Классификация методов спектрометрии

В таблице 2 представлена общая классификация методов спектрометрии, которая дана по двум основным признакам – числу каналов и методам выделения λ в пространстве или времени.

Исторически первыми и наиболее распространёнными являются методы пространственного разделения λ (селективной фильтрации), которые называются «классическими» (группы 1 и 2).

В одноканальных спектрометрах (группа 1) исследуемый поток со спектром f(λ) посылается на спектрально-селективный фильтр, который выделяет из потока некоторые интервалы dλ в окрестности каждой λ’. Выделенные компоненты dλ посылаются на приёмник излучения, запись сигналов которого даёт функцию времени F(λ). Переход от аргумента t к аргументу λ даёт функцию F(λ) — наблюдаемый спектр.

В многоканальных спектрометрах (группа 2) происходит одновременная регистрация (без сканирования по λ) несколькими приёмниками потоков излучения разных длин волн (λ’, λ’’, λ’’’, ...). Если расстояние между каналами не превышает dλ и число каналов N велико, то получаемая информация аналогична содержащейся в записи спектра на сканирующем одноканальном приборе, но время измерения сокращается в N раз.

Принципиальной основой «новых» методов (группы 3 и 4), получивших развитие с середины 60-х гг., является селективная модуляция, при которой функция разделения λ переносится из оптической в электрическую часть прибора.

В одноканальном приборе 3 группы исследуемый поток со спектром f(λ) посылается на спектрально-селективный модулятор, способный модулировать некоторой частотой fo = const лишь интервал dλ в окрестности λ’, оставляя остальной поток немодулированным. Сканирование λ’(t) производится перестройкой модулятора таким образом, чтобы различные λ последовательно модулировались частотой fo. Значения полученной функции F(t) пропорциональны соответствующим интенсивностям в спектре f(λ).

Многоканальные приборы с селективной модуляцией (группа 4) одновременно принимают излучения от многих спектральных элементов dλ в кодированной форме одним приёмником. Это обеспечивается тем, что длины волн λ’, λ’’, λ’’’,... одновременно модулируются разными частотами f’, f’’, f’’’,... и суперпозиция соответствующих потоков в приёмнике излучения даёт сложный сигнал. При небольшом числе каналов компоненты f’, f’’, f’’’,... выделяются из сигнала с помощью электрических фильтров. По мере увеличения числа каналов гармонический анализ сигнала усложняется. В предельном случае интерференционной модуляции искомый спектр f(λ) можно получить Фурье-преобразованием регистрируемой интерферограммы.

Порядок проведения лабораторной работы.

Подготовка пробы.

Для того чтобы исследовать вещество методом ИК - спектроскопии, необходимо последовательно провести следующие виды работ: приготовление образца, регистрацию его спектра и расшифровку последнего. Все эти этапы исследования одинаково важны, и недооценка каждого из них приводит к серьезным ошибкам. Если опытный образец приготовлен неправильно или же взят в недостаточном количестве, то удовлетворительный спектр получить нельзя. Вот почему подбору методики приготовления образца в зависимости от объекта и целей исследования следует уделять серьезное внимание.

Методом ИК - спектроскопии особенно легко изучать газы, поскольку их концентрация легко регулируется путем изменения давления. Спектры газообразных веществ получают, используя в качестве кювет стеклянные или металлические трубки, к торцам которых прикреплены прозрачные для инфракрасных лучей окошки из КВг или NaCl.

Жидкое состояние неорганических веществ не так уж часто используется для получения ИК - спектров поглощения, поскольку лишь небольшое количество неорганических веществ находится при нормальных условиях в жидком агрегатном состоянии. ИК - спектры многих веществ были получены в органических растворах. Недостатком этого метода является то, что очень трудно подобрать такой раствор, чтобы исследуемое вещество в нем хорошо растворялось, и чтобы сам растворитель по возможности не имел собственных полос поглощения в получаемом диапазоне волновых чисел.

Например, при определении количественного содержания жидких углеводородов в промывочной жидкости в качестве растворителя чаще всего применяют четыреххлористыи углерод. Образец растирается до полной экстракции углеводородов. Полученным раствором заполняется жидкостная кювета, окна которой выполняются из прозрачного в исследуемой спектральной области вещества (КВг или Nad). Толщина кюветы регулируется прокладкой между окнами и зависит от концентрации исследуемого компонента в используемом растворителе.

Самыми распространенными способами подготовки образцов для получения ИК - спектров поглощения твердых веществ (в частности, минералов и других родственных объектов) является метод суспензии или взвеси, метод осадочных пленок и метод запрессовки исследуемого вещества с галогенидами щелочных металлов. Все эти методы предполагают сильное измельчение образца. Однако, для данной лабораторной работы будет использоваться метод запрессовки.

Сущность метода прессования заключается в следующем. Небольшое количество исследуемого твердого вещества тщательно измельчают в порошок с галогенидом щелочного метала (обычно КВг) в агатовой ступке, а затем полученная смесь спрессовывается в специальной прессформе в таблетки или диски в течение 3-5 минут под давлением порядка 10 - 12 т/см2. Прессование необходимо проводить в вакууме, так как недостаточное откачивание абсорбированного воздуха быстро сказывается: таблетка через короткий промежуток времени мутнеет, даже если она хранится в сухой атмосфере. В этой методике не требуется таких больших усилий от спектроскописта, как при приготовлении исследуемых образцов в виде суспензии а масле. Полученная таблетка крепится в специальном держателе, помещается в основной пучок излучения спектрофотометра, где и происходит регистрация ИК - спектра поглощения обычным способом.

Большим преимуществом данного метода является также и то, что в ИК – спектре исследуемого вещества отсутствуют паразитные полосы поглощения растворителя, так кик сам бромистый калий не имеет собственных полос поглощения в спектральной области от 2 до 25 мкм. Светорассеяние получаемых таблеток находится в допустимых пределах. Кроме того, таблетки имеют перед взвесями то неоспоримое преимущество, что в них и концентрация и толщина слоя легко могут быть определены. Следовательно, их можно использовать для количественных определений.

Метод таблетирования получил самое широкое распространение при получении ИК - спектров поглощения минералов и других родственных объектов. Спектры, как правило, получаются очень хорошего качества. Однако при работе по этому методу не следует забывать о том, что бромистый калий является весьма гигроскопичным материалом. Он может довольно сильно адсорбировать из окружающей среды пары воды, которые будут давать на спектрограммах дополнительные полосы поглощения, что, безусловно, создаст определенные трудности при расшифровке ИК - спектров исследуемых веществ.

Для получения таблетки в лаборатории необходимо следующее:

Взять исследуемый образец, растереть его в ступке до порошкообразного состояния (в случае высокой твердости образца следует первоначально его расколоть на небольшие кусочки и растереть его с помощью лабораторной мельницы).

Взять порошкообразный KBr и взвесить его на лабораторных весах с учетом листа бумаги на котором происходило взвешивание.

Получить смесь из KBr и исследуемого вещества в пропорции 9:1.

Получившуюся смесь равномерно распределить внутри формы таблетки и поставить под пресс.

При нажатие на пресс необходимо учитывать усилие и продолжительность прессования таблетки.

Аккуратно вытащить таблетку из пресса и установить в кювету прибора.