Ումկի ֆիզիկական մեթոդներ նյութի կառուցվածքն ուսումնասիրելու համար. Բյուրեղների կառուցվածքի ուսումնասիրության փորձարարական մեթոդներ, նյութերի կառուցվածքի որոշումը

82 83 84

Բաժին 4

Նյութերի և նյութերի կառուցվածքի և այլ հատկությունների դատաբժշկական հետազոտության մեթոդներ և տեխնիկական միջոցներ

Թվում է, թե նպատակահարմար է միաժամանակ դիտարկել նյութերի փուլային վերլուծության և դրանց կառուցվածքի ուսումնասիրման մեթոդները, քանի որ փուլային կազմը և կառուցվածքը փոխկապակցված են, և դրանց ուսումնասիրության որոշ մեթոդներ համընկնում են: KIVMI-ում կառուցվածքը և փուլային կազմը հիմնականում ուսումնասիրվում են մետաղագրության և ռենտգենյան դիֆրակցիայի մեջ:

Բրինձ. 29.Նյութերի և նյութերի փուլային բաղադրության ուսումնասիրության մեթոդների համակարգ

4.1.

ՆՅՈՒԹԵՐԻ ԵՎ ՆՅՈՒԹԵՐԻ ՓԱԶԱԿԱՆ ԿԱԶՄԸ ՈՒՍՈՒՄՆԱՍԻՐՈՒԹՅԱՆ ՄԵԹՈԴՆԵՐ. ՔՐԵԱԿԱՆԱԳԻՏՈՒԹՅԱՆ ՄԵՋ

Նյութերի և նյութերի փուլային բաղադրության ուսումնասիրության մեթոդներՆախատեսված է նույն և տարբեր քիմիական բաղադրություն ունեցող փուլերի որակական և քանակական պարունակությունը հաստատելու համար (նկ. 29):

Մետաղագրական վերլուծություն

Նյութերագիտության այն բաժինը, որն ուսումնասիրում է մետաղների և համաձուլվածքների մակրո և միկրոկառուցվածքի փոփոխությունները՝ կապված դրանց քիմիական կազմի և մշակման պայմանների փոփոխության հետ, կոչվում է մետալոգրաֆիա։ Մետաղագրական անալիզի նկարագրությունը տրվել է վերևում (բաժնում 3.1. «Նյութերի և նյութերի դատաբժշկական մորֆովերլուծության մեթոդներ և տեխնիկական միջոցներ»):

Մետաղագրական հատվածների ուսումնասիրությունը հնարավորություն է տալիս որոշել մետաղի կառուցվածքը, մանրադիտակի տեսադաշտում դիտարկել տարբեր փուլեր, որոնք կարելի է ներկել տարբեր գույներով։ Սա թույլ է տալիս պարզել այնպիսի կարևոր հանգամանքներ, ինչպիսիք են արտադրանքի մշակման տեխնոլոգիայի առանձնահատկությունները (կեղծում, ջերմային մշակում և այլն), նմուշի ջեռուցման ջերմաստիճանը և միջադեպի պահը, օրինակ, հրդեհի դեպքում և այլն: Այսպիսով, օրինակ, մետալոգրաֆիական վերլուծության միջոցով կարելի է պարզել, թե որ մթնոլորտում, աղքատ կամ թթվածնով հարուստ, լարերը հալվել են կարճ միացման պահին։ Իր հերթին, այս հանգամանքի հաստատումը կարևոր է այն հարցի լուծման համար, թե արդյոք կարճ միացումն է եղել հրդեհի պատճառ, թե առաջացել է դրանից։

Մետաղագրական վերլուծությունը հնարավորություն է տալիս գնահատել ընդգրկումների քանակական պարունակությունը բարակ հատվածում և շատ պարզ է։ Այնուամենայնիվ, հետազոտության այս մեթոդը կործանարար է և զիջում է ռենտգենյան փուլային վերլուծության ճշգրտությանը:

Ռենտգենյան դիֆրակցիոն փուլային վերլուծություն

Ռենտգենյան փուլային անալիզը պինդ բյուրեղային և որոշ ամորֆ նյութերի ֆազային բաղադրությունը որոշելու մեթոդ է։ Յուրաքանչյուր բյուրեղային նյութ ունի խիստ անհատական ​​բյուրեղային ցանցի երկրաչափություն, որը բնութագրվում է միջպլանային հեռավորությունների մի շարքով: Երբ ռենտգենյան ճառագայթներն անցնում են բյուրեղի միջով, առաջանում է դիֆրակցիոն էֆեկտ։ Դիֆրակցիոն օրինաչափությունն իրականացվում է կամ լուսանկարչականորեն հատուկ տեսախցիկների մեջ ռենտգենյան ֆիլմի վրա, կամ օգտագործելով ռենտգենյան դիֆրակտոմետրեր՝ օգտագործելով էլեկտրոնային ձայնագրման համակարգեր:

Նմուշում առկա փուլի հարցը լուծելու համար դրա բյուրեղային կառուցվածքը որոշելու կարիք չկա: Բավական է հաշվարկել դիֆրակցիոն օրինաչափությունը (ռենտգենյան օրինաչափություն) և համեմատել միջպլանային հեռավորությունների և հարաբերական գծերի ինտենսիվության ստացված շարքը ռենտգենյան տվյալների ֆայլերում տրվածների հետ, որոնցից առավել ամբողջականը մշտապես թարմացվող ամերիկյան փուլային որոշիչն է. Փոշու դիֆրակցիոն ստանդարտների (JCPDS) ֆայլը:

Ռենտգենյան օրինաչափության վրա որոշակի գծերի առկայությունը (դիֆրակցիոն օրինաչափություն) բնութագրում է նմուշի որակական փուլային կազմը: Մի քանի առանձին քիմիական միացությունների խառնուրդը տալիս է ռենտգենյան օրինաչափություն, որը առանձին փուլերը բնութագրող դիֆրակցիոն էֆեկտների սուպերպոզիցիա է։ Նմուշների և ստանդարտների միջպլանային հեռավորությունները համեմատելիս հաճախ անհրաժեշտ է լինում վերլուծել շատ մեծ տեղեկատվական զանգվածներ, հետևաբար տվյալների մշակումն իրականացվում է համակարգչի վրա՝ օգտագործելով ավտոմատացված համակարգերև տվյալների բազաներ։

Ռենտգեն փուլային վերլուծությունը օգտագործվում է KIVMI-ի այնպիսի օբյեկտների ուսումնասիրության համար, ինչպիսիք են մետաղները և համաձուլվածքները, դեղամիջոցները, հողի ծագման նյութերը, թուղթը, օծանելիքը և կոսմետիկան, ներկերը և լաքերը և ծածկույթները և այլն:

Կալորիմետրիկ վերլուծություն

Կալորաչափությունը տարբեր ֆիզիկական, քիմիական և կենսաբանական գործընթացներին ուղեկցող ջերմային ազդեցությունների (ջերմության քանակի) չափման մեթոդների խումբ է։ Կալորաչափությունը ներառում է ջերմային հզորության չափումը, փուլային անցումների ջերմությունը, մագնիսացման ջերմային ազդեցությունները, էլեկտրաֆիկացումը, տարրալուծումը, քիմիական ռեակցիաները (օրինակ՝ այրումը): Կալորաչափության մեջ օգտագործվող գործիքները կոչվում են կալորիմետրեր:

Ջերմոգրաֆիայի մեթոդներն օգտագործվում են, օրինակ, պոլիմերների ուսումնասիրության ժամանակ։ Դրանք հնարավորություն են տալիս որոշել պոլիմերների տեսակները, դրանց խառնուրդների և համապոլիմերների բաղադրությունը, որոշ պոլիմերների դասակարգերը, հատուկ հավելումների, գունանյութերի և լցոնիչների առկայությունը և կազմը, պոլիմերների սինթեզի և վերամշակման տեխնոլոգիայի առանձնահատկությունները: արտադրանքը, ինչպես նաև վերջիններիս շահագործման պայմանները։ Սակայն առավել արդյունավետ է անալիզի ջերմագրական և գազային քրոմատոգրաֆիկ մեթոդների համակցումը։

Ջերմային վերլուծության մեթոդներ

Անալիզի ջերմային մեթոդներ - ֆիզիկաքիմիական ուսումնասիրության մեթոդներ և քիմիական գործընթացներ, ջերմային էֆեկտների գրանցման հիման վրա՝ ուղեկցվող ջերմաստիճանի ծրագրավորմամբ։ Ջերմային վերլուծության մեթոդների կարգավորումը սովորաբար ներառում է վառարան, նմուշի պահարաններ, ջերմազույգեր, որոնք չափում են ջեռոցում ջերմաստիճանը և նմուշներ: Երբ նմուշը տաքացվում կամ սառչում է, ժամանակի ընթացքում գրանցվում են օբյեկտի ջերմաստիճանի փոփոխությունները: Ֆազային փոխակերպումների դեպքում ջեռուցման (սառեցման) կորի վրա առաջանում է սարահարթ կամ ճեղք։

Ջերմագրավիմետրիկ վերլուծությունը (TGA) հիմնված է նմուշի զանգվածի փոփոխության գրանցման վրա՝ կախված ջերմաստիճանից՝ միջավայրի ջերմաստիճանի ծրագրավորված փոփոխության պայմաններում:

Դիֆերենցիալ ջերմային անալիզում (DTA) ժամանակի ընթացքում գրանցվում է փորձարկման նմուշի և հղման նմուշի ջերմաստիճանի տարբերության փոփոխությունը, որը չի ենթարկվում որևէ փոխակերպման տվյալ ջերմաստիճանի միջակայքում: DTA-ով գրանցված ազդեցությունները կարող են առաջանալ հալման, սուբլիմացիայի, գոլորշիացման, եռման, բյուրեղային ցանցի փոփոխության և քիմիական փոխակերպումների հետևանքով:

4.2. ՆՅՈՒԹԵՐԻ ԵՎ ՆՅՈՒԹԵՐԻ ԿԱՌՈՒՑՎԱԾՔԸ ՈՒՍՈՒՄՆԱՍԻՐՈՒԹՅԱՆ ՄԵԹՈԴՆԵՐ. ՔՐԵԱԿԱՆԱԳԻՏՈՒԹՅԱՆ ՄԵՋ

Կախված ծագումից, արտադրության տեխնոլոգիայից կամ շահագործման պայմաններից՝ նույն նյութերը կամ նյութերը կարող են ունենալ տարբեր կառուցվածք։ Օրինակ՝ պողպատի կարծրացումը կամ կոփումը չի փոխում նրա բաղադրությունը, այլ փոխում է կառուցվածքը, ինչի արդյունքում մեխանիկական հատկություններ(կարծրություն, առաձգականություն և այլն):

Ինչպես արդեն նշվեց, մետալոգրաֆիկ և ռենտգենյան սպեկտրային անալիզներն առավել հաճախ օգտագործվում են նյութերի և նյութերի բյուրեղային կառուցվածքը ուսումնասիրելու համար: Մետաղագրական վերլուծության նկարագրությունը տրված է վերևում, ուստի մենք կկենտրոնանանք ռենտգենյան դիֆրակցիոն վերլուծության վրա:

Մեթոդի ֆիզիկական հիմքը ռենտգենյան ճառագայթների փոխազդեցության հատուկ բնույթն է այն նյութերի հետ, որոնք ունեն պատվիրված կառուցվածք։ Ջերմային և մեխանիկական ազդեցությունները դրանցից պատրաստված նյութերի և արտադրանքի վրա (հատկապես մետաղներից և համաձուլվածքներից) հանգեցնում են մնացորդային մակրոլարերի առաջացմանը, որն էլ իր հերթին առաջացնում է բյուրեղային ցանցի դեֆորմացիա։ Այս դեֆորմացիան գրանցվում է ռենտգենյան դիֆրակցիոն ուսումնասիրությունների ընթացքում դիֆրակտոգրամների և ռենտգենյան օրինաչափությունների վրա գծային տեղաշարժերի տեսքով: Մետաղների և համաձուլվածքների կռման ժամանակ նշվում են մնացորդային լարումների հեռացում, վերաբյուրեղացում և հատիկի աճ, ինչը հանգեցնում է ռենտգենյան գծերի դիրքի, ձևի և լայնության փոփոխության։ Բացի այդ, մետաղի տաքացումը հանգեցնում է արտադրանքի մակերեսի մասշտաբի առաջացմանը, որի առկայությունը գրանցվում է ռենտգենյան օրինաչափության վրա (դիֆրակցիոն օրինաչափություն)՝ լրացուցիչ գծերի տեսքի տեսքով։

Ռենտգենյան դիֆրակցիոն վերլուծություն. 1) Ռենտգենյան ճառագայթը բյուրեղի միջով անցնելիս ստացված դիֆրակցիոն օրինաչափությունների համաձայն՝ որոշվում են միջատոմային հեռավորությունները և հաստատվում բյուրեղի կառուցվածքը. 2) Լայնորեն կիրառվում է որոշել սպիտակուցի և նուկլեինաթթվի մոլեկուլների կառուցվածքը. 3)Կապի երկարությունները և անկյունները, որոնք հստակորեն սահմանված են փոքր մոլեկուլների համար, օգտագործվում են որպես ստանդարտ արժեքներ՝ ենթադրելով, որ դրանք մնում են նույնը ավելի բարդ պոլիմերային կառույցներում. 4) Սպիտակուցների և նուկլեինաթթուների կառուցվածքը որոշելու քայլերից մեկը պոլիմերների մոլեկուլային մոդելների կառուցումն է, որոնք համապատասխանում են ռենտգենյան տվյալներին և պահպանում են կապի ստանդարտ երկարությունները և կապի անկյունները:

Միջուկային մագնիսական ռեզոնանս. 1) Հիմքում - ռադիոհաճախականության տիրույթում էլեկտրամագնիսական ալիքների կլանումը ատոմների միջուկների կողմից ունենալով մագնիսական պահ; 2) Էներգիայի քվանտի կլանումը տեղի է ունենում, երբ միջուկները գտնվում են NMR սպեկտրոմետրի ուժեղ մագնիսական դաշտում; 3) Տարբեր քիմիական միջավայրերով միջուկներ էներգիա կլանել մի փոքր այլ մագնիսական դաշտում (կամ մշտական ​​լարման դեպքում, մի փոքր տարբեր հաճախականությամբ ռադիոհաճախականության թրթռումներ); 4) Արդյունքն այն է NMR սպեկտր նյութ, որում մագնիսական ասիմետրիկ միջուկները բնութագրվում են որոշակի ազդանշաններով՝ «քիմիական տեղաշարժեր» ցանկացած ստանդարտի նկատմամբ. ; 5) NMR սպեկտրները հնարավորություն են տալիս որոշել տվյալ տարրի ատոմների թիվը միացությունում և տվյալ տարրի շրջապատող այլ ատոմների քանակն ու բնույթը:

Էլեկտրոնային պարամագնիսական ռեզոնանս (EPR): 1) Օգտագործվում է էլեկտրոնների կողմից ճառագայթման ռեզոնանսային կլանումը

Էլեկտրոնային մանրադիտակ.1) Նրանք օգտագործում են էլեկտրոնային մանրադիտակ, որը միլիոնավոր անգամ մեծացնում է առարկաները; 2) Առաջին էլեկտրոնային մանրադիտակները հայտնվեցին 1939 թ. 3) ~0,4 նմ թույլատրությամբ էլեկտրոնային մանրադիտակը թույլ է տալիս «տեսնել» սպիտակուցների և նուկլեինաթթուների մոլեկուլները, ինչպես նաև բջջային օրգանելների կառուցվածքի մանրամասները; 4) Նախագծվել են 1950 թ միկրոտոմեր Եվ դանակներ , որը թույլ է տալիս պատրաստել հյուսվածքների գերբարակ (20–200 նմ) ​​հատվածներ՝ նախապես ներկառուցված պլաստիկի մեջ։

Սպիտակուցի մեկուսացման և մաքրման մեթոդներ.Սպիտակուցի աղբյուր ընտրելուց հետո հաջորդ քայլը այն հյուսվածքից հանելն է: Եթե ​​ուսումնասիրվող սպիտակուցի զգալի մասը պարունակող էքստրակտ է ստացվել, դրանից մասնիկներ և ոչ սպիտակուցային նյութ են հանվել, ապա կարող է սկսվել սպիտակուցի մաքրումը: կենտրոնացում . Այն կարող է իրականացվել սպիտակուցի նստեցմամբ, որին հաջորդում է նստվածքի տարրալուծումը ավելի փոքր ծավալով։ Սովորաբար դրա համար օգտագործվում է ամոնիումի սուլֆատ կամ ացետոն: Նախնական լուծույթում սպիտակուցի կոնցենտրացիան չպետք է լինի 1 մգ/մլ-ից պակաս: Ջերմային դենատուրացիա . Վրա սկզբնական փուլՍպիտակուցների առանձնացման համար մաքրումները երբեմն օգտագործում են ջերմային բուժում: Այն արդյունավետ է, եթե սպիտակուցը համեմատաբար կայուն է ջերմային պայմաններում, մինչդեռ ուղեկցող սպիտակուցները դենատուրացված են: Սա փոփոխում է լուծույթի pH-ը, բուժման տևողությունը և ջերմաստիճանը: Օպտիմալ պայմաններ ընտրելու համար նախապես իրականացվում է մի շարք փոքր փորձեր։ Մաքրման առաջին փուլերից հետո սպիտակուցները հեռու են միատարր վիճակից։ Ստացված խառնուրդում սպիտակուցները միմյանցից տարբերվում են լուծելիությամբ, մոլեկուլային քաշով, մոլեկուլի ընդհանուր լիցքով, հարաբերական կայունությամբ և այլն։ Սպիտակուցների նստեցումը օրգանական լուծիչներով:Սա հին մեթոդներից է։ Այն կարևոր դեր է խաղում արդյունաբերական մասշտաբով սպիտակուցների մաքրման գործում։ Ամենից հաճախ օգտագործվում են այնպիսի լուծիչներ, ինչպիսիք են էթանոլը և ացետոնը, ավելի քիչ՝ իզոպրոպանոլ, մեթանոլ, դիոքսան: Գործընթացի հիմնական մեխանիզմը. քանի որ օրգանական լուծիչի կոնցենտրացիան մեծանում է, ջրի կարողությունը՝ լուծելու ֆերմենտի լիցքավորված հիդրոֆիլ մոլեկուլները, նվազում է։ Սպիտակուցների լուծելիության նվազում կա մինչև այն մակարդակը, որից սկսվում է ագրեգացումը և տեղումները: Տեղումների վրա ազդող կարևոր պարամետրը սպիտակուցի մոլեկուլի չափն է: Որքան մեծ է մոլեկուլը, այնքան ցածր է օրգանական լուծիչի կոնցենտրացիան, որն առաջացնում է սպիտակուցի տեղումներ: Գելի ֆիլտրում Օգտագործելով գել ֆիլտրման մեթոդը, մակրոմոլեկուլները կարող են արագ բաժանվել ըստ իրենց չափի: Քրոմատոգրաֆիայի կրողը գելն է, որը բաղկացած է խաչաձև կապակցված եռաչափ մոլեկուլային ցանցից, որը ձևավորվում է գնդիկների (հատիկների) տեսքով՝ սյուները հեշտ լցնելու համար։ Այսպիսով սեֆադեքսներխաչաձեւ կապակցված դեքստրաններ են (մանրէաբանական ծագման α-1→6-գլյուկաններ)՝ նշված ծակոտիների չափերով։ Դեքստրան շղթաները խաչաձեւ կապակցված են երեք ածխածնային կամուրջներով՝ օգտագործելով էպիքլորոհիդրին: Որքան շատ են խաչմերուկները, այնքան ավելի փոքր են անցքերը: Այսպիսով ստացված գելը կատարում է մոլեկուլային մաղի դեր։ Երբ նյութերի խառնուրդի լուծույթն անցնում է ուռած Sephadex հատիկներով լցված սյունակի միջով, Sephadex-ի ծակոտի չափից մեծ մասնիկներն արագորեն կշարժվեն: Փոքր մոլեկուլները, ինչպիսիք են աղերը, դանդաղ կշարժվեն, երբ շարժվում են հատիկների մեջ: էլեկտրոֆորեզ

