2. Діапазон частот для різних спектроскопічних методів.

Електронна спектроскопія: видима і УФ (10^-4 – 10^-6).

ІЧ: дальня та ближня ІЧ (10^-1 – 10^-4).

Рентгеноструктурний аналіз (10^-2 – 10² нм), гама-резонансна спектроскопія: рентгенівські промені і гама-промені (λ<10^-6 см).

Обертальна спектроскопія: мікрохвильові частоти (70 – 10^-1).

ЯМР і ЕПР: радіочастоти (> 70).

Коливальна: 3*10¹¹ – 10¹⁴ Гц).

3. Пряма та обернена спектральні задачі. Характеристичний час фізичних методів дослідження.

Визначення зміни випромінювання, поля чи потоку частинок після взаємодії з речовиною, що має певну сукупність фізичних властивостей, називають прямою задачею фізичного методу.

Однак зазвичай більш важливим є вирішення оберненої задачі – визначення фізичних властивостей речовини або параметрів молекули на основі вказаних змін, тобто даних експерименту, отриманих фізичним методом. Саме з цієї точки зору характеризують можливості методу, його чутливість, точність, доступність, практичність.

Характеристичний час.

Акт взаємодії випромінювання чи потоку частинок з речовиною відбувається за певний проміжок часу. Якщо система, що вивчається, за цей проміжок часу зазнає змін, то результат взаємодії усереднюється по декільком станам системи. Наприклад, установлено, що PF₅ має тригонально-біпірамідальну конфігурацію зв’язків, з різницею екваторіальних і аксіальних зв’язків в 5*10^-3 нм. Однак при вивченні спектра ЯМР PF₅ для ядер ¹⁹F спостерігається синглетний сигнал, тобто υ(F_a) = υ(F_e). Це пояснюється тим, що в ЯМР час взаємодії радіовипромінювання з ядерним магнітним моментом фтора значно більше, ніж час зміни конформації молекули PF_5. Звідси очевидна необхідність введення поняття характеристичного часу фіз..методу, яке можна спів ставити з середнім часом життя тих чи інших форм і станів систем, що вивчаються.

Формування цього поняття випливає з принципу невизначеності Гейзенберга. Дійсно, якщо ∆Е і ∆t – інтервали енергії (наприклад, різниця енергій 2 станів системи) і часу, що вимірюються, то:

Враховуючи, що ∆Е = hυ, де υ – частота переходу чи випромінювання, що взаємодіє з системою, маємо:

Таким чином, характеристичний час методу можна визначити як величину, обернено пропорційну частоті (в Гц) квантових переходів системи, які можуть цим фізичним методом досліджуватись.

Так, наприклад, при повільному обміні протонів в системах сигнали ПМР протонів Н_А і Н_В повністю розділяються ( ). Якщо обмін стає швидким ( ), то різні положення протонів неможливо розділити в спектрі ПМР: піки зливаються. Однак з цим справиться метод ІЧ та УФ.

4. Значення фізичних методів для теорії і практики хімії, сучасний стан в даній галузі та перспективи її розвитку.

Використання фізичних методів дозволяє досліджувати основні питання теорії хімічної будови, такі як послідовність і кратність хімічних зв’язків, структурна, оптична і конформаційно ізомерія, координаційне число атомів, взаємний вплив атомів у молекулі, внутрішнє обертання молекули, енергетичні, електричні та інші молекулярні характеристики, проміжні продукти і механізми реакцій, структура конденсованих фаз.

Переваги фізичних методів:

• простота пробопідготовки (у більшості випадків) і якісного аналізу проб,

• велика універсальність в порівнянні з хімічними і фізико-хімічними методами (в т.ч. можливість аналізу багатокомпонентних сумішей),

• широкий динамичний діапазон (тобто можливість визначення основних, домішкових і слідових складових),

• часто низькі межі виявлення як по концентрації (до 10^-8% без використання концентрування), так і за масою (10^-10 -10^-20 г), що дозволяє витрачати гранично малі кількості проби, а іноді проводити неруйнівний аналіз.

Багато які фізичні методи аналізу дозволяють виконувати як валовий, так і локальний і пошаровий аналіз з просторовим розширенням аж до моноатомного рівня. Фізичні методи аналізу зручні для автоматизації.

Важливою тенденцією у розвитку методів є їх комплексне використання в цілях ідентифікації речовин і встановлення їх хімічної будови. Найбільш широко для цього застосовують чотири методи: ІЧ, УФ, ЯМР спектроскопію та мас-спектроскопію. Для повного вирішення задачі встановлення хімічної будови молекул потрібні дані більшої кількості методів.

Інтеграція різних методів збільшує їх можливості у визначенні певних фізичних параметрів.

Використання досягнень фізики в аналітичній хімії призводить до створення нових методів аналізу. Так, в кін. 80-х рр.. з'явилися мас-спектрометрія з індуктивно зв'язаною плазмою, ядерний мікрозонд (метод, заснований на реєстрації рентгенівського випромінювання, збудженого при бомбардуванні досліджуваного зразка пучком прискорених іонів, звичайно протонів). Розширюються галузі застосування фізичних методів аналізу природних об'єктів і технічних матеріалів. Новий поштовх їх розвитку дасть перехід від розробки теоретичних основ окремих методів до створення загальної теорії фізичних методів аналізу. Мета таких досліджень - виявлення фізичних факторів, що забезпечують всі зв'язки в процесі аналізу. Знаходження точного взаємозв'язку аналітичного сигналу з вмістом визначуваного компонента відкриває шлях до створення "абсолютних" методів аналізу, що не вимагають зразків порівняння. Створення загальної теорії полегшить зіставлення фізичних методів аналізу між собою, правильний вибір методу для вирішення конкретних аналітичних завдань, оптимізацію умов аналізу.

Розвиток сучасної техніки, експериментальної і теоретичної фізики веде до підвищення чутливості, розширення чутливості певних методів. Та однією з найважливіших проблем завжди залишається оптимальний вибір методу чи групи методів із врахуванням не тільки їх можливостей, але і доступності та економічності.