एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण: 1) जब एक एक्स-रे किरण क्रिस्टल से गुजरती है तो प्राप्त विवर्तन पैटर्न से, अंतरपरमाणु दूरियां निर्धारित की जाती हैं और क्रिस्टल की संरचना स्थापित की जाती है; 2) व्यापक रूप से लागू किया गया प्रोटीन और न्यूक्लिक एसिड अणुओं की संरचना निर्धारित करने के लिए; 3)छोटे अणुओं के लिए सटीक रूप से स्थापित बॉन्ड की लंबाई और कोणों को इस धारणा के तहत मानक मान के रूप में उपयोग किया जाता है कि वे अधिक जटिल बहुलक संरचनाओं में समान रहते हैं; 4) प्रोटीन और न्यूक्लिक एसिड की संरचना का निर्धारण करने में चरणों में से एक पॉलिमर के आणविक मॉडल का निर्माण है जो एक्स-रे डेटा के अनुरूप हैं और बंधन लंबाई और बंधन कोण के मानक मूल्यों को बनाए रखते हैं।

नाभिकीय चुबकीय अनुनाद: 1) महत्वपूर्ण या मुख्य स्थान पर - परमाणु नाभिक द्वारा रेडियो फ्रीक्वेंसी रेंज में विद्युत चुम्बकीय तरंगों का अवशोषण , एक चुंबकीय क्षण होना; 2) ऊर्जा क्वांटम का अवशोषण तब होता है जब नाभिक एनएमआर स्पेक्ट्रोमीटर के मजबूत चुंबकीय क्षेत्र में होते हैं; 3) विभिन्न रासायनिक वातावरण वाले नाभिक थोड़े अलग वोल्टेज के चुंबकीय क्षेत्र में ऊर्जा को अवशोषित करें (या, निरंतर वोल्टेज पर, थोड़ी अलग आवृत्ति रेडियो आवृत्ति दोलन); 4) परिणाम है एनएमआर स्पेक्ट्रम एक पदार्थ जिसमें चुंबकीय रूप से असममित नाभिक को कुछ संकेतों द्वारा दर्शाया जाता है - किसी भी मानक के संबंध में "रासायनिक बदलाव" ; 5) एनएमआर स्पेक्ट्रा किसी यौगिक में किसी दिए गए तत्व के परमाणुओं की संख्या और किसी दिए गए तत्व के आसपास के अन्य परमाणुओं की संख्या और प्रकृति को निर्धारित करना संभव बनाता है।

इलेक्ट्रॉन पैरामैग्नेटिक अनुनाद (ईपीआर): 1) इलेक्ट्रॉनों द्वारा विकिरण के गुंजयमान अवशोषण का उपयोग किया जाता है

इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी:1) वे एक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का उपयोग करते हैं जो वस्तुओं को लाखों गुना बड़ा करता है; 2) पहला इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी 1939 में सामने आया; 3) ~0.4 एनएम के रिज़ॉल्यूशन के साथ, एक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप आपको प्रोटीन और न्यूक्लिक एसिड के अणुओं को "देखने" की अनुमति देता है, साथ ही सेलुलर ऑर्गेनेल की संरचना का विवरण भी देता है; 4) 1950 में इन्हें डिजाइन किया गया था माइक्रोटोम्स और चाकू , प्लास्टिक में पूर्व-एम्बेडेड ऊतकों के अल्ट्राथिन (20-200 एनएम) अनुभाग बनाने की अनुमति देता है

प्रोटीन अलगाव और शुद्धिकरण के तरीके:एक बार प्रोटीन स्रोत का चयन हो जाने के बाद, अगला कदम इसे ऊतक से निकालना है। एक बार जब रुचि के प्रोटीन का एक महत्वपूर्ण हिस्सा युक्त अर्क प्राप्त हो जाता है और कण और गैर-प्रोटीन सामग्री हटा दी जाती है, तो प्रोटीन शुद्धिकरण शुरू हो सकता है। एकाग्रता . यह प्रोटीन के अवक्षेपण के बाद अवक्षेप को कम मात्रा में घोलकर किया जा सकता है। आमतौर पर, अमोनियम सल्फेट या एसीटोन का उपयोग किया जाता है। प्रारंभिक घोल में प्रोटीन सांद्रता कम से कम 1 मिलीग्राम/मिलीलीटर होनी चाहिए। तापीय विकृतीकरण . शुद्धिकरण के प्रारंभिक चरण में, कभी-कभी प्रोटीन को अलग करने के लिए ताप उपचार का उपयोग किया जाता है। यह प्रभावी है यदि प्रोटीन हीटिंग परिस्थितियों में अपेक्षाकृत स्थिर है जबकि साथ वाले प्रोटीन विकृत हो गए हैं। इस मामले में, समाधान का पीएच, उपचार की अवधि और तापमान अलग-अलग होते हैं। इष्टतम स्थितियों का चयन करने के लिए, पहले छोटे प्रयोगों की एक श्रृंखला की जाती है। शुद्धिकरण के पहले चरण के बाद, प्रोटीन एक सजातीय अवस्था से बहुत दूर हैं। परिणामी मिश्रण में, प्रोटीन घुलनशीलता, आणविक भार, अणु का कुल आवेश, सापेक्ष स्थिरता आदि में एक दूसरे से भिन्न होते हैं। कार्बनिक विलायकों के साथ प्रोटीन का अवक्षेपण।ये पुराने तरीकों में से एक है. यह औद्योगिक पैमाने पर प्रोटीन शुद्धिकरण में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। सबसे अधिक उपयोग किए जाने वाले सॉल्वैंट्स इथेनॉल और एसीटोन हैं, कम अक्सर - आइसोप्रोपेनॉल, मेथनॉल और डाइऑक्सेन। प्रक्रिया का मुख्य तंत्र: जैसे-जैसे कार्बनिक विलायक की सांद्रता बढ़ती है, चार्ज किए गए हाइड्रोफिलिक एंजाइम अणुओं को घोलने की पानी की क्षमता कम हो जाती है। प्रोटीन घुलनशीलता में उस स्तर तक कमी आ जाती है जिस स्तर पर एकत्रीकरण और अवक्षेपण शुरू होता है। वर्षा को प्रभावित करने वाला एक महत्वपूर्ण पैरामीटर प्रोटीन अणु का आकार है। अणु जितना बड़ा होगा, प्रोटीन अवक्षेपण करने वाले कार्बनिक विलायक की सांद्रता उतनी ही कम होगी। जेल निस्पंदन जेल निस्पंदन विधि का उपयोग करके, मैक्रोमोलेक्यूल्स को उनके आकार के अनुसार जल्दी से अलग किया जा सकता है। क्रोमैटोग्राफी के लिए वाहक एक जेल है, जिसमें एक क्रॉस-लिंक्ड त्रि-आयामी आणविक नेटवर्क होता है, जो स्तंभों को आसानी से भरने के लिए मोतियों (कणिकाओं) के रूप में बनता है। इसलिए सेफैडेक्सेस- ये निर्दिष्ट छिद्र आकार के साथ क्रॉस-लिंक्ड डेक्सट्रांस (माइक्रोबियल मूल के α-1→6-ग्लूकन) हैं। डेक्सट्रान श्रृंखलाएं एपिक्लोरोहाइड्रिन का उपयोग करके तीन-कार्बन पुलों के साथ क्रॉस-लिंक की जाती हैं। जितने अधिक क्रॉस-लिंक होंगे, छेद का आकार उतना ही छोटा होगा। इस प्रकार प्राप्त जेल एक आणविक छलनी की भूमिका निभाता है। जब पदार्थों के मिश्रण का घोल सूजे हुए सेफैडेक्स कणिकाओं से भरे स्तंभ से गुजारा जाता है, तो सेफैडेक्स के छिद्र आकार से बड़े बड़े कण तेजी से आगे बढ़ेंगे। छोटे अणु, जैसे नमक, कणिकाओं के अंदर जाते समय धीरे-धीरे आगे बढ़ेंगे। वैद्युतकणसंचलन

वैद्युतकणसंचलन विधि का भौतिक सिद्धांत इस प्रकार है। अपने आइसोइलेक्ट्रिक बिंदु से भिन्न किसी भी पीएच पर समाधान में एक प्रोटीन अणु का एक निश्चित औसत चार्ज होता है। इससे प्रोटीन विद्युत क्षेत्र में गति करने लगता है। प्रेरक शक्ति विद्युत क्षेत्र की ताकत के परिमाण से निर्धारित होती है इकण के कुल आवेश से गुणा किया जाता है जेड. इस बल का विरोध माध्यम के श्यान बलों द्वारा किया जाता है, जो श्यानता गुणांक के समानुपाती होता है η , कण त्रिज्या आर(स्टोक्स त्रिज्या) और गति वी.; ई·जेड = 6πηआरवी.

प्रोटीन आणविक भार का निर्धारण.मास स्पेक्ट्रोमेट्री (मास स्पेक्ट्रोस्कोपी, मास स्पेक्ट्रोग्राफी, मास स्पेक्ट्रल विश्लेषण, मास स्पेक्ट्रोमेट्रिक विश्लेषण) मास-टू-चार्ज अनुपात निर्धारित करके किसी पदार्थ का अध्ययन करने की एक विधि है। प्रोटीन कई सकारात्मक और नकारात्मक चार्ज प्राप्त करने में सक्षम हैं। रासायनिक तत्वों के परमाणुओं का एक विशिष्ट द्रव्यमान होता है। इस प्रकार, विश्लेषण किए गए अणु के द्रव्यमान का सटीक निर्धारण किसी को इसकी मौलिक संरचना निर्धारित करने की अनुमति देता है (देखें: मौलिक विश्लेषण)। मास स्पेक्ट्रोमेट्री विश्लेषण किए जा रहे अणुओं की समस्थानिक संरचना के बारे में भी महत्वपूर्ण जानकारी प्रदान करती है।

एंजाइमों को अलग करने और शुद्ध करने की विधियाँ जैविक सामग्री से एंजाइमों को अलग करना ही एंजाइम प्राप्त करने का एकमात्र वास्तविक तरीका है . एंजाइम स्रोत:कपड़े; एक उपयुक्त सब्सट्रेट वाले माध्यम पर विकसित बैक्टीरिया; सेलुलर संरचनाएं (माइटोकॉन्ड्रिया, आदि)। सबसे पहले जैविक सामग्री में से आवश्यक वस्तुओं का चयन करना आवश्यक है।

एंजाइमों को अलग करने की विधियाँ: 1) निष्कर्षण(समाधान में अनुवाद):बफर समाधान (अम्लीकरण को रोकता है); एसीटोन से सुखाना ; सामग्री को ब्यूटेनॉल और पानी के मिश्रण से संसाधित करना ; विभिन्न कार्बनिक सॉल्वैंट्स, डिटर्जेंट के जलीय घोल के साथ निष्कर्षण ; परक्लोरेट्स, हाइड्रोलाइटिक एंजाइमों (लाइपेस, न्यूक्लीज, प्रोटीयोलाइटिक एंजाइम) के साथ सामग्री का प्रसंस्करण

ब्यूटेनॉल लिपोप्रोटीन कॉम्प्लेक्स को नष्ट कर देता है, और एंजाइम जलीय चरण में चला जाता है।

डिटर्जेंट के साथ उपचार से एंजाइम का वास्तविक विघटन होता है।

विखंडन.परिणामों को प्रभावित करने वाले कारक: पीएच, इलेक्ट्रोलाइट एकाग्रता। एंजाइम गतिविधि को लगातार मापना आवश्यक है।

पीएच परिवर्तन के साथ आंशिक वर्षा

गर्म करके आंशिक विकृतीकरण

कार्बनिक विलायकों के साथ आंशिक अवक्षेपण

· नमक के साथ अंशीकरण - नमकीन बनाना

आंशिक सोखना (ए. हां): अधिशोषक को एंजाइम समाधान में जोड़ा जाता है, फिर प्रत्येक भाग को सेंट्रीफ्यूजेशन द्वारा अलग किया जाता है

§ यदि एंजाइम अधिशोषित हो जाता है, तो इसे अलग कर दिया जाता है और फिर अधिशोषक से निक्षालित कर दिया जाता है

§ यदि एंजाइम अधिशोषित नहीं होता है, तो गिट्टी पदार्थों को अलग करने के लिए अधिशोषक के साथ उपचार का उपयोग किया जाता है

एंजाइम समाधान को अधिशोषक के साथ एक स्तंभ के माध्यम से पारित किया जाता है और अंश एकत्र किए जाते हैं

एंजाइमों को चयनात्मक रूप से अधिशोषित किया जाता है: स्तंभ क्रोमैटोग्राफी; क्रिस्टलीकरण - अत्यधिक शुद्ध एंजाइम प्राप्त करना।

कोशिका जीवन की न्यूनतम इकाई है.

आधुनिक कोशिका सिद्धांत में निम्नलिखित बुनियादी प्रावधान शामिल हैं: कोशिका सभी जीवित जीवों की संरचना और विकास की मूल इकाई है, जीवित जीवों की सबसे छोटी इकाई है। सभी एककोशिकीय और बहुकोशिकीय जीवों की कोशिकाएँ संरचना, रासायनिक संरचना और महत्वपूर्ण कार्यों की बुनियादी अभिव्यक्तियों में समान (समजात) होती हैं। और चयापचय. कोशिका प्रजनन उन्हें विभाजित करके होता है, अर्थात। हर नई कोशिका. जटिल बहुकोशिकीय जीवों में, कोशिकाएँ अपने कार्य में विशिष्ट होती हैं और ऊतकों का निर्माण करती हैं; अंग ऊतकों से बने होते हैं। सीएल एक प्राथमिक जीवन प्रणाली है जो स्व-नवीकरण, स्व-नियमन और स्व-उत्पादन में सक्षम है।

सेल संरचना।प्रोकैरियोटिक कोशिकाओं का आकार औसतन 0.5-5 माइक्रोन होता है, यूकेरियोटिक कोशिकाओं का आकार औसतन 10 से 50 माइक्रोन होता है।

सेलुलर संगठन दो प्रकार के होते हैं: प्रोकार्योटिकऔर यूकेरियोटिक. प्रोकैरियोटिक कोशिकाओं की संरचना अपेक्षाकृत सरल होती है। उनके पास रूपात्मक रूप से अलग नाभिक नहीं है; एकमात्र गुणसूत्र गोलाकार डीएनए द्वारा बनता है और साइटोप्लाज्म में स्थित होता है। साइटोप्लाज्म में कई छोटे राइबोसोम होते हैं; कोई सूक्ष्मनलिकाएं नहीं हैं, इसलिए साइटोप्लाज्म गतिहीन है, और सिलिया और फ्लैगेल्ला की एक विशेष संरचना होती है। बैक्टीरिया को प्रोकैरियोट्स के रूप में वर्गीकृत किया गया है। अधिकांश आधुनिक जीवित जीव तीन साम्राज्यों में से एक से संबंधित हैं - पौधे, कवक या जानवर, जो यूकेरियोट्स के सुपरकिंगडम में एकजुट हैं। जीवों को एककोशिकीय और बहुकोशिकीय में विभाजित किया गया है। एककोशिकीय जीव एक एकल कोशिका से बने होते हैं जो सभी कार्य करती है। सभी प्रोकैरियोट्स एककोशिकीय होते हैं।

यूकैर्योसाइटों- जीव, जिनमें प्रोकैरियोट्स के विपरीत, एक गठित कोशिका नाभिक होता है, जो एक परमाणु आवरण द्वारा साइटोप्लाज्म से सीमांकित होता है। आनुवंशिक सामग्री कई रैखिक डबल-स्ट्रैंडेड डीएनए अणुओं में निहित होती है (जीव के प्रकार के आधार पर, प्रति नाभिक उनकी संख्या दो से कई सौ तक हो सकती है), कोशिका नाभिक की झिल्ली के अंदर से जुड़ी होती है और एक जटिल बनाती है विशाल बहुमत में हिस्टोन प्रोटीन, जिसे क्रोमैटिन कहा जाता है। यूकेरियोटिक कोशिकाओं में आंतरिक झिल्लियों की एक प्रणाली होती है, जो नाभिक के अलावा, कई अन्य अंग (एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम, गोल्गी तंत्र, आदि) बनाती हैं। इसके अलावा, विशाल बहुमत में स्थायी इंट्रासेल्युलर प्रोकैरियोटिक सहजीवन होते हैं - माइटोकॉन्ड्रिया, और शैवाल और पौधों में भी प्लास्टिड होते हैं।

जैविक झिल्ली, उनके गुण और कार्य सभी यूकेरियोटिक कोशिकाओं की मुख्य विशेषताओं में से एक आंतरिक झिल्ली की संरचना की प्रचुरता और जटिलता है। झिल्ली पर्यावरण से साइटोप्लाज्म का परिसीमन करती है, और नाभिक, माइटोकॉन्ड्रिया और प्लास्टिड के गोले भी बनाती है। वे एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम और स्टैक्ड चपटे पुटिकाओं की एक भूलभुलैया बनाते हैं जो गोल्गी कॉम्प्लेक्स बनाते हैं। झिल्लियाँ लाइसोसोम, पौधों और कवक कोशिकाओं की बड़ी और छोटी रसधानियाँ और प्रोटोजोआ की स्पंदित रसधानियाँ बनाती हैं। ये सभी संरचनाएं कुछ विशिष्ट प्रक्रियाओं और चक्रों के लिए अभिप्रेत डिब्बे (डिब्बे) हैं। अत: झिल्लियों के बिना कोशिका का अस्तित्व असंभव है। प्लाज्मा झिल्ली,या प्लाज़्मालेम्मा,- सभी कोशिकाओं के लिए सबसे स्थायी, बुनियादी, सार्वभौमिक झिल्ली। यह एक पतली (लगभग 10 एनएम) फिल्म है जो पूरी कोशिका को कवर करती है। प्लाज़्मालेम्मा में प्रोटीन अणु और फॉस्फोलिपिड होते हैं। फॉस्फोलिपिड अणुओं को दो पंक्तियों में व्यवस्थित किया जाता है - अंदर की ओर हाइड्रोफोबिक सिरों के साथ, आंतरिक और बाहरी जलीय वातावरण की ओर हाइड्रोफिलिक सिरों के साथ। कुछ स्थानों पर, फॉस्फोलिपिड्स की बाईलेयर (दोहरी परत) प्रोटीन अणुओं (इंटीग्रल प्रोटीन) के माध्यम से प्रवेश करती है। ऐसे प्रोटीन अणुओं के अंदर चैनल-छिद्र होते हैं जिनसे होकर पानी में घुलनशील पदार्थ गुजरते हैं। अन्य प्रोटीन अणु एक तरफ या दूसरी तरफ (अर्ध-अभिन्न प्रोटीन) लिपिड बाईलेयर में आधे रास्ते प्रवेश करते हैं। यूकेरियोटिक कोशिकाओं की झिल्लियों की सतह पर परिधीय प्रोटीन होते हैं। हाइड्रोफिलिक-हाइड्रोफोबिक अंतःक्रियाओं के कारण लिपिड और प्रोटीन अणु एक साथ बंधे रहते हैं। झिल्लियों के गुण एवं कार्य. सभी कोशिका झिल्लियाँ गतिशील तरल संरचनाएँ हैं, क्योंकि लिपिड और प्रोटीन अणु सहसंयोजक बंधों द्वारा आपस में जुड़े नहीं होते हैं और झिल्ली के तल में काफी तेजी से चलने में सक्षम होते हैं। इसके कारण, झिल्लियाँ अपना विन्यास बदल सकती हैं, यानी उनमें तरलता होती है। झिल्लियाँ बहुत गतिशील संरचनाएँ हैं। वे क्षति से तुरंत उबर जाते हैं और सेलुलर गतिविधियों के साथ खिंचते और सिकुड़ते भी हैं। विभिन्न प्रकार की कोशिकाओं की झिल्लियाँ रासायनिक संरचना और उनमें प्रोटीन, ग्लाइकोप्रोटीन, लिपिड की सापेक्ष सामग्री और, परिणामस्वरूप, उनमें मौजूद रिसेप्टर्स की प्रकृति दोनों में काफी भिन्न होती हैं। इसलिए प्रत्येक कोशिका प्रकार की एक वैयक्तिकता होती है, जो मुख्य रूप से निर्धारित होती है ग्लाइकोप्रोटीन।कोशिका झिल्ली से निकलने वाले शाखित श्रृंखला ग्लाइकोप्रोटीन शामिल होते हैं कारकों की पहचानबाहरी वातावरण, साथ ही संबंधित कोशिकाओं की पारस्परिक पहचान में भी। उदाहरण के लिए, एक अंडाणु और एक शुक्राणु एक दूसरे को कोशिका सतह ग्लाइकोप्रोटीन द्वारा पहचानते हैं जो पूरी संरचना के अलग-अलग तत्वों के रूप में एक साथ फिट होते हैं। ऐसी पारस्परिक मान्यता निषेचन से पहले एक आवश्यक चरण है। मान्यता से जुड़ा है परिवहन विनियमनझिल्ली के माध्यम से अणु और आयन, साथ ही एक प्रतिरक्षाविज्ञानी प्रतिक्रिया जिसमें ग्लाइकोप्रोटीन एंटीजन की भूमिका निभाते हैं। इस प्रकार शर्करा सूचना अणुओं (जैसे प्रोटीन और न्यूक्लिक एसिड) के रूप में कार्य कर सकती है। झिल्लियों में विशिष्ट रिसेप्टर्स, इलेक्ट्रॉन वाहक, ऊर्जा कनवर्टर और एंजाइम प्रोटीन भी होते हैं। प्रोटीन कोशिका के अंदर या बाहर कुछ अणुओं के परिवहन को सुनिश्चित करने में शामिल होते हैं, साइटोस्केलेटन और कोशिका झिल्ली के बीच एक संरचनात्मक संबंध प्रदान करते हैं, या पर्यावरण से रासायनिक संकेतों को प्राप्त करने और परिवर्तित करने के लिए रिसेप्टर्स के रूप में कार्य करते हैं। चयनात्मक पारगम्यता।इसका मतलब यह है कि अणु और आयन अलग-अलग गति से इससे गुजरते हैं, और अणुओं का आकार जितना बड़ा होता है, उनकी झिल्ली से गुजरने की गति उतनी ही धीमी होती है। यह गुण प्लाज्मा झिल्ली को इस प्रकार परिभाषित करता है आसमाटिक बाधा . पानी और उसमें घुली गैसों की भेदन क्षमता सबसे अधिक होती है; आयन झिल्ली से बहुत धीरे-धीरे गुजरते हैं। झिल्ली के माध्यम से जल का विसरण कहलाता है परासरण द्वारा.झिल्ली के पार पदार्थों के परिवहन के लिए कई तंत्र हैं।

प्रसार- एक सांद्रता प्रवणता के साथ एक झिल्ली के माध्यम से पदार्थों का प्रवेश (उस क्षेत्र से जहां उनकी सांद्रता अधिक है उस क्षेत्र से जहां उनकी सांद्रता कम है)। सुगम प्रसार के साथविशेष झिल्ली परिवहन प्रोटीन चुनिंदा रूप से एक या दूसरे आयन या अणु से जुड़ते हैं और उन्हें एक सांद्रता प्रवणता के साथ झिल्ली के पार ले जाते हैं।

सक्रिय ट्रांसपोर्टइसमें ऊर्जा लागत शामिल होती है और पदार्थों को उनकी सांद्रता प्रवणता के विरुद्ध परिवहन करने का कार्य करता है। वहविशेष वाहक प्रोटीन द्वारा किया जाता है जो तथाकथित बनाते हैं आयन पंप.सबसे अधिक अध्ययन पशु कोशिकाओं में Na - / K - पंप का है, जो K - आयनों को अवशोषित करते हुए सक्रिय रूप से Na + आयनों को बाहर निकालता है। इसके कारण, पर्यावरण की तुलना में कोशिका में K- की उच्च सांद्रता और Na+ की कम सांद्रता बनी रहती है। इस प्रक्रिया के लिए एटीपी ऊर्जा की आवश्यकता होती है। कोशिका में एक झिल्ली पंप का उपयोग करके सक्रिय परिवहन के परिणामस्वरूप, Mg 2- और Ca 2+ की सांद्रता भी नियंत्रित होती है।

पर एंडोसाइटोसिस (एंडो...- अंदर की ओर) प्लाज़्मालेम्मा का एक निश्चित क्षेत्र कब्जा कर लेता है और, जैसा कि यह था, बाह्य कोशिकीय सामग्री को ढक देता है, इसे एक झिल्ली रिक्तिका में बंद कर देता है जो झिल्ली के आक्रमण के परिणामस्वरूप उत्पन्न होता है। इसके बाद, ऐसी रिक्तिका एक लाइसोसोम से जुड़ती है, जिसके एंजाइम मैक्रोमोलेक्यूल्स को मोनोमर्स में तोड़ देते हैं।

एन्डोसाइटोसिस की विपरीत प्रक्रिया है एक्सोसाइटोसिस (एक्सो...- बाहर)। इसके लिए धन्यवाद, कोशिका रिक्तिकाओं या पुटिकाओं में संलग्न इंट्रासेल्युलर उत्पादों या अपचित अवशेषों को हटा देती है। पुटिका साइटोप्लाज्मिक झिल्ली के पास पहुंचती है, उसके साथ विलीन हो जाती है, और उसकी सामग्री पर्यावरण में छोड़ दी जाती है। इस प्रकार पाचन एंजाइम, हार्मोन, हेमिकेलुलोज आदि को हटा दिया जाता है।

इस प्रकार, जैविक झिल्ली, कोशिका के मुख्य संरचनात्मक तत्वों के रूप में, न केवल भौतिक सीमाओं के रूप में कार्य करती हैं, बल्कि गतिशील कार्यात्मक सतह भी होती हैं। ऑर्गेनेल की झिल्लियों पर कई जैव रासायनिक प्रक्रियाएं होती हैं, जैसे पदार्थों का सक्रिय अवशोषण, ऊर्जा रूपांतरण, एटीपी संश्लेषण, आदि।

जैविक झिल्लियों के कार्यनिम्नलिखित: वे कोशिका की सामग्री को बाहरी वातावरण से और कोशिकांगों की सामग्री को साइटोप्लाज्म से सीमांकित करते हैं। वे कोशिका के अंदर और बाहर, साइटोप्लाज्म से ऑर्गेनेल तक और इसके विपरीत पदार्थों के परिवहन को सुनिश्चित करते हैं। वे रिसेप्टर्स (पर्यावरण से रासायनिक पदार्थों की प्राप्ति और परिवर्तन, कोशिका पदार्थों की पहचान, आदि) के रूप में कार्य करते हैं। वे उत्प्रेरक हैं (निकट-झिल्ली रासायनिक प्रक्रियाएँ प्रदान करते हैं)। ऊर्जा रूपांतरण में भाग लें.