ֆիզիկական սկզբունքէլեկտրոֆորեզի մեթոդը հետևյալն է. Սպիտակուցի մոլեկուլը ցանկացած pH-ի լուծույթում, որը տարբերվում է իր իզոէլեկտրական կետից, ունի որոշակի միջին լիցք: Սա հանգեցնում է նրան, որ սպիտակուցը շարժվում է էլեկտրական դաշտում: Շարժիչ ուժը որոշվում է էլեկտրական դաշտի ուժգնության մեծությամբ Եբազմապատկված մասնիկի ընդհանուր լիցքով զ. Այս ուժին հակադրվում է միջավայրի մածուցիկությունը, որը համաչափ է մածուցիկության գործակցին η , մասնիկների շառավիղը r(Սթոքսի շառավիղը) և արագությունը v.; E z = 6պիրվ.

Սպիտակուցի մոլեկուլային քաշի որոշում.Զանգվածային սպեկտրոմետրիան (զանգվածային սպեկտրոսկոպիա, զանգվածային սպեկտրոգրաֆիա, զանգվածային սպեկտրային վերլուծություն, զանգվածային սպեկտրոմետրիկ անալիզ) նյութի ուսումնասիրության մեթոդ է՝ զանգվածի և լիցքի հարաբերակցությունը որոշելու միջոցով։ Սպիտակուցներն ընդունակ են ձեռք բերել բազմաթիվ դրական և բացասական լիցքեր։ ատոմներ քիմիական տարրերունեն հատուկ քաշ. Այսպիսով, վերլուծված մոլեկուլի զանգվածի ճշգրիտ որոշումը հնարավորություն է տալիս որոշել նրա տարերային բաղադրությունը (տես՝ տարրական անալիզ)։ Զանգվածային սպեկտրոմետրիան նաև կարևոր տեղեկություններ է տալիս վերլուծված մոլեկուլների իզոտոպային կազմի մասին։

Ֆերմենտների մեկուսացման և մաքրման մեթոդներ Կենսաբանական նյութից ֆերմենտների մեկուսացումը ֆերմենտներ ստանալու միակ իրական միջոցն է . Ֆերմենտային աղբյուրներ.գործվածքներ; բակտերիաներ, որոնք աճում են համապատասխան սուբստրատ պարունակող միջավայրի վրա. բջջային կառուցվածքներ (միտոքոնդրիա և այլն): Անհրաժեշտ է նախ մեկուսացնել ցանկալի առարկաները կենսաբանական նյութից:

Ֆերմենտային արդյունահանման մեթոդներ. 1) Արդյունահանում(թարգմանությունը լուծման):բուֆերային լուծույթ (կանխում է թթվայնացումը); չորացում ացետոնով ; նյութի մշակում բութանոլի և ջրի խառնուրդով ; արդյունահանում տարբեր օրգանական լուծիչներով, լվացող միջոցների ջրային լուծույթներով ; նյութերի մշակում պերքլորատներով, հիդրոլիտիկ ֆերմենտներով (լիպազներ, նուկլեազներ, պրոտեոլիտիկ ֆերմենտներ)

Բութանոլը ոչնչացնում է լիպոպրոտեինային համալիրը, և ֆերմենտը անցնում է ջրային փուլ։

Լվացող միջոցներով բուժումը հանգեցնում է ֆերմենտի իրական տարրալուծմանը:

կոտորակավորում.Արդյունքների վրա ազդող գործոններ՝ pH, էլեկտրոլիտի կոնցենտրացիան: Անհրաժեշտ է անընդհատ չափել ֆերմենտի ակտիվությունը։

Կոտորակային տեղումներ pH փոփոխությամբ

Կոտորակի ջերմային դենատուրացիա

կոտորակային տեղումներ օրգանական լուծիչներով

աղի ֆրակցիոնացում - աղակալում

կոտորակային կլանումը (Ա.Յա.Դանիլևսկիներծծող նյութը ավելացվում է ֆերմենտի լուծույթին, այնուհետև յուրաքանչյուր բաժին առանձնացվում է ցենտրիֆուգմամբ

§ եթե ֆերմենտը ներծծվում է, ապա այն առանձնացվում է, ապա զտվում է ներծծող նյութից

§ եթե ֆերմենտը չի ներծծվում, ապա ադսորբենտային բուժումը օգտագործվում է բալաստային նյութերը առանձնացնելու համար.

ֆերմենտային լուծույթն անցնում է ներծծող նյութով սյունակի միջով և հավաքվում են ֆրակցիաներ

Ֆերմենտները կլանվում են ընտրովի` սյունակային քրոմատոգրաֆիա, էլեկտրոֆորեզ; բյուրեղացում - բարձր մաքրված ֆերմենտների ստացում:

Բջիջը՝ որպես կյանքի ամենափոքր միավոր.

Բջջային ժամանակակից տեսությունը ներառում է հետևյալ հիմնական դրույթները՝ Բջիջ - բոլոր կենդանի օրգանիզմների կառուցվածքի և զարգացման հիմնական միավորը, կյանքի ամենափոքր միավորը։ Բոլոր միաբջիջ և բազմաբջիջ օրգանիզմների բջիջները կառուցվածքով, քիմիական կազմով և կենսագործունեության հիմնական դրսևորումներով նման են (հոմոլոգ): և նյութափոխանակությունը: Բջիջների վերարտադրությունը տեղի է ունենում դրանց բաժանմամբ, այսինքն. յուրաքանչյուր նոր բջիջ: Բարդ բազմաբջիջ օրգանիզմներում բջիջները մասնագիտացված են իրենց գործառույթներում և կազմում հյուսվածքներ. Օրգանները կազմված են հյուսվածքներից։ Cl-ը տարրական է կենդանի համակարգընդունակ է ինքնավերականգնման, ինքնակարգավորման և ինքնաարտադրության։

Բջջի կառուցվածքը.պրոկարիոտային բջիջների չափերը միջինում 0,5-5 մկմ են, էուկարիոտիկ բջիջների չափերը միջինում 10-ից 50 միկրոն են։

Բջջային կազմակերպման երկու տեսակ կա. պրոկարիոտիկև էուկարիոտիկ. Պրոկարիոտ տիպի բջիջները համեմատաբար պարզ են։ Նրանք չունեն մորֆոլոգիապես հստակ միջուկ, միակ քրոմոսոմը ձևավորվում է շրջանաձև ԴՆԹ-ով և գտնվում է ցիտոպլազմայում։ Ցիտոպլազմը պարունակում է բազմաթիվ փոքր ռիբոսոմներ. միկրոխողովակները բացակայում են, ուստի ցիտոպլազմը անշարժ է, իսկ թարթիչները և դրոշակները ունեն հատուկ կառուցվածք։ Բակտերիաները դասակարգվում են որպես պրոկարիոտներ։ Ժամանակակից կենդանի օրգանիզմների մեծ մասը պատկանում է երեք թագավորություններից մեկին՝ բույսերին, սնկերին կամ կենդանիներին, որոնք միավորված են էուկարիոտների գերթագավորությունում։ Օրգանիզմները բաժանվում են միաբջիջների և բազմաբջիջների։ Միաբջիջ օրգանիզմները բաղկացած են մեկ բջջից, որն իրականացնում է բոլոր գործառույթները։ Բոլոր պրոկարիոտները միաբջիջ են։

էուկարիոտներ- օրգանիզմներ, որոնք, ի տարբերություն պրոկարիոտների, ունեն լավ ձևավորված բջջային միջուկ՝ ցիտոպլազմից սահմանափակված միջուկային թաղանթով։ Գենետիկական նյութը պարփակված է մի քանի գծային երկշղթա ԴՆԹ-ի մոլեկուլների մեջ (կախված օրգանիզմների տեսակից, դրանց թիվը մեկ միջուկի համար կարող է տատանվել երկուսից մինչև մի քանի հարյուր), որոնք ներսից կցվում են բջջի միջուկի թաղանթին և ձևավորվում ճնշող մեծամասնությունը՝ հիստոնային սպիտակուցներով բարդույթ, որը կոչվում է քրոմատին: Էուկարիոտիկ բջիջներն ունեն ներքին թաղանթների համակարգ, որոնք միջուկից բացի ձևավորում են մի շարք այլ օրգանելներ (էնդոպլազմային ցանց, Գոլջիի ապարատ և այլն)։ Բացի այդ, ճնշող մեծամասնությունն ունի պրոկարիոտների մշտական ​​ներբջջային սիմբիոններ՝ միտոքոնդրիաներ, իսկ ջրիմուռներն ու բույսերը նույնպես ունեն պլաստիդներ։

Կենսաբանական թաղանթները, դրանց հատկությունները և գործառույթները Բոլոր էուկարիոտ բջիջների հիմնական հատկանիշներից է ներքին թաղանթների կառուցվածքի առատությունն ու բարդությունը։ Մեմբրանները բաժանում են ցիտոպլազմը միջավայրը, ինչպես նաև ձևավորում են միջուկների, միտոքոնդրիումների և պլաստիդների թաղանթները։ Նրանք կազմում են էնդր-պլազմային ցանցի լաբիրինթոս և հարթեցված վեզիկուլներ՝ կույտի տեսքով, որոնք կազմում են Գոլջիի համալիրը։ Թաղանթները կազմում են լիզոսոմներ, բույսերի և սնկային բջիջների մեծ և փոքր վակուոլներ, նախակենդանիների պուլսացիոն վակուոլներ։ Այս բոլոր կառույցները կուպեներ են (կուպեներ), որոնք նախատեսված են որոշակի մասնագիտացված գործընթացների և ցիկլերի համար: Հետեւաբար, առանց թաղանթների, բջջի գոյությունն անհնար է։ պլազմային թաղանթ,կամ պլազմալեմա,- բոլոր բջիջների համար առավել մշտական, հիմնական, ունիվերսալ թաղանթ: Այն ամենաբարակ (մոտ 10 նմ) ​​թաղանթն է, որը ծածկում է ամբողջ բջիջը: Պլազմալեմման բաղկացած է սպիտակուցների և ֆոսֆոլիպիդների մոլեկուլներից: Ֆոսֆոլիպիդային մոլեկուլները դասավորված են երկու շարքով` հիդրոֆոբ ծայրերը դեպի ներս, հիդրոֆիլ գլուխները դեպի ներքին և արտաքին: ջրային միջավայր. Որոշ տեղերում ֆոսֆոլիպիդների երկշերտը (կրկնակի շերտ) ներթափանցվում է սպիտակուցի մոլեկուլներով (ինտեգրալ սպիտակուցներ): Նման սպիտակուցային մոլեկուլների ներսում կան ալիքներ՝ ծակոտիներ, որոնց միջով անցնում են ջրում լուծվող նյութերը։ Սպիտակուցի այլ մոլեկուլները ներթափանցում են լիպիդային երկշերտի կեսը մի կողմից կամ մյուսից (կիսաինտեգրալ սպիտակուցներ): Էուկարիոտային բջիջների թաղանթների մակերեսին կան ծայրամասային սպիտակուցներ։ Լիպիդների և սպիտակուցների մոլեկուլները պահպանվում են հիդրոֆիլ-հիդրոֆոբ փոխազդեցությունների միջոցով: Մեմբրանների հատկությունները և գործառույթները. Բոլոր բջջային մեմբրանները շարժական հեղուկ կառուցվածքներ են, քանի որ լիպիդների և սպիտակուցների մոլեկուլները կապված չեն կովալենտային կապերով և ունակ են բավականին արագ շարժվել մեմբրանի հարթությունում: Դրա շնորհիվ թաղանթները կարող են փոխել իրենց կոնֆիգուրացիան, այսինքն՝ ունեն հեղուկություն: Մեմբրանները շատ դինամիկ կառույցներ են: Նրանք արագ վերականգնվում են վնասից, ինչպես նաև ձգվում և կծկվում են բջջային շարժումներով: թաղանթներ տարբեր տեսակներբջիջները զգալիորեն տարբերվում են ինչպես քիմիական կազմով, այնպես էլ դրանցում առկա սպիտակուցների, գլիկոպրոտեինների, լիպիդների հարաբերական պարունակությամբ և, հետևաբար, դրանցում առկա ընկալիչների բնույթով։ Հետևաբար, յուրաքանչյուր բջիջի տեսակը բնութագրվում է անհատականությամբ, որը որոշվում է հիմնականում գլիկոպրոտեիններ.Ներառված են բջջային թաղանթից դուրս ցցված ճյուղավորված շղթայական գլիկոպրոտեիններ գործոնի ճանաչում արտաքին միջավայր, ինչպես նաև հարակից բջիջների փոխադարձ ճանաչման գործում։ Օրինակ՝ ձուն և սերմնաբջիջը ճանաչում են միմյանց բջջի մակերեսի գլիկոպրոտեիններով, որոնք տեղավորվում են որպես ամբողջ կառուցվածքի առանձին տարրեր: Նման փոխադարձ ճանաչումը բեղմնավորմանը նախորդող անհրաժեշտ փուլ է։ Կապված ճանաչման հետ տրանսպորտի կարգավորումմոլեկուլներ և իոններ մեմբրանի միջով, ինչպես նաև իմունոլոգիական արձագանք, որում գլիկոպրոտեինները խաղում են անտիգենների դերը: Այսպիսով, շաքարները կարող են գործել որպես տեղեկատվական մոլեկուլներ (նման սպիտակուցների և նուկլեինաթթուների): Մեմբրանները պարունակում են նաև հատուկ ընկալիչներ, էլեկտրոնային կրիչներ, էներգիայի փոխարկիչներ, ֆերմենտային սպիտակուցներ։ Սպիտակուցները ներգրավված են որոշակի մոլեկուլների տեղափոխումը բջիջ կամ դուրս բերելու համար, իրականացնում են ցիտոկմախքի կառուցվածքային կապը բջջային թաղանթների հետ կամ ծառայում են որպես ընկալիչներ՝ շրջակա միջավայրից քիմիական ազդանշաններ ստանալու և փոխակերպելու համար: ընտրովի թափանցելիություն.Սա նշանակում է, որ մոլեկուլներն ու իոններն անցնում են դրա միջով տարբեր արագություններով, և որքան մեծ են մոլեկուլների չափերը, այնքան դանդաղ են անցնում թաղանթով։ Այս հատկությունը սահմանում է պլազմային թաղանթը որպես օսմոտիկ արգելք . Ջուրը և դրա մեջ լուծված գազերն ունեն առավելագույն թափանցող հզորություն. իոնները մեմբրանի միջով շատ ավելի դանդաղ են անցնում։ Մեմբրանի միջով ջրի տարածումը կոչվում է օսմոզ.Գոյություն ունեն թաղանթով նյութերի տեղափոխման մի քանի մեխանիզմներ:

Դիֆուզիոն- նյութերի ներթափանցում մեմբրանի միջով կոնցենտրացիայի գրադիենտի երկայնքով (այն տարածքից, որտեղ դրանց կոնցենտրացիան ավելի բարձր է, մինչև այն տարածքը, որտեղ դրանց կոնցենտրացիան ավելի ցածր է): Հեշտացված դիֆուզիոնովհատուկ մեմբրանի կրող սպիտակուցները ընտրողաբար կապվում են այս կամ այն ​​իոնի կամ մոլեկուլի հետ և դրանք տեղափոխում մեմբրանի վրայով կոնցենտրացիայի գրադիենտով:

ակտիվ տրանսպորտկապված է էներգիայի ծախսերի հետ և ծառայում է նյութերի փոխադրմանը դրանց կոնցենտրացիայի գրադիենտին հակառակ: Նաիրականացվում է հատուկ կրող սպիտակուցներով, որոնք կազմում են այսպես կոչված իոնային պոմպեր.Առավել ուսումնասիրվածը Na - / K - պոմպն է կենդանիների բջիջներում, որոնք ակտիվորեն դուրս են մղում Na + իոնները, միաժամանակ կլանելով K - իոնները: Դրա շնորհիվ բջիջում պահպանվում է K-ի մեծ կոնցենտրացիան և շրջակա միջավայրի համեմատ ավելի ցածր Na +: Այս գործընթացը սպառում է ATP-ի էներգիան: Թաղանթային պոմպի օգնությամբ ակտիվ փոխադրման արդյունքում բջջում կարգավորվում է նաեւ Mg 2- եւ Ca 2+ կոնցենտրացիան։

