

نلاحظ من الشكل التالي تاثير المذيب على نوعية الطيف حيث ان الايثانول مذيب قطبي الذي يكون رابطة هيدروجينية مع المذاب بينما الايزواوكتان غير القطبي لا يكون اصرة هيدروجينية فيكون طيف واضح كما موضح في ادناه .