2020-08-05
106
Спектральный анализ объединяет обширную группу методов различающихся, как по аппаратурному оформлению, так и по методике проведения и получаемой информации. Общим для них является воздействие электромагнитного излучения (ЭМИ) на анализируемое вещество. К методам спектрального анализа относят все виды определений состава или структуры вещества, основанные на взаимодействии электромагнитного излучения с веществом. На рисунке 8.1 приведен спектр электромагнитного излучения и его основные диапазоны.
Рисунок 8.1. Основные области спектра ЭМИ.
На практике круг задач, решаемых спектральными методами, значительно шире. По спектрам определяют ширину запрещенной зоны в полупроводниках, оценивают свойства светотехнических материалов и красок; рассчитывают кинетические параметры реакций и т.д., но мы остановимся только на его аналитическом применении. Так как характер взаимодействия с веществом существенно меняется для различных диапазонов ЭМИ, то все спектральные методы условно разделены на семь групп (таблица 8.1). Название группы связано с одним из способов регистрации аналитического сигнала. Под спектром понимают график зависимости измеряемого параметра (интенсивности аналитического сигнала) от длины волны или частоты при постоянном составе пробы.
|
|
|
Таблица 8.1 Классификация спектральных методов анализа
в зависимости от интервала длин волн.
| № п/п | название метода спектроскопии | диапазон длин волн (см) | характеристика регистрируемых процессов или явлений | |
| группы | метода | |||
| 1 | радиочастот-ная (10 – 0,1 м) | 1.1. ЯМР – ядерный магнитный резонанс 1.2. ЭПР – электронный парамагнитный резонанс | 1000 –10 | изменение спинового состояния под действием электромаг-нитного поля |
| 2 | микроволно-вая | – | 10 – 0,1 | тоже |
| 3 | инфракрасная (ИК) | 3.1 дальняя; | 0,1 – 
| колебатель-ные переходы в молекулах |
| 3.2 средняя |  – 
| |||
| 3.3 ближняя; | – 
| |||
| 4 | видимая (0,4 – 0,76 мкм) | – | – 
| переходы внешних электронов |
| 5 | ультрафиоле-товая (0,01 – 0,4мкм) | 5.1 средняя (ближняя) УФ область; дальняя: 5.2 область Шумана; 5.3 область Лаймана; | – 
120 – 185 нм
0,5 – 120 нм
| переходы внешних электронов |
| 6 | рентгенов-ская
(0,5 – 1  )
| мягкий рентген жесткий рентген | 0,5 – 1
| переходы внутренних электронов |
| 7 | ядерная |  - излучение
|  1
| ядерные реакции |
Классическое понятие спектра традиционно используют лишь в методах оптического анализа и ИК-спектроскопии, которые и будут подробно рассмотрены в данном разделе. Иногда удобнее представлять регистрируемый спектр как зависимость интенсивности аналитического сигнала J от какого-либо иного измеряемого параметра. В качестве таких параметров могут выступать: химический сдвиг (метод ЯМР), угол дифракции рентгеновского излучения (методы РФА и РСА), отношение массы иона к его заряду – m/e (масс-спектрометрия), а также иные факторы, характеризующие структуру или состав вещества.
|
|
|
В спектральном анализе применяют ряд терминов, таких как:
Ø атомная спектроскопия – методы, регистрирующие спектральный состав излучения, полученный в результате абсорбции (поглощения), эмиссии (излучения) или рассеяния света ионизированными атомами веществам;
Ø атомно - эмиссионная спектроскопия – группа методов, основанная на измерении длины волны или интенсивности светового потока, испускаемого возбужденными атомами в газообразном состоянии;
Ø абсорбционная илиспектроскопия поглощения – группа методов, основанная на способности избирательного поглощения света веществом при определенных значениях длин волн;
Ø волновое число 
(
) – число длин волн, приходящихся на 1 см длины. Его используют в ИК-спектроскопии при записи спектров; имеет смысл частоты;
Ø видимая область – диапазон излучений400 – 760 нм, который при воздействии на глаз человека создает ощущение цвета;
Ø дифференциальная или разностная спектроскопия – заключается в том, что аналитического сигнал получается путем вычитания сигнала приготовленного стандарта из сигнала пробы. Метод применяется в оптической и ИК-спектроскопии;
Ø инфракрасная (ИК) спектроскопия поглощения – методы, основанные на поглощении теплового излучения (0,1 – см). В качестве аналитического применяют диапазон 2 – 50 мкм (5000 – 200 ), соответствующий ближней и средней ИК-области;
Ø молекулярная спектроскопия – методы, регистрирующие спектральный состав излучения, полученный в результате абсорбции (поглощения), эмиссии (излучения) или рассеяния света молекулами веществам;
Ø нанометр – единицы измерения длины волны в оптическом диапазоне; 1 нм = 
мкм (1 мкм = 1000 нм);
Ø оптический диапазон – диапазон излучения, охватывающий ближнюю ИК- видимую и среднюю (ближнюю) УФ – области спектра в интервале длин волн 0,2 – 2,5 мкм;
Ø оптическая плотность (А или D) или абсорбционность – показатель относительной интенсивности поглощения света: А = 
.
Ø оптическая спектроскопия – методы анализа, основанные на измерении оптических свойств веществ.
Ø спектр – график распределение энергии электромагнитного излучения по длинам волн;
Ø спектр вещества – график зависимости интенсивности электромагнитного излучения, поглощенного, отраженного или излученного веществом, от длины волны при постоянном составе пробы;
Ø фотометрия пламени – метод эмиссионного анализа, основанный на фотометрировании излучения возбужденных в пламени атомов;
Ø эмиссионная спектроскопия – основана на анализе спектров электромагнитного излучения, полученного за счет переизлучения избытка энергии возбужденными атомами или молекулами вещества;
