2. Спектральні (оптичні) методи аналізу

Велика група методів, пов’язаних зі взаємодією електромагнітних коливань з речовиною. Як відомо, електромагнітні коливання мають подвійну природу - хвильову та корпускулярну. З точки зору хвильової теорії електромагнітні коливання характеризуються довжиною хвилі (λ) і частотою (ν), які пов’язані співвідношенням:

, (2.1)

де с - швидкість розповсюдження електромагнітного випромінювання (с=3∙10⁸ м/с).

Явища, зумовлені хвильовою природою, лежать в основі оптичних методів аналізу. Ці явища спостерігаються у випадку взаємодії електромагнітних коливань зі всією речовиною. Залежно від явищ, що дають аналітичний сигнал, є різні методи (табл. 2.1).

Оптичні методи аналізу

Таблиця 2.1

Явища	Назва методу
Розсіювання світла завислими в розчині частинками	Нефелометрія
Зменшення інтенсивності світла, що пройшло через розчин із завислими частинками	Турбідиметрія
Заломлення світла на межі розділу двох прозорих однорідних середовищ	Рефрактометрія
Відбиття світла від поверхні твердого зразка	Спектроскопія дифузного відбиття
Дифракція (оминання перешкоди світловою хвилею)	Дифракційні методи
Інтерференція (явища посилення чи послаблення під час накладання когерентних світлових хвиль)	Інтерферометрія
Поляризація світла (коливання світлових хвиль відбуваються тільки в одній площині)	Поляриметрія

Явища, зумовлені корпускулярною природою електромагнітних коливань, спостерігаються під час їх взаємодії з окремими атомами чи молекулами. Вони лежать в основі спектроскопічних методів аналізу, у яких фіксується поглинання чи випромінювання електромагнітних коливань.

Згідно корпускулярної теорії електромагнітне випромінювання характеризується певною енергією фотона (Е), зв’язок якої з хвильовими характеристиками електромагнітних коливань дає формула Планка:

, (2.2)

де h - постійна Планка (6,62∙10^-34 Дж∙с).

Поглинання електромагнітних коливань атомами і молекулами лежить в основі методів абсорбційної спектроскопії.

Під час проходження електромагнітних коливань оптичного діапазону (світла) через шар речовини частина їх поглинається, і атоми чи молекули переходять у збуджений стан. Якщо світло поглинають атоми метод називаєтьсяатомно-абсорбційнною спектроскопією.

Поглинання світла молекулами називаєтьсямолекулярною абсорбцією і лежить в основі методів молекулярно-абсорбційної спектроскопії: фотоколориметрії, спектрофотометрії.

Випромінювання світла атомами і молекулами може бути спонтанним (самочинним) або вимушеним.

Спонтанне випромінювання (емісія) використовується в методах емісійної спектроскопії. Емісія виникає за рахунок переходу термічно збуджених частинок в основний стан з виділенням кванта світла: .

Спонтанне випромінювання світла атомами (атомна емісія) лежить в основі методів атомно-емісійної спектроскопії, зокрема, фотометрії полум’я.

Вимушене випромінювання (люмінесценція) використовується у методах люмінесцентної спектроскопії. Люмінесценція виникає в результаті переходу частинок, збуджених зовнішнім джерелом енергії (не термічно), в основний стан з виділенням кванта світла: .