Общие положения. Спектроскопические методы анализа основаны на взаимодействии электромагнитного излучения с веществом

Спектроскопические методы анализа основаны на взаимодействии электромагнитного излучения с веществом. Происходящие при этом взаимодействии изменения энергетических состояний атомов, молекул или ионов вещества и являются источником аналитической информации о его качественном и количественном составе.

В связи с двойственной природой электромагнитного излучения – волновой и карпускулярной для характеристики применяют также различные, хотя и взаимосвязанные, параметры. Основной волновой характеристикой электромагнитного излучения является длина волны l (нм, Å) или волновое число (см^–1), а также частота излучения (с^–1, Гц), где с – скорость света в данной среде (в вакууме с =3×10¹⁰ см×с^–1).

Согласно корпускулярной природе электромагнитное излучение является потоком дискретных частиц энергии – фотонов. Взаимосвязь между волновыми и корпускулярными характеристиками излучения описывается уравнением Планка:

,

где ∆ E – изменение энергии частицы, поглотившей или испустившей квант света , энергия которого измеряется в джоулях (Дж) или электроновольтах (эВ), h – постоянная Планка (6.63×10^–34 Дж×с или 4.14×10^–15 эВ×с).

Энергия кванта излучения тем больше, чем меньше его длина волны. Так в ультрафиолетовой и видимой области (200-760 нм) энергия квантов света составляет, соответственно 6.0–1.5 эВ. В инфракрасной области (≥ 1 мкм) энергия кванта менее 1 эВ. В полном соответствии с энергией квантов различного диапазона длин волн поглощаемое излучение обладает различными возможностями изменения энергетического состояния при его поглощении. Поэтому, если в ультрафиолетовой и видимой областях спектра энергии кванта излучения достаточно на изменение всех видов переходов энергетического состояния (электронного, колебательного и вращательного) частиц взаимодействующего вещества, то в инфракрасной области энергии кванта хватает на изменение только колебательной и вращательной составляющих энергии молекулы.

Таким образом, испускание или поглощение квантов электромагнитного излучения анализируемым веществом позволяет получить характеристические сигналы в виде спектров[*] испускания или поглощения. При этом частота или длина волны излучения или поглощения определяется составом вещества. Интенсивность испускаемого или поглощаемого излучения (аналитического сигнала) пропорциональна количеству частиц, т.е. количеству (концентрации) определяемого вещества в пробе.