Uproszczone opisy cwiczeń

Transkrypt

Uproszczone opisy cwiczeń
Ćwiczenie nr 1
Otrzymywanie nanomateriałów na drodze syntezy spaleniowej
Prowadzący: prof. Andrzej Huczko
1. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest synteza wybranych nanomateriałów (przykładowo nanowłókien węglika
krzemu SiC) na drodze syntezy spaleniowej. Wykonanie ćwiczenia obejmować będzie
również podstawowe analizy produktu umożliwiające wykonanie bilansu materiałowego
syntezy.
2. Przebieg ćwiczenia
1. Przygotowanie reagentów do syntezy oraz układu doświadczalnego do wykonania spalania.
2. Realizacja syntezy spaleniowej
3. Zebranie produktów poreakcyjnych wraz z towarzyszącym bilansem masy reagentów.
4. Wykonanie analizy gazometrycznej substratów i produktów w celu uzyskania informacji
niezbędnych do określenia efektywności przemiany reagentów do produktów.
5. Badanie morfologii produktów i ew. próba izolacji nanomateriału.
3.Wykonanie sprawozdania/opracowanie wyników
1. Krótki wstęp wyjaśniający zasadę syntezy wraz przebiegiem jej realizacji doświadczalnej.
2. Podanie podstawowych wskaźników wynikowych spalania
3. Wykonanie bilansu materiałowego procesu
4. Określenie stopnia przereagowania substratów do produktu
.
4. Wymagania kolokwialne
1. Synteza spaleniowa:
- podstawy
- przykłady
2. Węgiel i węglik krzemu:
- podstawy fizykochemicznej charakteryzacji
- właściwości
3. Schemat ideowy wykonania ćwiczenia
4. Analiza produktów i opracowanie wyników syntezy spaleniowej
5. Literatura
1.Cudziło S., Analiza Procesu Spalania Mieszanin reduktor-politetrafluoroeten, praca
habilitacyjna, WAT, W-wa, 2003
2. Huczko A., Szala M., Dąbrowska A., Synteza Spaleniowa Materiałów Nanostrukturalnych,
monografia, Wyd. UW, W-wa, 2012
3. Materiały dostępne u prowadzącego.
Ćwiczenie nr 2
Analiza termiczna nanomateriałów weglowych i ceramicznych
Prowadzący: dr Michał Bystrzejewski
1. Cel ćwiczenia
Ćwiczenie
dotyczy
dwóch
obszarów
tematycznych
(jeden
do
wyboru
przez
prowadzącego):
•
Analiza termograwimetryczna magnetycznych nanocząstek Fe zakapsułkowanych w
węglu
•
Badanie stabilności termicznej nanowłókien SiC
W pierwszym wariancie studenci badają zachowanie magnetycznych nanokapsułek
węglowych w tlenie. Ich zadaniem jest określenie składu chemicznego badanej próbki, oraz
określenie temperatury w której następuje „przebicie” ochronnej otoczki węglowej i
rozpoczęcie procesu utleniania nanocząstek Fe. Drugi wariant dotyczy określenia warunków
degradacji termicznej nanowłókien SiC w atmosferze utleniającej i porównania otrzymanych
wyników z danymi dla SiC objętościowego (w formie mikrokrystalitów).
2. Przebieg ćwiczenia
a) Włączenie analizatora termograwimetrycznego
b) Włączenie komputera sterującego
c) Sprawdzenie poziomu napełnienia butli z gazami i odkręcenie zaworów
d) Wytarowanie wagi analizatora termograwimetrycznego (jeśli konieczne)
e) Uruchomienie programu sterującego
f) Umieszczenie próbki w tygielku platynowym (czynność przeprowadzać pod okiem
prowadzącego, pod żadnym pozorem nie wolno dotykać nici na której zawieszony jest
tygielek!!!)