"जहाँ भी हम जीवन पाते हैं हम उसे किसी प्रोटीनयुक्त शरीर से जुड़ा हुआ पाते हैं, और जहाँ भी हमें कोई प्रोटीनयुक्त शरीर मिलता है जो अपघटन की प्रक्रिया में है, हम बिना किसी अपवाद के जीवन की घटना पाते हैं।"

प्रोटीन उच्च-आणविक नाइट्रोजन युक्त कार्बनिक यौगिक होते हैं जिनकी विशेषता एक कड़ाई से परिभाषित मौलिक संरचना होती है और हाइड्रोलिसिस के दौरान अमीनो एसिड में विघटित हो जाते हैं।

वे विशेषताएँ जो उन्हें अन्य कार्बनिक यौगिकों से अलग करती हैं

1. संरचना की अटूट विविधता और साथ ही इसकी उच्च विशिष्ट विशिष्टता

2. भौतिक और रासायनिक परिवर्तनों की विशाल श्रृंखला

3. बाहरी प्रभावों के जवाब में अणु के विन्यास को उलटा और बिल्कुल स्वाभाविक रूप से बदलने की क्षमता

4. अन्य रासायनिक यौगिकों के साथ सुपरमॉलेक्यूलर संरचनाएं और कॉम्प्लेक्स बनाने की प्रवृत्ति

प्रोटीन संरचना का पॉलीपेप्टाइड सिद्धांत

केवल ई. फिशर (1902) ने पॉलीपेप्टाइड सिद्धांत तैयार किया इमारतों. इस सिद्धांत के अनुसार, प्रोटीन जटिल पॉलीपेप्टाइड होते हैं जिनमें व्यक्तिगत अमीनो एसिड पेप्टाइड बॉन्ड द्वारा एक दूसरे से जुड़े होते हैं जो α-कार्बोक्सिल COOH और अमीनो एसिड के α-NH 2 समूहों की परस्पर क्रिया से उत्पन्न होते हैं। एलेनिन और ग्लाइसिन की परस्पर क्रिया के उदाहरण का उपयोग करते हुए, पेप्टाइड बॉन्ड और डाइपेप्टाइड के गठन (पानी के अणु की रिहाई के साथ) को निम्नलिखित समीकरण द्वारा दर्शाया जा सकता है:

पेप्टाइड्स के नाम में मुक्त एनएच 2 समूह के साथ पहले एन-टर्मिनल अमीनो एसिड का नाम शामिल है (अंत -yl के साथ, एसाइल के लिए विशिष्ट), बाद के अमीनो एसिड के नाम (अंत -yl के साथ भी) और मुक्त COOH समूह के साथ C-टर्मिनल अमीनो एसिड का पूरा नाम। उदाहरण के लिए, 5 अमीनो एसिड के एक पेंटापेप्टाइड को उसके पूरे नाम से निर्दिष्ट किया जा सकता है: ग्लाइसील-एलानिल-सेरिल-सिस्टीनिल-एलानिन, या संक्षिप्त रूप से ग्लाइ-अला-सेर-सीस-अला।

पॉलीपेप्टाइड सिद्धांत का प्रायोगिक साक्ष्य प्रोटीन संरचना.

1. प्राकृतिक प्रोटीन में अपेक्षाकृत कम अनुमापन योग्य मुक्त COOH और NH 2 समूह होते हैं, क्योंकि उनमें से अधिकांश एक बाध्य अवस्था में होते हैं, पेप्टाइड बांड के निर्माण में भाग लेते हैं; पेप्टाइड के एन- और सी-टर्मिनल अमीनो एसिड पर मुख्य रूप से मुक्त COOH और NH 2 समूह अनुमापन के लिए उपलब्ध हैं।

2. अम्ल या क्षारीय जल अपघटन की प्रक्रिया में गिलहरीटाइट्रेटेबल COOH और NH 2 समूहों की स्टोइकोमेट्रिक मात्रा बनती है, जो एक निश्चित संख्या में पेप्टाइड बांड के विघटन का संकेत देती है।

3. प्रोटियोलिटिक एंजाइमों (प्रोटीनेज) की कार्रवाई के तहत, प्रोटीन को सख्ती से परिभाषित टुकड़ों में विभाजित किया जाता है, जिन्हें पेप्टाइड्स कहा जाता है, प्रोटीनेस की क्रिया की चयनात्मकता के अनुरूप टर्मिनल अमीनो एसिड होते हैं। अपूर्ण हाइड्रोलिसिस के इन टुकड़ों में से कुछ की संरचना उनके बाद के रासायनिक संश्लेषण द्वारा सिद्ध हुई थी।

4. ब्यूरेट प्रतिक्रिया (क्षारीय माध्यम में कॉपर सल्फेट के घोल की उपस्थिति में नीला-बैंगनी रंग) पेप्टाइड बॉन्ड और प्रोटीन युक्त दोनों ब्यूरेट द्वारा दी जाती है, जो प्रोटीन में समान बॉन्ड की उपस्थिति का भी प्रमाण है।

5. प्रोटीन क्रिस्टल के एक्स-रे विवर्तन पैटर्न का विश्लेषण प्रोटीन की पॉलीपेप्टाइड संरचना की पुष्टि करता है। इस प्रकार, 0.15-0.2 एनएम के रिज़ॉल्यूशन के साथ एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण न केवल सी, एच, ओ और एन परमाणुओं के बीच अंतर-परमाणु दूरी और बंधन कोणों के आकार की गणना करने की अनुमति देता है, बल्कि सामान्य की तस्वीर को "देखने" की भी अनुमति देता है। पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला में अमीनो एसिड अवशेषों की व्यवस्था और स्थानिक रूप से इसका अभिविन्यास (संरचना)।

6. पॉलीपेप्टाइड सिद्धांत की महत्वपूर्ण पुष्टि प्रोटीन संरचनापहले से ही ज्ञात संरचना के साथ विशुद्ध रूप से रासायनिक तरीकों से पॉलीपेप्टाइड और प्रोटीन को संश्लेषित करने की संभावना है: इंसुलिन - 51 अमीनो एसिड अवशेष, लाइसोजाइम - 129 अमीनो एसिड अवशेष, राइबोन्यूक्लिज़ - 124 अमीनो एसिड अवशेष। संश्लेषित प्रोटीन में प्राकृतिक प्रोटीन के समान भौतिक रासायनिक गुण और जैविक गतिविधि थी।

पदार्थों का अध्ययन एक जटिल और दिलचस्प मामला है। आख़िरकार, वे प्रकृति में अपने शुद्ध रूप में लगभग कभी नहीं पाए जाते हैं। अक्सर, ये जटिल संरचना के मिश्रण होते हैं, जिनमें घटकों को अलग करने के लिए कुछ प्रयासों, कौशल और उपकरणों की आवश्यकता होती है।

अलग होने के बाद, यह सही ढंग से निर्धारित करना भी उतना ही महत्वपूर्ण है कि कोई पदार्थ किसी विशेष वर्ग का है या नहीं, यानी उसकी पहचान करना। उबलने और पिघलने के बिंदु निर्धारित करें, आणविक भार की गणना करें, रेडियोधर्मिता के लिए परीक्षण करें, और इसी तरह, सामान्य तौर पर, शोध करें। इस प्रयोजन के लिए, विश्लेषण के भौतिक-रासायनिक तरीकों सहित विभिन्न तरीकों का उपयोग किया जाता है। वे काफी विविध हैं और आमतौर पर विशेष उपकरणों के उपयोग की आवश्यकता होती है। उन पर आगे चर्चा की जाएगी.

विश्लेषण की भौतिक-रासायनिक विधियाँ: सामान्य अवधारणा

यौगिकों की पहचान के लिए ये विधियाँ क्या हैं? ये ऐसी विधियाँ हैं जो किसी पदार्थ के सभी भौतिक गुणों की उसकी संरचनात्मक रासायनिक संरचना पर प्रत्यक्ष निर्भरता पर आधारित हैं। चूंकि ये संकेतक प्रत्येक यौगिक के लिए पूरी तरह से अलग-अलग हैं, इसलिए भौतिक रासायनिक अनुसंधान विधियां बेहद प्रभावी हैं और संरचना और अन्य संकेतकों को निर्धारित करने में 100% परिणाम देती हैं।

तो, किसी पदार्थ के निम्नलिखित गुणों को आधार के रूप में लिया जा सकता है:

• प्रकाश अवशोषण क्षमता;
• ऊष्मीय चालकता;
• इलेक्ट्रिकल कंडक्टीविटी;
• उबलने का तापमान;
• पिघलने और अन्य पैरामीटर।

भौतिक-रासायनिक अनुसंधान विधियों में पदार्थों की पहचान करने की विशुद्ध रासायनिक विधियों से महत्वपूर्ण अंतर होता है। उनके कार्य के परिणामस्वरूप, कोई प्रतिक्रिया नहीं होती है, अर्थात, किसी पदार्थ का परिवर्तन, या तो प्रतिवर्ती या अपरिवर्तनीय होता है। एक नियम के रूप में, यौगिक द्रव्यमान और संरचना दोनों में बरकरार रहते हैं।

इन शोध विधियों की विशेषताएं

पदार्थों के निर्धारण के लिए ऐसी विधियों की कई मुख्य विशेषताएं हैं।

1. अनुसंधान नमूने को प्रक्रिया से पहले अशुद्धियों से साफ करने की आवश्यकता नहीं है, क्योंकि उपकरण को इसकी आवश्यकता नहीं है।
2. विश्लेषण के भौतिक-रासायनिक तरीकों में उच्च स्तर की संवेदनशीलता के साथ-साथ बढ़ी हुई चयनात्मकता भी होती है। इसलिए, विश्लेषण के लिए परीक्षण नमूने की बहुत कम मात्रा की आवश्यकता होती है, जो इन विधियों को बहुत सुविधाजनक और प्रभावी बनाती है। भले ही किसी ऐसे तत्व को निर्धारित करना आवश्यक हो जो कुल गीले द्रव्यमान में नगण्य मात्रा में निहित हो, यह संकेतित विधियों के लिए कोई बाधा नहीं है।
3. विश्लेषण में केवल कुछ मिनट लगते हैं, इसलिए एक अन्य विशेषता इसकी छोटी अवधि, या अभिव्यक्ति है।
4. विचाराधीन अनुसंधान विधियों में महंगे संकेतकों के उपयोग की आवश्यकता नहीं होती है।

जाहिर है, गतिविधि के क्षेत्र की परवाह किए बिना, भौतिक रासायनिक अनुसंधान विधियों को सार्वभौमिक और लगभग सभी अध्ययनों में मांग में बनाने के लिए फायदे और विशेषताएं पर्याप्त हैं।

वर्गीकरण

कई विशेषताओं की पहचान की जा सकती है जिनके आधार पर विचाराधीन विधियों को वर्गीकृत किया जाता है। हालाँकि, हम सबसे सामान्य प्रणाली प्रस्तुत करेंगे जो सीधे भौतिक-रासायनिक से संबंधित अनुसंधान के सभी मुख्य तरीकों को एकजुट और कवर करती है।

1. विद्युत रासायनिक अनुसंधान विधियाँ। मापे गए पैरामीटर के आधार पर, उन्हें इसमें विभाजित किया गया है:

• पोटेंशियोमेट्री;
• वोल्टामेट्री;
• पोलारोग्राफी;
• ऑसिलोमेट्री;
• कंडक्टोमेट्री;
• इलेक्ट्रोग्रैविमेट्री;
• कूलोमेट्री;
• एम्पेरोमेट्री;
• डायलकोमेट्री;
• उच्च-आवृत्ति कंडक्टोमेट्री।

2. वर्णक्रमीय। शामिल करना:

• ऑप्टिकल;
• एक्स - रे फ़ोटोइलैक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी;
• विद्युत चुम्बकीय और परमाणु चुंबकीय अनुनाद।

3. थर्मल. में बांटें:

• थर्मल;
• थर्मोग्रैविमेट्री;
• कैलोरीमेट्री;
• एन्थैल्पिमेट्री;
• delatometry.

4. क्रोमैटोग्राफ़िक विधियाँ, जो हैं:

• गैस;
• तलछटी;
• जेल मर्मज्ञ;
• अदला-बदली;
• तरल।

विश्लेषण की भौतिक-रासायनिक विधियों को दो बड़े समूहों में विभाजित करना भी संभव है। पहले वे हैं जिनका परिणाम विनाश होता है, अर्थात किसी पदार्थ या तत्व का पूर्ण या आंशिक विनाश। दूसरा गैर-विनाशकारी है, जो परीक्षण नमूने की अखंडता को संरक्षित करता है।

ऐसी विधियों का व्यावहारिक अनुप्रयोग

विचाराधीन कार्य विधियों के उपयोग के क्षेत्र काफी विविध हैं, लेकिन उनमें से सभी, निश्चित रूप से, किसी न किसी तरह से विज्ञान या प्रौद्योगिकी से संबंधित हैं। सामान्य तौर पर, हम कई बुनियादी उदाहरण दे सकते हैं, जिनसे यह स्पष्ट हो जाएगा कि वास्तव में ऐसे तरीकों की आवश्यकता क्यों है।

1. उत्पादन में जटिल तकनीकी प्रक्रियाओं के प्रवाह पर नियंत्रण। इन मामलों में, कार्य श्रृंखला में सभी संरचनात्मक लिंक के संपर्क रहित नियंत्रण और ट्रैकिंग के लिए उपकरण आवश्यक है। ये वही उपकरण समस्याओं और खराबी को रिकॉर्ड करेंगे और सुधारात्मक और निवारक उपायों पर एक सटीक मात्रात्मक और गुणात्मक रिपोर्ट प्रदान करेंगे।
2. प्रतिक्रिया उत्पाद की उपज के गुणात्मक और मात्रात्मक निर्धारण के उद्देश्य से रासायनिक व्यावहारिक कार्य करना।
3. किसी पदार्थ की सटीक मौलिक संरचना निर्धारित करने के लिए उसके नमूने की जांच करना।
4. नमूने के कुल द्रव्यमान में अशुद्धियों की मात्रा और गुणवत्ता का निर्धारण।
5. प्रतिक्रिया में मध्यवर्ती, मुख्य और माध्यमिक प्रतिभागियों का सटीक विश्लेषण।
6. किसी पदार्थ की संरचना और उसके द्वारा प्रदर्शित गुणों पर एक विस्तृत रिपोर्ट।
7. नए तत्वों की खोज और उनके गुणों को दर्शाने वाले डेटा प्राप्त करना।
8. अनुभवजन्य रूप से प्राप्त सैद्धांतिक डेटा की व्यावहारिक पुष्टि।
9. प्रौद्योगिकी के विभिन्न क्षेत्रों में उपयोग किए जाने वाले उच्च शुद्धता वाले पदार्थों के साथ विश्लेषणात्मक कार्य।
10. संकेतकों के उपयोग के बिना समाधानों का अनुमापन, जो अधिक सटीक परिणाम देता है और डिवाइस के संचालन के कारण पूरी तरह से सरल नियंत्रण होता है। अर्थात् मानवीय कारक का प्रभाव शून्य हो जाता है।
11. विश्लेषण की बुनियादी भौतिक-रासायनिक विधियाँ निम्नलिखित की संरचना का अध्ययन करना संभव बनाती हैं:

• खनिज;
• खनिज;
• सिलिकेट्स;
• उल्कापिंड और विदेशी पिंड;
• धातु और अधातु;
• मिश्रधातु;
• कार्बनिक और अकार्बनिक पदार्थ;
• एकल क्रिस्टल;
• दुर्लभ और ट्रेस तत्व।

विधियों के उपयोग के क्षेत्र

• परमाणु शक्ति;
• भौतिक विज्ञान;
• रसायन विज्ञान;
• रेडियो इलेक्ट्रॉनिक्स;
• लेजर तकनीक;
• अंतरिक्ष अनुसंधान और अन्य।

विश्लेषण के भौतिक-रासायनिक तरीकों का वर्गीकरण केवल इस बात की पुष्टि करता है कि वे अनुसंधान में उपयोग के लिए कितने व्यापक, सटीक और सार्वभौमिक हैं।

विद्युतरासायनिक विधियाँ

इन विधियों का आधार विद्युत धारा के प्रभाव में जलीय घोलों और इलेक्ट्रोडों पर प्रतिक्रियाएँ हैं, यानी सरल शब्दों में, इलेक्ट्रोलिसिस। तदनुसार, इन विश्लेषण विधियों में जिस प्रकार की ऊर्जा का उपयोग किया जाता है वह इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह है।

इन विधियों का विश्लेषण के भौतिक-रासायनिक तरीकों का अपना वर्गीकरण है। इस समूह में निम्नलिखित प्रजातियाँ शामिल हैं।

1. विद्युत गुरुत्वाकर्षण विश्लेषण. इलेक्ट्रोलिसिस के परिणामों के आधार पर, पदार्थों का एक द्रव्यमान इलेक्ट्रोड से हटा दिया जाता है, जिसे फिर तौला जाता है और विश्लेषण किया जाता है। इस प्रकार यौगिकों के द्रव्यमान पर डेटा प्राप्त किया जाता है। ऐसे कार्यों की किस्मों में से एक आंतरिक इलेक्ट्रोलिसिस की विधि है।
2. पोलरोग्राफी. यह वर्तमान शक्ति को मापने पर आधारित है। यह वह संकेतक है जो समाधान में वांछित आयनों की सांद्रता के सीधे आनुपातिक होगा। समाधानों का एम्पेरोमेट्रिक अनुमापन सुविचारित पोलारोग्राफिक विधि का एक रूप है।
3. कूलोमेट्री फैराडे के नियम पर आधारित है। प्रक्रिया पर खर्च की गई बिजली की मात्रा को मापा जाता है, जिससे वे समाधान में आयनों की गणना करने के लिए आगे बढ़ते हैं।
4. पोटेंशियोमेट्री - प्रक्रिया में प्रतिभागियों की इलेक्ट्रोड क्षमता को मापने पर आधारित है।

विचार की गई सभी प्रक्रियाएँ पदार्थों के मात्रात्मक विश्लेषण के लिए भौतिक और रासायनिक विधियाँ हैं। इलेक्ट्रोकेमिकल अनुसंधान विधियों का उपयोग करके, मिश्रण को उनके घटक घटकों में अलग किया जाता है और तांबा, सीसा, निकल और अन्य धातुओं की मात्रा निर्धारित की जाती है।

स्पेक्ट्रल

यह विद्युत चुम्बकीय विकिरण की प्रक्रियाओं पर आधारित है। उपयोग की जाने वाली विधियों का वर्गीकरण भी है।

1. ज्वाला फोटोमेट्री. ऐसा करने के लिए, परीक्षण पदार्थ को खुली लौ में छिड़का जाता है। कई धातु धनायन एक निश्चित रंग देते हैं, इसलिए उनकी पहचान इस प्रकार संभव है। ये मुख्य रूप से पदार्थ हैं जैसे: क्षार और क्षारीय पृथ्वी धातु, तांबा, गैलियम, थैलियम, इंडियम, मैंगनीज, सीसा और यहां तक ​​कि फास्फोरस।
2. अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी. इसमें दो प्रकार शामिल हैं: स्पेक्ट्रोफोटोमेट्री और कलरिमेट्री। इसका आधार पदार्थ द्वारा अवशोषित स्पेक्ट्रम का निर्धारण है। यह विकिरण के दृश्य और गर्म (अवरक्त) दोनों भागों में काम करता है।
3. टर्बिडिमेट्री।
4. नेफेलोमेट्री।
5. ल्यूमिनसेंट विश्लेषण.
6. रेफ्रेक्टोमेट्री और पोलारोमेट्री।

जाहिर है, इस समूह में मानी जाने वाली सभी विधियाँ किसी पदार्थ के गुणात्मक विश्लेषण की विधियाँ हैं।

उत्सर्जन विश्लेषण

इससे विद्युत चुम्बकीय तरंगों का उत्सर्जन या अवशोषण होता है। इस सूचक के आधार पर, कोई पदार्थ की गुणात्मक संरचना का न्याय कर सकता है, यानी, अनुसंधान नमूने की संरचना में कौन से विशिष्ट तत्व शामिल हैं।

क्रोमैटोग्राफ़िक

भौतिक-रासायनिक अध्ययन अक्सर विभिन्न वातावरणों में किए जाते हैं। इस मामले में, क्रोमैटोग्राफ़िक विधियाँ बहुत सुविधाजनक और प्रभावी हो जाती हैं। इन्हें निम्नलिखित प्रकारों में विभाजित किया गया है।

1. सोखने वाला द्रव. यह घटकों की विभिन्न सोखने की क्षमताओं पर आधारित है।
2. गैस वर्णलेखन। यह सोखने की क्षमता पर भी आधारित है, केवल वाष्प अवस्था में गैसों और पदार्थों के लिए। इसका उपयोग समान समुच्चय अवस्थाओं में यौगिकों के बड़े पैमाने पर उत्पादन में किया जाता है, जब उत्पाद एक मिश्रण में निकलता है जिसे अलग किया जाना चाहिए।
3. विभाजन क्रोमैटोग्राफी.
4. रिडॉक्स।
5. आयन विनिमय।
6. कागज़।
7. पतली परत।
8. तलछटी.
9. सोखना-जटिलता.