ժամը էնդոցիտոզ (էնդո...- ներսում) պլազմալեմայի որոշակի հատված գրավում և, կարծես, պարուրում է արտաբջջային նյութը՝ այն պարփակելով թաղանթային վակուոլում, որն առաջացել է մեմբրանի ներխուժման հետևանքով։ Հետագայում նման վակուոլը կապված է լիզոսոմի հետ, որի ֆերմենտները մակրոմոլեկուլները բաժանում են մոնոմերների։

Էնդոցիտոզի հակառակ ընթացքն է էկզոցիտոզ (էկզո...- դրսում): Նրա շնորհիվ բջիջը հեռացնում է ներբջջային արտադրանքները կամ չմարսված մնացորդները, որոնք պարփակված են վակուոլներում կամ վեզիկուլներում։ Վեզիկուլը մոտենում է ցիտոպլազմային թաղանթին, միաձուլվում նրա հետ, և դրա պարունակությունը արտանետվում է շրջակա միջավայր։ Ինչպես են արտազատվում մարսողական ֆերմենտները, հորմոնները, հեմիցելյուլոզը և այլն։

Այսպիսով, կենսաբանական թաղանթները, որպես բջջի հիմնական կառուցվածքային տարրեր, ծառայում են ոչ միայն որպես ֆիզիկական սահմաններ, այլ որպես դինամիկ ֆունկցիոնալ մակերեսներ: Օրգանելների թաղանթների վրա իրականացվում են բազմաթիվ կենսաքիմիական գործընթացներ, ինչպիսիք են նյութերի ակտիվ կլանումը, էներգիայի փոխակերպումը, ATP-ի սինթեզը և այլն։

Կենսաբանական թաղանթների գործառույթներըՆրանք սահմանազատում են բջջի պարունակությունը արտաքին միջավայրից և օրգանելների պարունակությունը ցիտոպլազմայից: Նրանք ապահովում են նյութերի տեղափոխում բջջ և դուրս՝ ցիտոպլազմից օրգանելներ և հակառակը, կատարում են ընկալիչների դեր (միջավայրից ազդանշաններ ստացող և փոխակերպող, բջջային նյութերի ճանաչում և այլն)։ Նրանք կատալիզատորներ են (ապահովում են թաղանթային քիմիական պրոցեսները)։ Մասնակցեք էներգիայի վերափոխմանը:

«Ուր էլ որ հանդիպենք կյանքին, մենք գտնում ենք, որ այն կապված է ինչ-որ սպիտակուցային մարմնի հետ, և որտեղ էլ հանդիպում ենք որևէ սպիտակուցային մարմնի, որը քայքայման փուլում է, մենք հանդիպում ենք կյանքի երևույթին առանց բացառության»:

Սպիտակուցները բարձր մոլեկուլային քաշով ազոտ են պարունակում օրգանական միացություններ, բնութագրվում է խստորեն սահմանված տարրական կազմով և հիդրոլիզից հետո քայքայվում է ամինաթթուների։

Առանձնահատկություններ, որոնք դրանք տարբերում են այլ օրգանական միացություններից

1. Կառույցի անսպառ բազմազանությունը և միևնույն ժամանակ նրա բարձր տեսակային յուրահատկությունը

2. Ֆիզիկական և քիմիական փոխակերպումների հսկայական շարք

3. Արտաքին ազդեցություններին ի պատասխան մոլեկուլի կոնֆիգուրացիան շրջելի և բնականաբար փոխելու ունակություն

4. Այլ քիմիական միացությունների հետ վերմոլեկուլային կառուցվածքներ, կոմպլեքսներ առաջացնելու միտում

Սպիտակուցի կառուցվածքի պոլիպեպտիդային տեսություն

միայն Է. Ֆիշերը (1902) ձևակերպեց պոլիպեպտիդային տեսությունը շենքեր. Ըստ այս տեսության՝ սպիտակուցները բարդ պոլիպեպտիդներ են, որոնցում առանձին ամինաթթուները միմյանց հետ կապված են պեպտիդային կապերով, որոնք առաջանում են α-կարբոքսի COOH և α-NH 2 խմբերի ամինաթթուների փոխազդեցությունից։ Օգտվելով ալանինի և գլիցինի փոխազդեցության օրինակից՝ պեպտիդային կապի և դիպեպտիդի ձևավորումը (ջրի մոլեկուլի արտազատմամբ) կարելի է ներկայացնել հետևյալ հավասարմամբ.

Պեպտիդների անվանումը բաղկացած է առաջին N-տերմինալ ամինաթթվի անունից՝ ազատ NH 2 խմբով (վերջանում է -yl-ով, բնորոշ է ացիլին), հետագա ամինաթթուների (նաև վերջացող -yl) անվանումներից և C-տերմինալ ամինաթթվի լրիվ անվանումը ազատ COOH խմբով: Օրինակ, 5 ամինաթթու պենտապեպտիդը կարող է նշանակվել իր լրիվ անունով՝ գլիկիլ-ալանիլ-սերիլ-ցիստեինիլ-ալանին կամ կարճ Gly-Ala-Ser-Cis-Ala:

պոլիպեպտիդների տեսության փորձարարական ապացույցներ սպիտակուցային կառուցվածքներ.

1. Բնական սպիտակուցներում կան համեմատաբար քիչ տիտրվող ազատ COOH և NH 2 խմբեր, քանի որ դրանց ճնշող մեծամասնությունը կապված վիճակում է և մասնակցում է պեպտիդային կապերի ձևավորմանը. տիտրումը հասանելի է հիմնականում ազատ COOH- և NH 2- խմբերի պեպտիդի N- և C-տերմինալ ամինաթթուներում:

2. Թթվային կամ ալկալային հիդրոլիզի գործընթացում սկյուռիկՁևավորվում են տիտրվող COOH և NH 2 խմբերի ստոյխիոմետրիկ քանակություններ, ինչը ցույց է տալիս որոշակի քանակությամբ պեպտիդային կապերի քայքայումը։

3. Պրոտեոլիտիկ ֆերմենտների (պրոտեինազների) գործողության ներքո սպիտակուցները տրոհվում են խիստ սահմանված բեկորների, որոնք կոչվում են պեպտիդներ, տերմինալ ամինաթթուներով, որոնք համապատասխանում են պրոտեինազների գործողության ընտրողականությանը: Անավարտ հիդրոլիզի այս բեկորներից մի քանիսի կառուցվածքն ապացուցվել է դրանց հետագա քիմիական սինթեզով։

4. Բիուրետային ռեակցիան (կապույտ-մանուշակագույն ներկում ալկալային միջավայրում պղնձի սուլֆատի լուծույթի առկայության դեպքում) տալիս է և՛ պեպտիդային կապ պարունակող բիուրետ, և՛ սպիտակուցներ, ինչը նույնպես վկայում է սպիտակուցներում նմանատիպ կապերի առկայության մասին:

5. Սպիտակուցների բյուրեղների ռենտգենյան օրինաչափությունների վերլուծությունը հաստատում է սպիտակուցների պոլիպեպտիդային կառուցվածքը: Այսպիսով, ռենտգենյան դիֆրակցիոն վերլուծությունը 0,15–0,2 նմ լուծաչափով հնարավորություն է տալիս ոչ միայն հաշվարկել միջատոմային հեռավորությունները և կապի անկյունների չափերը C, H, O և N ատոմների միջև, այլև «տեսնել» պատկերը: պոլիպեպտիդային շղթայում ամինաթթուների մնացորդների ընդհանուր դասավորությունը և դրա տարածական կողմնորոշումը (կոնֆորմացիան):

6. Պոլիպեպտիդային տեսության զգալի հաստատում սպիտակուցային կառուցվածքներզուտ քիմիական մեթոդներով պոլիպեպտիդների և սպիտակուցների սինթեզման հնարավորությունն է արդեն հայտնի կառուցվածքով` ինսուլին` 51 ամինաթթվի մնացորդ, լիզոզիմ` 129 ամինաթթու մնացորդ, ռիբոնուկլեազ` 124 ամինաթթու մնացորդ: Սինթեզված սպիտակուցներն ունեին նմանատիպ բնական սպիտակուցներ ֆիզիկական և քիմիական հատկություններև կենսաբանական ակտիվություն:

Ներածություն

Փորձարարական մեթոդներ

1 Ռենտգենյան էլեկտրոնային սպեկտրոսկոպիա

1.2 Ինֆրակարմիր սպեկտրոսկոպիա

1.3 Դիֆրակցիոն մեթոդներ

Տեսական մեթոդներ

1 Կիսաէմպիրիկ մեթոդներ

2 Ոչ էմպիրիկ մեթոդներ

3 Քվանտային մեխանիկական մեթոդներ

4 Հյուկելի մեթոդ

Եզրակացություն

Օգտագործված աղբյուրների ցանկը

ՆԵՐԱԾՈՒԹՅՈՒՆ

Ժամանակակից օրգանական քիմիայում մեծ նշանակություն ունեն ֆիզիկական հետազոտության տարբեր մեթոդներ։ Դրանք կարելի է բաժանել երկու խմբի. Առաջին խումբը ներառում է մեթոդներ, որոնք թույլ են տալիս ստանալ տարբեր տեղեկություններ նյութի կառուցվածքի և ֆիզիկական հատկությունների մասին՝ առանց դրանում որևէ քիմիական փոփոխության: Այս խմբի մեթոդներից, թերևս, առավել լայնորեն կիրառվողը սպեկտրոսկոպիան է սպեկտրային շրջանների լայն շրջանակում՝ ոչ շատ կոշտ ռենտգենյան ճառագայթներից մինչև ոչ շատ երկար ալիքների ռադիոալիքներ: Երկրորդ խումբը ներառում է մեթոդներ, որոնք օգտագործում են ֆիզիկական ազդեցություններ, որոնք առաջացնում են մոլեկուլների քիմիական փոփոխություններ: IN վերջին տարիներըՄոլեկուլի ռեակտիվության վրա ազդելու նախկինում օգտագործված հայտնի ֆիզիկական միջոցներից բացի ավելացվել են նորերը։ Դրանց թվում առանձնահատուկ նշանակություն ունեն կոշտ ռենտգենյան ճառագայթների ազդեցությունը և միջուկային ռեակտորներում արտադրվող բարձր էներգիայի մասնիկների հոսքերը։

Սա կուրսային աշխատանքէ - ծանոթանալ մոլեկուլների կառուցվածքի ուսումնասիրման մեթոդներին:

Դասընթացի աշխատանքի խնդիրը.

պարզել մեթոդների տեսակները և ուսումնասիրել դրանք:

1. ՓՈՐՁԱՐԿՄԱՆ ՄԵԹՈԴՆԵՐ

1.1 Ռենտգենյան ճառագայթների էլեկտրոնային սպեկտրոսկոպիա

Նկար 1 - Էլեկտրոնային սպեկտրոմետրի սխեման. 1-ճառագայթման աղբյուր; 2-նմուշ; 3- անալիզատոր; 4-դետեկտոր; 5-վահան մագնիսական դաշտից պաշտպանելու համար

Նկար 2 - Cls էթիլտրիֆտորացետատի ռենտգենյան սպեկտր

RES-ը հնարավորություն է տալիս ուսումնասիրել բոլոր տարրերը, բացառությամբ H-ի, երբ դրանց պարունակությունը նմուշում ~ 10 -5 գ է (ՎԷ օգտագործող տարրի հայտնաբերման սահմանները 10 -7 -10 -9 գ են): Տարրի հարաբերական պարունակությունը կարող է լինել տոկոսի կոտորակներ: Նմուշները կարող են լինել պինդ, հեղուկ կամ գազային: E St էլեկտրոնի արժեքը<#"606051.files/image003.gif">

Նույն բանաձևը օգտագործվում է ատոմային գործոնը հաշվարկելու համար, որը նկարագրում է ատոմի ներսում ցրման խտության բաշխումը։ Ատոմային գործոնի արժեքները հատուկ են ճառագայթման յուրաքանչյուր տեսակի համար: Ռենտգենյան ճառագայթները ցրվում են ատոմների էլեկտրոնային թաղանթներով։ Համապատասխան ատոմային գործոնը թվայինորեն հավասար է ատոմի էլեկտրոնների թվին, եթե արտահայտված է էլեկտրոնային միավորների անունով, այսինքն՝ ռենտգենյան ճառագայթների ցրման ամպլիտուդի հարաբերական միավորներով մեկ ազատ էլեկտրոնով։ Էլեկտրոնների ցրումը որոշվում է ատոմի էլեկտրաստատիկ պոտենցիալով։ Էլեկտրոնի ատոմային գործոնը կապված է հետևյալով.

հետազոտական ​​մոլեկուլային սպեկտրոսկոպիա դիֆրակցիոն քվանտ

Նկար 2 - Ռենտգենյան ճառագայթների (1), էլեկտրոնների (2) և նեյտրոնների (3) ատոմային գործոնների բացարձակ արժեքների կախվածությունը ցրման անկյունից

Գծապատկեր 3- Ռենտգենյան ճառագայթների (պինդ գիծ), էլեկտրոնների (հատված գիծ) և նեյտրոնների ատոմային ատոմային գործոնների հարաբերական կախվածությունը Z ատոմային թվից։

Ճշգրիտ հաշվարկները հաշվի են առնում էլեկտրոնային խտության կամ ատոմների ներուժի բաշխման շեղումները գնդաձև համաչափությունից և ատոմային ջերմաստիճանի գործոն անվանումը, որը հաշվի է առնում ատոմների ջերմային թրթռումների ազդեցությունը ցրման վրա: Ճառագայթման համար, բացի ատոմների էլեկտրոնային թաղանթների վրա ցրվելուց, կա դեր, որը կարող է խաղալ միջուկների վրա ռեզոնանսային ցրումը։ Ցրման գործակիցը f m կախված է պատահարի և ցրված ալիքների ալիքային վեկտորներից և բևեռացման վեկտորներից: Օբյեկտի կողմից ցրման I(ներ) ինտենսիվությունը համամասնական է ամպլիտուդի մոդուլի քառակուսու հետ. I(s)~|F(s)| 2. Փորձնականորեն կարելի է որոշել միայն |F(s)| մոդուլները, և ցրման խտության ֆունկցիան (r) կառուցելու համար անհրաժեշտ է նաև իմանալ յուրաքանչյուր s-ի փուլերը (ներ): Այնուամենայնիվ, դիֆրակցիոն մեթոդների տեսությունը հնարավորություն է տալիս չափված I(ներից) ստանալ ֆունկցիան (r), այսինքն՝ որոշել նյութերի կառուցվածքը։ Այս դեպքում լավագույն արդյունքները ստացվում են բյուրեղների ուսումնասիրության ժամանակ։ Կառուցվածքային վերլուծություն . Մեկ բյուրեղը խիստ կարգավորված համակարգ է, հետևաբար, դիֆրակցիայի ժամանակ ձևավորվում են միայն դիսկրետ ցրված ճառագայթներ, որոնց համար ցրման վեկտորը հավասար է փոխադարձ վանդակավոր վեկտորին:

Փորձնականորեն որոշված ​​մեծություններից ֆունկցիան (x, y, z) կառուցելու համար օգտագործվում են փորձության և սխալի մեթոդը, միջատոմային հեռավորությունների ֆունկցիայի կառուցումն ու վերլուծությունը, իզոմորֆ փոխարինումների մեթոդը և փուլերի որոշման ուղղակի մեթոդները։ Համակարգչի վրա փորձնական տվյալների մշակումը հնարավորություն է տալիս կառուցվածքը վերակառուցել ցրման խտության բաշխման քարտեզների տեսքով։ Բյուրեղային կառուցվածքները ուսումնասիրվում են ռենտգենյան կառուցվածքային վերլուծության միջոցով: Այս մեթոդով որոշվել է ավելի քան 100 հազար բյուրեղյա կառուցվածք։

Անօրգանական բյուրեղների համար օգտագործելով տարբեր մեթոդներկատարելագործում (հաշվի առնելով կլանման ուղղումները, ատոմային ջերմաստիճանի գործոնի անիզոտրոպությունը և այլն), հնարավոր է վերականգնել ֆունկցիան մինչև 0,05 լուծաչափով։

Նկար 4 - Բյուրեղային կառուցվածքի միջուկային խտության պրոեկցիա

Սա հնարավորություն է տալիս որոշել ատոմների ջերմային թրթռումների անիզոթերապիան, քիմիական կապերի պատճառով էլեկտրոնների բաշխման առանձնահատկությունները և այլն։ Ռենտգենյան դիֆրակցիոն անալիզի օգնությամբ հնարավոր է վերծանել սպիտակուցային բյուրեղների ատոմային կառուցվածքները որի մոլեկուլները պարունակում են հազարավոր ատոմներ։ Ռենտգեն դիֆրակցիան օգտագործվում է նաև բյուրեղների թերությունները (ռենտգենյան տեղագրությունում), մերձմակերևութային շերտերը (ռենտգենյան սպեկտրոմետրիայում) և բազմաբյուրեղ նյութերի ֆազային բաղադրությունը որակապես և քանակապես որոշելու համար։ Էլեկտրոնի դիֆրակցիան որպես բյուրեղների կառուցվածքի ուսումնասիրության մեթոդ ունի հետք։ 1) նյութի փոխազդեցությունը էլեկտրոնների հետ շատ ավելի ուժեղ է, քան ռենտգենյան ճառագայթների հետ, ուստի դիֆրակցիան տեղի է ունենում 1-100 նմ հաստությամբ նյութի բարակ շերտերում. 2) f e-ն կախված է f p-ից ավելի թույլ ատոմային միջուկից, ինչը հեշտացնում է թեթև ատոմների դիրքը ծանր ատոմների առկայության դեպքում. Կառուցվածքային էլեկտրոնների դիֆրակցիան լայնորեն օգտագործվում է մանր ցրված առարկաների ուսումնասիրության, ինչպես նաև տարբեր տեսակի հյուսվածքների (կավե միներալներ, կիսահաղորդչային թաղանթներ և այլն) ուսումնասիրելու համար։ Ցածր էներգիայի էլեկտրոնների դիֆրակցիա (10-300 էՎ, 0,1-0,4 նմ) - արդյունավետ մեթոդբյուրեղային մակերեսների ուսումնասիրություն. ատոմների դասավորությունը, նրանց ջերմային թրթռումների բնույթը և այլն: Էլեկտրոնային մանրադիտակը վերականգնում է առարկայի պատկերը դիֆրակցիոն օրինաչափությունից և հնարավորություն է տալիս ուսումնասիրել 0,2-0,5 նմ թույլատրելիությամբ բյուրեղների կառուցվածքը: Կառուցվածքային վերլուծության համար նեյտրոնների աղբյուրներն են արագ նեյտրոնային միջուկային ռեակտորները, ինչպես նաև իմպուլսային ռեակտորները։ Ռեակտորի ալիքից դուրս եկող նեյտրոնային փնջի սպեկտրը շարունակական է՝ նեյտրոնների մաքսվելյան արագության բաշխման շնորհիվ (նրա առավելագույնը 100°C-ում համապատասխանում է 0,13 նմ ալիքի երկարությանը)։

