ФХМА (sol2019) / Лекции / Основы спектроскопии, спектрофотометрия, люминесценция

«ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА»

«ОСНОВЫ МЕТОДОВ СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА»

Спектрофотометрия

к.х.н. Соловов Роман Дмитриевич

Литература

		Аналитическая		Аналитическая		Основы		Аналитическая
		химия,		химия и физико-		аналитической		химия,
		Г. Кристиан,		химические		химии,		В. П. Васильев,
		в 2 томах		методы анализа,		под ред.		в 2 томах
				под ред.		Ю. А. Золотова,
				А. А. Ищенко,		в 2 томах
				в 2 томах

Истоки спектрального анализа

3

1859 ‒ 1862 года,

Г. Кирхгоф и Р. Бунзен:

«Каждый химический элемент имеет свой неповторимый линейчатый спектр.»

Роберт Вильгельм Бунзен

(1811 ‒ 1899)

Густав Роберт Кирхгоф

(1824 ‒ 1887)

Определения и термины

4

Спектроскопия – это наука об изучении различных спектров электромагнитного излучения (ЭМИ).

Спектр – распределение значения какой-либо физической величины

по энергиям, частотам или длинам волн ЭМИ.

Спектральный анализ – совокупность методов качественного и количественного определения состава веществ, основанных на изучении взаимодействия веществ с ЭМИ.

Определения и термины

5

Электромагнитное излучение – волна, являющаяся потоком возмущений векторов напряженности электрического ( ) и магнитного ( ) полей.

∆ = ∙ = ∙ = ∙ ∙

∆ − энергия	∆ =		эВ
− частота		=	Гц
− длина волны		=	нм
− волновое число		= −1	см

Области спектра ЭМИ

6

Область		Энергия, эВ			Частоты, Гц			Длины волн
γ-излучение		248·103		> 6· 1019				< 5· 10–3 нм
Рентгеновское излучение		120 – 248·103			3· 1016 – 6· 1019			10 нм – 5· 10–3 нм
					8· 1014 – 3· 1016
Ультрафиолет		3 – 120						380 нм – 10 нм
Видимое излучение		1.6 – 3			4· 1014 – 8· 1014			780 нм – 380 нм
Инфракрасное излучение		1.2·10–3 – 1.6			3· 1011 – 4· 1014			1 мм – 780 нм
Микроволновое излучение		1.2· 10–6 – 1.2· 10–3			3· 108 – 3· 1011			1 м – 1 мм
Радиоволны		< 1.2· 10–6			< 3· 108			> 1 м

Области спектра ЭМИ: часто используемые величины

7

Область	Используемая величина
γ-излучение	[keV]
Рентгеновское излучение	[нм] или (реже eV)
Ультрафиолет	[нм]
Видимое излучение	[нм]
Инфракрасное излучение	[см–1]
Микроволновое излучение	[Гц] (реже [мм], [см] и [м])
Радиоволны	[ТГц] (реже [м])

Области спектра ЭМИ

8

Область	Энергия, эВ	Частоты,	Длины
		Гц	волн
γ-излучение	248·103	> 6· 1019	< 5· 10–3
			нм
Рентгеновское	120 –	3· 1016 –	10 нм –
излучение	248·103	6· 1019	5· 10–3 нм
Ультрафиолет	3 – 120	8· 1014 –	380 нм –
		3· 1016	10 нм
Видимое	1.6 – 3	4· 1014 –	780 нм –
излучение		8· 1014	380 нм
Инфракрасное	1.2·10–3 –	3· 1011 –	1 мм –
излучение	1.6	4· 1014	780 нм
Микроволновое	1.2· 10–6 –	3· 108 –	1 м – 1 мм
излучение	1.2· 10–3	3· 1011
				Спектрофотометрия
Радиоволны	< 1.2· 10–6	< 3· 108	> 1 м

ЭМИ и процессы, «инициируемые» им

9

	Область спектра ЭМИ	Процессы
	γ-излучение	Полная ионизация атома + ядерные процессы
	Рентгеновское излучение	Частичная ионизация + возбуждение переходов электронов между
		внутренними энергетическими уровнями (близкими к ядру)
	Ультрафиолет	Возбуждение переходов электронов между
		внешними энергетическими уровнями
	Видимое излучение
		(возбуждение валентных электронов)
	Инфракрасное излучение	Возбуждение переходов между колебательными уровнями молекулы
	Микроволновое излучение	Возбуждение переходов между вращательными состояниями молекулы
	Радиоволны	Возбуждение переходов неспаренных электронов в магнитном поле +
		переориентацией магнитных моментов ядер (изменение спинов ядер)

Процессы в спектральных методах

10

Поглощение (абсорбция)

Испускание (эмиссия)

Люминесценция

Рассеяние

Преломление (рефракция)

Поляризация света