थर्मल

भौतिक-रासायनिक अनुसंधान में पदार्थों के निर्माण या विघटन की गर्मी पर आधारित विधियों का उपयोग भी शामिल होता है। ऐसी विधियों का भी अपना वर्गीकरण होता है।

1. थर्मल विश्लेषण।
2. थर्मोग्रैविमेट्री।
3. कैलोरिमेट्री।
4. एन्थालपोमेट्री।
5. डिलाटोमेट्री।

ये सभी विधियाँ ऊष्मा की मात्रा, यांत्रिक गुणों और पदार्थों की एन्थैल्पी को निर्धारित करना संभव बनाती हैं। इन संकेतकों के आधार पर, यौगिकों की संरचना मात्रात्मक रूप से निर्धारित की जाती है।

विश्लेषणात्मक रसायन विज्ञान के तरीके

रसायन विज्ञान के इस खंड की अपनी विशेषताएं हैं, क्योंकि विश्लेषकों के सामने मुख्य कार्य किसी पदार्थ की संरचना का गुणात्मक निर्धारण, उनकी पहचान और मात्रात्मक लेखांकन है। इस संबंध में, विश्लेषण के विश्लेषणात्मक तरीकों को विभाजित किया गया है:

• रासायनिक;
• जैविक;
• भौतिक-रासायनिक.

चूँकि हम उत्तरार्द्ध में रुचि रखते हैं, हम इस पर विचार करेंगे कि उनमें से किसका उपयोग पदार्थों को निर्धारित करने के लिए किया जाता है।

विश्लेषणात्मक रसायन विज्ञान में भौतिक-रासायनिक विधियों के मुख्य प्रकार

1. स्पेक्ट्रोस्कोपिक - सब वैसा ही जैसा कि ऊपर चर्चा की गई है।
2. द्रव्यमान वर्णक्रमीय - मुक्त कणों, कणों या आयनों पर विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों की क्रिया पर आधारित। भौतिक रासायनिक विश्लेषण प्रयोगशाला सहायक निर्दिष्ट बल क्षेत्रों का संयुक्त प्रभाव प्रदान करते हैं, और कणों को चार्ज और द्रव्यमान के अनुपात के आधार पर अलग-अलग आयन प्रवाह में अलग किया जाता है।
3. रेडियोधर्मी तरीके.
4. विद्युत रासायनिक।
5. जैव रासायनिक।
6. थर्मल।

ऐसी प्रसंस्करण विधियों से हम पदार्थों और अणुओं के बारे में क्या सीख सकते हैं? सबसे पहले, समस्थानिक रचना. और यह भी: प्रतिक्रिया उत्पाद, विशेष रूप से शुद्ध पदार्थों में कुछ कणों की सामग्री, मांगे गए यौगिकों का द्रव्यमान और वैज्ञानिकों के लिए उपयोगी अन्य चीजें।

इस प्रकार, विश्लेषणात्मक रसायन विज्ञान की विधियाँ आयनों, कणों, यौगिकों, पदार्थों और उनके विश्लेषण के बारे में जानकारी प्राप्त करने के महत्वपूर्ण तरीके हैं।

क्रिस्टल की संरचना का अध्ययन करने के लिए प्रायोगिक तरीके पदार्थों और सामग्रियों की संरचना का निर्धारण, यानी, उनके घटक संरचनात्मक इकाइयों (अणुओं, आयनों, परमाणुओं) के अंतरिक्ष में स्थान का निर्धारण विभिन्न तरीकों का उपयोग करके किया जाता है। क्रिस्टलीय अवस्था में यौगिकों की संरचना के बारे में मात्रात्मक जानकारी विवर्तन विधियों द्वारा प्रदान की जाती है: - एक्स-रे संरचनात्मक विश्लेषण, - इलेक्ट्रॉन विवर्तन, - न्यूट्रॉन विवर्तन। वे अध्ययन के तहत पदार्थ - एक्स-रे, इलेक्ट्रॉनों या न्यूट्रॉन के प्रवाह द्वारा बिखरे हुए विकिरण की तीव्रता के कोणीय वितरण के अध्ययन पर आधारित हैं। . 1

विवर्तन विधियाँ ठोस पदार्थों के क्रिस्टल जाली पर एक्स-रे, इलेक्ट्रॉनों और न्यूट्रॉन के विवर्तन (सुसंगत प्रकीर्णन) की घटना पर आधारित हैं। आपतित विकिरण की ऊर्जा को अवशोषित करने और समान लंबाई की तरंग उत्सर्जित करने पर इस ऊर्जा को मुक्त करने की प्रक्रिया को सुसंगत प्रकीर्णन कहा जाता है। क्रिस्टलीय पदार्थ से गुजरने वाली तरंगें विवर्तन का अनुभव करती हैं, क्योंकि 10 -10 मीटर के क्रम की औसत अंतर-परमाणु दूरी वाली क्रिस्टल जाली उनके लिए एक विवर्तन झंझरी है। आपतित विकिरण की तरंगदैर्ध्य इन अंतरपरमाणु दूरियों के बराबर होनी चाहिए। 2

वर्तमान में, व्यवस्थित संरचनात्मक अध्ययनों के परिणामस्वरूप, विभिन्न प्रकार के पदार्थों की संरचना का निर्धारण करने पर काफी व्यापक सामग्री जमा की गई है। ये डेटा निम्नलिखित के बीच कई संबंध स्थापित करना संभव बनाते हैं: - एक ठोस की रासायनिक संरचना, - इसमें अंतर-परमाणु संपर्क की ताकतों की प्रकृति, - इन परमाणुओं की स्थानिक व्यवस्था, - भौतिक गुण। संरचनात्मक विश्लेषण का उपयोग करके स्थापित क्रिस्टल की संरचना में नियमितताएं अक्सर इतनी सामान्य हो जाती हैं कि उनका उपयोग उन पदार्थों के विश्लेषण में किया जा सकता है जिनका अभी तक अध्ययन नहीं किया गया है। कई मामलों में, इससे संरचना के मॉडल बनाना संभव हो जाता है, जो संरचनात्मक अनुसंधान के कार्य को सुविधाजनक बनाता है और किसी विशेष मॉडल की शुद्धता की जांच करने तक सीमित कर देता है। 3

सभी विवर्तन विधियों में, एक मोनोक्रोमैटिक किरण को अध्ययन के तहत वस्तु पर निर्देशित किया जाता है और बिखरने के पैटर्न का विश्लेषण किया जाता है। बिखरे हुए विकिरण को फोटोग्राफ़िक रूप से या काउंटरों का उपयोग करके रिकॉर्ड किया जाता है। विवर्तन पैटर्न के आधार पर, सिद्धांत रूप में, किसी पदार्थ की परमाणु संरचना का पुनर्निर्माण करना संभव है। यदि फिल्म पर विवर्तन पैटर्न बिंदुओं का एक सेट है, तो ठोस एकल क्रिस्टल की स्थिति में है। यदि यह गाढ़ा छल्ले का एक सेट है (एक सपाट फिल्म पर) - एक पॉलीक्रिस्टल। यदि धुंधले (फैले हुए) छल्ले (प्रभामंडल) हैं, तो शरीर अनाकार अवस्था में है। विवर्तन मैक्सिमा के वितरण और तीव्रता से, परमाणुओं की स्थिति की गणना करना, यानी संरचना निर्धारित करना संभव है। 4

वह सिद्धांत जो लोचदार प्रकीर्णन पैटर्न और प्रकीर्णन केंद्रों की स्थानिक व्यवस्था के बीच संबंध का वर्णन करता है, सभी एक्स-रे विकिरण, इलेक्ट्रॉन या न्यूट्रॉन प्रवाह के लिए समान है। हालाँकि, चूंकि पदार्थ के साथ विभिन्न प्रकार के विकिरण की परस्पर क्रिया की भौतिक प्रकृति अलग-अलग होती है, विवर्तन पैटर्न के विशिष्ट प्रकार और विशेषताएं परमाणुओं की विभिन्न विशेषताओं द्वारा निर्धारित की जाती हैं। इसलिए, विभिन्न विवर्तन विधियाँ ऐसी जानकारी प्रदान करती हैं जो एक दूसरे की पूरक होती हैं। 5

विवर्तन के सिद्धांत के मूल सिद्धांत. तरंग दैर्ध्य λ और तरंग वेक्टर k 0 के साथ एक समतल मोनोक्रोमैटिक तरंग, जहां | क 0| = 2π/ λ, को संवेग p वाले कणों का पुंज माना जा सकता है, जहाँ |p| = एच/λ; h प्लैंक स्थिरांक है। n परमाणुओं के एक समूह द्वारा बिखरी हुई तरंग का आयाम F (तरंग वेक्टर k के साथ), समीकरण द्वारा निर्धारित किया जाता है: जहां वेक्टर s = (k - k 0)/ 2π, s = 2 synθ/λ, 2θ है प्रकीर्णन कोण, fj(s) परमाणु कारक, या परमाणु प्रकीर्णन कारक है, अर्थात, एक फ़ंक्शन जो पृथक jth परमाणु (या आयन) के प्रकीर्णन आयाम को निर्धारित करता है; r j इसका त्रिज्या सदिश है। 6

एक समान अभिव्यक्ति लिखी जा सकती है यदि हम मान लें कि आयतन V वाली किसी वस्तु का निरंतर प्रकीर्णन घनत्व ρ(r) है: परमाणु कारक f(s) की गणना भी उसी सूत्र का उपयोग करके की जाती है; इस मामले में, ρ(r) परमाणु के अंदर बिखरने वाले घनत्व के वितरण का वर्णन करता है। प्रत्येक प्रकार के विकिरण के लिए परमाणु कारक मान विशिष्ट होते हैं। एक्स-रे विकिरण तब होता है जब कैथोड किरणें (एनोड से कैथोड की ओर जाने वाले इलेक्ट्रॉनों की एक धारा) एनोड पदार्थ के साथ परस्पर क्रिया करती हैं। 7

एक्स-रे परमाणुओं के इलेक्ट्रॉन कोशों द्वारा प्रकीर्णित होते हैं। θ = 0 पर परमाणु कारक fр संख्यात्मक रूप से परमाणु में इलेक्ट्रॉनों Z की संख्या के बराबर है यदि fр को तथाकथित इलेक्ट्रॉनिक इकाइयों में व्यक्त किया जाता है, अर्थात एक मुक्त इलेक्ट्रॉन द्वारा एक्स-रे प्रकीर्णन के आयाम की सापेक्ष इकाइयों में। जैसे-जैसे प्रकीर्णन कोण बढ़ता है, परमाणु कारक fр घटता जाता है। इलेक्ट्रॉन प्रकीर्णन परमाणु की इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षमता φ(r) द्वारा निर्धारित होता है (r परमाणु के केंद्र से दूरी है)। इलेक्ट्रॉनों के लिए परमाणु कारक fе fр संबंध से संबंधित है: जहां e इलेक्ट्रॉन का आवेश है, m उसका द्रव्यमान है। 8

Fe (~10 -8 सेमी) का निरपेक्ष मान fр (~10 -11 सेमी) से काफी अधिक है, अर्थात परमाणु एक्स-रे की तुलना में इलेक्ट्रॉनों को अधिक मजबूती से बिखेरता है; Fe बढ़ते पाप के साथ घटता है, fр की तुलना में अधिक तेजी से, लेकिन Z पर Fe की निर्भरता कमजोर होती है। इलेक्ट्रॉन विवर्तन की तीव्रता एक्स-रे की तुलना में लगभग 106 गुना अधिक है। न्यूट्रॉन परमाणु नाभिक (कारक एफएन) द्वारा बिखरे हुए हैं, और परमाणुओं के गैर-शून्य चुंबकीय क्षणों (कारक एफएनएम) के साथ न्यूट्रॉन के चुंबकीय क्षणों की बातचीत के कारण भी बिखरे हुए हैं। परमाणु बलों की कार्रवाई का दायरा बहुत छोटा है (~10 -6 एनएम), इसलिए fn का मान व्यावहारिक रूप से θ से स्वतंत्र है। इसके अलावा, कारक fн परमाणु संख्या Z पर एकरस रूप से निर्भर नहीं होते हैं और, fр और fe के विपरीत, नकारात्मक मान ले सकते हैं। निरपेक्ष मान fn ~10 -12 सेमी 9

न्यूट्रॉन विवर्तन की तीव्रता एक्स-रे विकिरण की तुलना में लगभग 100 गुना कम है। विधि का लाभ यह है कि यह करीबी परमाणु संख्या वाले परमाणुओं के बीच अंतर को प्रकट करता है, जो एक्स-रे विवर्तन और इलेक्ट्रॉन विवर्तन विधियों का उपयोग करके करना मुश्किल है। क्रिस्टल द्वारा प्रकीर्णन की तीव्रता I(s) आयाम मापांक के वर्ग के समानुपाती होती है: I(s)~|F(s)|2। केवल मॉड्यूल |F(s)| को प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित किया जा सकता है, और प्रकीर्णन घनत्व फ़ंक्शन ρ(r) के निर्माण के लिए प्रत्येक s के लिए चरणों φ(s) को जानना भी आवश्यक है। फिर भी, विवर्तन विधियों का सिद्धांत मापे गए I(s) से फ़ंक्शन ρ(r) प्राप्त करना संभव बनाता है, अर्थात, पदार्थों की संरचना निर्धारित करना। इस मामले में, क्रिस्टल 10 का अध्ययन करते समय सर्वोत्तम परिणाम प्राप्त होते हैं

एकल क्रिस्टल और पाउडर का एक्स-रे संरचनात्मक विश्लेषण एन.एम. आमतौर पर, विशिष्ट एक्स-रे विकिरण का उपयोग किया जाता है, जिसका स्रोत आमतौर पर एक एक्स-रे ट्यूब होता है। संरचनात्मक विश्लेषण में आमतौर पर प्रयोगात्मक डेटा प्राप्त करना और उनका गणितीय प्रसंस्करण शामिल होता है। एक्स-रे विवर्तन के लिए उपकरण एक डिफ्रेक्टोमीटर है, जिसमें एक विकिरण स्रोत, एक गोनियोमीटर, एक डिटेक्टर और एक मापने और नियंत्रण उपकरण शामिल है। ग्यारह

गोनियोमीटर का उपयोग अध्ययन के तहत नमूने और विवर्तन पैटर्न प्राप्त करने के लिए आवश्यक स्थिति में डिटेक्टर को स्थापित करने के लिए (लगभग 13 आर्क सेकंड की सटीकता के साथ) किया जाता है। डिटेक्टर जगमगाहट, आनुपातिक या अर्धचालक काउंटर हैं। मापने वाला उपकरण एक्स-रे विवर्तन गोनियोमीटर की तीव्रता को (लगातार या बिंदु दर बिंदु) रिकॉर्ड करता है। विवर्तन कोण के आधार पर मैक्सिमा (प्रतिबिंब, परावर्तन) - आपतित और विवर्तित किरणों के बीच का कोण 12

एक्सआरडी का उपयोग करके, पॉलीक्रिस्टलाइन नमूनों और धातुओं, मिश्र धातुओं, खनिजों, तरल क्रिस्टल, पॉलिमर, बायोपॉलिमर और विभिन्न कम-आणविक कार्बनिक और अकार्बनिक यौगिकों के एकल क्रिस्टल का अध्ययन किया जाता है। एक वास्तविक पिंड में जिस पर एक्स-रे विकिरण निर्देशित होता है, वहां बड़ी संख्या में परमाणु होते हैं, और उनमें से प्रत्येक बिखरी हुई तरंगों का स्रोत बन जाता है। विकिरण ऊर्जा अलग-अलग दिशाओं में अलग-अलग तीव्रता के साथ बिखरी हुई है। प्रकीर्णन पैटर्न का प्रकार परमाणुओं के प्रकार, उनके बीच की दूरी, आपतित विकिरण की आवृत्ति और कई अन्य कारकों पर निर्भर करेगा। रूसी वैज्ञानिक वुल्फ और अंग्रेजी पिता और पुत्र ब्रेग्गा ने क्रिस्टल में एक्स-रे के हस्तक्षेप की एक सरल व्याख्या दी, इसे परमाणु नेटवर्क से प्रतिबिंब द्वारा समझाया। 13

एक त्रि-आयामी क्रिस्टल जाली को इंटरप्लानर दूरी d के साथ समानांतर परमाणु विमानों के सेट के अनंत सेट के रूप में माना जा सकता है। मान लीजिए तरंगदैर्ध्य l के साथ मोनोक्रोमैटिक किरणों की एक समानांतर किरण एक चराई कोण q पर क्रिस्टल पर गिरती है। . किरणें सतह के समानांतर समतलों के एक परिवार से समान कोण q पर अंतरतलीय दूरी d से परावर्तित होती हैं। समानांतर परावर्तित किरणें I और II हस्तक्षेप करती हैं, अर्थात वे एक दूसरे को मजबूत और कमजोर करती हैं। 14

यदि समानांतर परावर्तित किरणों I और II के बीच उनका पथ अंतर Δ=(AB+BC)-AD तरंग दैर्ध्य l के पूर्णांक n के बराबर है, तो एक हस्तक्षेप अधिकतम देखा जाता है। ऐसे अधिकतम के घटित होने की शर्त को 2 dhklsinθ= n λ के रूप में लिखा जा सकता है। इस रिश्ते को वुल्फ-ब्रैग कानून कहा जाता है। यह संबंध स्थानिक जाली की आवधिकता का परिणाम है और किसी कोशिका या जाली स्थलों पर परमाणुओं की व्यवस्था से संबंधित नहीं है। 15

लाउ स्थितियाँ ये वे स्थितियाँ हैं जिनके तहत हस्तक्षेप मैक्सिमा तब उत्पन्न होती है जब क्रिस्टल जाली स्थलों पर विकिरण बिखरा होता है। आइए क्रिस्टल में x अक्ष की दिशा में नोड्स a के बीच की दूरी के साथ नोड्स की एक पंक्ति का चयन करें। यदि तरंग दैर्ध्य λ के साथ समानांतर मोनोक्रोमैटिक किरणों की किरण को एक मनमानी कोण φ 0 पर ऐसी पंक्ति में निर्देशित किया जाता है, तो हस्तक्षेप अधिकतम केवल उन दिशाओं में देखा जाएगा जिसके लिए नोड्स से सभी प्रतिबिंब एक दूसरे को मजबूत करते हैं। ऐसा तब होगा जब आपतित किरण और श्रृंखला Δ=AC-BD में किसी भी नोड द्वारा बिखरी किरण के बीच पथ अंतर तरंग दैर्ध्य की पूर्णांक संख्या के बराबर हो: 16

तीन गैर-समतलीय दिशाओं के लिए, लाउ स्थितियों का रूप ऐसा होता है जहां ψ0 और χ0 क्रमशः दिशाओं के साथ स्थित नोडल पंक्तियों पर एक्स-रे की घटना के कोण होते हैं, और के और एल संबंधित हस्तक्षेप सूचकांक होते हैं। लाउ हस्तक्षेप समीकरण और वुल्फ-ब्रैग नियम 17 एक दूसरे के समतुल्य हैं।

इस प्रकार, प्रत्येक क्रिस्टल में समय-समय पर स्थित विमानों के एक सेट को अलग करना संभव है, जो सही क्रम में व्यवस्थित क्रिस्टल जाली के परमाणुओं द्वारा बनते हैं। एक्स-रे क्रिस्टल में प्रवेश करती हैं और इस संयोजन के प्रत्येक तल से परावर्तित होती हैं। परिणामस्वरूप, एक्स-रे की कई सुसंगत किरणें उत्पन्न होती हैं, जिनके बीच पथ अंतर होता है। किरणें एक-दूसरे के साथ उसी तरह हस्तक्षेप करती हैं जैसे पारंपरिक विवर्तन झंझरी पर प्रकाश तरंगें स्लिट से गुजरते समय हस्तक्षेप करती हैं। जब लाउ और वुल्फ-ब्रैग स्थितियां पूरी होती हैं, तो समय-समय पर स्थित विमानों का प्रत्येक सेट स्पॉट की अपनी प्रणाली देता है - मैक्सिमा। फोटोग्राफिक फिल्म पर धब्बों का स्थान पूरी तरह से विमानों के बीच की दूरी से निर्धारित होता है। 18

एक एकल क्रिस्टल पर मनमाना कोण q पर आपतित तरंगदैर्ध्य λ वाली एक्स-रे आम तौर पर परावर्तित नहीं होंगी। लाउ की शर्तों या वुल्फ-ब्रैग कानून को संतुष्ट करने के लिए, तरंग दैर्ध्य या घटना के कोण का चयन करना आवश्यक है। इस चयन के आधार पर, विवर्तन पैटर्न प्राप्त करने के लिए तीन मुख्य विधियाँ विकसित की गईं: - लाउ विधि, - एकल क्रिस्टल रोटेशन विधि, - पाउडर विधि (डेबी - शेरेर)। 19

लाउ विधि एक्स-रे (इलेक्ट्रॉन या न्यूट्रॉन) की एक गैर-मोनोक्रोमैटिक किरण को एक निश्चित एकल क्रिस्टल पर निर्देशित किया जाता है। क्रिस्टल उन तरंग दैर्ध्य का "चयन" करता है जिसके लिए वुल्फ-ब्रैग स्थिति संतुष्ट होती है। बिखरी हुई किरणें फिल्म पर बिंदु प्रतिबिंब उत्पन्न करती हैं, जिनमें से प्रत्येक की पॉलीक्रोमैटिक स्पेक्ट्रम से अपनी तरंग दैर्ध्य होती है। लाउग्राम पर प्रत्येक स्थान एक विशिष्ट जाली तल से मेल खाता है। 20 स्पॉट व्यवस्था में समरूपता क्रिस्टल की समरूपता को दर्शाती है।

21

एकल क्रिस्टल घूर्णन विधि क्रिस्टल को एक अक्ष के चारों ओर घुमाया जाता है जो एक्स-रे या न्यूट्रॉन के आपतित मोनोक्रोमैटिक बीम की दिशा के लंबवत होता है। इसके चारों ओर एक बेलनाकार कैसेट में फिल्म रखी हुई है। जब क्रिस्टल घूमता है, तो विभिन्न परमाणु तल ऐसे स्थान ग्रहण कर लेते हैं, जिनमें उनसे परावर्तित किरणें हस्तक्षेप करती हैं। 22

रोटेशन अक्ष के समानांतर विमान फिल्म के केंद्र से गुजरने वाली सीधी रेखा के साथ स्थित बिंदुओं के रूप में एक विवर्तन पैटर्न देंगे और इसे पहली तरह की शून्य परत रेखा कहा जाता है। घूर्णन की धुरी के सापेक्ष तिरछे उन्मुख विमान प्रतिबिंब देंगे जो शून्य रेखा के ऊपर और नीचे स्थित परत रेखाएं बनाते हैं। पहली तरह की परत रेखाओं के बीच की दूरी से, क्रिस्टल के घूर्णन अक्ष के समानांतर क्रिस्टलोग्राफिक दिशा में स्थित परमाणुओं के बीच सबसे छोटी दूरी की गणना की जा सकती है। लाउ विधि के विपरीत, जो क्रिस्टल के समरूपता तत्वों को निर्धारित करने के लिए कार्य करती है, रोटेशन विधि क्रिस्टल की संरचना को निर्धारित करना संभव बनाती है, अर्थात, इकाई कोशिका के आकार और अवधि को स्थापित करने के लिए, और कुछ मामलों में, खोजने के लिए सभी मूल परमाणुओं के निर्देशांक। 23

पाउडर विधि (डेबी-शेरर) मोनोक्रोमैटिक विकिरण में पाउडर (पॉलीक्रिस्टलाइन) सामग्री का अध्ययन। पूरी तरह से मनमाना अभिविन्यास वाले अनाज (क्रिस्टलाइट्स) की संख्या काफी बड़ी है। हम मान सकते हैं कि उनके पास सभी संभावित अभिविन्यास हैं और सभी अभिविन्यास समान रूप से संभावित हैं। आपतित किरणें उन क्रिस्टलीयों से परावर्तित होती हैं, जो आपतित किरण की दिशा के सापेक्ष इस प्रकार उन्मुख होती हैं कि वुल्फ स्थिति संतुष्ट हो जाती है। ब्रैग. विवर्तन पैटर्न को रिकॉर्ड करने के दो तरीके हैं: फोटोग्राफिक फिल्म पर (फोटो विधि) और एक काउंटर (डिफ्रेक्टोमेट्रिक विधि) का उपयोग करना। 24

फोटो विधि में, फिल्म पर विवर्तन पैटर्न संकेंद्रित वृत्तों की एक श्रृंखला जैसा दिखता है। डिफ्रेक्टोमीटर पृष्ठभूमि वक्र और हस्तक्षेप मैक्सिमा के विकल्प के रूप में पैटर्न को रिकॉर्ड करता है। उत्तरार्द्ध काउंटर 2 क्यू की स्थिति के कुछ कोणों पर होता है। मापे गए प्रकीर्णन कोण q से, किसी भी अधिकतम विवर्तन के लिए अंतरतलीय दूरियों की गणना की जा सकती है। 25 Fe 3 O 4 a - एक्स-रे; बी – न्यूट्रॉन.