Ճառագայթային մոնոխրոմատիզացիան իրականացվում է տարբեր եղանակներով՝ մոնոխրոմատոր բյուրեղների օգնությամբ և այլն: Նեյտրոնային դիֆրակցիան, որպես կանոն, օգտագործվում է ռենտգենյան կառուցվածքային տվյալները ճշգրտելու և լրացնելու համար: f-ի և ատոմային թվից միապաղաղ կախվածության բացակայությունը թույլ է տալիս բավականին ճշգրիտ որոշել լույսի ատոմների դիրքը։ Բացի այդ, նույն տարրի իզոտոպները նույն տարրի մեջ կարող են ունենալ f և շատ տարբեր արժեքներ (օրինակ՝ f և ածխաջրածին 3.74.10 13 սմ, դեյտերիում 6.67.10 13 սմ): Սա հնարավորություն է տալիս ուսումնասիրել իզոտոպների գտնվելու վայրը և ստանալ լրացուցիչ տեղեկատվություն։ կառուցվածքի մասին տեղեկատվություն իզոտոպային փոխարինմամբ։ Մագնիսական փոխազդեցության հետազոտություն: ատոմների մագնիսական մոմենտներով նեյտրոնները տեղեկություններ են տալիս մագնիսական ատոմների սպինների մասին։ Mössbauer ճառագայթումը բնութագրվում է չափազանց փոքր գծի լայնությամբ՝ 10 8 eV (մինչդեռ ռենտգենյան խողովակների բնորոշ ճառագայթման գծի լայնությունը 1 էՎ է)։ Սա առաջացնում է բարձր ժամանակային և տարածություն: ռեզոնանսային միջուկային ցրման հետևողականությունը, ինչը հնարավորություն է տալիս, մասնավորապես, ուսումնասիրել միջուկների մագնիսական դաշտը և էլեկտրական դաշտի գրադիենտը։ Մեթոդի սահմանափակումներն են Մյոսբաուերի աղբյուրների ցածր հզորությունը և ուսումնասիրվող բյուրեղներում միջուկների պարտադիր առկայությունը, որոնց համար նկատվում է Մյոսբաուերի էֆեկտը: Կառուցվածքային վերլուծությունոչ բյուրեղային նյութեր Գազերի, հեղուկների և ամորֆ պինդ մարմինների առանձին մոլեկուլները տարածության մեջ տարբեր կողմնորոշված ​​են, հետևաբար, սովորաբար անհնար է որոշել ցրված ալիքների փուլերը: Այս դեպքերում ցրման ինտենսիվությունը սովորաբար ներկայացված է այսպես կոչված օգտագործելով. միջատոմային վեկտորներ r jk , որոնք միացնում են մոլեկուլներում տարբեր ատոմների (j և k) զույգեր՝ r jk = r j - r k . Ցրման օրինաչափությունը միջինացված է բոլոր կողմնորոշումների վրա.

.1 Կիսաէմպիրիկ մեթոդներ

Քվանտային քիմիայի կիսաէմպիրիկ մեթոդներ, մոլի հաշվման մեթոդներ։ նյութի բնութագրերը կամ հատկությունները՝ փորձարարական տվյալների ներգրավմամբ։ Ըստ էության, կիսաէմպիրիկ մեթոդները նման են պոլիատոմային համակարգերի համար Շրյոդինգերի հավասարման լուծման ոչ էմպիրիկ մեթոդներին, սակայն, կիսաէմպիրիկ մեթոդներով հաշվարկները հեշտացնելու համար ներդրվում են լրացուցիչներ: պարզեցում. Որպես կանոն, այս պարզեցումները կապված են վալենտային մոտարկման հետ, այսինքն՝ դրանք հիմնված են միայն վալենտային էլեկտրոնների նկարագրության վրա, ինչպես նաև մոլեկուլային ինտեգրալների որոշակի դասերի անտեսման հետ ոչ էմպիրիկ մեթոդի ճշգրիտ հավասարումներում, որոնցում։ կատարվում է կիսաէմպիրիկ հաշվարկ.

Էմպիրիկ պարամետրերի ընտրությունը հիմնված է ոչ էմպիրիկ հաշվարկների փորձի ընդհանրացման վրա՝ հաշվի առնելով մոլեկուլների կառուցվածքի և ֆենոմենոլոգիական օրինաչափությունների վերաբերյալ քիմիական պատկերացումները։ Մասնավորապես, այս պարամետրերն անհրաժեշտ են վալենտային էլեկտրոնների վրա ներքին էլեկտրոնների ազդեցության մոտավոր գնահատման, միջուկի էլեկտրոնների կողմից ստեղծված արդյունավետ պոտենցիալները սահմանելու համար և այլն։ Էմպիրիկ պարամետրերի չափորոշման համար փորձարարական տվյալների օգտագործումը հնարավորություն է տալիս վերացնել վերը նշված պարզեցումներից առաջացած սխալները, բայց միայն մոլեկուլների այն դասերի համար, որոնց ներկայացուցիչները ծառայում են որպես տեղեկատու մոլեկուլներ, և միայն այն հատկությունների համար, որոնցից որոշվել են պարամետրերը: .

Պիերի մասին պատկերացումների վրա հիմնված ամենատարածված կիսաէմպիրիկ մեթոդները: օրբիտալներ (տես Մոլեկուլային ուղեծրային մեթոդներ, Օրբիտալ)։ LCAO-ի մոտավորության հետ համակցված՝ սա հնարավորություն է տալիս մոլեկուլի Համիլտոնին արտահայտել ատոմային ուղեծրերի ինտեգրալներով։ Մոլում կիսաէմպիրիկ մեթոդներ կառուցելիս. ինտեգրալները տարբերակում են օրբիտալների արտադրյալները՝ կախված նույն էլեկտրոնի կոորդինատներից (դիֆերենցիալ համընկնումը) և անտեսում են ինտեգրալների որոշ դասեր։ Օրինակ, եթե a-ում դիֆերենցիալ համընկնման cacb պարունակող բոլոր ինտեգրալները համարվում են զրո: բ, պարզվում է, այսպես կոչված. դիֆերենցիալի ամբողջական անտեսման մեթոդ. համընկնումը (PPDP, անգլերեն տառադարձությամբ CNDO- դիֆերենցիալ համընկնման ամբողջական անտեսում): Օգտագործվում է նաև դիֆերենցիալ համընկնման մասնակի կամ փոփոխված մասնակի անտեսում (resp. CHPD կամ MCHPD, անգլերեն տառադարձությամբ՝ INDO-միջանկյալ անտեսում դիֆերենցիալ համընկնումը և MINDO-ով ձևափոխված INDO), դիատոմիկ դիֆերենցիալ համընկնման անտեսում - PDDP, կամ անտեսում է դիատոմիական տարբեր (diatomic diatomic): NDDO), - երկատոմիական համընկնման փոփոխված անտեսում (MTDO, կամ երկատոմիական համընկնման փոփոխված անտեսում, MNDO): Որպես կանոն, կիսաէմպիրիկ մեթոդներից յուրաքանչյուրն ունի մի քանի տարբերակներ, որոնք սովորաբար մեթոդի անվանման մեջ նշվում են կտրվածքից հետո թվով կամ տառով։ Օրինակ, PPDP/2, MCHPDP/3, MPDP/2 մեթոդները պարամետրացված են մոլեկուլային միջուկների հավասարակշռության կոնֆիգուրացիայի հաշվարկման համար հիմնային էլեկտրոնային վիճակում, լիցքի բաշխումը, իոնացման պոտենցիալները, քիմիական միացությունների առաջացման էնթալպիաները, օգտագործվում է PDDP մեթոդը: պտտվող խտությունները հաշվարկելու համար. Էլեկտրոնային գրգռման էներգիաները հաշվարկելու համար օգտագործվում է սպեկտրոսկոպիկ պարամետրիզացիա (PPDP/S մեթոդ): Տարածված է նաև համապատասխան համակարգչային ծրագրերի օգտագործումը կիսաէմպիրիկ մեթոդների անուններով։ Օրինակ, TMAP մեթոդի ընդլայնված տարբերակներից մեկը կոչվում է Austin մոդել, ինչպես նաև համապատասխան ծրագիրը (Austin model, AM): Գոյություն ունեն կիսաէմպիրիկ մեթոդների մի քանի հարյուր տարբեր տարբերակներ, մասնավորապես, մշակվել են կիսաէմպիրիկ մեթոդներ, որոնք նման են կոնֆիգուրացիայի փոխազդեցության մեթոդին։ Կիսաէմպիրիկ մեթոդների տարբեր տարբերակների արտաքին նմանությամբ, դրանցից յուրաքանչյուրը կարող է օգտագործվել միայն այն հատկությունները հաշվարկելու համար, որոնց համար չափորոշվել են էմպիրիկ պարամետրերը: Նաիբում: պարզ կիսաէմպիրիկ հաշվարկներ յուրաքանչյուր պիեր. Վալենտային էլեկտրոնների ուղեծիրը սահմանվում է որպես մեկ էլեկտրոն Շրյոդինգերի հավասարման լուծում՝ Համիլթոնի օպերատորով, որը պարունակում է միջուկների դաշտում էլեկտրոնի մոդելային ներուժ (կեղծպոտենցիալ) և համակարգի բոլոր մյուս էլեկտրոնների միջինացված դաշտը: Նման ներուժը դրվում է ուղղակիորեն տարրական ֆունկցիաների կամ դրանց վրա հիմնված ինտեգրալ օպերատորների օգնությամբ։ LCAO-ի մոտավորության հետ համատեղ՝ այս մոտեցումը թույլ է տալիս բազմաթիվ զուգակցված և անուշաբույր խալեր: համակարգերը սահմանափակվում են p-էլեկտրոնների վերլուծությամբ (տե՛ս Հյուկելի մեթոդ), կոորդինացիոն միացությունների համար, օգտագործում են լիգանդի դաշտի տեսության և բյուրեղային դաշտի տեսության հաշվարկման մեթոդները և այլն։ Մակրոմոլեկուլներն ուսումնասիրելիս, օրինակ. սպիտակուցներ կամ բյուրեղային գոյացություններ, հաճախ օգտագործվում են կիսաէմպիրիկ մեթոդներ, որոնցում էլեկտրոնային կառուցվածքը չի վերլուծվում, այլ ուղղակիորեն որոշվում է պոտենցիալ էներգիայի մակերեսը։ Համակարգի էներգիան մոտավորապես համարվում է ատոմների փոխազդեցության զույգ պոտենցիալների գումարը, օրինակ. Մորզեի (Մորզ) կամ Լենարդ-Ջոնսի պոտենցիալները (տես Միջմոլեկուլային փոխազդեցություններ)։ Նման կիսաէմպիրիկ մեթոդները հնարավորություն են տալիս հաշվարկել հավասարակշռության երկրաչափությունը, կոնֆորմացիոն էֆեկտները, իզոմերացման էներգիան և այլն։ Հաճախ զույգ պոտենցիալները համալրվում են մոլեկուլի առանձին բեկորների համար որոշված ​​բազմամասնական ուղղումներով։ Այս տեսակի կիսաէմպիրիկ մեթոդները սովորաբար կոչվում են մոլեկուլային մեխանիկա: Ավելի լայն իմաստով, կիսաէմպիրիկ մեթոդները ներառում են ցանկացած մեթոդներ, որոնցում պիերի պարամետրերը որոշվում են հակադարձ խնդիրների լուծմամբ: համակարգերն օգտագործվում են նոր փորձարարական տվյալների կանխատեսումների, հարաբերակցության հարաբերությունների կառուցման համար։ Այս առումով կիսաէմպիրիկ մեթոդները ռեակտիվության, ատոմների վրա արդյունավետ լիցքերի և այլնի գնահատման մեթոդներ են: Էլեկտրոնային կառուցվածքի կիսաէմպիրիկ հաշվարկի համադրությունը հարաբերակցության հետ: հարաբերակցությունը թույլ է տալիս գնահատել տարբեր նյութերի կենսաբանական ակտիվությունը, քիմիական ռեակցիաների արագությունը, պարամետրերը տեխնոլոգիական գործընթացներ. Որոշ հավելումների սխեմաներ նույնպես պատկանում են կիսաէմպիրիկ մեթոդներին, օրինակ. Քիմիական թերմոդինամիկայի մեջ կիրառվող մեթոդներ՝ առաջացման էներգիան որպես մոլեկուլի առանձին բեկորների ներդրումների գումար գնահատելու համար։ Քվանտային քիմիայի կիսաէմպիրիկ մեթոդների և ոչ էմպիրիկ մեթոդների ինտենսիվ զարգացումը դրանք դարձնում է քիմ. մեխանիզմների ժամանակակից հետազոտության կարևոր միջոց։ փոխակերպումները, տարրական ակտի դինամիկան քիմ. ռեակցիաներ, կենսաքիմիական և տեխնոլոգիական գործընթացների մոդելավորում։ Ճիշտ օգտագործման դեպքում (հաշվի առնելով կառուցման սկզբունքները և պարամետրերի չափորոշման մեթոդները), կիսաէմպիրիկ մեթոդները հավաստի տեղեկատվություն են տալիս մոլեկուլների կառուցվածքի և հատկությունների, դրանց փոխակերպումների մասին:

2.2 Ոչ էմպիրիկ մեթոդներ

Հաշվարկային քվանտային քիմիայի սկզբունքորեն տարբեր ուղղություն, որը հսկայական դեր է խաղացել ժամանակակից զարգացումՔիմիան, որպես ամբողջություն, բաղկացած է մեկ էլեկտրոն (3.18) և երկու էլեկտրոն (3.19)-(3.20) ինտեգրալների հաշվարկից, որոնք հայտնվում են HF մեթոդով: Ճշգրիտ Fock օպերատորի փոխարեն օգտագործվում է մոտավոր, որի տարրերը ստացվում են էմպիրիկ եղանակով։ Fock օպերատորի պարամետրերը ընտրվում են յուրաքանչյուր ատոմի համար (երբեմն հաշվի առնելով որոշակի միջավայր) կամ զույգ ատոմների համար. դրանք կա՛մ ֆիքսված են, կա՛մ կախված են ատոմների միջև հեռավորությունից: Այս դեպքում հաճախ (բայց ոչ պարտադիր, տես ստորև), շատ էլեկտրոնների ալիքային ֆունկցիան ենթադրվում է որպես մեկ որոշիչ, հիմքը՝ նվազագույն, իսկ ատոմային ուղեծրերը՝ X; - OST Xr-ի սիմետրիկ ուղղանկյուն համակցություններ Նման համակցությունները հեշտությամբ կարելի է ձեռք բերել սկզբնական AO-ին մոտավորելով Slater ֆունկցիաներով «Xj(2.41) փոխակերպման օգնությամբ կիսաէմպիրիկ մեթոդները շատ ավելի արագ են աշխատում, քան ոչ էմպիրիկները։ Դրանք կիրառելի են մեծ (հաճախ շատ մեծ, օրինակ՝ կենսաբանական) համակարգերի համար և ավելի ճշգրիտ արդյունքներ են տալիս միացությունների որոշ դասերի համար։ Այնուամենայնիվ, պետք է հասկանալ, որ դա ձեռք է բերվում հատուկ ընտրված պարամետրերի միջոցով, որոնք վավեր են միայն միացությունների նեղ դասի շրջանակներում: Երբ տեղափոխվում են այլ միացություններ, նույն մեթոդները կարող են լիովին սխալ արդյունքներ տալ։ Բացի այդ, պարամետրերը հաճախ ընտրվում են այնպես, որ վերարտադրեն միայն որոշակի մոլեկուլային հատկություններ, հետևաբար, չպետք է ֆիզիկական նշանակություն տալ հաշվարկի սխեմայում օգտագործվող առանձին պարամետրերին: Թվարկենք կիսաէմպիրիկ մեթոդներում օգտագործվող հիմնական մոտարկումները։

Դիտարկվում են միայն վալենտային էլեկտրոնները: Ենթադրվում է, որ ատոմային միջուկներին պատկանող էլեկտրոնները ցուցադրում են միայն միջուկները: Հետևաբար, այս էլեկտրոնների ազդեցությունը հաշվի է առնվում՝ դիտարկելով վալենտային էլեկտրոնների փոխազդեցությունը ատոմային միջուկների, այլ ոչ թե միջուկների հետ, և միջմիջուկային վանման էներգիայի փոխարեն ներմուծելով միջուկի վանման էներգիա։ Հիմնական բևեռացումը անտեսված է:

MO-ն հաշվի է առնում միայն AO-ն՝ հիմնական քվանտային թվով, որը համապատասխանում է մեկուսացված ատոմների ամենաբարձր էլեկտրոններով բնակեցված օրբիտալներին (նվազագույն հիմք): Ենթադրվում է, որ հիմքի ֆունկցիաները կազմում են օրթոնորմալ ատոմային ուղեծրերի մի շարք՝ ՕՍՏ, ուղղանկյունացված ըստ Լևդինի։

Երկու էլեկտրոնային Կուլոնի և փոխանակման ինտեգրալների համար ներկայացվում է զրոյական դիֆերենցիալ համընկնման (NDO) մոտարկումը։