g) Zaprogramowanie przebiegu pomiaru (ustawienie szybkości ogrzewania,
temperatury końcowej, atmosfery regulowanej)
h) Rejestracja krzywej termograwimetrycznej
i) Obróbka cyfrowa otrzymanych danych
3.Wykonanie sprawozdania/opracowanie wyników
a) Opis przebiegu ćwiczenia, jego cel, wraz z podaniem warunków pomiaru
b) Analiza otrzymanej krzywej(krzywych) termograwimetrycznej
c) Obliczenia stechiometryczne wg. wskazówek prowadzącego
4. Wymagania kolokwialne
Zagadnienia podstawowe (do opracowania własnego): I i II zasada termodynamiki; pojęcie
ciepła i pracy; pojemność cieplna w stałej objętości i przy stałym ciśnieniu (definicja,
zależność od temperatury); określanie pojemności cieplnej gazu doskonałego atomowego i
dwucząsteczkowego; przemiany fazowe (topnienie, parowanie, sublimacja); funkcje
termodynamiczne stosowane do opisu procesów zachodzących w warunkach izochorycznych
i izobarycznych; procesy adiabatyczne; entalpia przemiany fazowej; entalpia tworzenia;
Prawo Hessa; Prawo Kirchoffa; warunki równowagi termodynamicznej; obliczanie zmian
wartości funkcji termodynamicznych w procesach fizycznych i chemicznych.
Zagadnienia szczegółowe: definicja analizy termicznej; zasada pomiaru DTA, TGA i DSC;
jak informacje można uzyskać z analizy krzywych DTA, TGA i DSC; zastosowanie analizy
termicznej w badaniu materiałów.
5. Literatura
1. Metody Instrumentalne w Analizie Chemicznej, W. Szczepaniak, PWN, W-wa 2002
2. Chemia Fizyczna, P.W. Atkins, PWN, W-wa 2007
3. Chemia Fizyczna, K. Pigoń, Z. Ruziewicz, PWN, W-wa 2007
4. Materiały dostępne na stronie www pracowni
Ćwiczenie nr 3
Zastosowanie spektroskopii FT-IR oraz techniki wymiany
izotopowej H/D do badania przemian strukturalnych w kolagenie
Prowadzący: dr Beata Wrzosek
1. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z zastosowaniami spektroskopii FT-IR oraz
zjawiskiem wymiany izotopowej H/D w badaniach struktury i stabilności białek. W ramach
ćwiczenia analizowane są widma absorpcyjne w podczerwieni mieszanin H2O/D2O, oraz
cienkich filmów kolagenu i żelatyny.
2. Przebieg ćwiczenia
1. Na pojedyncze szkiełko CaF2 nanieść, a następnie wysuszyć bardzo cienką warstwę
roztworu żelatyny w H2O. Zarejestrować widmo FT-IR otrzymanego filmu. Po
rejestracji pierwszego widma nakroplić nań D2O i po krótkiej inkubacji ponownie
wysuszyć, po czym zarejestrować widmo.
2. Powtórzyć operacje opisane w punkcie 1 stosując roztwór żelatyny w D2O, oraz H2O
do nakraplania na film białka.
3. Przygotować zawiesinę kolagenu w H2O poprzez ok. 20 minutowe energiczne
rozcieranie szczypty liofilizowanego białka z wodą w moździerzu. Kilka kropli
zawiesiny należy nanieść na pojedyncze szkiełko CaF2, a następnie przygotować
cienki, suchy i w miarę możliwości jednorodny film w celu późniejszej rejestracji
widm FT-IR – przed i po nakraplaniu H2O.
4.
Powtórzyć operacje opisane w punkcie 3 stosując zawiesinę kolagenu w D2O, oraz
późniejsze zwilżanie za pomocą H2O.
3.Wykonanie sprawozdania/opracowanie wyników
Należy wskazać pasma amid I, II, III oraz A w widmie niedeuterowanej żelatyny. Jak
bardzo proces deuteracji wpływa na przesunięcia spektralne tych pasm? Należy
przeprowadzić dyskusję obserwowanych efektów w kontekście natury drgań związanych z
poszczególnymi pasmami. Czy natywny kolagen przechodzi proces wymiany H/D w
podobnym do żelatyny stopniu? Jak wytłumaczyć obserwowane różnice w świetle
odmiennych struktur kolagenu i żelatyny?
