18. Атомды спектроскопия сараптамасы неге негізделген.
Атомдық спектрлер. АСТ әдістері: сапалық және сандық эмиссионді, атомды– абсорбциялық және атомды – флуоресценттік. Аспаптар мен эксперимент техникасы.
Атомды спектрлік талдау (АСТ) жұтылу мен шығару атомды (ионды) спектрлері бойынша үлгінің элементті құрамын анықтайды.
Сапалы АСТ-да зерттелетін заттан алынған спектрді арнайы кестелер мен атластарда келтірілген элемент сызықтарының спектрімен салыстыруды жүзеге асырады.
Сандық АСТ-ң негізінде анықталатын элементтің концентрациясын байланыстыратын анықталатын қоспа I1 сызығы мен салыстыру I2 сызығының интенсивтіліктерінің қатынасы жатыр:
мұндағы, а және b – зерттеу жолымен анықталатын тұрақтылар.
Атомды эмиссионды спектрлік талдау әдісі деп қоздыру көзі әсерінен пайда болатын заттың құрамын атомдарының сәулеленуі спектрі бойынша анықтау әдісін айтады (доға, шоқ және т.б.). Сәулелендірілетін заттың сәулелену спектрлерін алу үшін оның құрамын шағылдыратын үлгіні алады да, оны сәулелену көзіне кіргіздіреді (атомизатор). Осында қатты және сұйық үлгілер буланады, қосынды диссоциирленеді және еркін атомдар (иондар) қозу күйіне көшеді. Атом қозу күйінде қысқа уақыт ~10-7 – 10-8с болады және қалыпты немесе аралық күйге оралады. Атом артық энергиясын фото немесе квант жарығының сәулеленуі түрінде береді, оның мәні келесі теңдеулермен анықталады:
мұндағы, Е1 және Е2 – сәйкесінше жоғары және төменгі деңгей энергиялары, эВ;
ν-сәулелену жиілігі;
h – Планк тұрақтысы;
с-жарық жылдамдығы;
λ – сәулеленудің толқын ұзындығы.
Қозған атомдағы белгілі бір энергетикалық көшуге сәйкес келуші қандай да бір толықын ұзындығының сәулеленуі, спектрлік сызық деп аталады. Атомдардың әртүрлі жоғарғы энергетикалық деңгейлерден бір төменгі энергетикалық деңгейге көшуі спетрлік сызықтар сериясының пайда болуына әкеледі. Атомның біріуінен екіншісіне көшуге сәйкес келетін спектрлік сызықтың толқын ұзындығы (7) теңдеуімен анықталады. Әрбір сызық оның жоғарғы деңгейінің энергиясына тең белгілі қозу потенциялына ие. Әрбір элементтің атомы арнайы энергетикалық деңгейлер жүйесіне ие болғандықтан, олар берілген элементке сипатты спектрлік сызықтарды сәулелендіруге шығарады. Спектрдің оптикалық аймақтарына инфрақызыл, көрінетін және инфракүлгін кіреді.
19. Әр түрлі молекулалы топтарға тән ик- спектр жолағының орналасуын салыстырыңыз.
Инфрақызыл абсорбциялық спектроскопия әдісі - аналитикалық химия мәселелерін шешуде ыңғайлы әдіс. Сіңірудің тербелмелі ИҚ-спектрлері арқылы сапалық талдаудың мына мәселелерін шешуге болады:
жеке заттарды анықтау (заттарды теңестіру спектрлерінің ұқсастығы бойынша салыстыру);
заттар қоспасынан зат ерітіндісіңің құрамын анықтау; функңионалды топтарды анықтау;
қоспаға және жеке заттарға тән құрылымдық бөліктерді (атомдар тобы, еселік қатынастар, олардың молекуладағы өзара орналасуы және т.т.) анықтау.
Қазіргі кезде әр түрлі заттардың түрліше агрегаттық күйдегі тербелмелі спектрлері туралы үлкен тәжірибелік материал жинақталған. Бұлар жеке қосылыстар ИҚ-спектрлерінің атласы ретінде жарыққа шықты. Мұнда көптеген органикалық, элементорганикалық, бейорганикалық қосылыстардың, минералдардың, полимерлердің, т.б. спектрлері берілген.
