Билет 14

ИК-спектрометрия. Особенности конструкции ИК-спектрометров в сравнении со спектрофотометрами.

Методы, основанные на взаимодействии вещества с излучением ИК-области спектра, являются абсорбционными, основанными на явлении поглощения излучения. Эмиссионные методы в этой области спектра обычно не используют ввиду трудностей получения и регистрации спектров испускания.

Аппаратура для ИК-спектроскопии

Принципиальная схема обычного ИК-спектрометра не отличается от общей схемы оптического спектрометра.

ИК-спектрометр работает по двухлучевой схеме: два параллельных световых потока пропускают через кювету с анализируемым образцом и кювету сравнения. Это позволяет уменьшить погрешности, связанные с рассеянием, отражением и поглощением света материалом кюветы и растворителем.

Типичная схема ИК-спектрометра с волновой дисперсией показана на рис. 1. Свет, испускаемый источником, делится на два потока, один из которых проходит через измерительную кювету, а другой через кювету сравнения. Затем оба потока падают на зеркало, вращающееся с определенной частотой (порядка 5 Гц). Вращающееся зеркало разделено на четыре равных (90⁰) сектора, два из которых прозрачные, а два других отражающие. Таким образом, световые потоки поочередно попадают на монохроматор.

Световой луч отражается зеркалом Литтрова и дважды проходит через призму. Затем он с помощью системы зеркал направляется на выходную щель монохроматора. Сканирование спектра осуществляется при помощи поворота зеркала Литтрова или призмы.

В качестве детектора в приборе, схематически изображенном на рис. 1, применяется высокочувствительная термопара. Электрическая схема усилителя собрана так, чтобы при одинаковых интенсивностях измеряемого светового потока и потока сравнения результирующий ток был нулевым. При поглощении света в измеряемой кювете интенсивность соответствующего светового потока уменьшается. Это вызывает появление в цепи электрического тока, который (после усиления) приводит в действие мотор. Мотор перемещает клин-ослабитель, вдвигая его в световой поток сравнения настолько, чтобы снова выравнять интенсивности обоих сигналов. Таким образом. положение клина характеризует степень поглощения света. Одновременно информация о положении клина подается на регистрирующее устройство (самописец, компьютер). Данные о текущей длине волны определяются положением зеркала Литтрова.

Источники излучения

В качестве источников излучения в ИК-области используют раскаленные твердые тела. Наиболее распространенные источники ИК-излучения — штифты Нернста, изготовленные из оксидов иттрия и циркония, и глобары из карбида кремния. Для дальней ИК-области необходимо использовать специальные источники излучения.

Отделение для проб

В ИК-спектроскопии пробоподготовка часто более трудоемка, чем в спектроскопии видимого диапазона (где пробу просто растворяют в воде и помещают в стеклянную кювету). Для газообразных проб используют специальные вакуумированные кюветы толщиной от нескольких миллиметров до многих метров. Однако значительно чаще исследуют жидкости или растворы, причем любой органический растворитель, используемый в ИК-спектроскопии, следует тщательно избавить от следов воды.

Монохроматоры В ИК-спектроскопии в качестве монохроматоров можно применять как призмы, так и дифракционные решетки.

Детекторы В качестве детекторов (приемников) инфракрасного излучения используют термические детекторы - термопары и болометры. Термопара (термоэлемент) преобразует энергию ИК-излучения в тепловую, а затем электрическую. Возникающую в результате этого процесса разность потенциалов регистрируют обычным способом.

Общей проблемой измерения интенсивности ИК-излучения является наличие значительного теплового шума окружающей среды при относительно небольшом полезном сигнале. Детекторы ИК-излучения следует как можно лучше изолировать от окружающей среды. Кроме того, используют модуляцию полезного сигнала с помощью прерывателя, чтобы выделить его из теплового шума.