4. Wymagania kolokwialne
1)Ogólne podstawy spektroskopii molekularnej
- formy energii molekuł
- kwantowanie energii
- rozkład energii w stanie równowagi termicznej
- prawdopodobieństwo absorpcji i emisji promieniowania
- rodzaje spektroskopii
2)Widmo oscylacyjne
- model oscylatora harmonicznego; oscylator anharmoniczny
- energia oscylacji molekuł
- rodzaje drgań normalnych
- oddziaływanie promieniowania z oscylującymi molekułami
- aparatura do rejestracji widm oscylacyjnych
- zastosowanie spektroskopii oscylacyjnej
5. Literatura
1) Zbigniew Kęcki "Podstawy spektroskopii molekularnej" Wydawnictwo Naukowe PWN
lub Joanna Sadlej "Spektroskopia molekularna" Wydawnictwa Naukowo-Techniczne
2) Artykuły i materiały dodatkowe- dostępne na stronie www pracowni
Ćwiczenie nr 4
Określanie rzędowości amidów alifatycznych i struktury
drugorzędowej polipeptydów na postawie widm Ramana
Prowadzący: dr Agata Królikowska
1. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest identyfikacja próbek trzech amidów alifatycznych o różnej rzędowości
na podstawie ich widm ramanowskich. Ponadto na podstawie zarejestrowanych widm
Ramana określona zostanie również struktura drugorzędowa kilu polipeptydów.
2. Przebieg ćwiczenia
1. Rejestracja widm Ramana trzech ciekłych amidów o różnej rzędowości (np. formamid, Nmetyloformamid, N, N- dimetyloformamid) w szerokim zakresie spektralnym (od 200 do
4000cm-1).
2. Interpretacja otrzymanych widm (rozpoznanie drgań charakterystycznych) i określenie
rzędowości badanych amidów na ich podstawie.
3. Identyfikacja związków poprzez porównanie zarejestrowanych widm z danymi
literaturowymi.
4. Rejestracja widm próbek polipeptydów wskazanych przez prowadzącego szerokim zakresie
spektralnym (od 200 do 4000cm-1).
5. Określenie struktury drugorzędowej badanych polipeptydów na podstawie analizy widma
ramanowskiego oraz porównanie z danymi literaturowymi wskazanymi przez prowadzącego.
3.Wykonanie sprawozdania/opracowanie wyników
1. Wytłumaczenie skąd biorą się różnice w widmie ramanowskim dla amidów o różnej
rzędowości oraz polipeptydów o odmiennej strukturze drugorzędowej, umożliwiające ich
rozróżnienie tą technika spektroskopową.
2. Wskazanie pasm amidowych I, II i III w widmach amidów oraz drgań rozciągających N-H
w zarejestrowanych widmach amidów i porównanie ich położenia z wartościami
literaturowymi.
3. Określenie rzędowości amidu w próbce na podstawie widma (uzasadniając interpretację).
4. Zidentyfikowanie struktury drugorzędowej analizowanych ramanowsko polipeptydów na
podstawie częstości pasm amidowych I i III, w odniesieniu do danych literaturowych.
4. Wymagania kolokwialne
1. Widmo oscylacyjne:
- klasyczny model oscylatora harmonicznego; oscylator anharmoniczny
- energia oscylacji molekuł
- pojęcie drgania normalnego, rodzaje drgań
2. Podstawy teoretyczne widma Ramana:
- rozproszenie promieniowania Rayleigha i Ramana
- mechanizm zjawiska
- prawdopodobieństwo przejść
- reguły wyboru
3. Schemat ideowy spektrometru ramanowskiego.
4. Porównanie widma ramanowskiego z widmem w podczerwieni.
5. Zastosowanie spektroskopii ramanowskiej w biologii.
5. Literatura
1. Kęcki Z., Podstawy spektroskopii molekularnej, PWN, W-wa, 1992
2. Sadlej J., Spektroskopia molekularna, WNT, W-wa, 2002
3. Materiały dostępne na stronie www pracowni
Ćwiczenie nr 5 (dwie części: A i B)
Synteza nanostruktur CdS w roztworach koloidalnych i badanie ich
właściwości metodami DLS, spektroskopii UV/VIS i
spektrofluorymetrii
Prowadzący: mgr Zuzanna Głębicka
1. Cel ćwiczenia
Ćwiczenie pozwoli studentowi zapoznać się z metodami otrzymywania i
właściwościami
różnych
nanopółprzewodników.
wielkościach
pozwoli
na
Synteza
dokładne
i
badanie
zrozumienie
cząstek
o
zależności
pomiędzy rozmiarem, a właściwościami optycznymi kropek kwantowych.
2. Przebieg ćwiczenia
W pierwszej części ćwiczenia studenci samodzielnie przeprowadzą szereg
syntez nanocząstek CdS w roztworach koloidalnych. W toku syntez
zmieniane będą parametry wpływające na wielkość otrzymywanych
nanocząstek (objętość wody, stężenie surfaktantów).
Kolejną częścią ćwiczenia będzie zbadanie właściwości otrzymanych
zawiesin. Studenci przeprowadzą pomiary rozrzutu wielkości metodą DLS,
potencjału
zeta
i
właściwości
optycznych
(spektroskopia
UV/VIS
i
spektrofluorymetria).
3. Wykonanie sprawozdania/opracowanie wyników
Sprawozdanie powinno zawierać opis przeprowadzonych syntez, wyniki
pomiarów i ich interpretację, omówienie zależności pomiędzy warunkami
prowadzenia reakcji, a rozmiarem produktu, a także pomiędzy wielkością
cząstek a ich właściwościami.
4. Wymagania kolokwialne
- właściwości nanopółprzewodników i metody ich badania, kwantowy efekt
rozmiarowy, metody otrzymywania kropek kwantowych.
- synteza kropek kwantowych metodą emulsyjną, podział emulsji wg
Windsora, parametry prowadzenia reakcji wpływające na właściwości
otrzymanego produktu, właściwości i podział surfaktantów, budowa
surfaktantów i ich wpływ na rodzaj tworzonej emulsji
5. Literatura
Materiały dostępne u prowadzącego
Ćwiczenie nr 6
Pomiar wielkości cząstek metodą dynamicznego rozpraszania
światła
Prowadzący: mgr Krystyna Kijewska
1.Cel ćwiczenia
Cel: celem ćwiczenia jest synteza nanocząstek krzemionkowych oraz pomiary ich wielkości i
polidyspersyjności metodą dynamicznego rozproszenia światła za pomocą aparatu Zetasizer Nano.
2.Przebieg ćwiczenia
Część eksperymentalna składa się z przygotowania krzemionkowych cząstek koloidalnych o
różnych średnicach w zależności od czasu reakcji (30, 60, 90, 120 min.) oraz z pomiaru ich
wielkości oraz polidyspersyjności metodą DLS.
3.Wykonanie sprawozdania/opracowanie wyników
Opracowanie wyników:
1. Narysować wykres zależności wielkości cząstek od czasu reakcji. Przedyskutować otrzymane
wyniki .
2. Czy uzyskane próbki były mono- czy polidyspersyjne?
3. Czy rozkład średnic we wszystkich czterech próbkach jest zbliżony?
4.Wymagania kolokwialne
Koloidy – definicja i podział, mechanizm tworzenia krzemionkowych cząstek
koloidalnych, mechanizm rozproszenia światła na cząstkach koloidalnych, zasada
działania analizatora wielkości cząstek, ruchy Browna, wzór Stokesa – Einsteina
5. Literatura
1.
Peter W. Atkins „Chemia Fizyczna”
2.
Materiały dostępne u prowadzącego
Ćwiczenie nr 7
Wpływ adsorpcji na powierzchni kwarcu i obecności kwasu
humusowego na fluorescencję pirenu
Prowadzący: mgr Daria Kępińska
1.Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest zbadanie wpływu adsorpcji pirenu oraz jego oddziaływania z kwasem
humusowym na intensywność fluorescencji.
2.Przebieg ćwiczenia
Część eksperymentalna składa się z przygotowania roztworów pirenu, kwasu humusowego oraz
buforu fosforanowego o odpowiednich stężeniach, adsorpcji pirenu na kwarcu i pomiarze
intensywności fluorescencji oraz zbadaniu wpływu obecności kwasu humusowego na fluorescencjię
pirenu.
3.Wykonanie sprawozdania/opracowanie wyników
Adsorpcja
1. Przedstawić wyniki pomiarów w tabeli.
2. Wykreślić zależność intensywności fluorescencji od czasu. Przedyskutować przebieg
krzywej.
3. Obliczyć początkową fluorescencję(F0) pirenu odejmując od fluorescencji pirenu w
buforze fluorescencję samego buforu. Ze wzoru (4) wyznaczyć wartości kw i k-w. Ze
wzoru (3) wyznaczyć stałą równowagi adsorpcji K.
4. Przedyskutować otrzymane wyniki.
Wygaszanie fluorescencji
1. Przestawić wyniki pomiarów w tabeli.
2. Obliczyć początkową fluorescencję(F0) pirenu odejmując od fluorescencji pirenu w
buforze fluorescencję samego buforu.
3. Dla każdego stężenia kwasu humusowego obliczyć fluorescencję właściwą (F), odejmując
od fluorescencji kompleksu z pirenem fluorescencję kompleksu z buforem.
4. Wykreślić zależność F0/F w funkcji stężenia kwasu humusowego [HA]. Z nachylenia
krzywej wyznaczyć Ka.
5. Przedyskutować otrzymane wyniki.
4.Wymagania kolokwialne
Podstawy zjawiska fluorescencji i fosforescencji, widma fluorescencyjne, wzbudzeniowe i
absorpcyjne, diagram Jabłońskiego, struktura oscylacyjna pasm emisyjnych, czas życia fluorescencji,
wydajność kwantowa, tłumienie fluorescencji, fluorescencja ekscimerów, podstawy zjawiska
adsorpcji, adsorpcja pirenu: model dynamiczny i statyczny, mechanizm wygaszania fluorescencji
pirenu w obecności kwasów humusowych
5. Literatura
1.Joseph R. Lakowicz ”Principles of fluorescence spectroscopy”
2.Peter W. Atkins Chemia Fizyczna
3.Materiały dostępne u prowadzącego
Ćwiczenie nr 8
EPR (elektronowy rezonans paramagnetyczny)- reakcja utleniania
hydrochinonu i jego pochodnych
Prowadzący: mgr Szymon Żerko
1. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest zbadanie przebiegu reakcji pochodnych hydrochinonu przez
pomiar sygnału ich produktu przejściowego, będącego wolnym rodnikiem. Pomiaru
dokonuje się za pomocą miniaturowego spektrometru EPR Benchtop Micro-ESR o
zakresie przemiatania pola magnetycznego 1180-1262 gaussów i częstotliwości 3.5
GHz.
2. Przebieg ćwiczenia
1. Przygotowanie spektrometru μESR do pracy
2. Przygotowanie 5ml 1M roztworu hydrochinonu i jego pochodnych w
izopropanolu.
3. Przygotowanie próbki odniesienia
4. Rejestracja sygnału tła
5. Rejestracja sygnału próbki odniesienia
6. Inicjacja reakcji rodnikowej przez dodanie 20μl stężonego roztworu KOH.
7. Wykonanie widma EPR i obserwacja jego zmian w trakcie reakcji.
8. Powtórzenie pomiaru dla pochodnych hydrochinonu
3.Wykonanie sprawozdania/opracowanie wyników
Dla każdej z badanych substancji:
1. Opisać warunki rejestracji widm EPR i dokonać ich interpretacji
2. Jakich schematów rozszczepień można się spodziewać dla badanego
rodnika? Które z nich widać w widmie? Co mówią nam one na temeat
struktury elektronowej?
3. Wyznacz stałą struktury nadsubtelnej oraz czynnik Landego. Porównaj z
wynikami z literatury.
4. Sporządź wykres zależności stężenia rodnika od czasu. Skomentuj wyniki
uwzględniając możliwe mechanizmy zaniku rodnika.
