Молекулярная спектроскопия

Молекулярная спектроскопия объединяет методы анализа, в которых уровень взаимодействия ЭМИ с веществом – молекула.

Спектроскопию характеризуют по ряду признаков:

1. По области электромагнитного излучения:

200 400 760 2500 нм

2. В зависимости от характера взаимодействия излучения с веществом все спектры и методы делятся:

а) спектры поглощения – молекулярная абсорбционная спектроскопия.

б) спектры испускания – молекулярно-эмиссионная спектроскопия.

в) спектры рассеяния – спектроскопия рассеяния.

Молекулярно-абсорбционная спектроскопия (МАС)

МАС – совокупность методов анализа, в основе которых находятся качественная и количественная обработка спектров поглощения молекул в ближайшей УФ, видимой и ИК областях спектра.

МАС основана на поглощении (абсорбции) света молекулами вещества.

По аналогии с атомной спектроскопией, в молекулярной, молекулы обладают энергией Е. Попадая в электромагнитное излучение, молекула поглощает квант света (фотон)

Е₁

Е₀(min)

М + hν M* и переходит на более высокий энергетический уровень. По правилу Бора молекула получает энергию, попадает в более высокое энергетическое состояние.

Δ Ε = Ε₁ – Ε₀ = hν

Энергия расходуется на три процесса:

1. Переход электрона на более высокую орбиталь.

– E_ē энергия электронного перехода.

E₀

2. Так как молекула более сложная система, чем атом, часть светового излучения воздействует на изменение энергии колебания атома в молекуле.

Е_кол. – энергия колебания атомов

3. Часть светового излучения расходуется на изменение энергии вращения группы атомов в молекуле.

Е_вр. – энергия вращения.

Энергия молекулы – аддитивная величина.

Е = Е_вр. + Е_кол. + E_ē

Энергия вращательного, колебательного и электронного движения не равны друг другу и соотносятся как:

Е_вр.< Е_кол. < E_ē

1: 100: 1000

В зависимости от того, какие энергетические состояния молекул участвуют в образовании спектров, различают спектры вращательные, колебательные и электронные.

В каждой области спектра фотоны характеризуются определенной энергией.

Колебательная и вращательная составляющие очень малы и энергии фотона в ИК области спектра и микроволновой достаточно чтоб возбудить вращательные и колебательные уровни энергии. Вращательные изменения в молекуле присутствуют всегда, даже при перепаде температур.

Если результат поглощения электромагнитного излучения молекулой разложить в широкий спектр длин волн, то на спектре будут наблюдаться темные полосы поглощения. Молекулярные спектры являются полосатыми.

Получить чисто колебательные спектры не удается, на них налагаются вращательные спектры.

Дальнейшее увеличение энергии фотона приводит к возбуждению электронов и появлению в спектре полос, характеризующих электронные переходы. Энергии фотона в УФО достаточно для электронных переходов в молекулах неорганических соединений с ковалентной координационной связью и молекулах органических веществ с двойной –С=С– связью (ароматические). В дальнейшей УФО энергии фотона достаточно для получения спектра ненасыщенных соединений (углеводороды).

Электронные спектры поглощения самые сложные, т.к. на них полагаются вращательные и колебательные абсорбционные спектры.

Величина энергии Е_1, Е₂… и т.д. строго индивидуальна (регламентирована) для каждой молекулы и связана с длиной волны света:

λ = =

h - постоянная Планка;

с - скорость света.

Молекула поглощает свет строго определенной длины волны. Эта зависимость находится в основе качественного анализа.

С аналитической точки зрения для качественного и количественного анализа необходимы две характеристики:

1) длина волны – λ, которая максимально поглощается данным сортом частиц (молекул);

2) количество квантов, поглощенных молекулами (интенсивность светового потока).

Дата добавления: 2014-01-04