🗂 Обзор семинара: Лейтенант Кукурумбо и Нэнси Биф вступают в схватку умов, где каждый пытается доказать, что лучше – БИК- или ИК-спектроскопия. На мастер-классе, подобного которому еще не было, пищевые сыщики изучают базовые принципы БИК- и ИК-спектроскопии, а также преимущества и недостатки этих методов. Но будет ли определен победитель? Читайте дальше, чтобы узнать.

Шалот Холмс чувствует, что его команда близка к выгоранию ввиду большого количества дел. Он лежит на диване и обдумывает, какой мастер-класс он может предложить, чтобы подтянуть их знания во время долгожданного перерыва в работе. Он резко встает, берет блокнот, записывает свою идею и вызывает лейтенанта Кукурумбо и Нэнси Биф.

На следующее утро сыщики заявляются в офис, зевая и бормоча ворчливые пожелания доброго утра. Они медленно устраиваются на диване и ждут, когда Шалот Холмс поручит им следующее дело. Главный сыщик, преисполненный кофеина и энергии, вскакивает и объявляет, что сегодня у них состоится семинар. Но не просто семинар. Сегодня они станут свидетелями битвы спектроскопий: ближней инфракрасной БИК против ИК (средней инфракрасной).

По команде Нэнси Биф и лейтенант Кукурумбо покидают свои места и вместе с Шалотом Холмсом становятся лицом к дивану. Нэнси Биф было доверено представлять БИК, в то время как лейтенант Кукурумбо должен будет рассказать о достоинствах ИК-спектроскопии. Эти двое посвятили весь вечер подготовке, читая бесплатные ресурсы и просматривая вебинары по БИК. TОни хотят добиться стиля семинара, отличающегося от того, который был выбран, когда они сравнивали рамановскую спектроскопию с БИК-спектроскопией. Поэтому, после того как спикеры представят свои аргументы, остальные члены команды проголосуют за то, какой метод они считают более предпочтительным. Мисс Маппл, Яйкюль Пуаро и Шалот Холмс усаживаются на свои места и внимательно наблюдают за началом битвы.

Нэнси Биф и лейтенант Кукурумбо недоверчиво смотрят друг на друга, но добродушно пожимают друг другу руки, чтобы ознаменовать начало поединка между БИК и ИК. Они начинают с базовой теории каждой из методик. Лейтенант Кукурумбо вначале дает краткий обзор инфракрасной спектроскопии в целом.

Инфракрасная спектроскопия – это изучение взаимодействия инфракрасного света с веществом. Инфракрасный свет характеризуется диапазоном волн от 12 800 до 10 см^-1, или длиной волны от 0,78 до 1000 микрон. Ближний инфракрасный свет определяется как свет в диапазоне от 10 000 до 4 000 см^-1, тогда как средний инфракрасный свет определяется как свет в диапазоне длин волн от 4 000 до 400 см^-1. Как средний, так и ближний ИК-диапазон входят в понятие молекулярной спектроскопии.

Прежде чем сойтись в схватке между БИК и ИК, Нэнси Биф предлагает своей команде совершить небольшое путешествие, чтобы освежить в памяти принцип работы инфракрасной спектроскопии. На молекулярном уровне, рассказывает она, их образцы содержат воду, жир и белок, состоящие из атомов углерода, водорода, кислорода и азота, удерживаемых вместе химическими связями. При облучении светом в инфракрасном диапазоне относительное положение атомов в молекулах образца не является фиксированным. Вместо этого они непрерывно флуктуируют из-за множества различных типов колебаний, таких как растяжение, изгиб и вращение вокруг связей в молекуле. Чтобы молекула поглотила излучение, должны выполняться два условия:

• Энергия ИК-излучения должна быть равна энергии, необходимой для возбуждения определенной вибрации в молекуле.
• Молекула должна претерпевать чистое изменение дипольного момента во время колебательного или вращательного движения.

Если эти условия выполняются, то возникает график зависимости измеренной интенсивности инфракрасного излучения от волнового числа. Этот график называется инфракрасным спектром.

