4.3 Блок-схема спектрометра мом-2000

Блок-схема спектрометра МОМ-2000 представлена на рисунке 4.4.

Рисунок 4.4 – Блок-схема спектрометра МОМ-2000:

1 – источник ИК-излучения (штифты Глобара и Нернста); 2,2´ – кюветы с раствором и растворителем; 3 – светокомпенсатор; 4 – входная щель; 5 – зеркальный объектив-коллиматор; 6 – диспергирующая призма из галоидных солей щелочных и щелочноземельных металлов; 7 – зеркало Литтрова; 8 – выходная щель; 9 – приемник излучения – термоэлемент; 10 – фокусирующее зеркало; 11 – перо самописца, соединенное со светокомпенсатором; 12 – барабан с бланком, связанный с зеркалом Литтрова

4.4 Порядок включения и записи спектров на спектрометре мом-2000

1. Включить последовательно тумблеры mains, и operation с правой боковой стороны прибора.

2. Закрепить на барабане бланк для записи спектра, при этом ручка рода работы должна быть в положении stop.

3. Установить ручку energy на значение «2,5».

4. Установить положение барабана на «500 см^-1».

5. Опустить перо самописца.

6. Повернуть ручку рода работы в положение «5» или «15 мин».

7. После записи спектра переключить ручку рода работы на stop и снять бланк.

8. Выключить тумблеры operation и mains. Закрыть крышку самописца.

Лабораторная работа № 14 идентификация органических соединений методом инфракрасной спектроскопии

Цель работы:

определение структуры молекулы анализируемого вещества по ИК-спектру.

Выполнение работы:

1) Работа проводится на спектрометре МОМ-2000. Прибор включает лаборант за 10-15 мин до начала работы.

2) Анализируемый раствор или пленку полимера подготавливает лаборант.

3) В присутствии лаборанта записывают демонстрационный ИК- спектр.

4) Определяют структуру анализируемых веществ по полученным у лаборанта «упрощенным» ИК-спектрам. Перерисовывают спектры в отчет, отмечают значения волновых чисел всех полос поглощения, расшифровывают спектры, пользуясь таблицами 4.1-4.3. Изображают структурную формулу анализируемого вещества

5) Оформляют отчет по лабораторной работе.

Вопросы к отчету по работе

1. Идентификация органических соединений методом ИКС. Нормальные колебания атомов в молекулах. Виды колебаний, расчет частот колебаний атомов.

2. Механизм поглощения ИК-лучей веществом. Запись ИК-спек-тров на спектрофотометре. Устройство спектрофотометра МОМ-2000, особенности солевой оптики.

3. Характерные особенности ИК-спектров. Расшифровка ИК-спектров. Область волновых чисел, указывающая на замещение в бензольном кольце.

4. Источники и приемники ИК-излучения, требования к ним.

5. Определение числа заместителей в производных бензола по закону Ламберта-Бугера-Бера (качественный групповой анализ).

5 Пламенная фотометрия

5.1 Теоретические основы

Метод пламенной фотометрии является одним их видов эмиссионной спектроскопии. Он основан на измерении интенсивности излучения, испускаемом анализируемыми элементами в пламени. Чувствительность метода определяется температурой пламени и условиями возбуждения атомов. В качестве источников возбуждения атомов используется пламя различных типов. Средняя температура некоторых наиболее широко распространенных видов источников возбуждения приведена в таблице 5.1.

Таблица 5.1 - Основные источники возбуждения атомов

Источник возбуждения	Горючий газ	Окислитель	Температура, К
Пламя	Пропан-бутан	Воздух	1700
	Ацетилен	Воздух	2250
	Ацетилен	Кислород	3050
	Ацетилен	Закись азота	2950
Вольтовая дуга	-	-	11000
Конденсированная искра	-	-	11000
Лазерное излучение	-	-	15000

Вследствие невысокой температуры пламени горючих смесей, их эмиссионные спектры состоят их небольшого числа спектральных линий и имеют низкие потенциала возбуждения. Это позволяет использовать при анализе фотометры, снабженные интерференционными светофильтрами.

Атомные спектральные линии в пламени излучают щелочные и щелочноземельные металлы, галлий, кадмий, хром, марганец, никель, кобальт, медь, серебро и другие элементы. В настоящее время методом пламенной фотометрии можно определять до 40 элементов.

Набор частот, соответствующий спектру каждого элемента, определяется структурой внешней оболочки атома и, следовательно, положением элемента в таблице Менделеева. Вследствие этого не может быть случаев полного совпадения эмиссионных спектров различных веществ.

Качественный анализ анализируемых веществ основан на наличии в спектре излучения характеристических линий, присущих данному элементу. В пламенной фотометрии качественный анализ проводится с использованием набора светофильтров.

В основе количественного анализа лежит прямо пропорциональная зависимость интенсивности спектральных линий от числа возбужденных частиц, и, следовательно, от концентрации определяемого элемента при постоянных температуре и условиях атомизации. Эта зависимость выражается уравнением Ломакина:

, (5.1)

где I – интенсивность спектральной линии; с – концентрация элемента в пробе; a – коэффициент, зависящий от режима работы источника возбуждения; b – коэффициент самопоглощения.

Определяемые элементы поступают в пламя в виде аэрозоля, полученного при распылении анализируемых растворов воздухом в распылительной камере.

В пламени протекает ряд следующих процессов:

1. Растворитель испаряется или сгорает, а в пламени остаются мельчайшие частицы твердого образца;

2. Твердые вещества переходят в газообразное состояние (превращаются в пар), то есть образуется атомный пар;

3. Возбуждение атомов под действием энергии пламени. Возбуждение газообразных атомов связано с переходом одного из электронов в более высокое энергетическое состояние;

В условиях термодинамического равновесия доля возбужденных атомов определяется уравнением Больцмана:

, (5.2)

где N* – количество возбужденных атомов в пламени; N₀ – общее количество атомов в пламени; ΔE – потенциал возбуждения, Дж; k – постоянная Больцмана (k=1,380662 10^-22 Дж К); T – абсолютная температура, К.

Согласно уравнению Больцмана, только небольшая часть газообразных атомов переходит в возбужденное состояние и доля возбужденных атомов быстро снижается при возрастании потенциала возбуждения элементов. Например, при одинаковой температуре доля возбужденных атомов натрия в 10⁷ раз превышает долю возбужденных атомов цинка. Вследствие этого для определения цинка требуется более высокая температура. При повышении температуры число возбужденных атомов увеличивается.

4. Излучение света возбужденными атомами: при возвращении электрона из возбужденного состояния на более низкий энергетический уровень или в основное состояние испускается ультрафиолетовое или видимое излучение. Интенсивность и частота излучения зависят от природы, концентрации анализируемого элемента в растворе. Частота испускаемого излучения зависит от разности энергий двух состояний атома:

, (5.3)

где E₂ – энергия более высокого возбужденного состояния, Дж; Е₁ – энергия более низкого возбужденного или основного состояния, Дж; h – постоянная Планка; ν – частота испускаемого ультрафиолетового или видимого света, Гц; с – скорость света, м/с; λ – длина волны излучаемого света, м.