पॉलीक्रिस्टलाइन नमूने एक क्रिस्टलीय पदार्थ को पीसकर पाउडर में बदलने के परिणामस्वरूप प्राप्त होते हैं। इस तरह से तैयार किए गए नमूने को कैमरे की धुरी पर रखा जाता है, जिसकी साइड की दीवारों पर फोटोग्राफिक फिल्म लगाई जाती है। जब एक पॉलीक्रिस्टलाइन नमूने को मोनोक्रोमैटिक एक्स-रे विकिरण से विकिरणित किया जाता है, तो इसके विभिन्न घटकों के क्रिस्टलीय विमानों के यादृच्छिक अभिविन्यास के कारण दिशात्मक शंकु दिखाई देते हैं। विवर्तन पैटर्न (डेबीग्राम) में छल्ले या धारियों का आभास होता है। इसका विश्लेषण हमें क्रिस्टल संरचना के मुख्य तत्वों को निर्धारित करने की अनुमति देता है। 26

डीएचकेएल सेट को क्रिस्टल पासपोर्ट कहा जाता है। विभिन्न क्रिस्टलों की अंतरतलीय दूरियों के बारे में जानकारी डेटाबेस के रूप में प्रस्तुत की गई है: JCPD, MINCRYST। किसी दिए गए नमूने के लिए प्रयोग से इंटरप्लानर दूरियों के मान डीएचकेएल और सापेक्ष प्रतिबिंब तीव्रता आईरेल के मूल्यों को जानकर, कई मामलों में पदार्थ के प्रकार या उसके चरण को स्थापित करना संभव है। विवर्तन पैटर्न प्राप्त करने के बाद, क्रिस्टल संरचना के प्रकार के बारे में एक धारणा बनाई जाती है, परिणामी प्रतिबिंबों के सूचकांक निर्धारित किए जाते हैं, यूनिट सेल के आयाम निर्धारित किए जाते हैं, यदि सामग्री की रासायनिक संरचना और घनत्व ज्ञात होता है, तो की संख्या इकाई कोशिका में परमाणुओं की गणना की जाती है। विवर्तन रेखाओं की अभिन्न तीव्रता के आधार पर, एक इकाई कोशिका में परमाणुओं का स्थान निर्धारित किया जा सकता है। 27

पॉलीक्रिस्टलाइन नमूनों के मामले में, संरचना परीक्षण और त्रुटि द्वारा स्थापित की जाती है: पहले से अज्ञात विवरण परमाणु संरचना के पहले से ज्ञात या कल्पित ढांचे में जोड़े जाते हैं (उदाहरण के लिए, जिसमें केवल "भारी" परमाणु होते हैं) और मैक्सिमा की तीव्रता होती है गणना की जाती है, जिसकी तुलना प्रयोगात्मक रूप से प्राप्त मूल्यों से की जाती है। एक्सआरडी का उपयोग करके, पॉलीक्रिस्टलाइन नमूनों और धातुओं, मिश्र धातुओं, खनिजों, तरल क्रिस्टल, पॉलिमर, बायोपॉलिमर और विभिन्न कम-आणविक कार्बनिक और अकार्बनिक यौगिकों के एकल क्रिस्टल का अध्ययन किया जाता है। 28

एकल क्रिस्टल का अध्ययन करते समय (अक्सर 0.1 -0.3 मिमी के व्यास के साथ एक गेंद के रूप में), संरचना का निर्धारण करने में पहला चरण अनुक्रमण है, यानी, विवर्तन पैटर्न में देखे गए सभी प्रतिबिंबों के सूचकांक (एच के एल) स्थापित करना किसी दिए गए क्रिस्टल का. अनुक्रमण प्रक्रिया इस तथ्य पर आधारित है कि इंटरप्लेनर दूरियों के मान डीएचकेएल यूनिट सेल की अवधि (ए, बी, सी) और कोण (α, β, γ) के मूल्यों से संबंधित हैं। -परिभाषित रिश्ते (द्विघात रूप)। अनुक्रमण के बाद इकाई कोशिका की अवधि निर्धारित की जाती है। कुछ प्रतिबिंबों की नियमित अनुपस्थिति के आधार पर, क्रिस्टल की समरूपता के अंतरिक्ष समूह का आकलन किया जाता है। . 29

विवर्तन पैटर्न का संकेत देना और क्रिस्टल जाली की अवधि निर्धारित करना क्रिस्टल की परमाणु संरचना स्थापित करने के प्रारंभिक चरण हैं, यानी, एक इकाई कोशिका में परमाणुओं की सापेक्ष व्यवस्था का पता लगाना, परमाणु संरचना का निर्धारण तीव्रता के विश्लेषण पर आधारित है विवर्तन मैक्सिमा का. परावर्तन तीव्रता I(h k l) संरचनात्मक आयाम F(h k l) के वर्ग मापांक के समानुपाती होती है, जिसका मान क्रिस्टल सेल में परमाणुओं के निर्देशांक द्वारा निर्धारित होता है। संरचनात्मक आयाम F(h k l) के निरपेक्ष मानों की गणना परावर्तन तीव्रता से की जाती है। संरचनात्मक आयामों का विश्लेषण हमें 30वें प्रकार के ब्रवाइस जाली को निर्धारित करने की अनुमति देता है।

विवर्तन किरणों I(h k l) की तीव्रता इकाई कोशिका में परमाणुओं xj, yj, zj के निर्देशांक से संबंधों द्वारा संबंधित होती है: जहां F(h k l) फूरियर गुणांक होते हैं, जिन्हें एक्स-रे विवर्तन में संरचनात्मक कहा जाता है आयाम, K आनुपातिकता गुणांक है, φ(h k l) विवर्तन किरण का प्रारंभिक चरण है, fj jth परमाणु का परमाणु प्रकीर्णन कारक है; एच, के, एल - क्रिस्टल में चेहरों और संबंधित परमाणु विमानों के स्थान को दर्शाने वाले पूर्णांक (विवर्तन किरण सूचकांक); एन इकाई कोशिका में परमाणुओं की कुल संख्या है; मैं=√-1. 31

मान |F(h k l)| I(h k l) से सीधे गणना की जा सकती है, लेकिन φ(h k l) का मान अज्ञात रहता है (प्रारंभिक चरणों की समस्या)। सामान्य स्थिति में संरचनात्मक आयामों के चरण (यानी, घटना तरंग के सापेक्ष परावर्तित तरंग का चरण बदलाव) सीधे प्रयोग से निर्धारित नहीं किया जा सकता है। प्रारंभिक चरणों की समस्या को हल करने के लिए तरीके हैं: - पैटरसन की विधि, जिसका उपयोग प्रकाश (एच, सी, एन, ओ) के साथ-साथ भारी धातु परमाणुओं वाले यौगिकों की संरचनाओं को समझने में किया जाता है, जिनके निर्देशांक सबसे पहले निर्धारित किए जाते हैं . एक इकाई कोशिका में प्रकाश परमाणुओं के निर्देशांक इलेक्ट्रॉन घनत्व वितरण ρ(x, y, z) की गणना करके निर्धारित किए जाते हैं। 32

इलेक्ट्रॉन घनत्व फ़ंक्शन को फूरियर श्रृंखला ρ(x, y, z) के रूप में दर्शाया गया है: जहां h, k, l परावर्तक विमान के सूचकांक हैं, Fhkl = |Fhkl|exp बिखरे हुए विकिरण का संगत संरचनात्मक आयाम है, φhkl इसका चरण है. इलेक्ट्रॉन घनत्व एक परमाणु, अणु, क्रिस्टल में इलेक्ट्रॉनों के वितरण की संभाव्यता घनत्व है। फ़ंक्शन ρ(x, y, z) के निर्माण के लिए, प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित मात्राओं का उपयोग किया जाता है। प्रयोगात्मक डेटा के प्रसंस्करण से बिखरने वाले घनत्व वितरण मानचित्रों के रूप में संरचना का पुनर्निर्माण संभव हो जाता है। फ़ंक्शन ρ(x, y, z) के मैक्सिमा की स्थिति को परमाणुओं की स्थिति से पहचाना जाता है, और मैक्सिमा के आकार का उपयोग परमाणुओं के 33 थर्मल कंपन को आंकने के लिए किया जाता है।

क्रिस्टल संरचना की सामान्य प्रकृति का निर्धारण करने के बाद, इसे प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित सैद्धांतिक रूप से गणना किए गए संरचनात्मक आयामों के मूल्यों को क्रमिक रूप से अनुमानित करके परिष्कृत किया जाता है। इस प्रकार, विशेष रूप से, परमाणुओं के निर्देशांक (xj, yj, zj) और उनके थर्मल कंपन के स्थिरांक निर्दिष्ट किए जाते हैं। संरचना के सही निर्धारण का मानदंड विचलन कारक आर है। आर = 0.05: 0.04 संरचना अच्छी सटीकता के साथ निर्धारित की जाती है, आर ≤ 0.02 - परिशुद्धता। 34

परमाणु संरचना को परमाणु निर्देशांक और उनके थर्मल कंपन के मापदंडों के एक सेट के रूप में दर्शाया गया है। इन आंकड़ों से, अंतरपरमाणु दूरियों और संयोजकता कोणों की गणना क्रमशः 10 -3 - 10 -4 एनएम और 0.2 -2° की त्रुटि के साथ की जा सकती है। इससे क्रिस्टल की रासायनिक संरचना, संभावित आइसोमोर्फिक प्रतिस्थापन के प्रकार (इस मामले में विश्वसनीयता और सटीकता तत्व की परमाणु संख्या पर निर्भर करती है), परमाणुओं के थर्मल कंपन की प्रकृति आदि को अधिक सटीक रूप से स्थापित करना संभव हो जाता है। 35

प्रायोगिक डेटा के सटीक प्रसंस्करण के लिए धन्यवाद, परमाणुओं के बीच इलेक्ट्रॉन घनत्व के वितरण का अध्ययन करना संभव है। ऐसा करने के लिए, एक विरूपण इलेक्ट्रॉन घनत्व फ़ंक्शन का निर्माण करें जो उनके बीच एक रासायनिक बंधन के गठन के दौरान परमाणुओं में इलेक्ट्रॉनों के पुनर्वितरण का वर्णन करता है। विरूपण इलेक्ट्रॉन घनत्व फ़ंक्शन का विश्लेषण चार्ज स्थानांतरण, बंधन सहसंयोजकता, इलेक्ट्रॉनों के अकेले जोड़े की स्थानिक व्यवस्था आदि की डिग्री स्थापित करना संभव बनाता है। 36

एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण (एक्सआरडी) की विधि आपको स्थापित करने की अनुमति देती है: - विभिन्न वर्गों के रासायनिक यौगिकों की संरचना के स्टीरियोकेमिकल और क्रिस्टलोकेमिकल पैटर्न, - किसी पदार्थ की संरचनात्मक विशेषताओं और उसके भौतिक रासायनिक गुणों के बीच संबंध, - के लिए प्रारंभिक डेटा प्राप्त करें रासायनिक बंधों के सिद्धांत का गहन विकास और रासायनिक प्रतिक्रियाओं का अध्ययन, - क्रिस्टल में परमाणुओं के थर्मल कंपन का विश्लेषण, - क्रिस्टल में इलेक्ट्रॉन घनत्व के वितरण का अध्ययन। 37

इलेक्ट्रॉन विवर्तन पर आधारित विधियों का उपयोग करके क्रिस्टल की परमाणु संरचना का इलेक्ट्रॉनोग्राफी अध्ययन भी किया जा सकता है। क्रिस्टल की संरचना का अध्ययन करने की एक विधि के रूप में इलेक्ट्रॉन विवर्तन में निम्नलिखित विशेषताएं हैं: 1) इलेक्ट्रॉनों के साथ किसी पदार्थ की परस्पर क्रिया एक्स-रे की तुलना में बहुत मजबूत होती है, इसलिए विवर्तन 1-100 एनएम मोटी पतली परतों में होता है; 2) fе fр से कम परमाणु क्रमांक पर निर्भर करता है, जिससे भारी परमाणुओं की उपस्थिति में हल्के परमाणुओं की स्थिति निर्धारित करना आसान हो जाता है; 3) इस तथ्य के कारण कि आमतौर पर 50 -300 kOe की ऊर्जा वाले तेज़ इलेक्ट्रॉनों की तरंग दैर्ध्य का उपयोग किया जाता है। बी लगभग 5.10 -3 एनएम है, इलेक्ट्रॉन विवर्तन पैटर्न की ज्यामितीय व्याख्या बहुत सरल है। 38

संरचनात्मक इलेक्ट्रॉन विवर्तन का उपयोग व्यापक रूप से बारीक बिखरी हुई वस्तुओं का अध्ययन करने के साथ-साथ विभिन्न प्रकार की बनावट (मिट्टी के खनिज, अर्धचालक फिल्में, आदि) का अध्ययन करने के लिए किया जाता है। कम-ऊर्जा इलेक्ट्रॉन विवर्तन (10 -300 e.V, λ 0.10.4 एनएम) क्रिस्टल सतहों का अध्ययन करने के लिए एक प्रभावी तरीका है: परमाणुओं की व्यवस्था, उनके थर्मल कंपन की प्रकृति, आदि। मुख्य विधि ट्रांसमिशन विधि है, जो उपयोग करती है इलेक्ट्रॉन विवर्तन उच्च ऊर्जा (50 -300 के.वी., जो लगभग 5 -10 -3 एनएम की तरंग दैर्ध्य से मेल खाती है)। 39

इलेक्ट्रॉन विवर्तन विशेष इलेक्ट्रॉन विवर्तन उपकरणों में किया जाता है, जिसमें 105 -10 -6 Pa का वैक्यूम बनाए रखा जाता है, जिसमें लगभग 1 एस का एक्सपोज़र समय होता है, या ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप में। अनुसंधान के लिए नमूने 10-50 एनएम की मोटाई वाली पतली फिल्मों के रूप में तैयार किए जाते हैं, समाधान या निलंबन से क्रिस्टलीय पदार्थ जमा करके, या वैक्यूम स्पटरिंग द्वारा फिल्में प्राप्त करके। नमूने मोज़ेक एकल क्रिस्टल, बनावट या पॉलीक्रिस्टल हैं। एक विवर्तन पैटर्न - एक इलेक्ट्रॉन विवर्तन पैटर्न - एक नमूने के माध्यम से इलेक्ट्रॉनों के प्रारंभिक मोनोक्रोमैटिक बीम के पारित होने के परिणामस्वरूप उत्पन्न होता है और क्रमबद्ध विवर्तन स्पॉट - प्रतिबिंब का एक सेट होता है, जो अध्ययन के तहत वस्तु में परमाणुओं की व्यवस्था से निर्धारित होता है। . 40

परावर्तनों की विशेषता क्रिस्टल में अंतरतलीय दूरी d hkl और तीव्रता I hkl है, जहां h, k और l मिलर सूचकांक हैं। क्रिस्टल की इकाई कोशिका प्रतिबिंबों के परिमाण और स्थान से निर्धारित होती है। प्रतिबिंबों की तीव्रता पर डेटा का उपयोग करके, क्रिस्टल की परमाणु संरचना निर्धारित करना संभव है। परमाणु संरचना की गणना के तरीके एक्स-रे संरचनात्मक विश्लेषण में उपयोग किए जाने वाले तरीकों के करीब हैं। गणना, आमतौर पर कंप्यूटर पर की जाती है, जिससे परमाणुओं के निर्देशांक, उनके बीच की दूरी आदि स्थापित करना संभव हो जाता है। इलेक्ट्रॉनोग्राफी अनुमति देती है: - किसी पदार्थ का चरण विश्लेषण करने के लिए, - नमूनों में चरण संक्रमण का अध्ययन करने और ज्यामितीय संबंध स्थापित करने के लिए उभरते चरणों के बीच, 41 - बहुरूपता का अध्ययन करने के लिए।

इलेक्ट्रॉन विवर्तन का उपयोग आयनिक क्रिस्टल, क्रिस्टल हाइड्रेट्स, ऑक्साइड, कार्बाइड और धातुओं के नाइट्राइड, अर्धचालक यौगिकों, कार्बनिक पदार्थ, पॉलिमर, प्रोटीन, विभिन्न खनिजों (विशेष रूप से, स्तरित सिलिकेट) आदि की संरचनाओं का अध्ययन करने के लिए किया गया है। बड़े पैमाने पर नमूनों का अध्ययन करते समय , परावर्तन द्वारा इलेक्ट्रॉन विवर्तन का उपयोग तब किया जाता है जब किसी घटना में किरण 5-50 एनएम की गहराई तक प्रवेश करते हुए नमूने की सतह पर फिसलती हुई प्रतीत होती है। इस मामले में विवर्तन पैटर्न सतह की संरचना को दर्शाता है। इस तरह आप सोखना घटना, एपिटैक्सी, ऑक्सीकरण प्रक्रियाओं आदि का अध्ययन कर सकते हैं। 42

यदि किसी क्रिस्टल की परमाणु संरचना आदर्श के करीब है, और संचरण या प्रतिबिंब द्वारा विवर्तन ~ 50 एनएम या अधिक की गहराई पर होता है, तो एक विवर्तन पैटर्न प्राप्त होता है, जिसके आधार पर संरचना की पूर्णता के बारे में निष्कर्ष निकाला जा सकता है। कम ऊर्जा वाले इलेक्ट्रॉनों (10300 ई.वी.) का उपयोग करते समय, प्रवेश केवल 1-2 परमाणु परतों की गहराई तक जाता है। परावर्तित किरणों की तीव्रता के आधार पर, क्रिस्टल की सतह परमाणु जाली की संरचना निर्धारित की जा सकती है। इस विधि ने Ge, Si और Ga क्रिस्टल की सतह संरचना में अंतर स्थापित किया। आंतरिक संरचना पर जैसे, मो, औ और अन्य, यानी एक सतह अधिरचना की उपस्थिति। इसलिए, उदाहरण के लिए, Si के लिए (111) फलक पर एक संरचना बनती है, जिसे 7 x 7 दर्शाया जाता है, यानी, इस मामले में सतह जाली की अवधि आंतरिक परमाणु संरचना की अवधि से 7 गुना अधिक है। 43

इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी इलेक्ट्रॉन विवर्तन को अक्सर उच्च-रिज़ॉल्यूशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी के साथ जोड़ा जाता है, जो क्रिस्टल के परमाणु जाली की प्रत्यक्ष इमेजिंग की अनुमति देता है। वस्तु की छवि को विवर्तन पैटर्न से पुनर्निर्मित किया जाता है और 0.2 -0.5 एनएम के रिज़ॉल्यूशन के साथ क्रिस्टल की संरचना का अध्ययन करना संभव हो जाता है। इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी ठोस पदार्थों की सूक्ष्म संरचना, उनकी स्थानीय संरचना और माइक्रोफील्ड (विद्युत, चुंबकीय, आदि) का अध्ययन करने के लिए इलेक्ट्रॉन जांच विधियों का एक सेट है। ऐसा करने के लिए, इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी का उपयोग किया जाता है - ऐसे उपकरण जो आवर्धित चित्र प्राप्त करने के लिए इलेक्ट्रॉन किरण का उपयोग करते हैं। 44

इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी की दो मुख्य दिशाएँ हैं: ट्रांसमिशन (ट्रांसमिशन) और रैस्टर (स्कैनिंग)। वे अध्ययन की वस्तु के बारे में गुणात्मक रूप से भिन्न जानकारी प्रदान करते हैं और अक्सर एक साथ उपयोग किए जाते हैं। इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी में, एक इलेक्ट्रॉन किरण त्वरित इलेक्ट्रॉनों का एक निर्देशित किरण होता है, जिसका उपयोग नमूनों को रोशन करने या उनमें माध्यमिक विकिरण को उत्तेजित करने के लिए किया जाता है (उदाहरण के लिए, एक्स-रे)। इलेक्ट्रॉन गन के इलेक्ट्रोड के बीच एक त्वरित वोल्टेज बनाया जाता है, जो इलेक्ट्रॉन बीम की गतिज ऊर्जा को निर्धारित करता है। किसी छवि में अलग-अलग दिखाई देने वाले दो माइक्रोस्ट्रक्चर तत्वों के बीच की सबसे छोटी दूरी को रिज़ॉल्यूशन कहा जाता है। यह इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी की विशेषताओं, संचालन मोड और नमूनों के गुणों पर निर्भर करता है। 45

ट्रांसमिशन माइक्रोस्कोपी को ट्रांसमिशन (ट्रांसमिशन) इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का उपयोग करके कार्यान्वित किया जाता है, जिसमें एक पतली-फिल्म वस्तु को 50-200 kOe की ऊर्जा के साथ त्वरित इलेक्ट्रॉनों की किरण द्वारा रोशन किया जाता है। बी. इलेक्ट्रॉन, छोटे कोणों पर वस्तु के परमाणुओं द्वारा विक्षेपित होते हैं और छोटी ऊर्जा हानि के साथ इसके माध्यम से गुजरते हैं, चुंबकीय लेंस की एक प्रणाली में प्रवेश करते हैं, जो ल्यूमिनसेंट स्क्रीन (और फोटोग्राफिक फिल्म) पर आंतरिक संरचना की एक उज्ज्वल-क्षेत्र छवि बनाते हैं ). 46

