- •Часть 1. Тема 1: Основные положения спектроскопии
- •1.1. Основные квантовые законы (постулаты Бора)
- •1.2. Уровни энергии и переходы между ними.
- •1.2.1. Спектр атома водорода
- •1.3. Спектры поглощения, испускания и рассеивания
- •1.3.1. Оптическое возбуждение
- •1.3.2. Комбинационное рассеивание
- •1.3.3. Электрические способы возбуждения
- •1.4. Деление спектроскопии по свойствам излучения
- •1.4.1. Предмет и задачи спектроскопии
- •1.4.2. Деление спектроскопии по свойствам электромагнитного излучения
- •1.5. Деление спектроскопии по свойствам атомных систем
- •1.6. Типы уровней атомов и молекул
- •Тема 2: Спектроскопические методы анализа
- •2.1. Классификация типов спектрального анализа.
- •2.2. Деление спектроскопии по методам: некоторые особенности проведения анализа
- •2.3. Деление спектрального анализа по решаемым задачам: некоторые особенности проведения
- •2.3.1. Элементный спектральный анализ
- •2.3.2. Изотопный спектральный анализ.
- •2.3.3. Молекулярный спектральный анализ
- •Абсорбционный анализ по спектрам поглощения
- •Эмиссионный молекулярный спектральный анализ
- •2.3.4. Анализ структурных элементов сложных молекулярных соединений
- •1. Структурный анализ в уф и видимой областях
- •2. Спектральный структурный анализ в ик области
- •3. Структурный анализ по спектрам комбинационного рассеивания
- •2.4. Общие схемы проведения спектрального анализа
- •2 .4.1. Эмиссионный спектральный анализ
- •2.4.2. Абсорбционный спектральный анализ
- •2.5. Основные характеристики и области применения спектрального анализа
- •Часть 2: Атомная спектроскопия. Тема 3. Уровни энергии и спектры атома водорода и водородоподобных ионов.
- •3.1. Квантовые числа одноэлектронного атома и степень вырождения его уровней.
- •3.2. Невырожденные и вырожденные уровни энергии. Вырождение уровней одноэлектронного атома.
- •3.3. Правила отбора для одноэлектронных атомов.
- •3.4. Тонкая структура уровней энергии и спектральных линий.
- •3.5. Зависимость спектров одноэлектронных атомов от заряда и массы ядра.
- •3.6. Характеристика стационарных состояний одноэлектронного атома.
- •Тема 4. Электронные оболочки атомов и периодическая система элементов.
- •4.1. Квантовые числа электронов в сложном атоме и принцип Паули.
- •4.2. Электронные слои и оболочки и их заполнение.
- •4.3. Зависимость энергии электронов от орбитального кв. Числа.
- •4.4. Свойства элементов с заполненными и незаполненными оболочками.
- •4.5. Типы спектров различных элементов.
- •Тема 5: Основы общей систематики сложных спектров.
- •5.1. Сложение орбитальных и спиновых моментов и типы связи.
- •5.2. Общая характеристика нормальной связи.
- •Тема 6: Рентгеновские спектры.
- •6.1 Общая характеристика рентгеновских спектров поглощения и испускания.
- •6.2. Внутренняя конверсия рентгеновского излучения.
- •Тема 7: Явление Зеемана и магнитный резонанс.
- •7.1. Расщепление уровней энергии в магнитном поле.
- •7.2. Общая картина зеемановского расщепления спектральных линий.
- •Тема 8. Явление Штарка.
- •8.1. Общая характеристика явления Штарка.
- •8.2. Явление Штарка для атомов в общем случае.
- •Часть 4. Молекулярный спектральный анализ Тема 9: ик-спектрометрия и уф-спектрофотометрия
- •9.1. Строение молекулы
- •9.2. Молекулярные спектры
- •9.3. Вращательные спектры
- •9.4 Колебательные спектры
- •9.5 Электронные спектры
- •9.6 Аппаратура ик-спектроскопии.
- •2) Кюветное отделение.
- •3) Фотометр
- •4) Монохроматор
- •9.7 Аппаратура уф – спектроскопии
- •4)Кюветное отделение
- •Тема 10. Качественный и количественный молекулярный анализ.
- •D зависит только от числа поглощающих частиц на пути светового пучка и от их свойств.
- •5.1. Качественный молекулярный анализ
- •5.2. Количественный молекулярный анализ
- •3 Эмиссионный спектральный анализ.
1. Структурный анализ в уф и видимой областях
При поглощении видимого или УФ света сложная молекула либо переходит в возбуждённое состояние, либо разрушается. При возбуждении молекулы в спектре поглощения обнаруживаются характерные полосы поглощения, которые всегда связаны с кратными связями атомов в молекуле.
Группы атомов в молекуле, расположенных около кратной связи, определяющие характерную полосу поглощения, называются хромофорами.
В видимой области спектра хромофоры определяют цвет химического соединения (отсюда и появилось название). Пример: карбонильная хромофорная группа С=О характеризуется полосой поглощения около 2800Å, кителеновая С=С около 1900Å, бензольное кольцо порядка 2650Å.
В сложных молекулах бывает несколько хромофорных групп. Расположение хромофорных групп друг относительно друга и по отношению к другим атомам определяется в спектре поглощения. Пробу обычно готовят в виде раствора: растворитель имеет свой спектр поглощения. Чтобы этот спектр не влиял на изучаемый спектр, берут такой растворитель, спектр которого лежит далеко в коротковолновой области. Часто применяют этиловый, метиловый спирты. С этими растворителями можно работать до 2000..2200Å.
При спектральном анализе структура молекул в УФ и видимой областях необходимо получать всю кривую поглощения и сопоставлять её с кривыми в соответствующих атласах. В этом существенное отличие данного вида анализа от молекулярного количественного анализа, когда для определения концентрации однокомпонентных веществ достаточно произвести измерения в одной длине волны, например около максимума поглощения.
2. Спектральный структурный анализ в ик области
Анализ использует колебательные спектры поглощения сложных молекул, которые расположены в области длин волн 1..40 мкм. Колебательные спектры очень характерны: как правило представляют собой узкие полосы. Любая полоса соответствует возбуждению колебательного состояния молекулы. Число возможных колебаний молекулы определяется её структурой: так, если молекуле находится N атомов, то число возможных колебаний не превышает 3N-6. Некоторые из этих колебаний имеют одинаковые частоты, поэтому соответствующие им полосы поглощения накладываются друг на друга. Длины волн колебательных полос характерны для групп атомов, участвующих в колебании, и могут служить признаком присутствия этих групп в молекуле.
Пример: валентное колебание (вдоль связи между атомами):
а) группы – О – Н – характеризуются волной λ ~ 27 мкм
б) группы --С=С-- характеризуются λ ~ 6,5 мкм
Деформационные колебания (изменения углов между связями): группа ---С-Н-С---, λ ~ 14 мкм.
Колебательные ИК спектры дают только молекулы с дипольными моментами. Если при колебании дипольный момент изменяется, то такая молекула может поглощать ИК излучение частоты, соответствующей частоте колебания дипольного момента. Дополнительные сведения о колебаниях молекулы дают спектры комбинационного рассеивания. При возбуждении этих спектров кванты видимого или УФ света воздействуют на электронное облако молекулы, которое при этом деформируется. Наличие дипольного момента в молекуле при этом не требуется. Таким образом, для наиболее полного установления структурных элементов молекул целесообразно исследовать как ИК, так и комбинационные спектры.