За дело берется лейтенант Кукурумбо. Он велит остальным исследователям обратить внимание на разницу в диапазоне длин волн, а значит, и энергии БИК и ИК-излучения. Более высокоэнергетическое средневолновое ИК-излучение возбуждает фундаментальные колебания, то есть колебания, возникающие при поглощении энергии молекулой в ее основном состоянии до первого колебательного состояния.

Затем в дело вступает Нэнси Биф. Она объясняет, что БИК-спектроскопия дает комбинационные полосы и обертоны этих фундаментальных колебаний. Они имеют гораздо меньшую интенсивность, чем их фундаментальные аналоги в среднем ИК-диапазоне, из-за более низкой вероятности перехода.

Здесь Шалот Холмс вынужден вмешаться, поскольку обмен мнениями между его коллегами начинает приобретать все более острый характер. Он отмечает, что полосы меньшей интенсивности могут быть как преимуществом, так и недостатком в зависимости от области применения.

И лейтенант Кукурумбо, и Нэнси Биф кивают в знак согласия, немного успокоившись за время перерыва. Лейтенант Кукурумбо продолжает свою мини-лекцию. Он отмечает, что функциональные группы, определяющие связи, то есть структурные фрагменты в молекуле, такие как C=O, N-H или C-H, имеют тенденцию поглощать ИК-излучение в предсказуемых диапазонах волн, независимо от остальной структуры молекулы. Органические функциональные группы имеют характерные и хорошо очерченные полосы поглощения в среднем ИК-диапазоне. Лейтенант Кукурумбо делает паузу, готовый нанести удар в защиту ИК-излучения в битве между БИК и ИК:

Поскольку органические функциональные группы легко различимы в среднем ИК-диапазоне, этот метод идеально подходит для выяснения структуры и идентификации соединений, особенно в сочетании с другими аналитическими методами, такими как ЯМР.

Нэнси Биф чувствует, что Кукурумбо завоевал позиции, и быстро возвращает внимание к БИК. Она признает, что широкие пики и перекрытие полос обертонов и комбинаций сильно снижают специфичность БИК-спектроскопии для спектральной интерпретации. Но она утверждает, что низкая поглощающая способность и эффективное рассеяние света БИК-излучением могут быть очень полезны для определенных задач. Она повторяет, что поскольку интенсивность поглощения БИК низкая, образцы БИК не нужно разбавлять (как в случае со средним ИК-диапазоном), чтобы избежать насыщения на детекторе.

Это означает, что толщина образца, анализируемого с помощью БИК, может составлять от миллиметров до сантиметров, в зависимости от состава образца. Такой большой объем пробы полезен для количественного анализа образцов, особенно неоднородных. Кроме того, подготовка проб осуществляется очень быстро и легко по сравнению со средним ИК-излучением.

Шалот Холмс, Мисс Маппл и Яйкюль Пуаро внимательно следят за происходящим, завороженные пылкостью своих коллег в защите своего метода в соревновании между БИК и ИК-спектроскопией.

Шалот Холмс пытается подтолкнуть Нэнси Биф и лейтенанта Кукурумбо к конструктивному выводу. Он просит их повнимательнее присмотреться к распространенному применению, где могут использоваться как среднеинфракрасные (инфракрасная спектроскопия с Фурье-преобразованием) так и БИК-методы: анализ сырья.

Первым выступает лейтенант Кукурумбо, который перечисляет преимущества использования ИК-спектра перед БИК-спектром. При таком применении средний ИК-диапазон предлагает характерные и четко определенные полосы поглощения для органических соединений в среднем ИК-диапазоне, что позволяет выявить структуру и идентифицировать соединение. Он добавляет, что подробные таблицы характерных для групп частот легко доступны для облегчения процесса структурной идентификации. Это заставляет его сделать выбор в пользу среднего ИК-диапазона в сравнении с БИК-диапазоном.

Нэнси Биф быстро ориентируется и готова указать на ограничения среднего ИК-спектра. Она сообщает, что необходимость разбавления образца, например, с помощью гранул KBr или солевых пластин, является обычным явлением для среднего ИК-спектроскопа. Этап разбавления требует дополнительного времени для оценки материала, а само разбавление разрушает его, поэтому разбавленный образец не может быть использован вне рамок средней ИК-спектроскопии. На этом она еще не закончила свою речь. Второй недостаток, на который она ссылается, заключается в том, что, поскольку объем выборки среднего ИК-спектра при использовании нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО) невелик, воспроизводимость метода для более неоднородных образцов ограничена.