ब्राइटफ़ील्ड छवि कम ऊर्जा हानि वाली किसी वस्तु से गुजरने वाले इलेक्ट्रॉनों द्वारा बनाई गई सूक्ष्म संरचना की एक बढ़ी हुई छवि है। संरचना को कैथोड रे ट्यूब स्क्रीन पर हल्की पृष्ठभूमि पर गहरी रेखाओं और धब्बों के रूप में दर्शाया गया है। इस मामले में, 0.1 एनएम (1.5 x 106 गुना तक की वृद्धि) के क्रम का रिज़ॉल्यूशन प्राप्त करना संभव है। ट्रांसमिशन माइक्रोस्कोपी विवर्तन पैटर्न (इलेक्ट्रोनोग्राम) भी प्रदान करता है, जो वस्तुओं की क्रिस्टल संरचना का न्याय करना और क्रिस्टल लैटिस के मापदंडों को सटीक रूप से मापना संभव बनाता है। उच्च-रिज़ॉल्यूशन ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप में क्रिस्टल लैटिस के प्रत्यक्ष अवलोकन के साथ संयुक्त, यह विधि ठोस पदार्थों की अल्ट्राफाइन संरचना का अध्ययन करने के मुख्य साधनों में से एक है।

इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप विवर्तन में, अन्य विशेष विधियों का उपयोग किया जाता है, जैसे अभिसरण किरण विधि और पतली किरण नैनोडिफ्रैक्शन। पहले मामले में, विवर्तन पैटर्न प्राप्त होते हैं, जिससे अध्ययन के तहत क्रिस्टल की समरूपता (अंतरिक्ष समूह) निर्धारित किया जा सकता है। दूसरी विधि सबसे छोटे क्रिस्टल (कई एनएम) का अध्ययन करना संभव बनाती है। स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप 48

परिचय

प्रयोगात्मक विधियों

1 एक्स-रे इलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी

1.2 इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी

1.3 विवर्तन विधियाँ

सैद्धांतिक तरीके

1 अर्ध-अनुभवजन्य विधियाँ

2 गैर-अनुभवजन्य तरीके

3 क्वांटम यांत्रिक विधियाँ

4 हकेल विधि

निष्कर्ष

प्रयुक्त स्रोतों की सूची

परिचय

आधुनिक कार्बनिक रसायन विज्ञान में विभिन्न भौतिक अनुसंधान विधियों का बहुत महत्व है। इन्हें दो समूहों में विभाजित किया जा सकता है. पहले समूह में वे विधियाँ शामिल हैं जो किसी पदार्थ में कोई रासायनिक परिवर्तन किए बिना उसकी संरचना और भौतिक गुणों के बारे में विभिन्न जानकारी प्राप्त करना संभव बनाती हैं। इस समूह की विधियों में से, शायद सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल की जाने वाली विधि वर्णक्रमीय क्षेत्रों की एक विस्तृत श्रृंखला में स्पेक्ट्रोस्कोपी है - बहुत कठिन एक्स-रे से लेकर बहुत लंबी तरंग दैर्ध्य की रेडियो तरंगों तक नहीं। दूसरे समूह में वे विधियाँ शामिल हैं जो भौतिक प्रभावों का उपयोग करती हैं जो अणुओं में रासायनिक परिवर्तन का कारण बनती हैं। हाल के वर्षों में, अणु की प्रतिक्रियाशीलता को प्रभावित करने के लिए पहले से उपयोग किए जाने वाले प्रसिद्ध भौतिक साधनों में नए जोड़े गए हैं। इनमें परमाणु रिएक्टरों में उत्पन्न होने वाली कठोर एक्स-रे और उच्च-ऊर्जा कण प्रवाह के प्रभाव विशेष महत्व के हैं।

इस पाठ्यक्रम कार्य का उद्देश्य अणुओं की संरचना का अध्ययन करने के तरीकों के बारे में सीखना है।

कोर्सवर्क उद्देश्य:

विधियों के प्रकार ज्ञात कीजिए और उनका अध्ययन कीजिए।

1. प्रायोगिक तरीके

1.1 एक्स-रे इलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी

चित्र 1—इलेक्ट्रॉनिक स्पेक्ट्रोमीटर आरेख: 1—विकिरण स्रोत; 2-नमूना; 3- विश्लेषक; 4-डिटेक्टर; चुंबकीय क्षेत्र से सुरक्षा के लिए 5-स्क्रीन

चित्र 2 - सीएलएस एथिल ट्राइफ्लुओरोएसेटेट का एक्स-रे इलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रम

एक्सपीएस एच को छोड़कर सभी तत्वों का अध्ययन करना संभव बनाता है, जब नमूने में उनकी सामग्री ~ 10 -5 ग्राम है (एक्सपीएस का उपयोग करके किसी तत्व की पहचान सीमा 10 -7 -10 -9 ग्राम है)। किसी तत्व की सापेक्ष सामग्री प्रतिशत का एक अंश हो सकती है। नमूने ठोस, तरल या गैस हो सकते हैं। ईबी इलेक्ट्रॉन का मान<#"606051.files/image003.gif">

परमाणु कारक की गणना के लिए उसी सूत्र का उपयोग किया जाता है, जो परमाणु के अंदर बिखरने वाले घनत्व के वितरण का वर्णन करता है। प्रत्येक प्रकार के विकिरण के लिए परमाणु कारक मान विशिष्ट होते हैं। एक्स-रे परमाणुओं के इलेक्ट्रॉन कोशों द्वारा प्रकीर्णित होते हैं। संबंधित परमाणु कारक संख्यात्मक रूप से एक परमाणु में इलेक्ट्रॉनों की संख्या के बराबर होता है यदि इसे इलेक्ट्रॉनिक इकाइयों के नाम से व्यक्त किया जाता है, अर्थात एक मुक्त इलेक्ट्रॉन द्वारा एक्स-रे प्रकीर्णन के आयाम की सापेक्ष इकाइयों में। इलेक्ट्रॉन प्रकीर्णन परमाणु की इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षमता से निर्धारित होता है। एक इलेक्ट्रॉन के लिए परमाणु कारक संबंध से संबंधित है:

अनुसंधान अणु स्पेक्ट्रोस्कोपी विवर्तन क्वांटम

चित्र 2 - प्रकीर्णन कोण पर एक्स-रे (1), इलेक्ट्रॉन (2) और न्यूट्रॉन (3) के परमाणु कारकों के निरपेक्ष मूल्यों की निर्भरता

चित्र 3 - परमाणु क्रमांक Z पर एक्स-रे (ठोस रेखा), इलेक्ट्रॉन (धराशायी रेखा) और न्यूट्रॉन के कोण-औसत परमाणु कारकों की सापेक्ष निर्भरता

सटीक गणना गोलाकार समरूपता और नाम परमाणु तापमान कारक से इलेक्ट्रॉन घनत्व या परमाणुओं की क्षमता के वितरण के विचलन पर विचार करती है, जो बिखरने पर परमाणुओं के थर्मल कंपन के प्रभाव को ध्यान में रखती है। विकिरण के लिए, परमाणुओं के इलेक्ट्रॉन कोशों पर बिखरने के अलावा, नाभिक पर गुंजयमान बिखराव एक भूमिका निभा सकता है। प्रकीर्णन कारक f m घटना और बिखरी हुई तरंगों के तरंग सदिशों और ध्रुवीकरण सदिशों पर निर्भर करता है। किसी वस्तु द्वारा प्रकीर्णन की तीव्रता I(s) आयाम के वर्ग के समानुपाती होती है: I(s)~|F(s)| 2. केवल मॉड्यूल |F(s)| को प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित किया जा सकता है, और प्रकीर्णन घनत्व फ़ंक्शन (r) के निर्माण के लिए प्रत्येक s के चरणों को जानना भी आवश्यक है। फिर भी, विवर्तन विधियों का सिद्धांत मापे गए I(s) से फ़ंक्शन (r) प्राप्त करना संभव बनाता है, अर्थात, पदार्थों की संरचना निर्धारित करना। इस मामले में, क्रिस्टल का अध्ययन करते समय सर्वोत्तम परिणाम प्राप्त होते हैं। संरचनात्मक विश्लेषण . एक एकल क्रिस्टल एक कड़ाई से व्यवस्थित प्रणाली है, इसलिए, विवर्तन के दौरान, केवल अलग-अलग बिखरी हुई किरणें बनती हैं, जिसके लिए प्रकीर्णन वेक्टर पारस्परिक जाली वेक्टर के बराबर होता है।

प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित मूल्यों से फ़ंक्शन (x, y, z) का निर्माण करने के लिए, परीक्षण और त्रुटि विधि, अंतर-परमाणु दूरी के फ़ंक्शन का निर्माण और विश्लेषण, आइसोमोर्फिक प्रतिस्थापन की विधि और चरणों को निर्धारित करने के लिए प्रत्यक्ष तरीकों का उपयोग किया जाता है। कंप्यूटर पर प्रयोगात्मक डेटा को संसाधित करने से बिखरने वाले घनत्व वितरण मानचित्रों के रूप में संरचना का पुनर्निर्माण संभव हो जाता है। एक्स-रे संरचनात्मक विश्लेषण का उपयोग करके क्रिस्टल संरचनाओं का अध्ययन किया जाता है। इस विधि ने 100 हजार से अधिक क्रिस्टल संरचनाएं निर्धारित की हैं।

अकार्बनिक क्रिस्टल के लिए, विभिन्न शोधन विधियों (अवशोषण के लिए सुधारों को ध्यान में रखते हुए, परमाणु तापमान कारक की एनिसोट्रॉपी इत्यादि) का उपयोग करके, 0.05 तक के रिज़ॉल्यूशन के साथ फ़ंक्शन को पुनर्स्थापित करना संभव है

चित्र 4 - क्रिस्टल संरचना के परमाणु घनत्व का प्रक्षेपण

इससे परमाणुओं के थर्मल कंपन की अनिसोथेरेपी, रासायनिक बंधनों के कारण इलेक्ट्रॉनों के वितरण की विशेषताएं आदि निर्धारित करना संभव हो जाता है। एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण का उपयोग करके, प्रोटीन क्रिस्टल की परमाणु संरचनाओं को समझना संभव है, जिनके अणु हजारों परमाणु होते हैं। एक्स-रे विवर्तन का उपयोग क्रिस्टल में दोषों का अध्ययन करने (एक्स-रे स्थलाकृति में), सतह परतों का अध्ययन (एक्स-रे स्पेक्ट्रोमेट्री में), और गुणात्मक और मात्रात्मक रूप से पॉलीक्रिस्टलाइन सामग्रियों की चरण संरचना निर्धारित करने के लिए भी किया जाता है। क्रिस्टल की संरचना का अध्ययन करने की एक विधि के रूप में इलेक्ट्रॉन विवर्तन निम्नलिखित है। विशेषताएं: 1) इलेक्ट्रॉनों के साथ पदार्थ की अंतःक्रिया एक्स-रे की तुलना में बहुत अधिक मजबूत होती है, इसलिए विवर्तन 1-100 एनएम की मोटाई के साथ पदार्थ की पतली परतों में होता है; 2) एफ ई परमाणु नाभिक पर एफ पी की तुलना में कम मजबूती से निर्भर करता है, जिससे भारी परमाणुओं की उपस्थिति में हल्के परमाणुओं की स्थिति निर्धारित करना आसान हो जाता है; संरचनात्मक इलेक्ट्रॉन विवर्तन का उपयोग व्यापक रूप से बारीक बिखरी हुई वस्तुओं का अध्ययन करने के साथ-साथ विभिन्न प्रकार की बनावट (मिट्टी के खनिज, अर्धचालक फिल्में, आदि) का अध्ययन करने के लिए किया जाता है। कम ऊर्जा इलेक्ट्रॉन विवर्तन (10 -300 ईवी, 0.1-0.4 एनएम) क्रिस्टल सतहों का अध्ययन करने के लिए एक प्रभावी तरीका है: परमाणुओं की व्यवस्था, उनके थर्मल कंपन की प्रकृति, आदि। इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी विवर्तन पैटर्न से किसी वस्तु की छवि का पुनर्निर्माण करता है और आपको 0.2 -0.5 एनएम के रिज़ॉल्यूशन के साथ क्रिस्टल की संरचना का अध्ययन करने की अनुमति देता है। संरचनात्मक विश्लेषण के लिए न्यूट्रॉन के स्रोत तेज़ न्यूट्रॉन वाले परमाणु रिएक्टर, साथ ही स्पंदित रिएक्टर हैं। रिएक्टर चैनल से निकलने वाले न्यूट्रॉन बीम का स्पेक्ट्रम न्यूट्रॉन के मैक्सवेलियन वेग वितरण के कारण निरंतर होता है (इसकी अधिकतम सीमा 100°C पर 0.13 एनएम की तरंग दैर्ध्य से मेल खाती है)।

बीम मोनोक्रोमैटाइजेशन अलग-अलग तरीकों से किया जाता है - मोनोक्रोमेटर क्रिस्टल आदि की मदद से। न्यूट्रॉन विवर्तन का उपयोग, एक नियम के रूप में, एक्स-रे संरचनात्मक डेटा को स्पष्ट और पूरक करने के लिए किया जाता है। एफ और परमाणु संख्या पर एक मोनोटोनिक निर्भरता की अनुपस्थिति प्रकाश परमाणुओं की स्थिति को काफी सटीक रूप से निर्धारित करने की अनुमति देती है। इसके अलावा, एक ही तत्व के समस्थानिकों में f और के बहुत भिन्न मान हो सकते हैं (उदाहरण के लिए, f और हाइड्रोकार्बन 3.74.10 13 सेमी हैं, ड्यूटेरियम के लिए 6.67.10 13 सेमी हैं)। इससे आइसोटोप की व्यवस्था का अध्ययन करना और पूरक जानकारी प्राप्त करना संभव हो जाता है। आइसोटोप प्रतिस्थापन द्वारा संरचनात्मक जानकारी। चुंबकीय संपर्क का अध्ययन. परमाणुओं के चुंबकीय क्षणों के साथ न्यूट्रॉन चुंबकीय परमाणुओं के स्पिन के बारे में जानकारी प्रदान करते हैं। मोसबाउर विकिरण को एक बेहद छोटी लाइनविड्थ - 10 8 ईवी द्वारा प्रतिष्ठित किया जाता है (जबकि एक्स-रे ट्यूबों की विशेषता विकिरण की लाइनविड्थ 1 ईवी है)। इसके परिणामस्वरूप उच्च स्तर का समय और स्थान प्राप्त होता है। गुंजयमान परमाणु प्रकीर्णन की स्थिरता, जो विशेष रूप से, नाभिक पर चुंबकीय क्षेत्र और विद्युत क्षेत्र ढाल का अध्ययन करने की अनुमति देती है। विधि की सीमाएं मोसबाउर स्रोतों की कमजोर शक्ति और नाभिक के अध्ययन के तहत क्रिस्टल में अनिवार्य उपस्थिति हैं जिसके लिए मोसबाउर प्रभाव देखा जाता है। गैर-क्रिस्टलीय पदार्थों का संरचनात्मक विश्लेषण। गैसों, तरल पदार्थों और अनाकार ठोस पदार्थों में व्यक्तिगत अणु अंतरिक्ष में अलग-अलग उन्मुख होते हैं, इसलिए बिखरी तरंगों के चरणों को निर्धारित करना आमतौर पर असंभव होता है। इन मामलों में, बिखरने की तीव्रता को आमतौर पर तथाकथित का उपयोग करके दर्शाया जाता है। अंतरपरमाण्विक सदिश r jk, जो अणुओं में विभिन्न परमाणुओं (j और k) के जोड़े को जोड़ते हैं: r jk = r j - r k। प्रकीर्णन पैटर्न सभी अभिविन्यासों पर औसत है:

.1 अर्ध-अनुभवजन्य विधियाँ

क्वांटम रसायन विज्ञान के अर्ध-अनुभवजन्य तरीके, मोल की गणना के तरीके। प्रायोगिक डेटा का उपयोग करके किसी पदार्थ की विशेषताएँ या गुण। उनके मूल में, अर्ध-अनुभवजन्य तरीके पॉलीएटोमिक प्रणालियों के लिए श्रोडिंगर समीकरण को हल करने के लिए गैर-अनुभवजन्य तरीकों के समान हैं, हालांकि, अर्ध-अनुभवजन्य तरीकों में गणना की सुविधा के लिए, अतिरिक्त परिवर्धन पेश किए जाते हैं। सरलीकरण. एक नियम के रूप में, ये सरलीकरण वैलेंस सन्निकटन से जुड़े हुए हैं, अर्थात, वे केवल वैलेंस इलेक्ट्रॉनों के विवरण पर आधारित हैं, साथ ही गैर-अनुभवजन्य विधि के सटीक समीकरणों में आणविक अभिन्न के कुछ वर्गों की उपेक्षा पर आधारित हैं। जिसकी अर्ध-अनुभवजन्य गणना की जाती है।

अनुभवजन्य मापदंडों का चुनाव अणुओं की संरचना और घटनात्मक पैटर्न के बारे में रासायनिक अवधारणाओं को ध्यान में रखते हुए, प्रारंभिक गणना के अनुभव के सामान्यीकरण पर आधारित है। विशेष रूप से, ये पैरामीटर वैलेंस इलेक्ट्रॉनों पर आंतरिक इलेक्ट्रॉनों के प्रभाव का अनुमान लगाने, कोर इलेक्ट्रॉनों द्वारा बनाई गई प्रभावी क्षमता निर्धारित करने आदि के लिए आवश्यक हैं। अनुभवजन्य मापदंडों को जांचने के लिए प्रयोगात्मक डेटा का उपयोग हमें ऊपर उल्लिखित सरलीकरणों के कारण होने वाली त्रुटियों को खत्म करने की अनुमति देता है, लेकिन केवल अणुओं के उन वर्गों के लिए जिनके प्रतिनिधि संदर्भ अणुओं के रूप में कार्य करते हैं, और केवल उन गुणों के लिए जिनसे पैरामीटर निर्धारित किए गए थे।

मोल के बारे में विचारों पर आधारित अर्ध-अनुभवजन्य विधियाँ सबसे आम हैं। ऑर्बिटल्स (आणविक कक्षीय विधियाँ, ऑर्बिटल देखें)। एलसीएओ सन्निकटन के साथ संयोजन में, यह परमाणु कक्षाओं पर अभिन्न के संदर्भ में एक अणु के हैमिल्टनियन को व्यक्त करना संभव बनाता है। मोल में अर्ध-अनुभवजन्य तरीकों का निर्माण करते समय। इंटीग्रल्स में, एक ही इलेक्ट्रॉन (डिफरेंशियल ओवरलैप) के निर्देशांक के आधार पर ऑर्बिटल्स के उत्पादों को प्रतिष्ठित किया जाता है और इंटीग्रल्स के कुछ वर्गों की उपेक्षा की जाती है। उदाहरण के लिए, यदि a के लिए अंतर ओवरलैप cacb वाले सभी इंटीग्रल को शून्य माना जाता है। बी, यह तथाकथित निकला। अंतर को पूरी तरह से नजरअंदाज करने की विधि। ओवरलैप (पीपीडीपी, अंग्रेजी प्रतिलेखन में सीएनडीओ-डिफरेंशियल ओवरलैप की पूर्ण उपेक्षा)। अंतर ओवरलैप की आंशिक या संशोधित आंशिक उपेक्षा का भी उपयोग किया जाता है (ChPDP या MChPDP के अनुरूप, अंग्रेजी प्रतिलेखन INDO में - अंतर ओवरलैप की मध्यवर्ती उपेक्षा और MINDO-संशोधित INDO), डायटोमिक अंतर ओवरलैप की उपेक्षा - PDDP, या डायटोमिक अंतर ओवरलैप की उपेक्षा ( एनडीडीओ), - डायटोमिक ओवरलैप (एमएनडीओ) की संशोधित उपेक्षा। एक नियम के रूप में, प्रत्येक अर्ध-अनुभवजन्य विधि में कई विकल्प होते हैं, जो आमतौर पर विधि के नाम पर एक स्लैश के बाद एक संख्या या अक्षर के साथ इंगित किए जाते हैं। उदाहरण के लिए, पीपीडीपी/2, एमसीडीपी/3, एमपीडीपी/2 विधियों को जमीनी इलेक्ट्रॉनिक अवस्था में आणविक नाभिक के संतुलन विन्यास, चार्ज वितरण, आयनीकरण क्षमता, रासायनिक यौगिकों के गठन की एन्थैल्पी की गणना के लिए पैरामीटरयुक्त किया जाता है, पीपीडीपी विधि का उपयोग किया जाता है। स्पिन घनत्व की गणना करने के लिए। इलेक्ट्रॉनिक उत्तेजना ऊर्जा की गणना करने के लिए, स्पेक्ट्रोस्कोपिक पैरामीटराइजेशन का उपयोग किया जाता है (पीपीडीपी/एस विधि)। अर्ध-अनुभवजन्य तरीकों के नाम पर संबंधित कंप्यूटर प्रोग्राम का उपयोग करना भी आम है। उदाहरण के लिए, एमपीडीपी पद्धति के विस्तारित संस्करणों में से एक को ऑस्टिन मॉडल कहा जाता है, जैसा कि संबंधित प्रोग्राम (ऑस्टिन मॉडल, एएम) है। अर्ध-अनुभवजन्य तरीकों के कई सौ अलग-अलग प्रकार हैं, विशेष रूप से, अर्ध-अनुभवजन्य तरीके विकसित किए गए हैं जो कॉन्फ़िगरेशन इंटरैक्शन विधि के समान हैं। अर्ध-अनुभवजन्य तरीकों के विभिन्न संस्करणों की बाहरी समानता को देखते हुए, उनमें से प्रत्येक का उपयोग केवल उन गुणों की गणना करने के लिए किया जा सकता है जिनके लिए अनुभवजन्य मापदंडों को कैलिब्रेट किया गया था। अधिकतम में. सरल अर्ध-अनुभवजन्य गणना, प्रत्येक मोल। वैलेंस इलेक्ट्रॉनों के लिए कक्षीय को हैमिल्टन ऑपरेटर के साथ एक-इलेक्ट्रॉन श्रोडिंगर समीकरण के समाधान के रूप में परिभाषित किया गया है जिसमें नाभिक के क्षेत्र में स्थित एक इलेक्ट्रॉन के लिए मॉडल क्षमता (छद्मक्षमता) और सिस्टम में अन्य सभी इलेक्ट्रॉनों का औसत क्षेत्र शामिल है। ऐसी क्षमता सीधे प्राथमिक कार्यों या उनके आधार पर अभिन्न ऑपरेटरों का उपयोग करके निर्दिष्ट की जाती है। एलसीएओ सन्निकटन के संयोजन में, यह दृष्टिकोण कई संयुग्मित और सुगंधित मोल की अनुमति देता है। सिस्टम, स्वयं को पी-इलेक्ट्रॉनों के विश्लेषण तक सीमित रखें (समन्वय यौगिकों के लिए हकेल की विधि देखें), लिगैंड क्षेत्र सिद्धांत और क्रिस्टल क्षेत्र सिद्धांत आदि की गणना विधियों का उपयोग करें। मैक्रोमोलेक्यूल्स का अध्ययन करते समय, उदा. प्रोटीन या क्रिस्टलीय संरचनाओं का उपयोग अक्सर अर्ध-अनुभवजन्य तरीकों से किया जाता है, जिसमें इलेक्ट्रॉनिक संरचना का विश्लेषण नहीं किया जाता है, लेकिन संभावित ऊर्जा सतह सीधे निर्धारित की जाती है। उदाहरण के लिए, सिस्टम की ऊर्जा को लगभग परमाणुओं की जोड़ीदार अंतःक्रिया क्षमताओं का योग माना जाता है। मोर्स (मोर्स) या लेनार्ड-जोन्स क्षमता (इंटरमॉलिक्यूलर इंटरैक्शन देखें)। ऐसी अर्ध-अनुभवजन्य विधियाँ संतुलन ज्यामिति, गठनात्मक प्रभाव, आइसोमेरिज़ेशन ऊर्जा आदि की गणना करना संभव बनाती हैं। अक्सर, युग्म क्षमता को अणु के अलग-अलग टुकड़ों के लिए विशिष्ट बहुकण सुधारों के साथ पूरक किया जाता है। इस प्रकार की अर्ध-अनुभवजन्य विधियों को आमतौर पर आणविक यांत्रिकी के रूप में जाना जाता है। व्यापक अर्थ में, अर्ध-अनुभवजन्य तरीकों में कोई भी तरीका शामिल होता है जिसमें व्युत्क्रम समस्याओं को हल करके पैरामीटर निर्धारित किए जाते हैं। सिस्टम का उपयोग नए प्रयोगात्मक डेटा की भविष्यवाणी करने और सहसंबंध संबंध बनाने के लिए किया जाता है। इस अर्थ में, अर्ध-अनुभवजन्य विधियाँ प्रतिक्रियाशीलता, परमाणुओं पर प्रभावी आवेश आदि का आकलन करने की विधियाँ हैं। सहसंबंध के साथ इलेक्ट्रॉनिक संरचना की अर्ध-अनुभवजन्य गणना का संयोजन। रिश्ते विभिन्न पदार्थों की जैविक गतिविधि, रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर और तकनीकी प्रक्रियाओं के मापदंडों का मूल्यांकन करने की अनुमति देते हैं। उदाहरण के लिए, अर्ध-अनुभवजन्य तरीकों में कुछ योगात्मक योजनाएँ भी शामिल हैं। अणु के अलग-अलग टुकड़ों के योगदान के योग के रूप में गठन की ऊर्जा का अनुमान लगाने के लिए रासायनिक थर्मोडायनामिक्स में उपयोग की जाने वाली विधियाँ। क्वांटम रसायन विज्ञान के अर्ध-अनुभवजन्य तरीकों और गैर-अनुभवजन्य तरीकों का गहन विकास उन्हें रासायनिक तंत्र में आधुनिक अनुसंधान के लिए महत्वपूर्ण उपकरण बनाता है। परिवर्तन, एक प्राथमिक रासायनिक अधिनियम की गतिशीलता। प्रतिक्रियाएं, जैव रासायनिक और तकनीकी प्रक्रियाओं का मॉडलिंग। जब सही ढंग से उपयोग किया जाता है (निर्माण के सिद्धांतों और मापदंडों को कैलिब्रेट करने के तरीकों को ध्यान में रखते हुए), अर्ध-अनुभवजन्य तरीके अणुओं की संरचना और गुणों और उनके परिवर्तनों के बारे में विश्वसनीय जानकारी प्राप्त करना संभव बनाते हैं।

