9. Методы анализа вещества

Закон Бугера-Ламберта-Бера

Закон Бугера-Ламберта-Бера определяет ослабление параллельного монохроматического пучка света при распространении его в поглощающей среде:

или

где I0 и I – интенсивность светового потока, попадающего на раствор (I0) и прошедшего через раствор

(I);

C– концентрация вещества в растворе, г-моль/л; l – толщина поглощающего слоя, см.

D- интенсивность поглощения (оптическая плотность ) зависит от природы вещества и используется для количественного анализа вещества;

ε – коэффициент светопоглощения (постоянен для данного окрашенного вещества), используется при качественном анализе вещества.

Закон справедлив для монохроматического света. Закон позволяет определять концентрацию вещества

Зависимости оптической плотности от концентрации вещества (С) и толщины

поглощающего слоя (b).

11

Рефрактометрия

.

Рефрактометрия - метод анализа веществ, основанный на определении показателя (коэффициента) преломления (рефракции).

Величина показателя преломления: жидкостей 1,2-1,9; твердых веществ 1,3-4,0.

Методы рефрактометрии:

1)методы прямого измерения углов преломления света;

2)методы, в которых используется явление полного внутреннего отражения света;

3)интерференционные методы ;

Иммерсионный метод:

Прозрачный кристалл помещают в различные жидкости с разными показателями преломления до исчезновения границы раздела двух сред (показатель преломления кристалла равен показателю преломления той жидкости где он исчез).

Термоиммерсионный метод (сущность: при повышении температуры показатели преломления всех веществ изменяются)

Прозрачный кристалл помещают в жидкость и нагревают ее до исчезновения границы раздела двух сред (показатель преломления кристалла равен показателю преломления той жидкости при данной температуре).

12

Принцип действия интерференционного рефрактометра

Луч света разделяют так, чтобы две его части прошли через кюветы длиной l, заполненные веществами с различными показателями преломления.

На выходе из кювет лучи приобретают разность хода.

Лучи сводятся вместе и дают на экране картину интерференционных максимумов и минимумов с k порядками (схематически показана справа).

13

Рамановская спектроскопия

При пропускании монохроматического излучения (видимого, ближнего УФ или ближнего ИК) через вещество происходит рассеяние двух видов :

1)упругое (релеевское) рассеяние - без изменения частоты.

2)неупругое (комбинационное или рамановское) - с измерением частоты.

Рассеянное излучение пропускается через светофильтр, отделяющий слабое (0,001% интенсивности) рамановское излучение от более интенсивного (99,999%) релеевского.

Рамановское излучение усиливается и направляется на детектор, который фиксирует его частоту.

Число и расположение появившихся линий определяется молекулярным строением вещества.

КР-спектры очень чувствительны к природе химических связей – как в органических молекулах и полимерных материалах

КР-спектры органических материалов в основном состоят из линий, отвечающих деформационным и валентным колебаниям химических связей С с Н, O и N, а также характеристическим колебаниям различных функциональных групп (гидроксильной -OH, аминогруппы -NH2 и т.д.): от 600 см-1 (валентные колебания одинарных С-С связей); до 3600 см-1 (колебания гидроксильной -OH группы).

КР-спектры двухатомных газов состоят из линий, отвечающих вращательным и колебательновращательным переходам.

14

Принцип работы рамановского спектрометра

15

Инфракрасная спектроскопия

Инфракрасные спектры возникают в результате колебательного (отчасти вращательного) движения молекул.

Инфракрасный спектрометр – прибор позволяющий получать ИК-спектры поглощения, пропускания или (с приставкой) спектра отражения веществ.

По ИК-спектрам поглощения можно установить строение молекул различных органических и неорганических веществ с относительно короткими молекулами: антибиотиков, ферментов, алкалоидов, полимеров, комплексных соединений и др.

По числу и положению пиков в ИК спектрах поглощения можно судить о природе вещества (качественный анализ), а по интенсивности полос поглощения

— о количестве вещества (количественный анализ).

Рентгенофлуоресцентная спектрометрия

Сущность метода.

Пробу облучают рентгеновскими излучением с энергией: для лёгких элементов до 10 кэВ, для средних 20-30 кэВ, для тяжелых — 40-50 кэВ.

В результате фотоэффекта рентгеновские кванты поглощается, а электроны, получившие дополнительную энергию, покидают атом.

Их место занимают электроны с более высоколежащих уровней. Разность энергии между этими уровнями определяет появление характеристического рентгеновского излучения.

Длина волны характеристического излучения специфична (характерна) для каждого химического элемента, а интенсивность излучения определяет концентрацию.

17

Рентгенофлуоресцентные приборы

18

Масс-спектрометрия

Масс-спектрометр – устройство для разделения потока ионов в газовой фазе в соответствии с соотношением массы к заряду m/z.

В неорганической и органической масс-спектрометрии используются один тип масс-спектрометров.

Все отличие в массе определяемых ионов:

•менее 300 а.е.м (неорганическая масс спектрометрия)

•более 300 а.е.м. (органическая масс спектрометрия).

Принципиальная схема масс-спектрометра

19

Принцип работы масс-спектрометра

Проба исследуемого вещества подается в вакуумную камеру, где ионизируется.

Ионизированный газ проходит через мощное постоянное магнитное поле, которое отклоняет траекторию движения ионизированных частиц газа в зависимости от отношения массы к заряду.

Потоки ионизированных частиц регистрируются на приемной поверхности вакуумной камеры.

По показаниям счетчиков определяют процентное соотношение того или иного компонента.

20