Құрамында бірдей химиялық топтары бар молекулаларды эксперименттік және теориялық тұрғыдан зерттеу, молекуланың басқа бір бөлігінде өзгерістің болуына байланыссыз осы топтардың айтарлықтай тар аралықта жиілікті сіңіретіндігін көрсетті. Бұл тербелістердің жиілігі көптеген әр түрлі қосылыстардын спектрлерінде байқалады және ол "сипаттауыш" деп аталады. Олар молекуланың басқа тербелістерімен аз әрекеттеседі. Мұндай тербелістерге, мысалы, ЭХ топтарының тербелісі жатады, мұндағы Э =С, N, Р, 0, S, В; X = Н1, Н2, Н3, Н04 және т. б. Валенттік және кейбір деформациялық тербелістерді құрайтын атомдар, масса айырмашылығы неғұрлым көп болса, соғұрлым осы атомдар тербелістерінің өзара әсері де аз болады. Массалары бойынша шамалас атомдар және күш тұрақтылығына жақын байланыстармен қосылған жағдайда, жеке байланыстарға жататын тербелістерді жеке бөліп алуға болмайды.
Химиялық косылыстардың әр түрлі топтарының түрліше ИҚ-спектрлерін сан рет өлшеу кезінде сіңіру жолақтары интенсивтігінің өзгеруін әрі оның қалпының ығысуын туғызатын ішкі факторлардың болатынын анықтады. Олар сипаттауыш тербеліс жиілігімен байланысты. Сыртқы факторларға өлшеу шарттары (агрегаттық күйі - газ, сұйық ерітінді, қатты) жатады. Ішкі (құрылымдық) факторлар негізінен белгісіз құрылымды анықтау үшін маңызды. Бұл жағдайда сыртқы фактордың ыкпалын азайту үшін, мүмкіндігінше. өлшеуді полюссіз еріткіштерде өткізу ұсынылады.
Жеке косылыстардың, оптикалық материалдар мен қолданатын еріткіштердің ИҚ-спектрлерінің атласын, сондай-ақ сипаттауыш топтық жиіліктердің (әр түрлі атомдар тобы) реттеуші диаграммалары мен кестелерін, жалпы және арнаулы білімдерді пайдаланып, зерттеуші химик-аналитик сапалық спектрофотометрлік талдаудын мәселелерін ойдағыдай шеше алады:
талданатын қосылыстағы құрылымды элементтерге тән қасиеттерді (функңионалдық талдау), олардың молекулада салыстырмалы орналасуын анықтау;
зат ерітіндісінің немесе қоспаларының сапалық, кейде жартылай сандық құрамын анықтау;
белгісіз заттарды салыстыру арқылы анықтау.
ИҚ-спектроскопияның көмегімен, сондай-ақ химиялық және әр түрлі, оның ішінде өнеркәсіптік өндіріс өнімдерін алу үшін технологияның тиімділігін жақсарту мақсатымен химиялық және технологиялық процестердің жүру жылдамдығын аныктау да мүмкін. Сапалық және сандық ИҚ-талдау заттар сынамасын таңдап алумен немесе газдар, ерітінділер не сұйық өнімдердің реакциялық ағымында орындала алады.
Сандық ИҚ-спектроскопияны әр түрлі мәселелерді шешуге қолданады, мысалы, кварц бөлшектерімен ауаның ластануын, сүттегі майдың, белоктың және қанттыңмөлшерін, қандағы және жүрек бұлшық етіндегі көміртегін, қатты тасымалдауыштардағы сорбенттерді анықтау. Көптеген жағдайларда ИҚ-талдау кезінде көп жұмысты талап ететін үлгіні даярлаудың кажеті жоқ. Ал қазіргі ЭВМ бар ИҚ-спектрофотометрлер мысалы, су ерітінділерінде биологиялық заттардың аз мөлшерін талдау кезінде оптикалық тығыздықтың кең диапозонында сандық анықтаудың дәлдігін, сезгіштігін әрі жылдамдығын едәуір арттыруға мүмкіндік береді.