Կառուցվածքային շրջանի մոլեկուլային կառուցվածքը կարող է համապատասխանել մոլեկուլի փոփոխությունների մի շարքին, որոնք պահպանում են վալենտային քիմիական կապերի նույն համակարգը միջուկների տարբեր տարածական կազմակերպմամբ: Այս դեպքում խորը PES նվազագույնը լրացուցիչ ունի մի քանի մակերեսային (էներգիայի համարժեք կամ ոչ համարժեք) նվազագույններ՝ առանձնացված փոքր պոտենցիալ խոչընդոտներով: Մոլեկուլի տարբեր տարածական ձևեր, որոնք փոխակերպվում են միմյանց՝ տվյալ կառուցվածքային տարածաշրջանում՝ շարունակաբար փոխելով ատոմների և ֆունկցիոնալ խմբերի կոորդինատները՝ առանց քիմիական կապեր խախտելու կամ ձևավորելու, կազմում են մոլեկուլի կոնֆորմացիաների ամբողջությունը: Կոնֆորմացիաների մի շարք, որոնց էներգիաները փոքր են, քան տվյալ PES կառուցվածքային շրջանին հարող ամենացածր արգելքը, կոչվում է կոնֆորմացիոն իզոմեր կամ կոնֆորմեր: Տեղական PES նվազագույնին համապատասխանող կոնֆորմատորները կոչվում են կայուն կամ կայուն: Այսպիսով, մոլեկուլային կառուցվածքը կարող է սահմանվել որպես մոլեկուլի կոնֆորմացիաների մի շարք որոշակի կառուցվածքային տարածաշրջանում: Կոնֆորմացիոն անցման մի տեսակ, որը հաճախ հանդիպում է մոլեկուլներում, ատոմների առանձին խմբերի պտույտն է կապերի շուրջ. նրանք ասում են, որ կա ներքին պտույտ, և տարբեր կոնֆորմատորներ կոչվում են պտտվող իզոմերներ կամ ռոտամերներ։ Պտտման ընթացքում փոխվում է նաև էլեկտրոնային էներգիան, և դրա արժեքը նման շարժման գործընթացում կարող է անցնել առավելագույնը. այս դեպքում խոսվում է ներքին ռոտացիայի արգելքի մասին։ Վերջիններս մեծապես պայմանավորված են տարբեր համակարգերի հետ փոխազդեցության ժամանակ այս մոլեկուլների կառուցվածքը հեշտությամբ հարմարեցնելու ունակությամբ։ Յուրաքանչյուր PES էներգիայի նվազագույնը համապատասխանում է նույն էներգիայով զույգ էնանտիոմերներին՝ աջ (R) և ձախ (S): Այս զույգերն ունեն էներգիաներ, որոնք տարբերվում են ընդամենը 3,8 կկալ/մոլով, սակայն դրանք բաժանված են 25,9 կկալ/մոլ բարձր արգելքով և, հետևաբար, շատ կայուն են արտաքին ազդեցության բացակայության դեպքում: Որոշ մոլեկուլների համար ներքին պտույտի պատնեշների էներգիաների քվանտաքիմիական հաշվարկների և համապատասխան փորձարարական արժեքների արդյունքները։ Պտտման արգելքների տեսական և փորձարարական արժեքները C-C միացումներ, C-P, C-S տարբերվում են ընդամենը 0,1 կկալ/մոլով; C-0, C-N, C-Si կապերի համար, չնայած բևեռացման գործառույթների ընդգրկմամբ բազային հավաքածուի կիրառմանը (տես ստորև), տարբերությունը նկատելիորեն ավելի մեծ է: Այնուամենայնիվ, կարելի է բավարար ճշգրտություն արձանագրել ներքին պտույտի խոչընդոտների էներգիաների հաշվարկման մեջ HF մեթոդով։

Պարզ մոլեկուլների համար ներքին ռոտացիայի խոչընդոտների էներգիաների նման հաշվարկները, ի լրումն սպեկտրոսկոպիկ կիրառությունների, կարևոր են որպես այս կամ այն ​​հաշվարկման մեթոդի որակի չափանիշ: Մեծ ուշադրության է արժանի բարդ մոլեկուլային համակարգերի ներքին ռոտացիան, օրինակ՝ պոլիպեպտիդներում և սպիտակուցներում, որտեղ այս ազդեցությունը որոշում է այս միացությունների կենսաբանական կարևոր գործառույթներից շատերը: Նման օբյեկտների համար պոտենցիալ էներգիայի մակերևույթների հաշվարկը դժվար խնդիր է թե տեսական և թե գործնական առումով։ Կոնֆորմացիոն անցման ընդհանուր տեսակը ինվերսիան է, ինչպիսին տեղի է ունենում AX3 տիպի բրգաձեւ մոլեկուլներում (A = N, Si, P, As, Sb; X = H, Li, F և այլն): Այս մոլեկուլներում Ա ատոմը կարող է դիրքեր զբաղեցնել ինչպես X ատոմներից ձևավորված հարթությունից վերև, այնպես էլ ներքևում: Օրինակ, ամոնիակի NH3 մոլեկուլում HF մեթոդը տալիս է էներգիայի արգելքի արժեքը 23,4 կկալ/մոլ; սա լավ համընկնում է ինվերսիոն արգելքի փորձարարական արժեքի հետ՝ 24,3 կկալ/մոլ: Եթե ​​PES նվազագույնների միջև խոչընդոտները համեմատելի են մոլեկուլի ջերմային էներգիայի հետ, դա հանգեցնում է մոլեկուլի կառուցվածքային ոչ կոշտության ազդեցությանը. Նման մոլեկուլներում կոնֆորմացիոն անցումները տեղի են ունենում անընդհատ: HF-ի հավասարումները լուծելու համար օգտագործվում է ինքնահամապատասխան դաշտի մեթոդը: Լուծման գործընթացում օպտիմիզացված են միայն էլեկտրոնների զբաղեցրած ուղեծրերը, հետևաբար միայն այս ուղեծրերի էներգիաները ֆիզիկապես արդարացված են գտնում։ Այնուամենայնիվ, մեթոդը. HF-ն տալիս է նաև ազատ ուղեծրերի բնութագրերը. նման մոլեկուլային սպին օրբիտալները կոչվում են վիրտուալ: Ցավոք, նրանք նկարագրում են մոլեկուլի հուզված էներգիայի մակարդակները մոտ 100% սխալով, և դրանք պետք է օգտագործվեն սպեկտրոսկոպիկ տվյալները զգուշությամբ մեկնաբանելու համար. դրա համար կան այլ մեթոդներ: Ինչ վերաբերում է ատոմներին, ապա մոլեկուլների համար HF մեթոդը տարբեր տարբերակներ ունի՝ կախված նրանից, թե արդյոք մեկ որոշիչ ալիքի ֆունկցիան S2 համակարգի քառակուսի ընդհանուր սպին օպերատորի սեփական ֆունկցիան է, թե ոչ։ Եթե ​​ալիքի ֆունկցիան կառուցված է տիեզերական ուղեծրերից, որոնք զբաղեցնում են զույգ էլեկտրոններ հակառակ սպիններով (մոլեկուլներ փակ թաղանթներով), ապա այս պայմանը բավարարվում է, և մեթոդը կոչվում է սահմանափակ Հարտրի-Ֆոկ (OHF) մեթոդ։ Եթե ​​օպերատորի սեփական ֆունկցիան լինելու պահանջը դրված չէ ալիքի ֆունկցիայի վրա, ապա յուրաքանչյուր մոլեկուլային սպին ուղեծիր համապատասխանում է որոշակի սպինային վիճակի (a կամ 13), այսինքն՝ հակառակ սպիններով էլեկտրոնները զբաղեցնում են տարբեր սպինային ուղեծրեր։ Այս մեթոդը սովորաբար կիրառվում է բաց թաղանթով մոլեկուլների նկատմամբ և կոչվում է անսահմանափակ HF մեթոդ (NHF) կամ տարբեր ուղեծրերի մեթոդ տարբեր սպինների համար։ Երբեմն ցածր էներգիայի վիճակները նկարագրվում են էլեկտրոններով կրկնակի զբաղեցրած ուղեծրերով, իսկ վալենտական ​​վիճակները նկարագրվում են առանձին զբաղեցված մոլեկուլային սպին ուղեծրերով. այս մեթոդը կոչվում է սահմանափակ Hartree-Fock մեթոդ բաց պատյանների համար (OHF-00): Ինչպես ատոմներում, այնպես էլ բաց թաղանթներով մոլեկուլների ալիքային ֆունկցիան չի համապատասխանում մաքուր սպինային վիճակին, և կարող են առաջանալ լուծումներ, որոնցում ալիքի ֆունկցիայի համաչափությունը սպինի նկատմամբ նվազում է։ Դրանք կոչվում են NHF-անկայուն լուծումներ:

2.3 Քվանտային մեխանիկական մեթոդներ

Տեսական քիմիայի առաջընթացը և քվանտային մեխանիկայի զարգացումը ստեղծեցին մոլեկուլների մոտավոր քանակական հաշվարկների հնարավորություն։ Հայտնի է երկու կարևոր հաշվարկման մեթոդ՝ էլեկտրոնային զույգի մեթոդը, որը նաև կոչվում է վալենտային կապի մեթոդ և մոլեկուլային ուղեծրի մեթոդ։ Այս մեթոդներից առաջինը, որը մշակվել է Հեյթլերի և Լոնդոնի կողմից ջրածնի մոլեկուլի համար, լայն տարածում գտավ 1930-ականներին։ Վերջին տարիներին գնալով ավելի է կարևորվում մոլեկուլային ուղեծրերի մեթոդը (Hund, E. Hückel, Mulliken, Hertzberg, Lenard-Jones):

Այս մոտավոր հաշվարկման մեթոդում մոլեկուլի վիճակը նկարագրվում է այսպես կոչված ψ ալիքային ֆունկցիայով, որը կազմված է որոշակի կանոնի համաձայն մի շարք տերմիններից.

Այս տերմինների հանրագումարը պետք է հաշվի առնի π-էլեկտրոնների շնորհիվ ածխածնի ատոմների զույգ-զույգ կապի արդյունքում առաջացող բոլոր հնարավոր համակցությունները:

Ψ ալիքային ֆունկցիայի հաշվարկը հեշտացնելու համար առանձին տերմինները (C1ψ1, C2ψ2 և այլն) պայմանականորեն պատկերվում են գրաֆիկորեն համապատասխան վալենտային սխեմաների տեսքով, որոնք օգտագործվում են որպես օժանդակ միջոցներ մաթեմատիկական հաշվարկում։ Օրինակ, երբ նշված եղանակովհաշվարկեք բենզոլի մոլեկուլը և հաշվի առեք միայն π-էլեկտրոնները, ապա այդպիսի հինգ անդամ կա. Այս տերմինները համապատասխանում են հետևյալ վալենտային սխեմաներին.

Հաճախ տվյալ վալենտային սխեմաները պատկերվում են՝ հաշվի առնելով σ-կապերը, օրինակ՝ բենզոլի համար

Նման վալենտային սխեմաները կոչվում են «չխռովված կառույցներ» կամ «սահմանային կառույցներ»

Տարբեր սահմանափակող կառույցների ψ1, ψ2, ψ3 և այլն ֆունկցիաները մտնում են ψ ալիքային ֆունկցիան այնքան մեծ գործակիցներով (որքան մեծ է քաշը), այնքան ցածր է էներգիան, որը հաշվարկվում է համապատասխան կառուցվածքի համար։ Ψ ալիքային ֆունկցիային համապատասխանող էլեկտրոնային վիճակն ամենակայունն է ψ1, ψ2, ψ3 և այլն ֆունկցիաներով ներկայացված էլեկտրոնային վիճակների համեմատ. վիճակի էներգիան, որը ներկայացված է ψ (իրական մոլեկուլի) ֆունկցիայով, բնականաբար, ամենափոքրն է սահմանափակող կառույցների էներգիաների համեմատ։

Բենզոլի մոլեկուլը էլեկտրոնային զույգի մեթոդով հաշվարկելիս հաշվի են առնվում հինգ սահմանափակող կառուցվածքներ (I-V): Դրանցից երկուսը նույնական են դասական Կեկուլեի կառուցվածքային բանաձևին և Դյուարի երեք բանաձևին: Քանի որ III, IV և V սահմանափակող կառույցներին համապատասխան էլեկտրոնային վիճակների էներգիան ավելի բարձր է, քան I և II կառուցվածքների համար, ներդրումը. կառույցներ III, IV և V բենզոլի մոլեկուլի ψ խառը ալիքային ֆունկցիան ավելի փոքր է, քան I և II կառուցվածքների ներդրումը։ Հետևաբար, առաջին մոտարկման դեպքում երկու համարժեք Կեկուլեի կառուցվածքները բավարար են բենզոլի մոլեկուլում էլեկտրոնային խտության բաշխումը պատկերելու համար:

Սահմանափակող կառուցվածքները չեն համապատասխանում ոչ գրգռված մոլեկուլների ոչ մի իրական էլեկտրոնային վիճակի, բայց հնարավոր է, որ դրանք կարող են առաջանալ գրգռված վիճակում կամ ռեակցիայի պահին։

Ռեզոնանսի տեսության վերը նշված որակական կողմը համընկնում է մեզոմերիզմի հայեցակարգի հետ, որը որոշ ավելի վաղ մշակվել է Ինգոլդի և անկախ Արնդտի կողմից։

Համաձայն այս հայեցակարգի, մոլեկուլի իրական վիճակը միջանկյալ է («մեզոմերիկ») երկու կամ ավելի «սահմանային կառուցվածքներով» պատկերված վիճակների միջև, որոնք կարող են գրվել տվյալ մոլեկուլի համար՝ օգտագործելով վալենտության կանոնները։

Մեզոմերիզմի տեսության այս հիմնական դիրքից բացի, նրա ապարատը ներառում է լավ զարգացած գաղափարներ էլեկտրոնային տեղաշարժերի մասին, որոնց հիմնավորման, մեկնաբանման և փորձարարական ստուգման մեջ կարևոր դեր է խաղում Ինգոլդը։ Ըստ Ինգոլդի՝ էլեկտրոնային տեղաշարժերի (էլեկտրոնային էֆեկտների) մեխանիզմները տարբեր են՝ կախված նրանից, թե ատոմների փոխադարձ ազդեցությունն իրականացվում է միայնակ կամ խոնարհված կրկնակի կապերի շղթայի միջոցով։ Առաջին դեպքում սա ինդուկցիոն էֆեկտն է I (կամ նաև ստատիկ ինդուկցիոն էֆեկտն է), երկրորդ դեպքում՝ մեզոմերիկ էֆեկտը M (ստատիկ կոնյուգացիոն էֆեկտ):

Արձագանքող մոլեկուլում էլեկտրոնային ամպը կարող է բևեռացվել ինդուկտիվ մեխանիզմի համաձայն. նման էլեկտրոնային տեղաշարժը կոչվում է ինդուկտոմերային էֆեկտ Id: Խոնարհված կրկնակի կապերով մոլեկուլներում (և անուշաբույր մոլեկուլներում) ռեակցիայի պահին էլեկտրոնային ամպի բևեռայնությունը պայմանավորված է E էլեկտրամերային ազդեցությամբ (դինամիկ խոնարհման էֆեկտ):

Ռեզոնանսի տեսությունը հիմնարար առարկություններ չի առաջացնում, քանի դեռ մենք խոսում ենք մոլեկուլների պատկերման ուղիների մասին, բայց այն նաև մեծ պահանջներ ունի։ Ինչպես էլեկտրոնային գոլորշիների մեթոդում, ալիքի ֆունկցիան նկարագրվում է ψ1, ψ2, ψ3 և այլն ալիքային ֆունկցիաների գծային համադրությամբ, ռեզոնանսային տեսությունն առաջարկում է մոլեկուլի ψ ճշմարիտ ալիքային ֆունկցիան նկարագրել որպես մոլեկուլի գծային համակցություն։ Սահմանափակող կառույցների ալիքային գործառույթները.