2.2 गैर-अनुभवजन्य तरीके

कम्प्यूटेशनल क्वांटम रसायन विज्ञान की एक मौलिक रूप से भिन्न दिशा, जिसने समग्र रूप से रसायन विज्ञान के आधुनिक विकास में एक बड़ी भूमिका निभाई है, में एक-इलेक्ट्रॉन (3.18) और दो-इलेक्ट्रॉन (3.19) की गणना की पूर्ण या आंशिक अस्वीकृति शामिल है - (3.20) एचएफ विधि में प्रदर्शित होने वाले अभिन्न अंग। सटीक फ़ॉक ऑपरेटर के बजाय, एक अनुमानित ऑपरेटर का उपयोग किया जाता है, जिसके तत्व अनुभवजन्य रूप से प्राप्त किए जाते हैं। फ़ॉक ऑपरेटर के पैरामीटर प्रत्येक परमाणु के लिए (कभी-कभी एक विशिष्ट वातावरण को ध्यान में रखते हुए) या परमाणुओं के जोड़े के लिए चुने जाते हैं: वे या तो निश्चित होते हैं या परमाणुओं के बीच की दूरी पर निर्भर होते हैं। इस मामले में, यह अक्सर (लेकिन जरूरी नहीं - नीचे देखें) मान लिया जाता है कि कई-इलेक्ट्रॉन तरंग फ़ंक्शन एकल-निर्धारक है, आधार न्यूनतम है, और परमाणु कक्षाएँ एक्स हैं; - OST Xg के सममित ऑर्थोगोनल संयोजन ऐसे संयोजनों को स्लेटर फ़ंक्शन के साथ मूल AO का अनुमान लगाकर आसानी से प्राप्त किया जा सकता है "एक्सजे(2.41) परिवर्तन का उपयोग करना अर्ध-अनुभवजन्य तरीके एब इनिटियो की तुलना में बहुत तेज हैं। वे बड़े (अक्सर बहुत बड़े, उदाहरण के लिए, जैविक) प्रणालियों पर लागू होते हैं और यौगिकों के कुछ वर्गों के लिए वे अधिक सटीक परिणाम देते हैं। हालाँकि, यह समझा जाना चाहिए कि यह विशेष रूप से चयनित मापदंडों के माध्यम से प्राप्त किया जाता है जो केवल यौगिकों के एक संकीर्ण वर्ग के भीतर मान्य हैं। जब अन्य यौगिकों में स्थानांतरित किया जाता है, तो वही विधियां पूरी तरह से गलत परिणाम दे सकती हैं। इसके अलावा, मापदंडों को अक्सर केवल कुछ आणविक गुणों को पुन: पेश करने के लिए चुना जाता है, इसलिए गणना योजना में उपयोग किए गए व्यक्तिगत मापदंडों को भौतिक अर्थ निर्दिष्ट करना आवश्यक नहीं है। आइए हम अर्ध-अनुभवजन्य तरीकों में उपयोग किए जाने वाले मुख्य सन्निकटनों की सूची बनाएं।

केवल संयोजकता इलेक्ट्रॉनों पर विचार किया जाता है। ऐसा माना जाता है कि परमाणु कोर से संबंधित इलेक्ट्रॉन केवल नाभिक को स्क्रीन करते हैं। इसलिए, नाभिक के बजाय परमाणु कोर के साथ वैलेंस इलेक्ट्रॉनों की बातचीत पर विचार करके और आंतरिक परमाणु प्रतिकर्षण ऊर्जा के बजाय कोर प्रतिकर्षण ऊर्जा को पेश करके इन इलेक्ट्रॉनों के प्रभाव को ध्यान में रखा जाता है। कोर के ध्रुवीकरण की उपेक्षा की जाती है।

एमओ में, केवल पृथक परमाणुओं (न्यूनतम आधार) के उच्चतम इलेक्ट्रॉन-कब्जे वाले ऑर्बिटल्स के अनुरूप प्रमुख क्वांटम संख्या वाले एओ को ध्यान में रखा जाता है। यह माना जाता है कि आधार फ़ंक्शन ऑर्थोनॉर्मल परमाणु ऑर्बिटल्स का एक सेट बनाते हैं - ओसीटी, लोवडिन के अनुसार ऑर्थोगोनलाइज्ड।

दो-इलेक्ट्रॉन कूलम्ब और एक्सचेंज इंटीग्रल्स के लिए, शून्य अंतर ओवरलैप (एनडीओ) सन्निकटन पेश किया गया है।

संरचनात्मक क्षेत्र के भीतर आणविक संरचना अणु के संशोधनों के एक सेट के अनुरूप हो सकती है जो नाभिक के विभिन्न स्थानिक संगठन के साथ वैलेंस रासायनिक बांड की समान प्रणाली को बनाए रखती है। इस मामले में, पीईएस के गहरे न्यूनतम में अतिरिक्त रूप से कई उथले (ऊर्जा के बराबर या न के बराबर) मिनिमा होते हैं, जो छोटे संभावित अवरोधों से अलग होते हैं। किसी अणु के विभिन्न स्थानिक रूप, रासायनिक बंधनों को तोड़े या बनाए बिना, परमाणुओं और कार्यात्मक समूहों के निर्देशांक को लगातार बदलते हुए, किसी दिए गए संरचनात्मक क्षेत्र के भीतर एक-दूसरे में परिवर्तित होते हैं, अणु की कई संरचनाओं का निर्माण करते हैं। अनुरूपणों का एक समूह जिसकी ऊर्जा पीईएस के किसी दिए गए संरचनात्मक क्षेत्र से सटे सबसे निचले अवरोध से कम होती है, उसे गठनात्मक आइसोमर या कन्फर्मर कहा जाता है। पीईएस के स्थानीय मिनिमा के अनुरूप अनुरूपकों को स्थिर या स्थिर कहा जाता है। इस प्रकार, आणविक संरचना को एक निश्चित संरचनात्मक क्षेत्र में एक अणु की संरचना के सेट के रूप में परिभाषित किया जा सकता है। अणुओं में अक्सर पाया जाने वाला एक प्रकार का गठनात्मक संक्रमण बंधनों के बारे में परमाणुओं के अलग-अलग समूहों का घूर्णन होता है: आंतरिक घूर्णन होता है, और कहा जाता है। विभिन्न अनुरूपकों को घूर्णी आइसोमर्स या रोटामेर कहा जाता है। घूर्णन के दौरान, इलेक्ट्रॉनिक ऊर्जा भी बदलती है, और इस तरह के आंदोलन के दौरान इसका मूल्य अधिकतम से गुजर सकता है; इस मामले में हम आंतरिक घूर्णन अवरोध की बात करते हैं। उत्तरार्द्ध काफी हद तक इन अणुओं की विभिन्न प्रणालियों के साथ बातचीत करते समय संरचना को आसानी से अनुकूलित करने की क्षमता के कारण होता है। पीईएस की प्रत्येक न्यूनतम ऊर्जा समान ऊर्जा वाले एनैन्टीओमर्स की एक जोड़ी से मेल खाती है - दाएं (आर) और बाएं (एस)। इन जोड़ियों की ऊर्जा में केवल 3.8 किलो कैलोरी/मोल का अंतर होता है, लेकिन वे 25.9 किलो कैलोरी/मोल की ऊंचाई वाले अवरोध द्वारा अलग हो जाते हैं और इसलिए, बाहरी प्रभावों की अनुपस्थिति में बहुत स्थिर होते हैं। कुछ अणुओं और संबंधित प्रयोगात्मक मूल्यों के लिए आंतरिक रोटेशन बाधा ऊर्जा की क्वांटम रासायनिक गणना के परिणाम। सी-सी, सी-पी, सी-एस बांड के लिए रोटेशन बाधाओं के सैद्धांतिक और प्रायोगिक मूल्य केवल 0.1 किलो कैलोरी/मोल से भिन्न होते हैं; सी-0, सी-एन, सी-सी बांड के लिए, ध्रुवीकरण कार्यों (नीचे देखें) को शामिल करने के साथ निर्धारित आधार के उपयोग के बावजूद, अंतर काफ़ी अधिक है। 1 हालाँकि, हम एचएफ विधि का उपयोग करके आंतरिक रोटेशन बाधाओं की ऊर्जा की गणना में संतोषजनक सटीकता बता सकते हैं।

स्पेक्ट्रोस्कोपिक अनुप्रयोगों के अलावा, सरल अणुओं के लिए आंतरिक घूर्णन बाधा ऊर्जा की ऐसी गणना एक विशेष गणना पद्धति की गुणवत्ता के मानदंड के रूप में महत्वपूर्ण हैं। जटिल आणविक प्रणालियों में आंतरिक रोटेशन पर बहुत ध्यान देने की आवश्यकता है, उदाहरण के लिए, पॉलीपेप्टाइड्स और प्रोटीन में, जहां यह प्रभाव इन यौगिकों के कई जैविक रूप से महत्वपूर्ण कार्यों को निर्धारित करता है। ऐसी वस्तुओं के लिए संभावित ऊर्जा सतहों की गणना करना सैद्धांतिक और व्यावहारिक रूप से एक जटिल कार्य है। एक सामान्य प्रकार का गठनात्मक संक्रमण व्युत्क्रम है, जैसे कि AX3 प्रकार (A = N, Si, P, As, Sb; X = H, Li, F, आदि) के पिरामिड अणुओं में होता है। इन अणुओं में, A परमाणु तीन X परमाणुओं द्वारा निर्मित तल के ऊपर और नीचे दोनों स्थानों पर कब्जा कर सकता है। उदाहरण के लिए, अमोनिया अणु NH3 में, CP विधि 23.4 kcal/mol का ऊर्जा अवरोध मान देती है; यह व्युत्क्रम अवरोध के प्रायोगिक मूल्य - 24.3 किलो कैलोरी/मोल के साथ अच्छी तरह मेल खाता है। यदि पीईएस मिनिमा के बीच की बाधाएं अणु की तापीय ऊर्जा के बराबर हैं, तो इससे अणु की संरचनात्मक गैर-कठोरता का प्रभाव पड़ता है; ऐसे अणुओं में गठनात्मक परिवर्तन लगातार होते रहते हैं। एचएफ समीकरणों को हल करने के लिए, स्व-सुसंगत क्षेत्र विधि का उपयोग किया जाता है। समाधान प्रक्रिया में, केवल इलेक्ट्रॉनों द्वारा कब्जा किए गए ऑर्बिटल्स को अनुकूलित किया जाता है, इसलिए केवल इन ऑर्बिटल्स की ऊर्जाएं भौतिक रूप से उचित रूप से पाई जाती हैं; हालाँकि, विधि. एचएफ मुक्त ऑर्बिटल्स की विशेषताएँ भी देता है: ऐसे आणविक स्पिन ऑर्बिटल्स को आभासी कहा जाता है। दुर्भाग्य से, वे लगभग 100% की त्रुटि के साथ एक अणु के उत्तेजित ऊर्जा स्तर का वर्णन करते हैं, और उन्हें स्पेक्ट्रोस्कोपिक डेटा की व्याख्या करने के लिए सावधानी के साथ उपयोग किया जाना चाहिए - इसके लिए अन्य तरीके भी हैं। परमाणुओं के साथ-साथ, अणुओं के लिए एचएफ विधि के अलग-अलग संस्करण हैं, यह इस पर निर्भर करता है कि एक-निर्धारक तरंग फ़ंक्शन सिस्टम एस 2 के कुल स्पिन के वर्ग के ऑपरेटर का एक आइजनफंक्शन है या नहीं। यदि तरंग फ़ंक्शन का निर्माण विपरीत स्पिन (बंद-शेल अणुओं) के साथ इलेक्ट्रॉनों की एक जोड़ी द्वारा कब्जा किए गए स्थानिक कक्षाओं से किया जाता है, तो यह स्थिति संतुष्ट होती है, और विधि को प्रतिबंधित हार्ट्री-फॉक (एचआरएफ) विधि कहा जाता है। यदि ऑपरेटर के आइजनफंक्शन होने की आवश्यकता तरंग फ़ंक्शन पर नहीं लगाई जाती है, तो प्रत्येक आणविक स्पिन-ऑर्बिटल एक विशिष्ट स्पिन स्थिति (ए या 13) से मेल खाता है, अर्थात, विपरीत स्पिन वाले इलेक्ट्रॉन अलग-अलग स्पिन-ऑर्बिटल पर कब्जा कर लेते हैं। इस विधि का उपयोग आमतौर पर खुले कोश वाले अणुओं के लिए किया जाता है और इसे अप्रतिबंधित एचएफ विधि (यूएचएफ), या विभिन्न स्पिनों के लिए अलग-अलग कक्षाओं की विधि कहा जाता है। कभी-कभी निचले ऊर्जा राज्यों का वर्णन इलेक्ट्रॉनों द्वारा दोगुने कब्जे वाले ऑर्बिटल्स द्वारा किया जाता है, और वैलेंस राज्यों का वर्णन एकल रूप से कब्जा किए गए आणविक स्पिन ऑर्बिटल्स द्वारा किया जाता है; इस विधि को खुले शेल के लिए प्रतिबंधित हार्ट्री-फॉक विधि (OHF-00) कहा जाता है। परमाणुओं की तरह, खुले कोश वाले अणुओं का तरंग कार्य शुद्ध स्पिन अवस्था के अनुरूप नहीं होता है, और ऐसे समाधान उत्पन्न हो सकते हैं जिनमें तरंग फ़ंक्शन की स्पिन समरूपता कम हो जाती है। उन्हें NHF-अस्थिर समाधान कहा जाता है।

2.3 क्वांटम यांत्रिक विधियाँ

सैद्धांतिक रसायन विज्ञान में प्रगति और क्वांटम यांत्रिकी के विकास ने अणुओं की अनुमानित मात्रात्मक गणना की संभावना पैदा की है। दो महत्वपूर्ण गणना विधियाँ हैं: इलेक्ट्रॉन जोड़ी विधि, जिसे वैलेंस बॉन्ड विधि भी कहा जाता है, और आणविक कक्षीय विधि। हाइड्रोजन अणु के लिए हेइटलर और लंदन द्वारा विकसित इन तरीकों में से पहला, इस सदी के 30 के दशक में व्यापक हो गया। हाल के वर्षों में, आणविक कक्षा विधि तेजी से महत्वपूर्ण हो गई है (गुंड, ई. हकेल, मुल्लिकेन, हर्ज़बर्ग, लेनार्ड-जोन्स)।

इस अनुमानित गणना पद्धति में, अणु की स्थिति को तथाकथित तरंग फ़ंक्शन ψ द्वारा वर्णित किया जाता है, जो कई शब्दों से एक निश्चित नियम के अनुसार बना होता है:

इन शब्दों के योग में π इलेक्ट्रॉनों के कारण कार्बन परमाणुओं के जोड़ीदार बंधन से उत्पन्न होने वाले सभी संभावित संयोजनों को ध्यान में रखा जाना चाहिए।

तरंग फ़ंक्शन ψ की गणना को सुविधाजनक बनाने के लिए, व्यक्तिगत शब्दों (C1ψ1, C2ψ2, आदि) को पारंपरिक रूप से संबंधित वैलेंस योजनाओं के रूप में ग्राफिक रूप से दर्शाया जाता है, जिनका उपयोग गणितीय गणना में सहायक के रूप में किया जाता है। उदाहरण के लिए, जब एक बेंजीन अणु की गणना संकेतित विधि का उपयोग करके की जाती है और केवल π-इलेक्ट्रॉनों को ध्यान में रखा जाता है, तो ऐसे पांच पद प्राप्त होते हैं। ये पद निम्नलिखित वैलेंस योजनाओं के अनुरूप हैं:

दी गई वैलेंस योजनाओं को अक्सर σ बांड को ध्यान में रखते हुए दर्शाया जाता है, उदाहरण के लिए बेंजीन के लिए

ऐसे वैलेंस पैटर्न को "अप्रतिरोधी संरचनाएं" या "सीमा संरचनाएं" कहा जाता है

विभिन्न सीमित संरचनाओं के फ़ंक्शन ψ1, ψ2, ψ3 आदि को तरंग फ़ंक्शन ψ में बड़े गुणांक (अधिक वजन के साथ) के साथ शामिल किया जाता है, संबंधित संरचना के लिए गणना की गई ऊर्जा उतनी ही कम होती है। तरंग फ़ंक्शन ψ के अनुरूप इलेक्ट्रॉनिक स्थिति फ़ंक्शन ψ1, ψ2, ψ3, आदि द्वारा दर्शाए गए इलेक्ट्रॉनिक राज्यों की तुलना में सबसे अधिक स्थिर है; फ़ंक्शन ψ (एक वास्तविक अणु की) द्वारा दर्शाई गई राज्य की ऊर्जा स्वाभाविक रूप से सीमित संरचनाओं की ऊर्जा की तुलना में सबसे छोटी है।

इलेक्ट्रॉन जोड़ी विधि का उपयोग करके बेंजीन अणु की गणना करते समय, पांच सीमित संरचनाओं (I-V) को ध्यान में रखा जाता है। उनमें से दो शास्त्रीय केकुले संरचनात्मक सूत्र और देवार त्रि-सूत्र के समान हैं। चूंकि सीमित संरचनाओं III, IV और V के अनुरूप इलेक्ट्रॉनिक राज्यों की ऊर्जा संरचना I और II की तुलना में अधिक है, बेंजीन अणु के मिश्रित तरंग फ़ंक्शन में संरचनाओं III, IV और V का योगदान योगदान से कम है संरचनाओं I और II की. इसलिए, पहले सन्निकटन के अनुसार, दो समतुल्य केकुले संरचनाएं बेंजीन अणु में इलेक्ट्रॉन घनत्व वितरण को दर्शाने के लिए पर्याप्त हैं।

सीमा संरचनाएं अउत्तेजित अणुओं में किसी भी वास्तविक इलेक्ट्रॉनिक अवस्था के अनुरूप नहीं होती हैं, लेकिन यह संभव है कि वे उत्तेजित अवस्था में या प्रतिक्रिया के समय घटित हो सकती हैं।

अनुनाद के सिद्धांत का उपरोक्त गुणात्मक पक्ष मेसोमेरिज्म की अवधारणा से मेल खाता है, जिसे कुछ हद तक पहले इंगोल्ड द्वारा और स्वतंत्र रूप से अरंड्ट द्वारा विकसित किया गया था।

इस अवधारणा के अनुसार, एक अणु की वास्तविक स्थिति दो या दो से अधिक "सीमा संरचनाओं" द्वारा दर्शाए गए राज्यों के बीच मध्यवर्ती ("मेसोमेरिक") होती है, जिसे संयोजकता के नियमों का उपयोग करके किसी दिए गए अणु के लिए लिखा जा सकता है।

मेसोमेरिज्म के सिद्धांत की इस मूल स्थिति के अलावा, इसके उपकरण में इलेक्ट्रॉनिक विस्थापन के बारे में अच्छी तरह से विकसित विचार शामिल हैं, जिसके औचित्य, व्याख्या और प्रयोगात्मक सत्यापन में इंगोल्ड एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। इंगोल्ड के अनुसार, इलेक्ट्रॉनिक विस्थापन (इलेक्ट्रॉनिक प्रभाव) के तंत्र अलग-अलग होते हैं, जो इस बात पर निर्भर करता है कि परमाणुओं का पारस्परिक प्रभाव सरल या संयुग्मित दोहरे बंधनों की श्रृंखला के माध्यम से होता है या नहीं। पहले मामले में, यह प्रेरण प्रभाव I (या स्थैतिक प्रेरण प्रभाव भी है), दूसरे मामले में, मेसोमेरिक प्रभाव M (स्थिर संयुग्मन प्रभाव) है।

एक प्रतिक्रियाशील अणु में, इलेक्ट्रॉन बादल को एक प्रेरक तंत्र द्वारा ध्रुवीकृत किया जा सकता है; इस इलेक्ट्रॉनिक विस्थापन को इंडक्टोमेरिक प्रभाव आईडी कहा जाता है। संयुग्मित दोहरे बंधन वाले अणुओं (और सुगंधित अणुओं में) में, प्रतिक्रिया के समय इलेक्ट्रॉन बादल की ध्रुवीकरण क्षमता इलेक्ट्रोमर प्रभाव ई (गतिशील संयुग्मन प्रभाव) के कारण होती है।

जब तक हम अणुओं की छवि बनाने के तरीकों के बारे में बात कर रहे हैं, अनुनाद सिद्धांत कोई मौलिक आपत्ति नहीं उठाता है, लेकिन इसमें बड़े दावे भी हैं। जिस प्रकार इलेक्ट्रॉन-युग्म विधि में तरंग फ़ंक्शन को अन्य तरंग कार्यों ψ1, ψ2, ψ3, आदि के रैखिक संयोजन द्वारा वर्णित किया जाता है, अनुनाद सिद्धांत एक अणु के वास्तविक तरंग फ़ंक्शन को रैखिक संयोजन के रूप में वर्णित करने का प्रस्ताव करता है। सीमित संरचनाओं के तरंग कार्य।