Лейтенант Кукурумбо напряженно слушает, но дает Нэнси Биф возможность продолжать, не прерывая ее. Теперь пришла ее очередь перечислить некоторые преимущества БИК перед ИК-спектром при определении сырья. Вначале она говорит о том, что на БИК-спектр влияют как химические, так и физические характеристики образца, и БИК-спектр можно легко использовать для дифференциации между видами одного и того же химического вещества. Во-вторых, БИК-излучение обеспечивает более глубокое проникновение в образец, что является преимуществом, поскольку больший объем пробы может повысить чувствительность к примесям. В-третьих, она рассказывает о том, что для проведения анализа не требуется ни пробоподготовка, ни разбавление, ни гранулы или солевые пластины, ни продувочный газ, что снижает трудоемкость и стоимость процесса отбора проб. Наконец, она указывает, что спектры собираются за 4-30 секунд, что делает БИК чрезвычайно быстрым методом.

Она обращается к лейтенанту Кукурумбо и предлагает ему выступить с возражениями. Он уважительно кивает ей и приступает к изложению недостатков БИК по сравнению с ИК. Он говорит, что поскольку некоторые функциональные группы имеют фундаментальные и первопорядковые (или более высокие) обертоны в средней ИК-области, они вообще не будут проявляться в БИК-области. Это может ограничить различительную способность БИК для определенных наборов образцов. Далее он приводит еще один аргумент против БИК. Он объясняет, что из-за более сложного (широкого и перекрывающегося) сигнала БИК-спектроскопии для качественного анализа необходимы хемометрические процедуры.

Нэнси Биф не может больше сдерживать себя и возражает, что программное обеспечение, способное выполнять хемометрические процедуры, легко доступно и эффективно при использовании в сочетании с надежным экспериментальным дизайном.

Прежде чем лейтенант Кукурумбо успевает открыть рот для дальнейшего обсуждения, Шалот Холмс вскакивает, чтобы положить конец дебатам. Затем он обращается к мисс Маппл и Яйкюлю Пуаро с вопросом о том, что они думают по этому поводу: какой метод идентификации сырья лучше — БИК или ИК.

В течение нескольких минут они тихо шепчутся между собой. Затем мисс Маппл благодарит своих коллег и говорит, что готова озвучить вердикт. Для нее и для Яйкюля Пуаро главным выводом из дебатов и семинара было следующее:

• Если у вас есть маркированный компонент в образце, и вы хотите перепроверить правильность маркировки, то БИК — идеальный выбор. Этот метод позволяет быстрее провести анализ, а также сохранить и использовать БИК-пробу в последующих процессах.
• Если вы синтезируете соединения в лаборатории и хотите знать, что именно вы только что создали, то метод средней ИК-спектроскопии — несомненный победитель.

Затем она садится и робко смотрит на своих коллег. Нэнси Биф и лейтенант Кукурумбо весело переглядываются и дают друг другу пять. Им удалось донести свою точку зрения. Не существует наилучшего метода между БИК и ИК, каждый из них может считаться более или менее подходящим в зависимости от применения.

Сыщики, находящиеся в хорошем расположении духа, продолжают болтать о семинаре, а тем временем приближается вечер. Начинается дождь, и Яйкюль Пуаро нетерпеливо ждет, пока мисс Маппл наденет свои непромокаемые штаны и плащ, чтобы они могли отправиться домой. Наконец, выйдя на улицу, Яйкюль Пуаро раскрывает свой зонт и начинает втолковывать ей, насколько зонт быстрее и удобнее, чем дождевая одежда. Но внезапный порыв ветра переворачивает его зонт и оставляет его мокрым и беззащитным. Они смотрят друг на друга и разражаются смехом. Как и в случае с БИК и ИК, зонты и дождевики могут быть бесценными, но все зависит от области их применения.