Այնուամենայնիվ, մաթեմատիկան չի տալիս այս կամ այն ​​«ռեզոնանսային կառուցվածքի» ընտրության չափանիշները. ի վերջո, էլեկտրոնային զույգերի մեթոդում ալիքի ֆունկցիան կարող է ներկայացվել ոչ միայն որպես ψ1, ψ2, ψ3 և այլն ալիքային ֆունկցիաների գծային համակցություն։ , այլ նաև որպես որոշակի գործակիցներով ընտրված ցանկացած այլ ֆունկցիայի գծային համակցություն: Սահմանային կառուցվածքների ընտրությունը կարող է կատարվել միայն քիմիական նկատառումների և անալոգիաների հիման վրա, այսինքն՝ այստեղ ռեզոնանս հասկացությունը ըստ էության ոչ մի նոր բան չի տալիս մեզոմերիզմի հասկացության համեմատ։

Սահմանափակող կառուցվածքների օգնությամբ մոլեկուլներում էլեկտրոնային խտության բաշխումը նկարագրելիս պետք է մշտապես նկատի ունենալ, որ առանձին սահմանափակող կառուցվածքները չեն համապատասխանում իրական ֆիզիկական վիճակի և «էլեկտրոնային ռեզոնանսի» ֆիզիկական երևույթ չկա։

Գրականությունից հայտնի են բազմաթիվ դեպքեր, երբ ռեզոնանսի հայեցակարգի կողմնակիցները ռեզոնանսին վերագրում էին ֆիզիկական երևույթի իմաստը և կարծում էին, որ որոշ առանձին սահմանափակող կառույցներ պատասխանատու են նյութերի որոշակի հատկությունների համար: Նման սխալ գաղափարների հնարավորությունը բնորոշ է ռեզոնանսի հայեցակարգի շատ կետերին: Այսպիսով, երբ խոսվում է մոլեկուլի իրական վիճակին «սահմանափակող կառույցների տարբեր ներդրման» մասին, հեշտությամբ կարող է առաջանալ այդ հարաբերությունների իրական գոյության գաղափարը։ Ռեզոնանսի հայեցակարգում իրական մոլեկուլը համարվում է «ռեզոնանսային հիբրիդ»; այս տերմինը կարող է առաջարկել սահմանափակող կառույցների ենթադրյալ իրական փոխազդեցություն, որը նման է ատոմային ուղեծրերի հիբրիդացմանը:

«Ռեզոնանսի պատճառով կայունացում» տերմինը նույնպես անհաջող է, քանի որ մոլեկուլի կայունացումը չի կարող պայմանավորված լինել գոյություն չունեցող ռեզոնանսով, այլ էլեկտրոնների խտության տեղակայման ֆիզիկական երևույթ է, որը բնորոշ է կոնյուգացված համակարգերին: Ուստի տեղին է այս երևույթը անվանել կայունացում՝ կապված խոնարհման հետ: Խոնարհման էներգիան (դելոկալիզացիայի էներգիան կամ մեզոմերիզմի էներգիան) կարող է որոշվել փորձարարական եղանակով՝ անկախ քվանտային մեխանիկական հաշվարկներից բխող «ռեզոնանսային էներգիայից»։ Սա սահմանափակող կառուցվածքներից մեկին համապատասխանող բանաձևով հիպոթետիկ մոլեկուլի համար հաշվարկված էներգիայի և իրական մոլեկուլի համար փորձարարական հայտնաբերված էներգիայի տարբերությունն է:

Վերոնշյալ վերապահումներով, մի քանի սահմանափակող կառույցների օգնությամբ մոլեկուլներում էլեկտրոնային խտության բաշխումը նկարագրելու մեթոդը, անկասկած, կարող է օգտագործվել երկու այլ մեթոդների հետ միասին, որոնք նույնպես շատ տարածված են:

2.4 Հյուկելի մեթոդ

Հյուկելի մեթոդ , էներգիայի մակարդակների և մոլի մոտավոր հաշվարկման քվանտաքիմիական մեթոդ։ չհագեցած օրբիտալներ։ կապեր. Այն հիմնված է այն ենթադրության վրա, որ էլեկտրոնի շարժումը մոլեկուլում ատոմային միջուկի մոտ կախված չէ այլ էլեկտրոնների վիճակներից կամ քանակից։ Սա թույլ է տալիս պարզեցնել պիերսի որոշման խնդիրը: ուղեծրեր (MO) ատոմային ուղեծրերի գծային համակցության ներկայացման մեջ: Մեթոդն առաջարկվել է Է. Հյուկելի կողմից 1931 թվականին՝ խոնարհված կապերով ածխաջրածինների էլեկտրոնային կառուցվածքը հաշվարկելու համար։ Ենթադրվում է, որ խոնարհված համակարգի ածխածնի ատոմները գտնվում են նույն հարթության մեջ, որի նկատմամբ ամենաբարձր զբաղեցրած և ամենացածր վիրտուալ (ազատ) MO-ները (սահմանային մոլ. Օրբիտալները) հակասիմետրիկ են, այսինքն՝ դրանք ատոմային 2pz-ով ձևավորված ուղեծրեր են։ C-ի համապատասխան ատոմների ուղեծրեր (AO) Այլ ատոմների ազդեցությունը, օրինակ. Ն, կամ ասում են. հագեցած կապերով բեկորները անտեսված են: Ենթադրվում է, որ խոնարհված համակարգի M ածխածնի ատոմներից յուրաքանչյուրը մեկ էլեկտրոն է ներդրում համակարգին և նկարագրվում է մեկ ատոմային 2pz-օրբիտալով (k = 1, 2, ..., M): Հյուկելի մեթոդով տրված մոլեկուլի էլեկտրոնային կառուցվածքի պարզ մոդելը հնարավորություն է տալիս հասկանալ բազմաթիվ քիմ. երեւույթներ. Օրինակ, այլընտրանքային ածխաջրածինների ոչ բևեռականությունը պայմանավորված է նրանով, որ ածխածնի բոլոր ատոմների արդյունավետ լիցքերը զրոյական են: Ընդհակառակը, 5 և 7 անդամանոց ցիկլերի ոչ այլընտրանքային խտացված համակարգը (ազուլեն) ունի դիպոլային մոմենտ մոտ. 1D (3,3 x 10 -30 C x մ): Կենտ այլընտրանքային ածխաջրածիններում հիմնական էներգիան: վիճակը համապատասխանում է էլեկտրոնային համակարգին, որտեղ կա առնվազն մեկ առանձին զբաղեցված ուղեծր: Կարելի է ցույց տալ, որ այս ուղեծրի էներգիան նույնն է, ինչ ազատ ատոմում, որի հետ կապված կոչվում է. ոչ կապող MO. Էլեկտրոնի հեռացումը կամ ավելացումը փոխում է միայն չկապող ուղեծրի պոպուլյացիան, ինչը հանգեցնում է որոշ ատոմների վրա լիցքի առաջացմանը, որը համաչափ է ոչ կապող MO-ի ընդլայնման համապատասխան գործակցի քառակուսուն AO-ով: Նման MO-ն որոշելու համար կիրառվում է մի պարզ կանոն՝ Ck գործակցի գումարը ցանկացած տվյալի կից բոլոր ատոմների համար պետք է հավասար լինի զրոյի։ Բացի այդ, գործակիցի արժեքները պետք է համապատասխանեն լրացուցիչին: նորմալացման պայման. Սա հանգեցնում է մոլում գտնվող ատոմների լիցքերի բնորոշ փոփոխությանը (փոխարինմանը): այլընտրանքային ածխաջրածինների իոններ. Մասնավորապես, այս կանոնը բացատրում է ընտրությունը քիմ. Օրթո և պարա դիրքերի հատկությունները բենզոլային օղակում՝ համեմատած մետա դիրքի հետ: Պարզ Հյուկելի մեթոդի շրջանակներում հաստատված օրինաչափությունները խեղաթյուրվում են, երբ մոլեկուլում բոլոր փոխազդեցությունները հաշվի են առնվում ավելի լիարժեք: Այնուամենայնիվ, սովորաբար բազմաթիվ տարասեռ փոխլրացնող գործոնների ազդեցությունը (օրինակ՝ միջուկային էլեկտրոններ, փոխարինիչներ, միջէլեկտրոնային վանում և այլն) որակապես չի փոխում էլեկտրոնների բաշխման ուղեծրային օրինաչափությունը։ Ուստի Հյուկելի մեթոդը հաճախ օգտագործվում է բարդ ռեակցիաների մեխանիզմների մոդելավորման համար, որոնք ներառում են օրգ. կապեր. Երբ հետերոատոմներ (N, O, S, ...) ներմուծվում են մոլեկուլ, H մատրիցի պարամետրերը, որոնք վերցված են հետերոատոմի և ածխածնի ատոմների համար, նշանակալի են դառնում։ Ի տարբերություն պոլիենների, տարբեր տեսակի ատոմներ կամ կապեր նկարագրվում են տարբեր պարամետրերով կամ և դրանց հարաբերակցությունը էականորեն ազդում է MO տեսակի վրա. Պարզ Հյուկելի մեթոդի շրջանակներում ստացված կանխատեսումների որակը, որպես կանոն, արդյունքում վատանում է։ Իր գաղափարով պարզ, տեսողական և Հյուկելի բարդ հաշվարկներ չպահանջող մեթոդը բարդ մոլի էլեկտրոնային կառուցվածքի քվանտային քիմիական մոդելի ստեղծման ամենատարածված միջոցներից մեկն է։ համակարգեր. Նաիբ. դրա կիրառումը արդյունավետ է այն դեպքերում, երբ մոլեկուլի հատկությունները որոշվում են քիմիական նյութի հիմնական տոպոլոգիական կառուցվածքում։ կապերը, մասնավորապես, մոլեկուլի համաչափությունը։ Պարզ մոլեկուլային ուղեծրային մեթոդների շրջանակներում Հյուկելի մեթոդի կատարելագործված տարբերակները ստեղծելու փորձերը քիչ իմաստ ունեն, քանի որ դրանք հանգեցնում են հաշվարկման մեթոդների, որոնք բարդությամբ համեմատելի են քվանտային քիմիայի ավելի ճշգրիտ մեթոդների հետ:

Եզրակացություն

Ներկայումս «ստեղծվել է գիտության մի ամբողջ ճյուղ՝ քվանտային քիմիա, որը զբաղվում է քվանտային մեխանիկական մեթոդների կիրառմամբ քիմիական խնդիրներում։ Այնուամենայնիվ, սկզբունքորեն սխալ կլինի կարծել, որ օրգանական միացությունների կառուցվածքի և ռեակտիվության բոլոր հարցերը կարող են կրճատվել մինչև քվանտային մեխանիկայի խնդիրներ: Քվանտային մեխանիկան ուսումնասիրում է էլեկտրոնների և միջուկների շարժման օրենքները, այսինքն՝ շարժման ավելի ցածր ձևի օրենքները՝ համեմատած քիմիայի կողմից ուսումնասիրվածի հետ (ատոմների և մոլեկուլների շարժում), իսկ ավելի բարձր շարժման ձևը երբեք չի կարող կրճատվել ավելի ցածրի։ մեկ. Նույնիսկ շատ պարզ մոլեկուլների համար այնպիսի հարցեր, ինչպիսիք են նյութերի ռեակտիվությունը, դրանց փոխակերպումների մեխանիզմը և կինետիկան, չեն կարող ուսումնասիրվել միայն քվանտային մեխանիկայի մեթոդներով։ Նյութի շարժման քիմիական ձևի ուսումնասիրության հիմքը քիմիական հետազոտության մեթոդներն են, իսկ քիմիայի զարգացման մեջ առաջատար դերը պատկանում է քիմիական կառուցվածքի տեսությանը։

Նյութերի, դրանց հատկությունների և քիմիական փոխակերպումների մասին տեղեկատվության ճնշող մեծամասնությունը ստացվել է քիմիական կամ ֆիզիկաքիմիական փորձերի միջոցով։ Ուստի քիմիկոսների կողմից օգտագործվող հիմնական մեթոդը պետք է համարել քիմիական փորձ։

Փորձարարական քիմիայի ավանդույթները զարգացել են դարերի ընթացքում: Նույնիսկ այն ժամանակ, երբ քիմիան ճշգրիտ գիտություն չէր, հին ժամանակներում և միջնադարում գիտնականներն ու արհեստավորները, երբեմն պատահաբար, երբեմն էլ նպատակաուղղված, հայտնաբերում էին բազմաթիվ նյութեր ստանալու և մաքրելու ուղիներ, որոնք օգտագործվում էին տնտեսական գործունեությունմետաղներ, թթուներ, ալկալիներ, ներկանյութեր և այլն։ Նման տեղեկությունների կուտակմանը մեծապես նպաստել են ալքիմիկոսները (տես Ալքիմիա)։

Սրա շնորհիվ 19-րդ դարի սկզբին. Քիմիկոսները լավ տիրապետում էին փորձարարական արվեստի հիմունքներին, մասնավորապես տարբեր հեղուկների և պինդ մարմինների մաքրման մեթոդներին, ինչը նրանց թույլ տվեց շատ կարևոր բացահայտումներ անել: Այնուամենայնիվ, քիմիան սկսեց դառնալ գիտություն բառի ժամանակակից իմաստով, ճշգրիտ գիտություն, միայն 19-րդ դարում, երբ հայտնաբերվեց բազմակի հարաբերակցության օրենքը և մշակվեց ատոմ-մոլեկուլային տեսությունը։ Այդ ժամանակվանից ի վեր քիմիական փորձը սկսեց ներառել ոչ միայն նյութերի փոխակերպումների և դրանց մեկուսացման մեթոդների ուսումնասիրությունը, այլև տարբեր քանակական բնութագրերի չափումը։

Ժամանակակից քիմիական փորձը ներառում է բազմաթիվ տարբեր չափումներ: Փոխվել են նաև փորձերի տեղադրման սարքավորումները և քիմիական ապակյա իրերը։ Ժամանակակից լաբորատորիայում դուք չեք գտնի տնական ռետիններ. դրանք փոխարինվել են արդյունաբերության կողմից արտադրված ստանդարտ ապակե սարքավորումներով և հատուկ հարմարեցված որոշակի քիմիական պրոցեդուրաներ կատարելու համար: Ստանդարտ են դարձել նաև աշխատանքի մեթոդները, որոնք մեր ժամանակներում այլևս պետք չէ նորից հորինել յուրաքանչյուր քիմիկոս։ Դրանցից լավագույնների նկարագրությունը, որն ապացուցված է երկար տարիների փորձով, կարելի է գտնել դասագրքերում և ձեռնարկներում:

Նյութերի ուսումնասիրության մեթոդները դարձել են ոչ միայն ավելի ունիվերսալ, այլև շատ ավելի բազմազան։ Քիմիկոսների աշխատանքում աճող դեր են խաղում ֆիզիկական և ֆիզիկաքիմիական հետազոտական ​​մեթոդները, որոնք նախատեսված են միացությունների մեկուսացման և մաքրման, ինչպես նաև դրանց բաղադրության և կառուցվածքի հաստատման համար:

Նյութերի մաքրման դասական տեխնիկան չափազանց աշխատատար էր: Լինում են դեպքեր, երբ քիմիկոսները տարիներ շարունակ աշխատել են խառնուրդից առանձին միացության մեկուսացման վրա։ Այսպիսով, հազվագյուտ հողային տարրերի աղերը կարող են մեկուսացվել մաքուր ձևմիայն հազարավոր կոտորակային բյուրեղացումներից հետո: Բայց նույնիսկ դրանից հետո նյութի մաքրությունը միշտ չէր կարող երաշխավորվել։

Քրոմատոգրաֆիայի ժամանակակից մեթոդները թույլ են տալիս արագորեն առանձնացնել նյութը կեղտից (նախապատրաստական ​​քրոմատոգրաֆիա) և ստուգել դրա քիմիական ինքնությունը (վերլուծական քրոմատագրություն): Բացի այդ, թորման, արդյունահանման և բյուրեղացման դասական, բայց զգալիորեն բարելավված մեթոդները լայնորեն օգտագործվում են նյութերի մաքրման համար, ինչպես նաև այդպիսի արդյունավետ ժամանակակից մեթոդներինչպես էլեկտրոֆորեզը, գոտու հալումը և այլն:

Մաքուր նյութի մեկուսացումից հետո սինթետիկ քիմիկոսին առջև ծառացած խնդիրը՝ պարզել նրա մոլեկուլների բաղադրությունն ու կառուցվածքը, մեծապես վերաբերում է անալիտիկ քիմիայի հետ։ Ավանդական աշխատանքի տեխնիկայով այն նույնպես շատ աշխատատար էր։ Գործնականում, որպես չափման միակ մեթոդ, նախկինում օգտագործվել է տարրական անալիզ, որը թույլ է տալիս հաստատել միացության ամենապարզ բանաձևը։

Իրական մոլեկուլային, ինչպես նաև կառուցվածքային բանաձևը որոշելու համար հաճախ անհրաժեշտ էր լինում ուսումնասիրել նյութի ռեակցիաները տարբեր ռեագենտներով. մեկուսացնել այս ռեակցիաների արտադրանքները առանձին-առանձին, իր հերթին հաստատելով դրանց կառուցվածքը: Եվ այսպես շարունակ, քանի դեռ այս փոխակերպումների հիման վրա անհայտ նյութի կառուցվածքն ակնհայտ չի դարձել: Հետևաբար, բարդ օրգանական միացության կառուցվածքային բանաձևի ստեղծումը հաճախ տևում էր շատ երկար, և նման աշխատանքը համարվում էր լիարժեք, որն ավարտվում էր հակասինթեզով՝ նոր նյութի ստացմամբ՝ դրա համար սահմանված բանաձևի համաձայն .

Այս դասական մեթոդը չափազանց օգտակար էր ընդհանրապես քիմիայի զարգացման համար։ Մեր օրերում այն ​​հազվադեպ է օգտագործվում։ Որպես կանոն, տարերային վերլուծությունից հետո մեկուսացված անհայտ նյութը ենթարկվում է հետազոտության՝ օգտագործելով զանգվածային սպեկտրոմետրիա, տեսանելի, ուլտրամանուշակագույն և ինֆրակարմիր տիրույթներում սպեկտրալ վերլուծություն, ինչպես նաև միջուկային մագնիսական ռեզոնանս: Կառուցվածքային բանաձևի հիմնավորված ածանցումը պահանջում է մեթոդների մի ամբողջ շարք, և դրանց տվյալները սովորաբար լրացնում են միմյանց: Բայց մի շարք դեպքերում սովորական մեթոդները միանշանակ արդյունք չեն տալիս, և պետք է դիմել կառուցվածքի հաստատման ուղղակի մեթոդների, օրինակ՝ ռենտգենյան դիֆրակցիոն վերլուծության։

Ֆիզիկաքիմիական մեթոդները կիրառվում են ոչ միայն սինթետիկ քիմիայում։ Դրանք ոչ պակաս նշանակություն ունեն քիմիական ռեակցիաների կինետիկայի, ինչպես նաև դրանց մեխանիզմների ուսումնասիրության մեջ։ Ռեակցիայի արագության ուսումնասիրության վերաբերյալ ցանկացած փորձի հիմնական խնդիրն է ռեակտիվ նյութի ժամանակի փոփոխվող և, ավելին, սովորաբար շատ փոքր կոնցենտրացիայի ճշգրիտ չափումը: Այս խնդիրը լուծելու համար, կախված նյութի բնույթից, ինչպես քրոմատոգրաֆիկ մեթոդները, այնպես էլ տարբեր տեսակներսպեկտրալ վերլուծություն, և էլեկտրաքիմիայի մեթոդներ (տես. Անալիտիկ քիմիա):

Տեխնիկայի կատարելությունը հասել է այդպիսին բարձր մակարդակ, ինչը հնարավորություն տվեց ճշգրիտ որոշել նույնիսկ «ակնթարթային», ինչպես նախկինում ենթադրվում էր, ռեակցիաների արագությունը, օրինակ, ջրածնի կատիոններից և անիոններից ջրի մոլեկուլների ձևավորումը: Երկու իոնների սկզբնական կոնցենտրացիայի դեպքում, որը հավասար է 1 մոլ/լ-ի, այս ռեակցիայի ժամանակը վայրկյանի մի քանի հարյուր միլիարդերորդն է:

Ֆիզիկաքիմիական հետազոտության մեթոդները նույնպես հատուկ հարմարեցված են քիմիական ռեակցիաների ժամանակ առաջացած կարճատև միջանկյալ մասնիկների հայտնաբերման համար։ Դա անելու համար սարքերը հագեցած են կա՛մ բարձր արագությամբ ձայնագրող սարքերով, կա՛մ կցորդներով, որոնք ապահովում են աշխատանքը շատ ցածր ջերմաստիճանում: Նման մեթոդները հաջողությամբ ֆիքսում են մասնիկների սպեկտրը, որոնց կյանքի տևողությունը նորմալ պայմաններում չափվում է վայրկյանի հազարերորդականներով, օրինակ՝ ազատ ռադիկալները:

Ի լրումն փորձարարական մեթոդների ժամանակակից քիմիահաշվարկները լայնորեն կիրառվում են. Այսպիսով, նյութերի արձագանքող խառնուրդի թերմոդինամիկական հաշվարկը հնարավորություն է տալիս ճշգրիտ կանխատեսել դրա հավասարակշռության բաղադրությունը (տես Քիմիական հավասարակշռություն)։

Քվանտային մեխանիկայի և քվանտային քիմիայի վրա հիմնված մոլեկուլների հաշվարկները դարձել են համընդհանուր ճանաչված և շատ դեպքերում անփոխարինելի։ Այս մեթոդները հիմնված են շատ բարդ մաթեմատիկական ապարատի վրա և պահանջում են ամենաառաջադեմ էլեկտրոնային համակարգիչների՝ համակարգիչների օգտագործումը: Դրանք թույլ են տալիս ստեղծել մոլեկուլների էլեկտրոնային կառուցվածքի մոդելներ, որոնք բացատրում են ռեակցիաների ընթացքում առաջացած ցածր կայուն մոլեկուլների կամ միջանկյալ մասնիկների դիտելի, չափելի հատկությունները։

Քիմիկոսների և ֆիզիկական քիմիկոսների կողմից մշակված նյութերի ուսումնասիրության մեթոդները օգտակար են ոչ միայն քիմիայում, այլև հարակից գիտություններֆիզիկա, կենսաբանություն, երկրաբանություն: Առանց նրանց՝ ո՛չ արդյունաբերություն, ո՛չ էլ Գյուղատնտեսություն, ո՛չ բժշկություն, ո՛չ քրեագիտություն։ Տիեզերանավերի վրա պատվավոր տեղ են գրավում ֆիզիկական և քիմիական գործիքները, որոնք օգտագործվում են մերձերկրյա տիեզերքի և հարակից մոլորակների ուսումնասիրության համար։

Ուստի քիմիայի հիմունքների իմացությունը անհրաժեշտ է յուրաքանչյուր մարդու՝ անկախ նրա մասնագիտությունից, և դրա մեթոդների հետագա զարգացումը գիտատեխնիկական հեղափոխության կարևոր ուղղություններից է։

Նյութերի վերլուծության մեթոդներ

Ռենտգենյան դիֆրակցիոն վերլուծություն

Ռենտգենյան դիֆրակցիոն անալիզը մարմինների կառուցվածքն ուսումնասիրելու մեթոդ է՝ օգտագործելով ռենտգենյան դիֆրակցիայի երևույթը, նյութի կառուցվածքն ուսումնասիրելու մեթոդ՝ տարածության մեջ բաշխմամբ և վերլուծված օբյեկտի վրա ցրված ռենտգենյան ճառագայթման ինտենսիվությամբ: Դիֆրակցիոն օրինաչափությունը կախված է օգտագործվող ռենտգենյան ճառագայթների ալիքի երկարությունից և օբյեկտի կառուցվածքից։ Ատոմի կառուցվածքն ուսումնասիրելու համար օգտագործվում է ատոմի չափի կարգի ալիքի երկարությամբ ճառագայթում։

Ռենտգենյան դիֆրակցիոն անալիզով ուսումնասիրվում են մետաղները, համաձուլվածքները, միներալները, անօրգանական և օրգանական միացությունները, պոլիմերները, ամորֆ նյութերը, հեղուկներն ու գազերը, սպիտակուցի մոլեկուլները, նուկլեինաթթուները և այլն։ Ռենտգենյան դիֆրակցիոն անալիզը բյուրեղների կառուցվածքի որոշման հիմնական մեթոդն է։

Բյուրեղները ուսումնասիրելիս այն տալիս է առավելագույն տեղեկատվություն: Դա պայմանավորված է այն հանգամանքով, որ բյուրեղներն ունեն խիստ պարբերականություն իրենց կառուցվածքում և ներկայացնում են դիֆրակցիոն ցանց՝ հենց բնության կողմից ստեղծված ռենտգենյան ճառագայթների համար: Այնուամենայնիվ, այն նաև արժեքավոր տեղեկատվություն է տալիս ավելի քիչ դասավորված կառուցվածք ունեցող մարմինների ուսումնասիրության համար, ինչպիսիք են հեղուկները, ամորֆ մարմինները, հեղուկ բյուրեղները, պոլիմերները և այլն: Բազմաթիվ արդեն վերծանված ատոմային կառույցների հիման վրա կարող է լուծվել նաև հակադարձ խնդիրը. այս նյութի բյուրեղային բաղադրությունը կարելի է հաստատել բազմաբյուրեղ նյութի ռենտգենյան օրինաչափությունից, օրինակ՝ լեգիրված պողպատից, համաձուլվածքից, հանքաքարից, լուսնային հողից։ , այսինքն՝ կատարվում է փուլային վերլուծություն։

Ռենտգենյան դիֆրակցիոն վերլուծությունը հնարավորություն է տալիս օբյեկտիվորեն հաստատել բյուրեղային նյութերի կառուցվածքը, ներառյալ այնպիսի բարդ նյութեր, ինչպիսիք են վիտամինները, հակաբիոտիկները, կոորդինացիոն միացությունները և այլն: Բյուրեղի ամբողջական կառուցվածքային ուսումնասիրությունը հաճախ հնարավորություն է տալիս լուծել զուտ քիմիական խնդիրներ, օրինակ՝ հաստատել կամ կատարելագործել քիմիական բանաձևը, կապի տեսակը, հայտնի խտության կամ խտության մոլեկուլային քաշը հայտնի մոլեկուլային քաշով, սիմետրիա և մոլեկուլների կոնֆիգուրացիա։ և մոլեկուլային իոններ։

Ռենտգենյան դիֆրակցիոն անալիզը հաջողությամբ օգտագործվում է պոլիմերների բյուրեղային վիճակն ուսումնասիրելու համար։ Արժեքավոր տեղեկություններ են տալիս ռենտգենյան դիֆրակցիոն անալիզը՝ ամորֆ և հեղուկ մարմիններ. Նման մարմինների ռենտգենյան դիֆրակցիոն օրինաչափությունները պարունակում են մի քանի լղոզված դիֆրակցիոն օղակներ, որոնց ինտենսիվությունը արագորեն նվազում է մեծացման հետ միասին։ Ելնելով այս օղակների լայնությունից, ձևից և ինտենսիվությունից՝ կարելի է եզրակացություններ անել որոշակի հեղուկ կամ ամորֆ կառուցվածքում փոքր հեռահարության կարգի առանձնահատկությունների մասին։

Ռենտգենյան դիֆրակտոմետրեր «DRON»

Ռենտգեն ֆլուորեսցենտային վերլուծություն (XRF)

Նյութի տարրական բաղադրությունը ստանալու նպատակով նյութի ուսումնասիրման ժամանակակից սպեկտրոսկոպիկ մեթոդներից մեկը, այսինքն. դրա տարրական վերլուծությունը: XRF մեթոդը հիմնված է սպեկտրի հավաքման և հետագա վերլուծության վրա, որը ստացվել է հետազոտվող նյութը ռենտգենյան ճառագայթների ազդեցության տակ: Ճառագայթման դեպքում ատոմը անցնում է գրգռված վիճակի, որն ուղեկցվում է էլեկտրոնների ավելի բարձր քվանտային մակարդակների անցումով։ Ատոմը մնում է գրգռված վիճակում չափազանց կարճ ժամանակ՝ մեկ միկրովայրկյան կարգի, որից հետո վերադառնում է հանգիստ դիրքի (հիմնական վիճակ): Այս դեպքում արտաքին թաղանթներից էլեկտրոնները կա՛մ լրացնում են առաջացած թափուր տեղերը, և ավելորդ էներգիան արտանետվում է ֆոտոնի տեսքով, կա՛մ էներգիան արտաքին թաղանթներից փոխանցվում է մեկ այլ էլեկտրոնի (Auger electron): Այս դեպքում յուրաքանչյուր ատոմ արձակում է խստորեն սահմանված արժեքի էներգիայով ֆոտոէլեկտրոն, օրինակ՝ երկաթը ռենտգենյան ճառագայթներով ճառագայթելիս արտանետում է K?=6,4 կՎ ֆոտոններ։ Հետագայում, համապատասխանաբար, ըստ էներգիայի և քվանտների քանակի, դատվում է նյութի կառուցվածքը։

Ռենտգենյան ֆլուորեսցենտային սպեկտրոմետրիայում հնարավոր է նմուշների մանրամասն համեմատություն անցկացնել ոչ միայն տարրերի բնորոշ սպեկտրների, այլև ֆոնի (bremsstrahlung) ճառագայթման ինտենսիվության և Կոմպտոնի ցրման գոտիների ձևի առումով: . Գնում է հատուկ նշանակությունայն դեպքում, երբ երկու նմուշների քիմիական բաղադրությունը ըստ քանակական անալիզի արդյունքների նույնն է, բայց նմուշները տարբերվում են այլ հատկություններով, ինչպիսիք են հատիկի չափը, բյուրեղի չափը, մակերեսի կոշտությունը, ծակոտկենությունը, խոնավությունը, բյուրեղացման ջրի առկայությունը, փայլեցումը. որակը, նստվածքի հաստությունը և այլն: Նույնականացումը կատարվում է սպեկտրների մանրամասն համեմատության հիման վրա: Նմուշի քիմիական բաղադրությունը իմանալու կարիք չկա։ Համեմատված սպեկտրների միջև ցանկացած տարբերություն անհերքելիորեն ցույց է տալիս փորձարկման նմուշի և ստանդարտի տարբերությունը:

Այս տեսակի վերլուծությունն իրականացվում է, երբ անհրաժեշտ է բացահայտել երկու նմուշների բաղադրությունը և որոշ ֆիզիկական հատկություններ, որոնցից մեկը հղում է: Այս տեսակի վերլուծությունը կարևոր է երկու նմուշների կազմի մեջ որևէ տարբերություն փնտրելիս: Ծավալը՝ հողում ծանր մետաղների, տեղումների, ջրի, աերոզոլների որոշում, հողերի, օգտակար հանածոների, ապարների որակական և քանակական վերլուծություն, հումքի որակի վերահսկում, արտադրության գործընթացի և պատրաստի արտադրանքի, կապարի ներկերի վերլուծություն, արժեքավոր մետաղների կոնցենտրացիաների չափում, նավթի և վառելիքի աղտոտվածության որոշում, սննդամթերքի բաղադրիչներում թունավոր մետաղների որոշում, հողի և գյուղատնտեսական արտադրանքի հետքի տարրերի վերլուծություն, տարրական վերլուծություն, հնագիտական ​​գտածոների թվագրում, նկարների, քանդակների ուսումնասիրություն, վերլուծության և փորձաքննության համար:

Սովորաբար նմուշի պատրաստումը բոլոր տեսակի ռենտգենյան ֆլուորեսցենտային վերլուծության համար դժվար չէ: Բարձր հուսալի քանակական վերլուծություն իրականացնելու համար նմուշը պետք է լինի միատարր և ներկայացուցչական, ունենա վերլուծության ընթացակարգով պահանջվող զանգվածից և չափից ոչ պակաս: Մետաղները հղկում են, փոշիները տրորում են որոշակի չափի մասնիկների և սեղմում հաբերի մեջ։ Ժայռերը միաձուլվում են ապակյա վիճակի (սա հուսալիորեն վերացնում է նմուշների անհամասեռության հետ կապված սխալները): Հեղուկներն ու պինդները պարզապես տեղադրվում են հատուկ բաժակների մեջ։

Սպեկտրային վերլուծություն

Սպեկտրային վերլուծություն- նյութի ատոմային և մոլեկուլային կազմի որակական և քանակական որոշման ֆիզիկական մեթոդ՝ հիմնված նրա սպեկտրների ուսումնասիրության վրա։ Ֆիզիկական հիմք Ս. և. - ատոմների և մոլեկուլների սպեկտրոսկոպիա, այն դասակարգվում է ըստ վերլուծության նպատակի և սպեկտրների տեսակների (տես Օպտիկական սպեկտրներ): Ատոմային Ս. ա. (ACA) որոշում է նմուշի տարրական կազմը ատոմային (իոնային) արտանետման և կլանման սպեկտրներով, մոլեկուլային Ս. ա. (ISA) - նյութերի մոլեկուլային բաղադրությունը՝ ըստ լույսի կլանման, լյումինեսցենտության և ռամանի ցրման մոլեկուլային սպեկտրների։ Արտանետում Ս. ա.արտադրվում է ըստ ատոմների, իոնների և մոլեկուլների արտանետումների սպեկտրների, որոնք գրգռված են էլեկտրամագնիսական ճառագայթման տարբեր աղբյուրներից՝ ճառագայթումից մինչև միկրոալիքային վառարան: Կլանումը Ս. ա. իրականացվում է էլեկտրամագնիսական ճառագայթման կլանման սպեկտրների համաձայն վերլուծված առարկաների (ատոմներ, մոլեկուլներ, նյութի իոններ ագրեգացման տարբեր վիճակներում): Ատոմային սպեկտրային անալիզ (ASA) Էմիսիոն ASAբաղկացած է հետևյալ հիմնական գործընթացներից.

1. ներկայացուցչական նմուշի ընտրություն, որն արտացոլում է վերլուծված նյութի միջին կազմը կամ նյութում որոշվող տարրերի տեղական բաշխումը.
2. նմուշի ներմուծում ճառագայթման աղբյուր, որտեղ տեղի է ունենում պինդ և հեղուկ նմուշների գոլորշիացում, միացությունների տարանջատում և ատոմների և իոնների գրգռում.
3. դրանց փայլի փոխակերպումը սպեկտրի և դրա գրանցումը (կամ տեսողական դիտարկումը) սպեկտրային սարքի միջոցով.
4. ստացված սպեկտրների մեկնաբանումը տարրերի սպեկտրային գծերի աղյուսակների և ատլասների միջոցով:

Այս փուլն ավարտվում է որակականԻՆՉՊԵՍ. Ամենաարդյունավետը զգայուն (այսպես կոչված «վերջին») գծերի օգտագործումն է, որոնք մնում են սպեկտրում որոշվող տարրի նվազագույն կոնցենտրացիայի դեպքում։ Սպեկտրոգրամները դիտվում են չափիչ մանրադիտակների, համեմատողների և սպեկտրոպրոյեկտորների վրա: Որակական վերլուծության համար բավական է որոշել որոշվող տարրերի վերլուծական գծերի առկայությունը կամ բացակայությունը: Տեսողական դիտման ընթացքում գծերի պայծառությամբ կարելի է մոտավոր գնահատական ​​տալ նմուշի որոշ տարրերի պարունակությանը:

Քանակական ACAիրականացվում է նմուշի սպեկտրում երկու սպեկտրային գծերի ինտենսիվության համեմատությամբ, որոնցից մեկը պատկանում է որոշվող տարրին, իսկ մյուսը (համեմատության գիծը) նմուշի հիմնական տարրին, որի կոնցենտրացիան հայտնի է. կամ հայտնի կոնցենտրացիայի դեպքում հատուկ ներմուծված տարրին («ներքին ստանդարտ»):

Ատոմային կլանման Ս. ա.(AAA) և ատոմային լյումինեսցենտային Ս. ա. (AFA): Այս մեթոդներում նմուշը վերածվում է գոլորշու ատոմիզատորում (բոց, գրաֆիտի խողովակ, կայունացված ՌԴ կամ միկրոալիքային արտանետման պլազմա): AAA-ում այս գոլորշիով անցնող դիսկրետ ճառագայթման աղբյուրի լույսը թուլանում է, և որոշվող տարրի գծերի ինտենսիվության աստիճանը օգտագործվում է նմուշում դրա կոնցենտրացիան դատելու համար: AAA-ն իրականացվում է հատուկ սպեկտրոֆոտոմետրերի վրա։ AAA տեխնիկան շատ ավելի պարզ է համեմատած այլ մեթոդների հետ, այն բնութագրվում է նմուշներում տարրերի ոչ միայն փոքր, այլև բարձր կոնցենտրացիաների որոշման բարձր ճշգրտությամբ: AAA-ն հաջողությամբ փոխարինում է աշխատատար և ժամանակատար վերլուծության քիմիական մեթոդներին, որոնք չեն զիջում դրանց ճշգրտությամբ:

AFA-ում նմուշի ատոմային գոլորշիները ճառագայթվում են ռեզոնանսային ճառագայթման աղբյուրի լույսով և գրանցվում է որոշվող տարրի ֆլյուորեսցենտությունը: Որոշ տարրերի համար (Zn, Cd, Hg և այլն) այս մեթոդով դրանց հայտնաբերման հարաբերական սահմանները շատ փոքր են (10-5-10-6%)։

ASA-ն թույլ է տալիս չափել իզոտոպային կազմը: Որոշ տարրեր ունեն լավ լուծված կառուցվածքով սպեկտրալ գծեր (օրինակ՝ H, He, U): Այս տարրերի իզոտոպային բաղադրությունը կարելի է չափել սովորական սպեկտրային գործիքների վրա՝ օգտագործելով լույսի աղբյուրներ, որոնք առաջացնում են բարակ սպեկտրային գծեր (սնամեջ կաթոդ, առանց էլեկտրոդի ռադիոալիք և միկրոալիքային լամպեր): Տարրերի մեծ մասի իզոտոպային սպեկտրային վերլուծության համար պահանջվում են բարձր լուծաչափով գործիքներ (օրինակ՝ Ֆաբրի-Պերո էտալոն): Իզոտոպային սպեկտրային վերլուծությունը կարող է իրականացվել նաև մոլեկուլների էլեկտրոնային-վիբրացիոն սպեկտրների միջոցով՝ չափելով շերտերի իզոտոպային տեղաշարժերը, որոնք որոշ դեպքերում հասնում են զգալի արժեքի։