हालाँकि, गणित कुछ "अनुनाद संरचनाओं" को चुनने के लिए मानदंड प्रदान नहीं करता है: आखिरकार, इलेक्ट्रॉन जोड़ी विधि में, तरंग फ़ंक्शन को न केवल तरंग कार्यों ψ1, ψ2, ψ3, आदि के रैखिक संयोजन के रूप में दर्शाया जा सकता है, बल्कि किसी अन्य फ़ंक्शन के रैखिक संयोजन के रूप में, कुछ गुणांकों के साथ चुना गया। सीमित संरचनाओं का चुनाव केवल रासायनिक विचारों और उपमाओं के आधार पर किया जा सकता है, यानी यहां अनुनाद की अवधारणा अनिवार्य रूप से मेसोमेरिज़्म की अवधारणा की तुलना में कुछ भी नया प्रदान नहीं करती है।

सीमित संरचनाओं का उपयोग करके अणुओं में इलेक्ट्रॉन घनत्व के वितरण का वर्णन करते समय, यह लगातार ध्यान रखना आवश्यक है कि व्यक्तिगत सीमित संरचनाएं किसी भी वास्तविक भौतिक स्थिति के अनुरूप नहीं हैं और "इलेक्ट्रॉनिक अनुनाद" की कोई भौतिक घटना मौजूद नहीं है।

साहित्य से ऐसे कई मामले ज्ञात होते हैं जब अनुनाद की अवधारणा के समर्थकों ने भौतिक घटना का अर्थ अनुनाद को बताया और माना कि कुछ व्यक्तिगत सीमित संरचनाएं पदार्थों के कुछ गुणों के लिए जिम्मेदार थीं। ऐसी गलतफहमियों की संभावना अनुनाद की अवधारणा के कई बिंदुओं में अंतर्निहित है। इस प्रकार, जब वे अणु की वास्तविक स्थिति में "सीमित संरचनाओं के विभिन्न योगदान" के बारे में बात करते हैं, तो इन संबंधों के वास्तविक अस्तित्व का विचार आसानी से उत्पन्न हो सकता है। अनुनाद की अवधारणा में एक वास्तविक अणु को "अनुनाद संकर" माना जाता है; यह शब्द परमाणु कक्षाओं के संकरण जैसी सीमित संरचनाओं की कथित वास्तविक बातचीत का सुझाव दे सकता है।

शब्द "अनुनाद के कारण स्थिरीकरण" भी असफल है, क्योंकि एक अणु का स्थिरीकरण एक गैर-मौजूद अनुनाद के कारण नहीं हो सकता है, लेकिन इलेक्ट्रॉन घनत्व के विस्थानीकरण की एक भौतिक घटना है, जो संयुग्मित प्रणालियों की विशेषता है। इसलिए इस घटना को संयुग्मन के कारण स्थिरीकरण कहना उचित है। संयुग्मन ऊर्जा (डेलोकलाइज़ेशन ऊर्जा, या मेसोमेरिज़्म ऊर्जा) को क्वांटम यांत्रिक गणनाओं के परिणामस्वरूप "अनुनाद ऊर्जा" से स्वतंत्र रूप से प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित किया जा सकता है। यह सीमित संरचनाओं में से एक के अनुरूप सूत्र के साथ एक काल्पनिक अणु के लिए गणना की गई ऊर्जा और एक वास्तविक अणु के लिए प्रयोगात्मक रूप से पाई गई ऊर्जा के बीच का अंतर है।

उपरोक्त आपत्तियों के साथ, कई सीमित संरचनाओं का उपयोग करके अणुओं में इलेक्ट्रॉन घनत्व के वितरण का वर्णन करने की विधि निस्संदेह दो अन्य बहुत सामान्य तरीकों के साथ उपयोग की जा सकती है।

2.4 हकेल विधि

हुकेल विधि, ऊर्जा स्तर और मोल की अनुमानित गणना के लिए क्वांटम रासायनिक विधि। असंतृप्त ऑर्ग की कक्षाएँ। सम्बन्ध। यह इस धारणा पर आधारित है कि किसी अणु में परमाणु नाभिक के पास एक इलेक्ट्रॉन की गति अन्य इलेक्ट्रॉनों की स्थिति या संख्या पर निर्भर नहीं करती है। इससे मोल निर्धारित करने के कार्य को सरल बनाना संभव हो जाता है। ऑर्बिटल्स (एमओ) को परमाणु ऑर्बिटल्स के रैखिक संयोजन द्वारा दर्शाया गया है। संयुग्मित बंधों के साथ हाइड्रोकार्बन की इलेक्ट्रॉनिक संरचना की गणना के लिए यह विधि 1931 में ई. हुकेल द्वारा प्रस्तावित की गई थी। ऐसा माना जाता है कि संयुग्मित प्रणाली के कार्बन परमाणु एक ही विमान में स्थित होते हैं, जिसके सापेक्ष उच्चतम व्याप्त और सबसे कम आभासी (मुक्त) एमओ (फ्रंटियर आणविक ऑर्बिटल्स) एंटीसिमेट्रिक हैं, यानी, वे परमाणु 2pz ऑर्बिटल्स (एओ) द्वारा गठित ऑर्बिटल्स हैं ) उदाहरण के लिए, संबंधित C परमाणुओं का प्रभाव। एन, या मोल. संतृप्त कनेक्शन वाले अंशों की उपेक्षा की जाती है। यह माना जाता है कि संयुग्मित प्रणाली के प्रत्येक M कार्बन परमाणु प्रणाली में एक इलेक्ट्रॉन का योगदान करते हैं और इसे एक परमाणु 2pz कक्षक (k = 1, 2, ..., M) द्वारा वर्णित किया जाता है। हुकेल विधि द्वारा दिया गया एक अणु की इलेक्ट्रॉनिक संरचना का एक सरल मॉडल हमें कई रासायनिक प्रतिक्रियाओं को समझने की अनुमति देता है। घटना. उदाहरण के लिए, वैकल्पिक हाइड्रोकार्बन की गैर-ध्रुवीयता इस तथ्य के कारण है कि सभी कार्बन परमाणुओं पर प्रभावी शुल्क शून्य के बराबर है। इसके विपरीत, 5- और 7-सदस्यीय रिंगों (एज़ुलीन) की गैर-वैकल्पिक फ़्यूज्ड प्रणाली में सीए का द्विध्रुवीय क्षण होता है। 1D (3.3 x 10 -30 C x m)। विषम वैकल्पिक हाइड्रोकार्बन में मुख्य ऊर्जा स्रोत है। राज्य एक इलेक्ट्रॉनिक प्रणाली से मेल खाता है जिसमें कम से कम एक एकल व्याप्त कक्षक होता है। यह दिखाया जा सकता है कि इस कक्षक की ऊर्जा एक मुक्त परमाणु के समान है, और इसलिए इसे कहा जाता है। गैर-बाध्यकारी एमओ. एक इलेक्ट्रॉन को हटाने या जोड़ने से केवल नॉनबॉन्डिंग ऑर्बिटल की जनसंख्या में परिवर्तन होता है, जिससे कुछ परमाणुओं पर चार्ज की उपस्थिति होती है, जो एओ में नॉनबॉन्डिंग एमओ के विस्तार में संबंधित गुणांक के वर्ग के समानुपाती होता है। ऐसे एमओ को निर्धारित करने के लिए, एक सरल नियम का उपयोग किया जाता है: किसी भी परमाणु से सटे सभी परमाणुओं के लिए गुणांक सीके का योग शून्य के बराबर होना चाहिए। इसके अलावा, गुणांक मान अतिरिक्त के अनुरूप होना चाहिए सामान्यीकरण की स्थिति: इससे मोल में परमाणुओं पर आवेशों का एक विशिष्ट प्रत्यावर्तन (वैकल्पिक) होता है। वैकल्पिक हाइड्रोकार्बन के आयन। विशेष रूप से यह नियम रसायन द्वारा पृथक्करण की व्याख्या करता है। मेटा स्थिति की तुलना में बेंजीन रिंग में ऑर्थो और पैरा स्थिति के गुण। सरल हुकेल विधि के ढांचे के भीतर स्थापित नियमितताएं विकृत हो जाती हैं जब अणु में सभी इंटरैक्शन को पूरी तरह से ध्यान में रखा जाता है। हालाँकि, आमतौर पर कई विषम पूरक कारकों (उदाहरण के लिए, कोर इलेक्ट्रॉन, प्रतिस्थापन, इंटरइलेक्ट्रॉन प्रतिकर्षण, आदि) का प्रभाव गुणात्मक रूप से इलेक्ट्रॉन वितरण की कक्षीय तस्वीर को नहीं बदलता है। इसलिए, ऑर्ग से जुड़े जटिल प्रतिक्रिया तंत्रों को मॉडल करने के लिए अक्सर हकेल विधि का उपयोग किया जाता है। सम्बन्ध। जब हेटरोएटम (एन, ओ, एस, ...) को अणु में पेश किया जाता है, तो हेटेरोएटम और कार्बन परमाणुओं के लिए लिए गए मैट्रिक्स एच के पैरामीटर महत्वपूर्ण हो जाते हैं। पॉलीएन्स के मामले के विपरीत, विभिन्न प्रकार के परमाणुओं या बांडों को विभिन्न मापदंडों द्वारा वर्णित किया जाता है या, और उनका अनुपात एमओ के प्रकार को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करता है; सरल हुकेल विधि के ढांचे के भीतर प्राप्त भविष्यवाणियों की गुणवत्ता, एक नियम के रूप में, अंततः खराब हो जाती है। अवधारणा में सरल, दृश्य और जटिल गणनाओं की आवश्यकता नहीं, हकेल विधि जटिल अणुओं की इलेक्ट्रॉनिक संरचना का क्वांटम रासायनिक मॉडल बनाने के सबसे आम साधनों में से एक है। सिस्टम. नायब. इसका उपयोग उन मामलों में प्रभावी होता है जहां अणु के गुण रसायन की मूल टोपोलॉजिकल संरचना द्वारा निर्धारित होते हैं। बंधन, विशेष रूप से अणु की समरूपता। सरल आणविक कक्षीय विधियों के ढांचे के भीतर हकेल विधि के उन्नत संस्करणों के निर्माण के प्रयासों का कोई मतलब नहीं है, क्योंकि वे क्वांटम रसायन विज्ञान के अधिक सटीक तरीकों की जटिलता में तुलनीय गणना विधियों की ओर ले जाते हैं।

निष्कर्ष

वर्तमान में, “विज्ञान की एक पूरी शाखा बनाई गई है - क्वांटम रसायन विज्ञान, जो रासायनिक समस्याओं के लिए क्वांटम यांत्रिक तरीकों के अनुप्रयोग से संबंधित है। हालाँकि, यह सोचना मौलिक रूप से गलत होगा कि कार्बनिक यौगिकों की संरचना और प्रतिक्रियाशीलता के सभी प्रश्नों को क्वांटम यांत्रिकी की समस्याओं में घटाया जा सकता है। क्वांटम यांत्रिकी इलेक्ट्रॉनों और नाभिकों की गति के नियमों का अध्ययन करती है, यानी, गति के निम्नतम रूप के नियमों की तुलना रसायन विज्ञान (परमाणुओं और अणुओं की गति) द्वारा अध्ययन की जाती है, और गति के उच्चतम रूप को कभी भी कम नहीं किया जा सकता है सबसे निचले स्तर तक. यहां तक ​​कि बहुत सरल अणुओं के लिए भी, पदार्थों की प्रतिक्रियाशीलता, उनके परिवर्तनों के तंत्र और गतिकी जैसे मुद्दों का अध्ययन केवल क्वांटम यांत्रिकी के तरीकों से नहीं किया जा सकता है। पदार्थ की गति के रासायनिक रूप का अध्ययन करने का आधार रासायनिक अनुसंधान विधियाँ हैं, और रसायन विज्ञान के विकास में अग्रणी भूमिका रासायनिक संरचना के सिद्धांत की है।

पदार्थ विश्लेषण के तरीके

एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण

एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण, एक्स-रे विवर्तन की घटना का उपयोग करके निकायों की संरचना का अध्ययन करने की एक विधि है, विश्लेषण की गई वस्तु पर बिखरे हुए एक्स-रे विकिरण के स्थानिक वितरण और तीव्रता द्वारा पदार्थ की संरचना का अध्ययन करने की एक विधि है। विवर्तन पैटर्न प्रयुक्त एक्स-रे की तरंग दैर्ध्य और वस्तु की संरचना पर निर्भर करता है। परमाणु संरचना का अध्ययन करने के लिए, परमाणु के आकार के क्रम पर तरंग दैर्ध्य वाले विकिरण का उपयोग किया जाता है।

एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण विधियों का उपयोग धातुओं, मिश्र धातुओं, खनिजों, अकार्बनिक और कार्बनिक यौगिकों, पॉलिमर, अनाकार सामग्री, तरल पदार्थ और गैसों, प्रोटीन अणुओं, न्यूक्लिक एसिड आदि का अध्ययन करने के लिए किया जाता है। क्रिस्टल की संरचना निर्धारित करने के लिए एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण मुख्य विधि है।

क्रिस्टल का अध्ययन करते समय, यह सबसे अधिक जानकारी प्रदान करता है। यह इस तथ्य के कारण है कि क्रिस्टल में सख्ती से आवधिक संरचना होती है और प्रकृति द्वारा बनाई गई एक्स-रे के लिए विवर्तन झंझरी का प्रतिनिधित्व करती है। हालाँकि, यह तरल पदार्थ, अनाकार शरीर, तरल क्रिस्टल, पॉलिमर और अन्य जैसे कम व्यवस्थित संरचना वाले निकायों का अध्ययन करते समय बहुमूल्य जानकारी भी प्रदान करता है। कई पहले से ही समझी गई परमाणु संरचनाओं के आधार पर, व्युत्क्रम समस्या को भी हल किया जा सकता है: एक पॉलीक्रिस्टलाइन पदार्थ के एक्स-रे विवर्तन पैटर्न से, उदाहरण के लिए, मिश्र धातु इस्पात, मिश्र धातु, अयस्क, चंद्र मिट्टी, इस पदार्थ की क्रिस्टलीय संरचना स्थापित की जा सकती है , यानी, एक चरण विश्लेषण किया जा सकता है।

एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण क्रिस्टलीय पदार्थों की संरचना को निष्पक्ष रूप से निर्धारित करना संभव बनाता है, जिसमें जटिल पदार्थ जैसे विटामिन, एंटीबायोटिक्स, समन्वय यौगिक आदि शामिल हैं। क्रिस्टल का संपूर्ण संरचनात्मक अध्ययन अक्सर किसी को पूरी तरह से रासायनिक समस्याओं को हल करने की अनुमति देता है, उदाहरण के लिए, रासायनिक सूत्र, बंधन के प्रकार, ज्ञात घनत्व पर आणविक भार या ज्ञात आणविक भार पर घनत्व, अणुओं की समरूपता और विन्यास को स्थापित करना या स्पष्ट करना। आणविक आयन.

पॉलिमर की क्रिस्टलीय अवस्था का अध्ययन करने के लिए एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण का सफलतापूर्वक उपयोग किया जाता है। एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण भी अनाकार और तरल निकायों के अध्ययन में बहुमूल्य जानकारी प्रदान करता है। ऐसे पिंडों के एक्स-रे पैटर्न में कई धुंधले विवर्तन वलय होते हैं, जिनकी तीव्रता बढ़ती तीव्रता के साथ तेजी से कम हो जाती है। इन छल्लों की चौड़ाई, आकार और तीव्रता के आधार पर, किसी विशेष तरल या अनाकार संरचना में छोटी दूरी के क्रम की विशेषताओं के बारे में निष्कर्ष निकाला जा सकता है।

एक्स-रे डिफ्रेक्टोमीटर "DRON"

एक्स-रे प्रतिदीप्ति विश्लेषण (एक्सआरएफ)

किसी पदार्थ की मौलिक संरचना प्राप्त करने के लिए उसका अध्ययन करने की आधुनिक स्पेक्ट्रोस्कोपिक विधियों में से एक, अर्थात्। इसका तात्विक विश्लेषण. एक्सआरएफ विधि अध्ययन के तहत सामग्री को एक्स-रे विकिरण के संपर्क में लाकर प्राप्त स्पेक्ट्रम के संग्रह और उसके बाद के विश्लेषण पर आधारित है। विकिरणित होने पर, परमाणु उत्तेजित अवस्था में चला जाता है, साथ ही इलेक्ट्रॉनों का उच्च क्वांटम स्तर पर संक्रमण होता है। परमाणु एक माइक्रोसेकंड के क्रम पर अत्यंत कम समय के लिए उत्तेजित अवस्था में रहता है, जिसके बाद वह शांत स्थिति (जमीनी अवस्था) में लौट आता है। इस मामले में, बाहरी कोश से इलेक्ट्रॉन या तो परिणामी रिक्तियों को भरते हैं, और अतिरिक्त ऊर्जा एक फोटॉन के रूप में उत्सर्जित होती है, या ऊर्जा को बाहरी कोश (ऑगर इलेक्ट्रॉन) से दूसरे इलेक्ट्रॉन में स्थानांतरित किया जाता है। इस मामले में, प्रत्येक परमाणु कड़ाई से परिभाषित मूल्य की ऊर्जा के साथ एक फोटोइलेक्ट्रॉन उत्सर्जित करता है, उदाहरण के लिए, लोहा, जब एक्स-रे से विकिरणित होता है, तो फोटॉन K = 6.4 keV उत्सर्जित करता है। फिर क्वांटा की ऊर्जा और संख्या के अनुसार पदार्थ की संरचना का आकलन किया जाता है।

एक्स-रे प्रतिदीप्ति स्पेक्ट्रोमेट्री में, न केवल तत्वों के विशिष्ट स्पेक्ट्रा के संदर्भ में, बल्कि पृष्ठभूमि (ब्रेम्सस्ट्रालंग) विकिरण की तीव्रता और कॉम्पटन स्कैटरिंग बैंड के आकार के संदर्भ में भी नमूनों की विस्तृत तुलना करना संभव है। यह उस मामले में विशेष अर्थ रखता है जहां मात्रात्मक विश्लेषण के परिणामों के अनुसार दो नमूनों की रासायनिक संरचना समान होती है, लेकिन नमूने अन्य गुणों में भिन्न होते हैं, जैसे कि अनाज का आकार, क्रिस्टलीय आकार, सतह खुरदरापन, सरंध्रता, आर्द्रता, क्रिस्टलीकरण पानी की उपस्थिति, पॉलिशिंग गुणवत्ता, स्प्रे मोटाई, आदि। स्पेक्ट्रा की विस्तृत तुलना के आधार पर पहचान की जाती है। नमूने की रासायनिक संरचना जानने की कोई आवश्यकता नहीं है। तुलना किए गए स्पेक्ट्रा में कोई भी अंतर निर्विवाद रूप से इंगित करता है कि अध्ययन के तहत नमूना मानक से भिन्न है।

इस प्रकार का विश्लेषण तब किया जाता है जब दो नमूनों की संरचना और कुछ भौतिक गुणों की पहचान करना आवश्यक होता है, जिनमें से एक संदर्भ है। दो नमूनों की संरचना में किसी भी अंतर की तलाश करते समय इस प्रकार का विश्लेषण महत्वपूर्ण है। आवेदन का दायरा: मिट्टी, तलछट, पानी, एरोसोल में भारी धातुओं का निर्धारण, मिट्टी, खनिजों, चट्टानों का गुणात्मक और मात्रात्मक विश्लेषण, कच्चे माल की गुणवत्ता नियंत्रण, उत्पादन प्रक्रिया और तैयार उत्पाद, सीसा पेंट का विश्लेषण, मूल्यवान की सांद्रता का माप विश्लेषण और परीक्षण के लिए धातुएं, तेल और ईंधन संदूषण का निर्धारण, खाद्य सामग्री में विषाक्त धातुओं का निर्धारण, मिट्टी और कृषि उत्पादों में ट्रेस तत्वों का विश्लेषण, तत्व विश्लेषण, पुरातात्विक खोजों की डेटिंग, चित्रों, मूर्तियों का अध्ययन।

आमतौर पर, सभी प्रकार के एक्स-रे प्रतिदीप्ति विश्लेषण के लिए नमूने तैयार करना मुश्किल नहीं है। अत्यधिक विश्वसनीय मात्रात्मक विश्लेषण करने के लिए, नमूना सजातीय और प्रतिनिधि होना चाहिए, उसका द्रव्यमान और आकार विश्लेषण तकनीक द्वारा आवश्यक से कम नहीं होना चाहिए। धातुओं को पीसा जाता है, पाउडर को एक निश्चित आकार के कणों में कुचल दिया जाता है और गोलियों में दबा दिया जाता है। चट्टानें कांच जैसी अवस्था में जुड़ जाती हैं (यह नमूना विविधता से जुड़ी त्रुटियों को विश्वसनीय रूप से समाप्त कर देता है)। तरल पदार्थ और थोक पदार्थ बस विशेष कप में रखे जाते हैं।

वर्णक्रमीय विश्लेषण

वर्णक्रमीय विश्लेषण- किसी पदार्थ के स्पेक्ट्रा के अध्ययन के आधार पर उसके परमाणु और आणविक संरचना के गुणात्मक और मात्रात्मक निर्धारण के लिए एक भौतिक विधि। एस.ए. का भौतिक आधार. - परमाणुओं और अणुओं की स्पेक्ट्रोस्कोपी, इसे विश्लेषण के उद्देश्यों और स्पेक्ट्रा के प्रकार (ऑप्टिकल स्पेक्ट्रा देखें) के अनुसार वर्गीकृत किया गया है। परमाणु एस. ए. (एसीए) परमाणु (आयन) उत्सर्जन और अवशोषण स्पेक्ट्रा से एक नमूने की मौलिक संरचना निर्धारित करता है; (एमएसए) - अवशोषण, ल्यूमिनसेंस और प्रकाश के रमन प्रकीर्णन के आणविक स्पेक्ट्रा पर आधारित पदार्थों की आणविक संरचना। उत्सर्जन एस. ए.विकिरण से लेकर माइक्रोवेव तक की सीमा में विद्युत चुम्बकीय विकिरण के विभिन्न स्रोतों से उत्तेजित परमाणुओं, आयनों और अणुओं के उत्सर्जन स्पेक्ट्रा से उत्पन्न होते हैं। अवशोषण एस. ए. विश्लेषण की गई वस्तुओं (एकत्रीकरण की विभिन्न अवस्थाओं में पदार्थ के परमाणु, अणु, आयन) द्वारा विद्युत चुम्बकीय विकिरण के अवशोषण स्पेक्ट्रा का उपयोग करके किया गया। परमाणु वर्णक्रमीय विश्लेषण (एएसए) उत्सर्जन एएसएनिम्नलिखित मुख्य प्रक्रियाएँ शामिल हैं:

1. विश्लेषण की गई सामग्री की औसत संरचना या सामग्री में निर्धारित तत्वों के स्थानीय वितरण को दर्शाने वाले प्रतिनिधि नमूने का चयन;
2. एक विकिरण स्रोत में एक नमूना पेश करना, जिसमें ठोस और तरल नमूनों का वाष्पीकरण, यौगिकों का पृथक्करण और परमाणुओं और आयनों का उत्तेजना होता है;
3. उनकी चमक को एक स्पेक्ट्रम में परिवर्तित करना और एक वर्णक्रमीय उपकरण का उपयोग करके इसे रिकॉर्ड करना (या दृश्य अवलोकन);
4. तत्वों की वर्णक्रमीय रेखाओं की तालिकाओं और एटलस का उपयोग करके प्राप्त स्पेक्ट्रा की व्याख्या।

