Лекция 3. Оптические методы анализа

Оптические методы анализа

План:

Классификация оптических методов анализа

Атомная спектроскопия

Молекулярная спектроскопия

1. Оптическое излучение - это излучение с длинами волн 100 нм-1мм. Различают три спектральные области: ультрафиолетовую (УФ), видимую и инфракрасную (ИК). УФ излучение имеет 3 спектральные области:

315-400 нм

280-315 нм

100-280 нм

Излучение, вызывающее зрительное ощущение, называют видимым излучением. Считают, что нижняя граница лежит между 380 и 400 нм, а верхняя - между 760 и 780 нм. В ИК излучении различают 3 спектральные области:

А 780 - 1400 нм (1.4мкм);

В 1.4 - 3.0 мкм;

С З.0 мкм – 1 мм

В зависимости от принципа действия все оптические методы анализа делят на несколько групп:

1) методы, основанные на поглощении веществом светового потока (фотометрия, спектрофотометрия, атомно - абсорбционный метод).

Сущность методов заключается в использовании основного закона поглощения света (закон Бугера-Ламберта-Бера (БЛБ)).

2) эмиссионные методы, в основе лежит определение количественного и качественного состава по спектру излучения. Такие методы делят на фотометрию пламени, спектральный анализ, атомно-флуоресцентный анализ, люминесцентный и другие.

3) рефрактометрический и поляриметрический методы. Рефрактометрический метод основан на изменении величины показателя преломления света в зависимости от концентрации пробы. В поляриметрическом методе используют способность оптически активных веществ вращать плоскость поляризации поляризованного луча света.

2. Атомная спектроскопия основана на поглощении или испускании рентгеновского, видимого или УФ-излучения. Рентгеновское поглощение обусловлено возбуждением внутренних электронов, не участвующих в образовании химических связей. Поэтому характер рентгеновского атомного спектра не зависит от химического состояния элемента в образце. Например, спектры Ni20, NiСІ2, NiСО и Nі в элементарном состоянии идентичны. В видимой и УФ - области поглощение или излучение обусловлено возбуждением внешних валентных электронов. Для того, чтобы снять атомные спектры в видимой или УФ - области, сначала молекулы подвергают распаду в атомы или ионы, существующие в газообразном состоянии (процесс атомизации образца). Спектры состоят из небольшого числа дискретных линий, длины волн которых характерны для данного элемента. Методы атомной спектроскопии отличаются высокой избирательностью, чувствителностью, скоростью и простотой выполнения. С их помощью можно определить около 70 элементов.

3. Молекулы обладают не только электронными энергетическими уровнями, они обладают еще уровнями, связанными с вращательным и колебательным движением.

Полную энергию молекулы изображают выражением:

Е полн =Е e +Е колеб+ Е вращ

Электронные переходы молекулы (переходы с одного электронного уровня на другой) соответствуют поглощению или испусканию электромагнитного излучения в видимой и УФ частях спектра; колебательные переходы соответствуют поглощению или испусканию излучения в ближней ИК областях спектра; вращательные переходы отвечают поглощению или испусканию излучения в дальней ИК и более длинноволновой части спектра. Изучение вращательных переходов методами спектроскопии дает очень точные сведения о валентных углах (α) и длинах связей (d) в молекулах.

Метод ИКС заключается в том, что пучок ИК-излучения, у которой длина волны (λ) меняется в пределах 2,5 -1,5 мкм, пропускают через образец исслеледуемого вещества.

Для поглощаемого излучения регистрируют длину волны, частоту (ν) или волновое число (ν'). Поглощение записывается электронными приборами в виде графика. Сильное поглощение в узкой области частот проявляется на спектре в виде острого пика или спектральной линии. Пики поглощения не всегда оказываются узкими и острыми, т.к. происходит наложение нескольких вращательных энергетических уровней. Характерные пики в спектре ИК- поглощения для химических связей приводятся в специальной литературе. Каждому химическому соединению присущ свой ИК-спектр, поэтому этот метод используют при идентификации неизвестных веществ.

Не все молекулы поглощают ИК- излучение (например Н2С=СН2). Поэтому для таких молекул используют спектроскопию комбинационного рассеяния (КР). Спектр КР- это спектр, получаемый облучением молекул видимым светом известной длины волны.

В наше время в таких спектрометрах в качестве источника света используют лазер. Поглощение измеряют косвенным путем. Падающий свет рассеивается молекулами, а не поглощается ими, поэтому наблюдаемая длина волны рассеянного света отличается от длины волны падающего.

Дата добавления: 2014-01-06