5. Wyjaśnij jakim zjawiskom odpowiadają zmiany koloru mieszaniny reakcyjnej.
4. Wymagania kolokwialne
1. Elektronowy magnetyczny moment dipolowy (spinowy i orbitalny), czynnik g, wzór
Landego
2. Reguły wyboru dla przejść EPR, warunek rezonansu
3. Sprzężenie spin elektronu - spin jądra: mechanizmy Fermiego i dipol-dipol
4. Struktura nadsubtelna sygnałów EPR, relacja McConnela
5. Budowa i działanie spektrometru EPR
6. Rodzaje centrów paramagnetycznych – zastosowania spektroskopii EPR
7. Selektywność a czułość spektroskopii EPR. Rozkład Boltzmanna.
5. Literatura
[1] P.W. Atkins, Chemia Fizyczna, PWN 2001, rozdz. 18.10-11
[2] J. Sadlej, Spektroskopia Molekularna, WNT 2002, rozdz. 7
[3] H. Haken, H.C. Wolf, Fizyka molekularna z elementami chemii kwantowej, PWN 1998,
rozdz. 19 (19.1-19.3, 19.8)
[4] Z. Kęcki, Podstawy Spektroskopii Molekularnej, PWN 1998, rozdz. 8 i 10
[5] Instrukcja dostępna na stronie www pracowni
Ćwiczenie nr 9
Widma korelacyjne NMR (jądrowy rezonans magnetyczny)
Prowadzący: prof. Wiktor Koźmiński/mgr Szymon Żerko
Cel ćwiczenia
Ćwiczenie adresowane jest do studentów zainteresowanych pogłębieniem wiedzy na temat
współczesnych metod spektroskopii NMR. Celem ćwiczenia jest zapoznanie studentów z
podstawowymi zagadnieniami dwu- i wielowymiarowej spektroskopii NMR oraz ich
zastosowaniami metod wielowymiarowej i korelacyjnej spektroskopii NMR w chemii i
biochemii. Zakres ćwiczenia obejmuje wykonanie i samodzielną analizę prostych
dwuwymiarowych widm NMR.
Wprowadzenie
W widmach jednowymiarowych mierzy się przebieg sygnału FID w funkcji jednej
zmiennej czasu f(t) i po transformacji Fouriera uzyskuje widmo w funkcji częstości S(ν).
Wprowadzenie dodatkowej zmiennej zwanej okresem ewolucji pozwala, dzięki dwukrotnej
transformacji Fouriera, uzyskać widmo w postaci amplitudy sygnału zależnej od dwóch
różnych częstotliwości S(ν1,ν2). Takie widma zawierają dodatkowe informacje o badanej
substancji, np. informację o istnieniu wzajemnych sprzężeń spinowo-spinowych. Oprócz
ograniczeń wynikających z mocy obliczeniowej komputerów i czasu trwania eksperymentu
nie stoi nic na przeszkodzie w dalszym zwiększaniu liczby czasów ewolucji. Obecnie w
chemii stosuje się rutynowo widma dwuwymiarowe, a w badaniach związków o znaczeniu
biologicznym np. białek niezbędne są widma trój- i czterowymiarowe.
Pomiary widm wielowymiarowych umożliwiają :
- identyfikację wzajemnie oddziałujących jąder
- rozdzielenie i identyfikację nakładających się sygnałów
- poprawę czułości przez wzbudzenie i detekcję jąder o wysokim współczynniku
żyromagnetycznym (najczęściej 1H)
- pośredni pomiar koherencji wielokwantowych
- pomiar stałych sprzężenia spin-spin o wysokiej dokładności i precyzji
Istnieje wiele rozmaitych technik dwuwymiarowej spektroskopii NMR, można je
podzielić na homojądrowe wykorzystujące pomiar w czasach t1 i t2 ewolucji magnetyzacji
jąder jednego rodzaju oraz heterojądrowe dla różnych jąder. Ogólnie w każdej metodzie
dwuwymiarowej powinny znaleźć się okresy ewolucji (t1), mieszania (w którym następuje
przeniesienie magnetyzacji pomiędzy jądrami) i wreszcie detekcji (t2). Niekiedy czas
mieszania może zostać pominięty lub, jak ma to miejsce w przedstawionej poniżej
homojądrowej technice COSY (COrrelated SpectroscopY), zastąpiony impulsem.