यह चरण समाप्त होता है गुणात्मकके तौर पर। सबसे प्रभावी संवेदनशील (तथाकथित "अंतिम") रेखाओं का उपयोग है जो निर्धारित किए जा रहे तत्व की न्यूनतम सांद्रता पर स्पेक्ट्रम में बने रहते हैं। स्पेक्ट्रोग्राम को मापने वाले सूक्ष्मदर्शी, तुलनित्र और स्पेक्ट्रोप्रोजेक्टर पर देखा जाता है। गुणात्मक विश्लेषण के लिए, निर्धारित किए जा रहे तत्वों की विश्लेषणात्मक रेखाओं की उपस्थिति या अनुपस्थिति को स्थापित करना पर्याप्त है। दृश्य निरीक्षण के दौरान रेखाओं की चमक के आधार पर, नमूने में कुछ तत्वों की सामग्री का एक मोटा अनुमान लगाया जा सकता है।

मात्रात्मक एएसएनमूने के स्पेक्ट्रम में दो वर्णक्रमीय रेखाओं की तीव्रता की तुलना करके किया जाता है, जिनमें से एक निर्धारित किए जा रहे तत्व से संबंधित है, और दूसरी (तुलना रेखा) नमूने के मुख्य तत्व से है, जिसकी एकाग्रता ज्ञात है, या एक ज्ञात एकाग्रता ("आंतरिक मानक") पर विशेष रूप से पेश किया गया तत्व।

परमाणु अवशोषण एस.ए.(एएए) और परमाणु फ्लोरोसेंट एस.ए. (एएफए)। इन विधियों में, नमूने को एटमाइज़र (लौ, ग्रेफाइट ट्यूब, स्थिर आरएफ या माइक्रोवेव डिस्चार्ज प्लाज्मा) में वाष्प में परिवर्तित किया जाता है। एएए में, इस वाष्प से गुजरने वाले असतत विकिरण के स्रोत से प्रकाश क्षीण हो जाता है, और निर्धारित किए जा रहे तत्व की रेखाओं की तीव्रता के क्षीणन की डिग्री से, नमूने में इसकी एकाग्रता का अनुमान लगाया जाता है। एएए विशेष स्पेक्ट्रोफोटोमीटर का उपयोग करके किया जाता है। एएए तकनीक अन्य तरीकों की तुलना में बहुत सरल है; यह नमूनों में तत्वों की न केवल छोटी, बल्कि बड़ी सांद्रता निर्धारित करने में उच्च सटीकता की विशेषता है। एएए सटीकता में उनसे कमतर हुए बिना, विश्लेषण के श्रम-गहन और समय लेने वाले रासायनिक तरीकों को सफलतापूर्वक बदल देता है।

एएफए में, नमूने के परमाणु जोड़े को एक गुंजयमान विकिरण स्रोत से प्रकाश के साथ विकिरणित किया जाता है और निर्धारित किए जा रहे तत्व की प्रतिदीप्ति दर्ज की जाती है। कुछ तत्वों (Zn, Cd, Hg, आदि) के लिए, इस विधि द्वारा उनके पता लगाने की सापेक्ष सीमाएँ बहुत छोटी (10-5-10-6%) हैं।

एएसए समस्थानिक संरचना के मापन की अनुमति देता है। कुछ तत्वों में अच्छी तरह से हल की गई संरचना वाली वर्णक्रमीय रेखाएं होती हैं (उदाहरण के लिए, एच, हे, यू)। इन तत्वों की समस्थानिक संरचना को प्रकाश स्रोतों का उपयोग करके पारंपरिक वर्णक्रमीय उपकरणों पर मापा जा सकता है जो पतली वर्णक्रमीय रेखाएं (खोखले कैथोड, इलेक्ट्रोडलेस एचएफ और माइक्रोवेव लैंप) उत्पन्न करते हैं। अधिकांश तत्वों का समस्थानिक वर्णक्रमीय विश्लेषण करने के लिए, उच्च-रिज़ॉल्यूशन उपकरणों की आवश्यकता होती है (उदाहरण के लिए, फैब्री-पेरोट मानक)। समस्थानिक वर्णक्रमीय विश्लेषण अणुओं के इलेक्ट्रॉनिक कंपन स्पेक्ट्रा का उपयोग करके भी किया जा सकता है, जो बैंड के समस्थानिक बदलाव को मापता है, जो कुछ मामलों में महत्वपूर्ण मूल्यों तक पहुंचता है।

एएसए परमाणु प्रौद्योगिकी, शुद्ध अर्धचालक सामग्री, सुपरकंडक्टर्स आदि के उत्पादन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। धातु विज्ञान में सभी विश्लेषणों में से 3/4 से अधिक विश्लेषण एएसए विधियों का उपयोग करके किए जाते हैं। क्वांटोमीटर का उपयोग खुले चूल्हे और कनवर्टर उत्पादन में पिघलने के दौरान परिचालन (2-3 मिनट के भीतर) नियंत्रण करने के लिए किया जाता है। भूविज्ञान और भूवैज्ञानिक अन्वेषण में, जमा का मूल्यांकन करने के लिए प्रति वर्ष लगभग 8 मिलियन विश्लेषण किए जाते हैं। एएसए का उपयोग पर्यावरण संरक्षण और मिट्टी विश्लेषण, फोरेंसिक और चिकित्सा, समुद्री भूविज्ञान और ऊपरी वायुमंडल की संरचना के अध्ययन, आइसोटोप पृथक्करण और भूवैज्ञानिक और पुरातात्विक वस्तुओं की आयु और संरचना का निर्धारण करने आदि में किया जाता है।

अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी

आईआर पद्धति में स्पेक्ट्रम के अवरक्त क्षेत्र (0.76-1000 माइक्रोन) में उत्सर्जन, अवशोषण और प्रतिबिंब स्पेक्ट्रा प्राप्त करना, अध्ययन करना और लागू करना शामिल है। आईसीएस मुख्य रूप से आणविक स्पेक्ट्रा के अध्ययन से संबंधित है, क्योंकि अणुओं के अधिकांश कंपनात्मक और घूर्णी स्पेक्ट्रा आईआर क्षेत्र में स्थित हैं। सबसे व्यापक अध्ययन आईआर अवशोषण स्पेक्ट्रा का अध्ययन है जो तब उत्पन्न होता है जब आईआर विकिरण किसी पदार्थ से गुजरता है। इस मामले में, ऊर्जा को उन आवृत्तियों पर चुनिंदा रूप से अवशोषित किया जाता है जो समग्र रूप से अणु की घूर्णन आवृत्तियों के साथ मेल खाते हैं, और क्रिस्टलीय यौगिक के मामले में, क्रिस्टल जाली की कंपन आवृत्तियों के साथ मेल खाते हैं।

आईआर अवशोषण स्पेक्ट्रम संभवतः अपनी तरह की एक अनूठी भौतिक संपत्ति है। ऑप्टिकल आइसोमर्स को छोड़कर, अलग-अलग संरचनाओं वाले लेकिन एक ही आईआर स्पेक्ट्रा वाले दो यौगिक नहीं हैं। कुछ मामलों में, जैसे कि समान आणविक भार वाले पॉलिमर, अंतर लगभग अदृश्य हो सकते हैं, लेकिन वे हमेशा मौजूद रहते हैं। ज्यादातर मामलों में, आईआर स्पेक्ट्रम एक अणु का "फिंगरप्रिंट" होता है, जिसे अन्य अणुओं के स्पेक्ट्रा से आसानी से अलग किया जा सकता है।

इस तथ्य के अलावा कि अवशोषण परमाणुओं के अलग-अलग समूहों की विशेषता है, इसकी तीव्रता उनकी एकाग्रता के सीधे आनुपातिक है। वह। अवशोषण की तीव्रता को मापने से, सरल गणना के बाद, नमूने में दिए गए घटक की मात्रा मिलती है।

आईआर स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग सीधे अर्धचालक सामग्री, पॉलिमर, जैविक वस्तुओं और जीवित कोशिकाओं की संरचना का अध्ययन करने में किया जाता है। डेयरी उद्योग में, इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी विधि का उपयोग वसा, प्रोटीन, लैक्टोज, ठोस पदार्थ, हिमांक आदि के द्रव्यमान अंश को निर्धारित करने के लिए किया जाता है।

तरल पदार्थ को अक्सर NaCl या KBr लवणों की टोपी के बीच एक पतली फिल्म के रूप में हटाया जाता है। ठोस को अक्सर पेट्रोलियम जेली में पेस्ट के रूप में हटा दिया जाता है। समाधानों को बंधने योग्य क्यूवेटों में हटा दिया जाता है।

वर्णक्रमीय सीमा 185 से 900 एनएम, डबल-बीम, रिकॉर्डिंग, तरंग दैर्ध्य सटीकता 54000 सेमी-1 पर 0.03 एनएम, 11000 सेमी-1 पर 0.25, तरंग दैर्ध्य प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्यता क्रमशः 0.02 एनएम और 0.1 एनएम	डिवाइस को ठोस और तरल नमूनों के आईआर स्पेक्ट्रा को रिकॉर्ड करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। वर्णक्रमीय सीमा – 4000…200 सेमी-1; फोटोमेट्रिक सटीकता ± 0.2%।

दृश्यमान और निकट पराबैंगनी क्षेत्र का अवशोषण विश्लेषण

चिकित्सा प्रयोगशाला अनुसंधान के लिए सबसे आम फोटोमेट्रिक उपकरणों के संचालन का सिद्धांत - स्पेक्ट्रोफोटोमीटर और फोटोकलरीमीटर (दृश्यमान प्रकाश) - विश्लेषण की अवशोषण विधि या इसके करीब पराबैंगनी रेंज में दृश्य प्रकाश और विद्युत चुम्बकीय विकिरण को अवशोषित करने के लिए समाधान की संपत्ति पर आधारित है। .

प्रत्येक पदार्थ केवल ऐसे विकिरण को अवशोषित करता है, जिसकी ऊर्जा इस पदार्थ के अणु में कुछ परिवर्तन करने में सक्षम होती है। दूसरे शब्दों में, कोई पदार्थ केवल एक निश्चित तरंग दैर्ध्य के विकिरण को अवशोषित करता है, जबकि एक अलग तरंग दैर्ध्य का प्रकाश समाधान से होकर गुजरता है। इसलिए, प्रकाश के दृश्य क्षेत्र में, मानव आंख द्वारा देखे जाने वाले घोल का रंग इस घोल द्वारा अवशोषित नहीं किए गए विकिरण की तरंग दैर्ध्य से निर्धारित होता है। अर्थात्, शोधकर्ता द्वारा देखा गया रंग अवशोषित किरणों के रंग का पूरक है।

विश्लेषण की अवशोषण विधि सामान्यीकृत बौगुएर-लैंबर्ट-बीयर कानून पर आधारित है, जिसे अक्सर बीयर का नियम कहा जाता है। यह दो कानूनों पर आधारित है:

1. माध्यम द्वारा अवशोषित प्रकाश प्रवाह की ऊर्जा की सापेक्ष मात्रा विकिरण की तीव्रता पर निर्भर नहीं करती है। समान मोटाई की प्रत्येक अवशोषित परत इन परतों से गुजरने वाले मोनोक्रोमैटिक प्रकाश प्रवाह के समान अनुपात को अवशोषित करती है।
2. प्रकाश ऊर्जा के एकवर्णी प्रवाह का अवशोषण अवशोषित पदार्थ के अणुओं की संख्या के सीधे आनुपातिक होता है।

थर्मल विश्लेषण

अनुसंधान विधि भौतिक-रासायनिक। और रसायन. तापमान प्रोग्रामिंग स्थितियों के तहत पदार्थों के परिवर्तन के साथ थर्मल प्रभावों को रिकॉर्ड करने पर आधारित प्रक्रियाएं। चूंकि एन्थैल्पी?एच में परिवर्तन अधिकांश भौतिक-रासायनिक के परिणामस्वरूप होता है। प्रक्रियाएं और रसायन शास्त्र प्रतिक्रियाओं, सैद्धांतिक रूप से यह विधि बहुत बड़ी संख्या में प्रणालियों पर लागू होती है।

टी. ए में. तथाकथित रिकॉर्ड करना संभव है अध्ययन के तहत नमूने के तापन (या शीतलन) वक्र, अर्थात्। समय के साथ बाद के तापमान में परिवर्तन। के.एल. के मामले में. किसी पदार्थ (या पदार्थों के मिश्रण) में चरण परिवर्तन, वक्र पर एक पठार या किंक दिखाई देता है, अंतर थर्मल विश्लेषण (डीटीए) की विधि अधिक संवेदनशील होती है, जिसमें समय के साथ नमूने के बीच तापमान अंतर डीटी में परिवर्तन दर्ज किया जाता है। अध्ययन और एक तुलनात्मक नमूना (अक्सर Al2O3), जो इस तापमान सीमा से नहीं गुजरता है, वहां कोई परिवर्तन नहीं होता है।

टी. ए में. तथाकथित रिकॉर्ड करना संभव है अध्ययन के तहत नमूने के तापन (या शीतलन) वक्र, अर्थात्। समय के साथ बाद के तापमान में परिवर्तन। के.एल. के मामले में. किसी पदार्थ (या पदार्थों के मिश्रण) में चरण परिवर्तन, वक्र पर पठार या किंक दिखाई देते हैं।

विभेदक थर्मल विश्लेषण(DTA) में अधिक संवेदनशीलता होती है। यह परीक्षण नमूने और तुलनात्मक नमूने (अक्सर Al2O3) के बीच तापमान अंतर DT में समय परिवर्तन को रिकॉर्ड करता है, जो किसी दिए गए तापमान सीमा में किसी भी परिवर्तन से नहीं गुजरता है। डीटीए वक्र पर मिनिमा (उदाहरण के लिए, चित्र देखें) एंडोथर्मिक प्रक्रियाओं के अनुरूप है, और मैक्सिमा एक्सोथर्मिक प्रक्रियाओं के अनुरूप है। डीटीए, एम.बी. में दर्ज प्रभाव पिघलने, क्रिस्टल संरचना में परिवर्तन, क्रिस्टल जाली का विनाश, वाष्पीकरण, उबलने, उर्ध्वपातन, साथ ही रासायनिक के कारण होता है। प्रक्रियाएं (पृथक्करण, अपघटन, निर्जलीकरण, ऑक्सीकरण-कमी, आदि)। अधिकांश परिवर्तन एंडोथर्मिक प्रभावों के साथ होते हैं; केवल ऑक्सीकरण-अपचयन और संरचनात्मक परिवर्तन की कुछ प्रक्रियाएँ ऊष्माक्षेपी होती हैं।

टी. ए में. तथाकथित रिकॉर्ड करना संभव है अध्ययन के तहत नमूने के तापन (या शीतलन) वक्र, अर्थात्। समय के साथ बाद के तापमान में परिवर्तन। के.एल. के मामले में. किसी पदार्थ (या पदार्थों के मिश्रण) में चरण परिवर्तन, वक्र पर पठार या किंक दिखाई देते हैं।

चटाई. डीटीए वक्र पर शिखर क्षेत्र और डिवाइस और नमूने के मापदंडों के बीच संबंध परिवर्तन की गर्मी, चरण संक्रमण की सक्रियण ऊर्जा, कुछ गतिज स्थिरांक निर्धारित करना और मिश्रण का अर्ध-मात्रात्मक विश्लेषण करना संभव बनाते हैं। (यदि संबंधित प्रतिक्रियाओं का डीएच ज्ञात है)। डीटीए का उपयोग करके, धातु कार्बोक्सिलेट्स, विभिन्न ऑर्गेनोमेटेलिक यौगिकों और ऑक्साइड उच्च तापमान सुपरकंडक्टर्स के अपघटन का अध्ययन किया जाता है। इस पद्धति का उपयोग CO को CO2 में बदलने के लिए तापमान सीमा निर्धारित करने के लिए किया गया था (ऑटोमोबाइल निकास गैसों के जलने के बाद, थर्मल पावर प्लांट पाइप से उत्सर्जन, आदि के दौरान)। डीटीए का उपयोग गुणवत्ता के लिए विभिन्न घटकों (भौतिक-रासायनिक विश्लेषण) के साथ सिस्टम की स्थिति के चरण आरेख बनाने के लिए किया जाता है। नमूना मूल्यांकन, उदा. कच्चे माल के विभिन्न बैचों की तुलना करते समय।

व्युत्पन्नलेखन- रासायनिक अनुसंधान की एक व्यापक विधि। और भौतिक-रासायनिक क्रमादेशित तापमान परिवर्तन की परिस्थितियों में किसी पदार्थ में होने वाली प्रक्रियाएँ।

एक या अधिक भौतिक के साथ विभेदक थर्मल विश्लेषण (डीटीए) के संयोजन के आधार पर। या भौतिक-रासायनिक थर्मोग्रैविमेट्री, थर्मोमैकेनिकल विश्लेषण (डिलेटोमेट्री), मास स्पेक्ट्रोमेट्री और उत्सर्जन थर्मल विश्लेषण जैसी विधियां। सभी मामलों में, थर्मल प्रभाव से होने वाले पदार्थ में परिवर्तन के साथ-साथ नमूने (तरल या ठोस) के द्रव्यमान में परिवर्तन भी दर्ज किया जाता है। इससे किसी पदार्थ में प्रक्रियाओं की प्रकृति को तुरंत स्पष्ट रूप से निर्धारित करना संभव हो जाता है, जो अकेले डीटीए या अन्य थर्मल तरीकों से डेटा का उपयोग करके नहीं किया जा सकता है। विशेष रूप से, चरण परिवर्तन का एक संकेतक थर्मल प्रभाव है, जो नमूने के द्रव्यमान में परिवर्तन के साथ नहीं होता है। एक उपकरण जो एक साथ थर्मल और थर्मोग्रैविमेट्रिक परिवर्तनों को रिकॉर्ड करता है उसे डेरीवेटोग्राफ़ कहा जाता है। एक डेरिवेटोग्राफ में, जिसका संचालन थर्मोग्रैविमेट्री के साथ डीटीए के संयोजन पर आधारित होता है, परीक्षण पदार्थ वाले धारक को बैलेंस बीम पर स्वतंत्र रूप से निलंबित थर्मोकपल पर रखा जाता है। यह डिज़ाइन आपको एक साथ 4 निर्भरताएँ रिकॉर्ड करने की अनुमति देता है (उदाहरण के लिए, चित्र देखें): अध्ययन के तहत नमूने और मानक के बीच तापमान का अंतर, जो समय टी (डीटीए वक्र) पर परिवर्तनों से नहीं गुजरता है, द्रव्यमान डीएम में परिवर्तन तापमान पर (थर्मोग्रैविमेट्रिक वक्र), परिवर्तन द्रव्यमान की दर, यानी। तापमान (विभेदक थर्मोग्रैविमेट्रिक वक्र) और समय से तापमान से व्युत्पन्न डीएम/डीटी। इस मामले में, पदार्थ के परिवर्तनों का क्रम स्थापित करना और मध्यवर्ती उत्पादों की संख्या और संरचना निर्धारित करना संभव है।

विश्लेषण के रासायनिक तरीके

भारात्मक विश्लेषणकिसी पदार्थ का द्रव्यमान निर्धारित करने के आधार पर।
ग्रेविमेट्रिक विश्लेषण के दौरान, निर्धारित किया जा रहा पदार्थ या तो कुछ अस्थिर यौगिक (आसवन विधि) के रूप में आसुत होता है, या खराब घुलनशील यौगिक (वर्षा विधि) के रूप में समाधान से अवक्षेपित होता है। आसवन विधि का उपयोग, उदाहरण के लिए, क्रिस्टलीय हाइड्रेट्स में क्रिस्टलीकरण के पानी की सामग्री को निर्धारित करने के लिए किया जाता है।
ग्रेविमेट्रिक विश्लेषण सबसे सार्वभौमिक तरीकों में से एक है। इसका उपयोग लगभग किसी भी तत्व को परिभाषित करने के लिए किया जाता है। अधिकांश ग्रेविमेट्रिक तकनीकें प्रत्यक्ष निर्धारण का उपयोग करती हैं, जिससे ब्याज के घटक को विश्लेषण किए जा रहे मिश्रण से अलग किया जाता है और एक व्यक्तिगत यौगिक के रूप में तौला जाता है। आवर्त सारणी के कुछ तत्वों (उदाहरण के लिए, क्षार धातुओं के यौगिक और कुछ अन्य) का विश्लेषण अक्सर अप्रत्यक्ष तरीकों का उपयोग करके किया जाता है।इस मामले में, दो विशिष्ट घटकों को पहले अलग किया जाता है, ग्रेविमेट्रिक रूप में परिवर्तित किया जाता है और तौला जाता है। फिर एक या दोनों यौगिकों को दूसरे ग्रेविमेट्रिक रूप में स्थानांतरित किया जाता है और फिर से तौला जाता है। प्रत्येक घटक की सामग्री सरल गणनाओं द्वारा निर्धारित की जाती है।

ग्रेविमेट्रिक विधि का सबसे महत्वपूर्ण लाभ विश्लेषण की उच्च सटीकता है। गुरुत्वाकर्षण निर्धारण की सामान्य त्रुटि 0.1-0.2% है। जटिल संरचना के नमूने का विश्लेषण करते समय, विश्लेषण किए गए घटक के पृथक्करण और अलगाव के अपूर्ण तरीकों के कारण त्रुटि कई प्रतिशत तक बढ़ जाती है। ग्रेविमेट्रिक विधि के फायदों में मानक नमूनों का उपयोग करके किसी भी मानकीकरण या अंशांकन की अनुपस्थिति भी शामिल है, जो लगभग किसी भी अन्य विश्लेषणात्मक विधि में आवश्यक है। ग्रेविमेट्रिक विश्लेषण के परिणामों की गणना करने के लिए, केवल दाढ़ द्रव्यमान और स्टोइकोमेट्रिक अनुपात का ज्ञान आवश्यक है।

विश्लेषण की टाइट्रिमेट्रिक या वॉल्यूमेट्रिक विधि मात्रात्मक विश्लेषण के तरीकों में से एक है। समतुल्यता बिंदु निर्धारित करने के लिए विश्लेषण किए जा रहे समाधान में एक अभिकर्मक (टाइट्रेंट) के अनुमापित समाधान को क्रमिक रूप से जोड़ना अनुमापन है। विश्लेषण की अनुमापनीय विधि निर्धारित किए जा रहे पदार्थ के साथ अंतःक्रिया की प्रतिक्रिया पर खर्च की गई एक सटीक ज्ञात सांद्रता के अभिकर्मक की मात्रा को मापने पर आधारित है। यह विधि एक दूसरे के साथ प्रतिक्रिया करने वाले दो पदार्थों के समाधान की मात्रा के सटीक माप पर आधारित है। विश्लेषण की अनुमापनीय विधि का उपयोग करके मात्रात्मक निर्धारण काफी तेजी से किया जाता है, जिससे कई समानांतर निर्धारण करना और अधिक सटीक अंकगणितीय औसत प्राप्त करना संभव हो जाता है। विश्लेषण की अनुमापनीय पद्धति की सभी गणनाएँ समकक्षों के नियम पर आधारित हैं। पदार्थ के निर्धारण में अंतर्निहित रासायनिक प्रतिक्रिया की प्रकृति के अनुसार, अनुमापांक विश्लेषण विधियों को निम्नलिखित समूहों में विभाजित किया गया है: उदासीनीकरण या एसिड-बेस अनुमापन की विधि; ऑक्सीकरण-कमी विधि; अवक्षेपण विधि और संकुलन विधि।