3. Оптическая спектроскопия

3.1. Основные понятия и законы, особенности методики, используемое оборудование

Спектроскопия (от лат. spectrum – представление, образ, и греч. skopéo – наблюдение) находит широчайшее применение в научной и практической деятельности. В аналитических целях она используется для идентификации химических соединений и для определения концентрации веществ в растворах или смесях. Применение оптической спектроскопии к задачам физической химии позволяет изучать строение и энергетические свойства молекул, исследовать равновесия, в том числе кислотно-оснóвные, кинетику химических реакций и т. д. Объектами спектроскопических исследований могут являться вещества в любых агрегатных состояниях.

Поглощение кванта электромагнитной энергии приводит к тому, что система (атом, молекула, ион, радикал и т. д.) пере-ходит из основного состояния в возбуждённое. Величина кванта поглощённой энергии определяется разностью энергий конечного и начального состояний системы:

Излучение можно характеризовать как энергией (кДж/моль) и интенсивностью (Вт/м²), так и чисто волновыми параметрами: длиной волны  (нм), частотой  (Гц), волновым числом  (см^–1). Классификация областей электромагнитного излучения в зависимости от его спектральных характеристик приведена в табл. 3.1.

Таблица 3.1

Классификация областей электромагнитного спектра

Область спектра	Спектральные характеристики
	, нм	, см^–1
Вакуумный ультрафиолет	10200	5·10^410^6
Ультрафиолет	200400	2,5·10^4–5·10^4
Видимая	400750	1,3·10^42,5·10^4
Ближняя инфракрасная	750–2,5·10^4	4001,3·10^4
Далекая инфракрасная	2,5·10^4–10^6	10400

Способность вещества поглощать свет от внешнего источника обычно характеризуется оптической плотностью. В англо-язычной литературе оптическая плотность обозначается символом А, в русскоязычной – символом D. По определению, оптическая плотность есть мера непрозрачности вещества, равная десятичному логарифму отношения интенсивности излучения, падающего на слой вещества (I₀), к интенсивности излучения, прошедшего через вещество (I):

Зависимость D от длины волны или волнового числа называется спектром поглощения данного вещества. После прохождения через вещество белого света его спектральный состав изменяется, что воспринимается глазом как окраска образца (табл. 3.2).

Таблица 3.2

Соответствие  поглощаемого света и окраски вещества

Интервал  поглощаемого света, нм	Цвет поглощаемого света	Цвет прошедшего света
400–440	Фиолетовый	Жёлто-зелёный
440–480	Синий	Жёлтый
480–490	Зеленовато-голубой	Оранжевый
490–500	Голубовато-зелёный	Красный
500–560	Зелёный	Пурпурный
560–580	Жёлто-зелёный	Фиолетовый
580–595	Жёлтый	Синий
595–610	Оранжевый	Зеленовато-голубой
610–680	Красный	Голубовато-зелёный
680–750	Пурпурный	Зелёный