Sekwencja impulsów
stosowana w technice
COSY (a) i schematyczne
widmo w układzie dwóch
jąder I1 i I2 (b). Czasy t1 i t2
są odpowiednio pośrednio i
bezpośrednio
próbkowanymi okresami
ewolucji. Po
dwuwymiarowej
transformacji Fouriera
otrzymujemy widmo w
funkcji dwóch
częstotliwości ν1 i ν2.
Jedną z najprostszych technik dwuwymiarowych jest technika COSY, której podstawowa
sekwencja impulsów przedstawiona została na rysunku powyzej. W tej technice wprowadza
się dodatkową zmienną czasu ewolucji (t1) jako odstęp pomiędzy dwoma impulsami o 90
stopniowej rotacji. W czasie t2 dokonuje się bezpośredniego pomiaru sygnału FID w
normalny sposób. Aby uzyskać widmo zależne od obu zmiennych czasu należy wykonać
pomiar wszystkich punktów t2 dla każdej wartości czasu t1 od zera do ustalonej z góry
wartości maksymalnej. Odstęp pomiędzy punktami t1, podobnie jak w widmach
jednowymiarowych powinien być równy 1/SW, gdzie SW jest wybraną szerokością widma w
skali częstotliwości. wyżej, na rysunku 4b, przedstawiono schematycznie wygląd widma
COSY. Można na nim wyróżnić dwa rodzaje sygnałów leżące na przekątnej - diagonalne i
pozostałe. Sygnału diagonalne w widmach COSY nie niosą żadnych nowych informacji.
Natomiast obecność piku korelacyjnego poza przekątną o współrzędnych częstotliwości ν1,ν2
odpowiadających dwóm różnym jądrom świadczy o istnieniu sprzężenia spinowo-spinowego
pomiędzy nimi, pozwalając na analizę wzajemnych sprzężeń pomiędzy jądrami tego samego
rodzaju (np. 1H) i co za tym idzie przypisanie sygnałów poszczególnym atomom w molekule
potwierdzając tym samym jej strukturę. Często, a zwłaszcza w przypadku prostych molekuł,
możliwe jest również wnioskowanie o budowie i identyfikacja związków nieznanych
(oczywiście w tym wypadku konieczne jest również wykorzystanie innych technik).
Wykonanie ćwiczenia
Rejestracja widm jednowymiarowych 1H oraz korelacyjnych COSY, HSQC i HMBC
prostej substancji organicznej np. sacharoza, mentol i wykonać wydruki wraz z
rozciągnięciami trudniejszych do interpretacji fragmentów.
Opracowanie wyników
•
Narysować wzór strukturalny badanej cząsteczki i ponumerować atomy zgodnie z
obowiązującymi regułami.
•
Wyszukać jądra chemicznie równocenne.
•
Przeanalizować przesunięcia chemiczne i sprzężenia spinowo-spinowe na podstawie
widma jednowymiarowego, odszukać sygnały które można przypisać odpowiednim
atomom w cząsteczce tylko na tej podstawie.
•
Znaleźć w widmie COSY wszystkie pozadiagonalne sygnały korelacyjne i przypisać
im w widmie jednowymiarowym pary sygnałów pochodzących od wzajemnie
sprzężonych jąder.
•
Posługując
się
zebranymi
informacjami
przypisać
sygnały
w
widmie
jednowymiarowym do wszystkich atomów wodoru.
Zastanowić się czy udałoby się przypisać sygnały bez widm dwuwymiarowych, jeśli tak to w
jaki sposób i czy byłaby możliwa identyfikacja badanej cząsteczki na podstawie wykonanych
pomiarów, jeśli nie to jakich danych by brakowało.
Wymagania kolokwialne
Zasada działania spektrometru NMR z zastosowaniem transformacji Fouriera.
Ekranowanie i oddziaływania spinowo-spinowe
Transformata Fouriera.
Podstawowe zastosowania widm korelacyjnych.
Literatura
1. Andrzej Ejchart, Adam Gryff-Keller, „NMR w cieczach. Zarys teorii i metodologii”;
Wydawnictwa Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2003.
2. P. W. Atkins, Chemia Fizyczna, PWN, Warszawa, 2003