double arrow

Глава 8. Методы спектрального и оптического анализа


 

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 понимаютграфик 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;