|
7.4. Инфракрасная спектроскопия
Инфракрасная спектроскопия, или ИК-спектроскопия, – раздел спектроскопии, изучающий спектры поглощения и отражения электромагнитных волн. Это длинноволновая область спектра, границы которой условны. Она начинается сразу же за красным концом видимого спектра (780 нм) и далеко вклинивается в микроволновую область, граница которой находится около миллиметровой области.
Инфракрасные спектры возникают в результате колебательного (отчасти вращательного) движения молекул, а именно – в результате переходов между колебательными уровнями основного электронного состояния молекул. ИК-излучение при прохождении через образец поглощается на частотах, совпадающих с некоторыми колебательными и вращательными частотами молекул или с частотами колебаний кристаллической решетки вещества образца. В результате снижения интенсивности излучения на этих частотах образуются полосы поглощения (рисунок 7.3). Количественная связь между интенсивностью падающего и прошедшего через образец излучения соответствует закону Бугера – Ламберта. ИК-спектр поглощения представляют графически в виде зависимости от частоты (или длины волны) величин, характеризующих поглощающее вещество (коэффициентов пропускания и поглощения, оптической плотности). Такое исследование выполняют с помощью специальных ИК-спектрометров, снабженных обычно зеркальной фокусирующей оптикой.
Рисунок 7.3 – Частотная зависимость падающего на образец
I0() и прошедшего через него I() излучения
В классическом абсорбционном ИК-спектрометре излучение от источника с непрерывным ИК-спектром (например, от накаливаемого электрическим током стержня) пропускают через кювету с исследуемым веществом и направляют через входную щель монохроматора на приемник излучения. Сигнал от приемника усиливают и регистрируют, чаще всего путем сканирования.
Параметры ИК-спектров – число полос поглощения; их положение, форма, ширина, величина поглощения зависят от химического состава и структуры образца, его агрегатного состояния, температуры и давления. По параметрам ИК-спектров судят о величине и механизмах межмолекулярных взаимодействий в веществе.
Пределы характеристических частот химических связей и групп атомов сведены в специальные таблицы. Анализ ИК-спектров поглощения с помощью ЭВМ позволяет разложить перекрывающиеся полосы на составляющие, которые легче отнести к определенным видам колебаний молекул.
Абсорбционные спектры поглощения информативны при изучении окрашенных и непрозрачных в видимой области, а также ярко люминесцирующих веществ. ИК-спектры отражения применяют при исследовании монокристаллов, неорганических твердых веществ, минералов.
В случае сильно поглощающих веществ, из которых не удается изготовить тонкий образец, для получения ИК-спектров поглощения применяют методы нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО). Они основаны на проникновении света из оптически более плотной конденсированной среды в менее плотную среду на глубину порядка длины волны при полном внутреннем отражении. Нарушение полного внутреннего отражения заключается в том, что коэффициент отражения света от границы раздела сред становится меньше единицы вследствие поглощения света в слое отражающей среды, в который проникает волна. Величина ослабления отраженной волны зависит от поляризации падающей волны и пропорциональна показателю поглощения второй среды. Спектр НПВО подобен спектру поглощения этой среды. Для увеличения контрастности спектров НПВО увеличивают число отражений, что эквивалентно удлинению пути, прой-
денного лучом света в поверхностном слое образца 2 (рисунок 7.4). Такой метод получил название многократного нарушенного полного внутреннего отражения.
Рисунок 7.4 – Схема НПВО: 1 – призма из оптически плотного материала,
2 – образец из менее плотного материала
ИК-спектроскопию применяют для изучения структуры полупроводников, полимеров, биологических объектов, в том числе живых клеток, для анализа смесей и идентификации чистых веществ, полимеров. Для определения признаков новых веществ применяют так называемые системы искусственного интеллекта.
Do'stlaringiz bilan baham: |
