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 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.

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:

• атомная спектроскопия – методы, регистрирующие спектральный состав излучения, полученный в результате абсорбции (поглощения), эмиссии (излучения) или рассеяния света ионизированными атомами веществам;

• атомно-эмиссионная спектроскопия – группа методов, основанная на измерении длины волны или интенсивности светового потока, испускаемого возбужденными атомами в газообразном состоянии;

• абсорбционная или спектроскопия поглощения – группа методов, основанная на способности избирательного поглощения света веществом при определенных значениях длин волн;

• волновое число ( ) – число длин волн, приходящихся на 1 см длины. Его используют в ИК-спектроскопии при записи спектров; имеет смысл частоты;

• видимая область – диапазон излучений 400 – 760 нм, который при воздействии на глаз человека создает ощущение цвета;

• 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;

• 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;

• молекулярная спектроскопия – методы, регистрирующие спектральный состав излучения, полученный в результате абсорбции (поглощения), эмиссии (излучения) или рассеяния света молекулами веществам;

• нанометр – единицы измерения длины волны в оптическом диапазоне; 1 нм = мкм (1 мкм = 1000 нм);

• оптический диапазон – диапазон излучения, охватывающий ближнюю ИК- видимую и среднюю (ближнюю) УФ – области спектра в интервале длин волн 0,2 – 2,5 мкм;

• оптическая плотность (А или D) или абсорбционность – показатель относительной интенсивности поглощения света: А = .

• оптическая спектроскопия – методы анализа, основанные на измерении оптических свойств веществ.

• спектр – график распределение энергии электромагнитного излучения по длинам волн;

• спектр вещества – график зависимости интенсивности электромагнитного излучения, поглощенного, отраженного или излученного веществом, от длины волны при постоянном составе пробы;

• фотометрия пламени – метод эмиссионного анализа, основанный на фотометрировании излучения возбужденных в пламени атомов;

• эмиссионная спектроскопия – основана на анализе спектров электромагнитного излучения, полученного за счет переизлучения избытка энергии возбужденными атомами или молекулами вещества;