Спектральные методы анализа
Эти методы основаны на воздействии на вещество каких-либо физических факторов с последующей регистрацией реакции вещества на это воздействие. В качестве физического фактора выступает излучение. Сущность взаимодействия вещества с излучением сводится к поглощению энергии излучения с определенной длиной волны. Причиной такой избирательности является то, что для каждой частицы существует строго определенный набор энергетических уровней и такая частица может поглощать излучение, которое обладает энергией в соответствии разнице в энергиях уровней.
Для перехода системы с нижнего уровня на верхний она должна поглотить определенное количество энергии.
Весь спектр электромагнитного излучения условно разбит на отдельные участки:
1. диапазон: 10-11 – 10-8 см – это область γ-резонансной спектроскопии. Поглощение излучения в этой области приводит к изменению энергии протонов и нейтронов внутри ядер;
2. диапазон: 10-8 – 10-6 см – это область рентгеновской спектроскопии. Поглощение энергии в этой области приводит к возбуждению электронов на внутренних слоях в атомах;
3. диапазон: 10-6 – 10-4 см – это область УФ спектроскопии. Поглощение энергии в этой области приводит к возбуждению внешних валентных электронов;
4. диапазон: 10-4 – 10-2 см – это область ИК спектроскопии. Поглощение излучения приводит к изменению колебательного состояния атомов в молекуле;
5. диапазон: 10-2 – 10 см – микроволновая область. Поглощение энергии в этой области приводит к колебанию атомов в узлах кристаллической решетки;
6. диапазон: >100 см – область радиоспектроскопии или ЯМР спектроскопии. Поглощение энергии в этой области сопровождается изменением спинового состояния ядер.
Уф – спектроскопия
УФ – спектроскопия – область 10-6 – 104 см
Это область от 10 до 100 нм. При этом необходимо учитывать, что ниже 195 нм поглощает молекулы кислорода и азота. Область ниже 200 ним называется вакуумный нанометр. В этот же диапазон попадает 350-750 нм – область видимого спектра.
I0 I
l
Пришли к заключению, что вещество имеет следующий вид
или
В
дальнейшем Бер изучал зависимостьD
от C
c
– закон
Бугера-Ламберта-Бера
В
этом случае, если l
= 1 см, а с = 1 моль/л, то 
.
В этом
случае величина 
называется молярным
коэффициентом поглощения
и обозначается через ε.
Откладывается длина волны в нм по оси х, по у – оптическая плотность, ε или lg ε.
Эти спектры характеризуются двумя величинами:
1. длина волны соответствует максимуму поглощения. Она обозначается λmax
2. оптическая плотность в максимуме поглощения.
Таким образом, оптическая плотность раствора будет зависеть от длины волны максимума поглощения.
Спектры записываются на приборах, которые называются спектрофотометрами. Принципиальная схема выглядит следующим образом
( ☼
2
13
4
5
6
7
8
9
Источником энергии (1), представляющим собой водородную лампу или обычную лампу накаливания генерирует излучение во всем диапазоне λ. Это излучение с помощью сферического зеркала (2) фокусируется на щель (3). Пройдя через эту щель попадает на монохроматор (4). В качестве монохроматора используется призма. Основной задачей монохроматора - разделить излучение источника на узкие участки спектросодержащие одинаковые длины волн. Призма медленно вращается и направляет на выходную щель (5) узкие излучения. Это излучение разделяется на полупрозрачном зеркале (6) на два потока. Часть потока поступает на кювету с раствором вещества (7), а часть на кювету с чистым растворителем (8). Пройдя через кювету излучение поступает на детектор (9).
Поскольку обычное стекло поглощает УФ излучение, а также часть видимого излучения, то все элементы оптики изготавливаются из кварца. Метод обладает высокой чувствительностью позволяющей регистрировать вещества 10-7 моль/л. В связи с этим предъявляются высокие требования к чистоте растворителя и использованных кювет. В качестве растворителей УФ спектроскопии используются циклогексан, почищенный специальным образом – прозрачный до 200 нм; этиловый спирт – прозрачный до 210 нм или гексан – прозрачный до 220 нм.