Спектральные методы идентификации компонентов нефти и газа

3.5.1. Молекулярная спектроскопия

Молекула углеводорода обладает определенным запасом внутренней энергии, которая складывается из энергии взаимодействия электронов с ядрами, энергии колебательного и вращательного движения атомов или групп атомов. Энергия взаимодействияэлектронов с ядрами (энергия электронных переходов) в 20 раз превышает энергию колебательных движений внутри молек у лыи в 1 000 раз – энергию вращательных движений.

При прохождении электромагнитного колебания от источника излучения через вещество последнее поглощает лучи только определенной длины волны. В спектре поглощения этого вещества появляются характерные полосы поглощения, соответствующие частотам поглощенных лучей.

В зависимости от того, лучи каких частот электромагнитного излучения про­пускаются через вещество, в молекулах возбуждаются вращательные или колебательные движения атомов или групп атомов, электронные переходы, либо те и другие виды движений одновременно. Возбуждение того или иного вида движения в мо­лекуле происходит тогда, когда его частота совпадает с частотой электромагнитного колебания.

Энергия электромагнитных колебаний уменьшается с увеличением длины волны l в последовательности: рентгеновские лучи (l = 10^-12 – 10^{-8 м}), ультра­фиолетовые (10^-8 – 4×10^{-7 м}), видимый свет (4×10^-7 – 7,5×10^{-7 м}), инфракрасные лучи (7,5×10^-7 – 10^{-3 м}), микроволны (10^-3 – 1 м), волны радиодиапазо­на (1 – 10³ м). Энергия радиоволн слишком мала для того, чтобы возбуждать органические молекулы. Микроволны и инфракрасные волны могут возбуждать только вращательные движения в молекулах. Если частоты колебаний этих волн совпадают с частотами вращения отдельных частей молекулы, то происходит резонансное поглощение энергии волн, что отразит­ся в спектре поглощения.Такого рода спектры применяются для тонко­го структурного анализа органических веществ.

Основополагающим законом молекулярной спектроскопии яв­ляется закон Бугера – Ламберта – Бера: относительное количество поглощенного слоем вещества света не зависит от интенсивности падающего света, и каждый последующий слой среды одинаковой толщины поглощает одну и ту же долю проходящего через него света. Поглощение монохроматического света пропорцио­нально числу молекул поглощающего вещества в единице объема раст­вора

где D – оптическая плотность; I ₀– интенсивность падающего излучения; I –интенсивность из­лучения, прошедшего через слой вещества; e – молекулярный коэф­фициент поглощения; с –концентрация анализируемого вещества, моль/м³; l – толщина слоя вещества, м.