ASA-ն զգալի դեր է խաղում միջուկային տեխնոլոգիաների, մաքուր կիսահաղորդչային նյութերի, գերհաղորդիչների արտադրության մեջ և այլն: Մետալուրգիայի բոլոր վերլուծությունների 3/4-ից ավելին կատարվում է ASA մեթոդներով: Քվանոմետրերի օգնությամբ օպերատիվ (2-3 րոպեի ընթացքում) հսկողություն է իրականացվում բացօջախային և փոխակերպիչ արտադրություններում հալման ժամանակ։ Երկրաբանության և երկրաբանական հետախուզության մեջ տարեկան մոտ 8 միլիոն անալիզ է կատարվում հանքավայրերի գնահատման համար: ASA-ն օգտագործվում է շրջակա միջավայրի պաշտպանության և հողի վերլուծության, դատաբժշկական և բժշկության, ծովի հատակի երկրաբանության և մթնոլորտի վերին բաղադրության ուսումնասիրության, իզոտոպների առանձնացման և երկրաբանական և հնագիտական ​​օբյեկտների տարիքն ու կազմը որոշելու համար և այլն:

ինֆրակարմիր սպեկտրոսկոպիա

IR մեթոդը ներառում է սպեկտրի ինֆրակարմիր շրջանում (0,76-1000 մկմ) արտանետումների, կլանման և արտացոլման սպեկտրների ձեռքբերում, ուսումնասիրություն և կիրառում: ICS-ն հիմնականում զբաղվում է մոլեկուլային սպեկտրների ուսումնասիրությամբ, քանի որ IR տարածաշրջանում տեղակայված են մոլեկուլների թրթռումային և պտտվող սպեկտրների մեծ մասը: Առավել լայնորեն կիրառվում է IR կլանման սպեկտրների ուսումնասիրությունը, որոնք առաջանում են IR ճառագայթման նյութի միջով անցումից: Այս դեպքում էներգիան ընտրողաբար կլանվում է այն հաճախականություններում, որոնք համընկնում են մոլեկուլի պտտման հաճախականություններին որպես ամբողջություն, իսկ բյուրեղային միացության դեպքում՝ բյուրեղային ցանցի թրթռման հաճախականությունների հետ։

IR կլանման սպեկտրը, հավանաբար, եզակի է իր տեսակի մեջ ֆիզիկական սեփականություն. Չկան երկու միացություններ, բացառությամբ օպտիկական իզոմերների, տարբեր կառուցվածքներով, բայց նույնական IR սպեկտրներով: Որոշ դեպքերում, ինչպիսիք են նմանատիպ մոլեկուլային քաշ ունեցող պոլիմերները, տարբերությունները կարող են նկատելի չլինել, բայց դրանք միշտ կան: Շատ դեպքերում IR սպեկտրը հանդիսանում է մոլեկուլի «մատնահետքը», որը հեշտությամբ տարբերվում է այլ մոլեկուլների սպեկտրից։

Բացի այն, որ կլանումը բնորոշ է ատոմների առանձին խմբերին, դրա ինտենսիվությունը ուղիղ համեմատական ​​է դրանց համակենտրոնացմանը։ Դա. Կլանման ինտենսիվության չափումը պարզ հաշվարկներից հետո տալիս է տվյալ բաղադրիչի քանակությունը նմուշում:

IR սպեկտրոսկոպիան կիրառություն է գտնում ուղղակիորեն կիսահաղորդչային նյութերի, պոլիմերների, կենսաբանական առարկաների և կենդանի բջիջների կառուցվածքի ուսումնասիրության մեջ: Կաթնամթերքի արդյունաբերության մեջ ինֆրակարմիր սպեկտրոսկոպիան օգտագործվում է ճարպերի, սպիտակուցների, կաթնաշաքարի, պինդ նյութերի, սառեցման կետի և այլնի զանգվածային բաժինը որոշելու համար։

Հեղուկ նյութը ամենից հաճախ հեռացվում է բարակ թաղանթով NaCl կամ KBr աղի կափարիչների միջև: Պինդը ամենից հաճախ հեռացվում է որպես մածուկ հեղուկ պարաֆինի մեջ: Լուծումները հանվում են ծալվող կուվետներում:

սպեկտրային միջակայք 185-ից 900 նմ, կրկնակի ճառագայթ, ձայնագրում, ալիքի երկարության ճշգրտություն 0,03 նմ 54000 սմ-1, 0,25 11000 սմ-1, ալիքի երկարության վերարտադրելիություն՝ համապատասխանաբար 0,02 նմ և 0,1 նմ։	Սարքը նախատեսված է պինդ և հեղուկ նմուշների IR սպեկտրներ վերցնելու համար: Սպեկտրային միջակայք – 4000…200 սմ-1; լուսաչափական ճշգրտություն ± 0,2%:

Տեսանելի և մոտ ուլտրամանուշակագույն շրջանի կլանման վերլուծություն

Վերլուծության կլանման մեթոդի կամ դրան մոտ գտնվող ուլտրամանուշակագույն տիրույթում տեսանելի լույսը և էլեկտրամագնիսական ճառագայթումը կլանելու լուծույթների հատկության վրա հիմնված է բժշկական լաբորատոր հետազոտությունների համար ամենատարածված ֆոտոմետրիկ գործիքների` սպեկտրոֆոտոմետրերի և ֆոտոգունաչափերի (տեսանելի լույս) գործարկման սկզբունքը: .

Յուրաքանչյուր նյութ կլանում է միայն այնպիսի ճառագայթում, որի էներգիան ունակ է որոշակի փոփոխություններ առաջացնել այս նյութի մոլեկուլում։ Այլ կերպ ասած, նյութը կլանում է միայն որոշակի ալիքի երկարության ճառագայթումը, մինչդեռ տարբեր ալիքի լույսն անցնում է լուծույթով: Հետևաբար, լույսի տեսանելի տարածքում մարդու աչքով ընկալվող լուծույթի գույնը որոշվում է այս լուծույթով չներծծված ճառագայթման ալիքի երկարությամբ։ Այսինքն՝ հետազոտողի նկատած գույնը լրացնում է կլանված ճառագայթների գույնը։

Վերլուծության կլանման մեթոդը հիմնված է Բուգեր-Լամբեր-Գարեջրի ընդհանրացված օրենքի վրա, որը հաճախ կոչվում է պարզապես Գարեջրի օրենք: Այն հիմնված է երկու օրենքների վրա.

1. Միջավայրի կողմից կլանված լույսի հոսքի էներգիայի հարաբերական քանակությունը կախված չէ ճառագայթման ինտենսիվությունից։ Նույն հաստության յուրաքանչյուր կլանող շերտ կլանում է այս շերտերով անցնող մոնոխրոմատիկ լույսի հոսքի հավասար համամասնությունը:
2. Լույսի էներգիայի մոնոխրոմատիկ հոսքի կլանումն ուղիղ համեմատական ​​է ներծծող նյութի մոլեկուլների քանակին։

Ջերմային վերլուծություն

Հետազոտության մեթոդ ֆիզ.-քիմ. եւ քիմ. գործընթացներ, որոնք հիմնված են ջերմաստիճանի ծրագրավորման պայմաններում նյութերի փոխակերպմանը ուղեկցող ջերմային էֆեկտների գրանցման վրա։ Քանի որ էթալպիայի փոփոխությունը Հ-ն առաջանում է ֆիզիկական մեծ մասի հետևանքով: գործընթացները եւ քիմ. ռեակցիաներ, տեսականորեն մեթոդը կիրառելի է շատ մեծ թվով համակարգերի համար:

Տ.ա. դուք կարող եք ուղղել այսպես կոչված. փորձարկման նմուշի տաքացման (կամ հովացման) կորերը, այսինքն. ջերմաստիճանի փոփոխություն ժամանակի ընթացքում. Կ.–լ.–ի դեպքում։ Ֆազային փոխակերպումը նյութում (կամ նյութերի խառնուրդում), հարթակում կամ ճեղքերում հայտնվում են կորի վրա: Դիֆերենցիալ ջերմային վերլուծության մեթոդը (DTA) ունի ավելի բարձր զգայունություն, որի դեպքում ջերմաստիճանի տարբերության փոփոխությունը DT փորձանմուշի և միջև: հղման նմուշը (առավել հաճախ Al2O3), որը չի ենթարկվում ջերմաստիճանի տիրույթում փոխակերպումների:

Տ.ա. դուք կարող եք ուղղել այսպես կոչված. փորձարկման նմուշի տաքացման (կամ հովացման) կորերը, այսինքն. ջերմաստիճանի փոփոխություն ժամանակի ընթացքում. Կ.–լ.–ի դեպքում։ Ֆազային փոխակերպումը նյութում (կամ նյութերի խառնուրդում), հարթակի կամ ոլորանների վրա հայտնվում են կորի վրա:

Դիֆերենցիալ ջերմային վերլուծություն(DTA) ավելի զգայուն է: Այն ժամանակին գրանցում է փորձանմուշի և հղման նմուշի (առավել հաճախ՝ Al2O3) ջերմաստիճանի տարբերության փոփոխությունը DT, որը չի ենթարկվում որևէ փոխակերպման այս ջերմաստիճանային միջակայքում: DTA կորի մինիմումները (տե՛ս, օրինակ, Նկ.) համապատասխանում են էնդոթերմիկ գործընթացներին, իսկ առավելագույնները՝ էկզոթերմիկներին։ DTA-ում գրանցված էֆեկտներ, մ բ. հալման, բյուրեղային կառուցվածքի փոփոխության, բյուրեղային ցանցի քայքայման, գոլորշիացման, եռման, սուբլիմացիայի, ինչպես նաև քիմ. գործընթացներ (դիսոցացիա, տարրալուծում, ջրազրկում, օքսիդացում-վերականգնում և այլն): Փոխակերպումների մեծ մասն ուղեկցվում է էնդոթերմիկ էֆեկտներով. միայն օքսիդացում-վերականգնման և կառուցվածքային վերափոխման որոշ պրոցեսներ էկզոթերմիկ են:

Տ.ա. դուք կարող եք ուղղել այսպես կոչված. փորձարկման նմուշի տաքացման (կամ հովացման) կորերը, այսինքն. ջերմաստիճանի փոփոխություն ժամանակի ընթացքում. Կ.–լ.–ի դեպքում։ Ֆազային փոխակերպումը նյութում (կամ նյութերի խառնուրդում), հարթակի կամ ոլորանների վրա հայտնվում են կորի վրա:

Մատթ. DTA կորի գագաթնակետի տարածքի և գործիքի և նմուշի պարամետրերի միջև հարաբերությունները հնարավորություն են տալիս որոշել փոխակերպման ջերմությունը, փուլային անցման ակտիվացման էներգիան, որոշ կինետիկ հաստատուններ և կատարել խառնուրդների կիսաքանակական վերլուծություն ( եթե հայտնի է համապատասխան ռեակցիաների DH): DTA-ի օգնությամբ ուսումնասիրվում է մետաղների կարբոքսիլատների, տարբեր օրգանամետաղական միացությունների, օքսիդային բարձր ջերմաստիճանի գերհաղորդիչների տարրալուծումը։ Այս մեթոդը օգտագործվել է CO2-ի փոխակերպման ջերմաստիճանի միջակայքը որոշելու համար (ավտոմոբիլային արտանետվող գազերի այրման, CHP խողովակներից արտանետումների և այլնի ժամանակ): DTA-ն օգտագործվում է տարբեր քանակի բաղադրիչներով համակարգերի վիճակի ֆազային դիագրամներ կառուցելու համար (ֆիզիկաքիմիական անալիզ), որակների համար։ նմուշների գնահատումներ, օրինակ. հումքի տարբեր խմբաքանակներ համեմատելիս.

Ածանցյալագրություն- բարդ մեթոդ ուսումնասիրության քիմ. եւ ֆիզ.-քիմ. գործընթացներ, որոնք տեղի են ունենում նյութում ծրագրավորված ջերմաստիճանի փոփոխության պայմաններում:

Հիմք ընդունելով դիֆերենցիալ ջերմային անալիզը (DTA) մեկ կամ մի քանի ֆիզիկականի հետ: կամ ֆիզ.-քիմ. մեթոդներ, ինչպիսիք են ջերմագրավիմետրիան, ջերմամեխանիկական անալիզը (դիլատոմետրիա), զանգվածային սպեկտրոմետրիան և էմանացիոն ջերմային անալիզը: Բոլոր դեպքերում ջերմային ազդեցությամբ տեղի ունեցող նյութի փոխակերպումների հետ մեկտեղ գրանցվում է նմուշի զանգվածի փոփոխություն (հեղուկ կամ պինդ): Սա հնարավորություն է տալիս անմիջապես միանշանակորեն որոշել նյութի գործընթացների բնույթը, ինչը հնարավոր չէ անել միայն DTA տվյալների կամ այլ ջերմային մեթոդների միջոցով: Մասնավորապես, ջերմային էֆեկտը, որը չի ուղեկցվում նմուշի զանգվածի փոփոխությամբ, ծառայում է որպես փուլային փոխակերպման ցուցիչ։ Սարքը, որը միաժամանակ գրանցում է ջերմային և ջերմաչափական փոփոխությունները, կոչվում է դերիվատոգրաֆ։ Դերվատոգրաֆում, որը հիմնված է DTA-ի ջերմագրավիմետրիայի հետ համակցման վրա, փորձարկվող նյութի հետ պահողը տեղադրվում է հավասարակշռության փնջի վրա ազատորեն կախված ջերմակույտի վրա: Այս դիզայնը թույլ է տալիս միանգամից գրանցել 4 կախվածություն (տե՛ս, օրինակ, Նկար.) ջերմաստիճանի տարբերությունը փորձարկման նմուշի և ստանդարտի միջև, որը չի ենթարկվում փոխակերպումների t ժամանակին (DTA կոր), Dm զանգվածի փոփոխությունը ջերմաստիճանի վրա: (ջերմոգրավիմետրիկ կորը), զանգվածների փոփոխության արագությունը, այսինքն. dm/dt-ի ածանցյալը, ջերմաստիճանը (դիֆերենցիալ ջերմաչափական կորը) և ջերմաստիճանը ժամանակի համեմատ: Այս դեպքում հնարավոր է սահմանել նյութի փոխակերպումների հաջորդականությունը և որոշել միջանկյալ արտադրանքի քանակը և բաղադրությունը։

Քիմիական վերլուծության մեթոդներ

Գրավիմետրիկ վերլուծությունհիմնված նյութի զանգվածի որոշման վրա։
Գրավիմետրիկ վերլուծության ընթացքում անալիտը կամ թորվում է ինչ-որ ցնդող միացության տեսքով (թորման մեթոդ), կամ լուծույթից նստում է վատ լուծվող միացության տեսքով (նստեցման մեթոդ): Թորման մեթոդը որոշում է, օրինակ, բյուրեղացման ջրի պարունակությունը բյուրեղային հիդրատներում:
Գրավիմետրիկ վերլուծությունը ամենաբազմակողմանի մեթոդներից մեկն է: Այն օգտագործվում է գրեթե ցանկացած տարր սահմանելու համար: Գրավիմետրիկ տեխնիկայի մեծ մասը օգտագործում է ուղղակի որոշում, երբ վերլուծված խառնուրդից մեկուսացված է հետաքրքրող բաղադրիչը, որը կշռվում է որպես առանձին միացություն: Պարբերական համակարգի որոշ տարրեր (օրինակ՝ ալկալիական մետաղների միացություններ և որոշ այլ տարրեր) հաճախ վերլուծվում են անուղղակի մեթոդներով։Այս դեպքում նախ մեկուսացվում են երկու կոնկրետ բաղադրիչ, վերածվում ծանրաչափական ձևի և կշռվում: Այնուհետև միացություններից մեկը կամ երկուսն էլ տեղափոխվում են մեկ այլ ծանրաչափական ձև և նորից կշռվում: Յուրաքանչյուր բաղադրիչի բովանդակությունը որոշվում է պարզ հաշվարկներով:

Գրավիմետրիկ մեթոդի ամենանշանակալի առավելությունը վերլուծության բարձր ճշգրտությունն է։ Ծանրաչափական որոշման սովորական սխալը կազմում է 0,1-0,2%: Բարդ կազմի նմուշը վերլուծելիս սխալը մեծանում է մինչև մի քանի տոկոս՝ վերլուծված բաղադրիչի առանձնացման և մեկուսացման մեթոդների անկատարության պատճառով: Գրավիմետրիկ մեթոդի առավելությունների թվում է նաև ստանդարտ նմուշների համաձայն որևէ ստանդարտացման կամ տրամաչափման բացակայությունը, որոնք անհրաժեշտ են գրեթե ցանկացած այլ վերլուծական մեթոդով: Գրավիմետրիկ անալիզի արդյունքները հաշվարկելու համար պահանջվում է միայն մոլային զանգվածների և ստոիխիոմետրիկ հարաբերակցությունների իմացություն։

Անալիզի տիտրաչափական կամ ծավալային մեթոդը քանակական վերլուծության մեթոդներից է։ Տիտրումը ռեագենտի տիտրացված լուծույթի աստիճանական ավելացումն է վերլուծված լուծույթին՝ համարժեքության կետը որոշելու համար: Վերլուծության տիտրաչափական մեթոդը հիմնված է ճշգրիտ հայտնի կոնցենտրացիայի ռեագենտի ծավալի չափման վրա, որը ծախսվել է անալիտի հետ փոխազդեցության ռեակցիայի վրա: Այս մեթոդը հիմնված է միմյանց հետ փոխազդող երկու նյութերի լուծույթների ծավալների ճշգրիտ չափման վրա։ Վերլուծության տիտրաչափական մեթոդով քանակական որոշումը բավականին արագ է, ինչը թույլ է տալիս կատարել մի քանի զուգահեռ որոշումներ և ստանալ ավելի ճշգրիտ թվաբանական միջին: Վերլուծության տիտրաչափական մեթոդի բոլոր հաշվարկները հիմնված են համարժեքների օրենքի վրա: Ըստ նյութի որոշման հիմքում ընկած քիմիական ռեակցիայի բնույթի, տիտրաչափական վերլուծության մեթոդները բաժանվում են. հետևյալ խմբերըչեզոքացման կամ թթու-բազային տիտրման մեթոդ; օքսիդացում-վերականգնման մեթոդ; տեղումների եղանակը և բարդ ձևավորման եղանակը: