Приглашаем посетить сайт

Спорт (www.sport-data.ru)

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах
СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ

В начало энциклопедии

По первой букве
A-Z А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ

СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ - совокупность методов определения элементногои молекулярного состава и строения веществ по их спектрам. С помощью С. <а. определяют как осн. компоненты, составляющие 50- 60% вещества анализируемыхобъектов, так и незначит. примеси в них (до Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗи менее). С. а. - наиб. распространённый аналитич. метод, св. 20- 30% всеханализов выполняется с помощью этого метода, в т. ч. контроль состава сплавовв металлургии, автомоб. и авиац. пром-сти, технологии переработки руд, <анализ экологич. объектов и материалов высокой чистоты, хим., биол. и мед. <исследования. Особо важное значение С. а. имеет при поисках полезных ископаемых.

Основа С. а.- спектроскопия атомов и молекул; его классифицируютпо целям анализа и типам спектров. В атомном С. а. (АСА) определяют элементныйсостав образцов по атомным (ионным) спектрам испускания и поглощения; вмолекулярном С. а. (МСА) - молекулярный состав вещества по молекулярнымспектрам поглощения, испускания, отражения, люминесценции и комбинационногорассеяния света. Эмиссионный С. а. проводят по спектрам испусканиявозбуждённых атомов, ионов и молекул. Абсорбционный С. а. осуществляютпо спектрам поглощения анализируемых объектов. В С. а. часто сочетают неск. <спектральных методов, а также применяют др. аналитич. методы, что расширяетвозможности анализа. Для получения спектров используют разл. типы спектральныхприборов в зависимости от целей и условий анализа. Обработка эксперим. <данных может производиться на ЭВМ, встроенных в спектральный прибор.

Атомный спектральный анализ Различают два осн. варианта атомногоС. а.- атомно-эмиссионный (АЭСА) и атомно-абсорбционный (ААА).

Атомно-эмиссионный спектральный анализ основан на зависимости 1 =f(с) интенсивности 1 спектральной линии испускания (эмиссии)определяемого элемента х от его концентрации в анализируемом объекте:

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ

где Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ -вероятность квантового перехода из состояния q в состояние р,nq - концентрация атомов, находящихся в состоянии q висточнике излучения (исследуемом веществе),Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ- частота квантового перехода. Если в зоне излучения выполняется локальноетермодинамическое равновесие, концентрация электронов п e14-1015 и их распределение по скоростям максвелловское, <то

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ

где n а - концентрация невозбуждённых атомов определяемогоэлемента в области излучения, gq - статистический вес состояния q,Z - статистическая сумма по состояниям q, причём Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ - энергиявозбуждения уровня q. Т. о., искомая концентрация n а- ф-ция темп-ры, к-рая практически не может строго контролироваться. Поэтомуобычно измеряют интенсивность аналитич. линии относительно нек-рого внутр. <стандарта, присутствующего в анализируемом объекте в известной концентрацииn ст. Если стандартная линия близка к аналитической, то Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ(K - постоянная величина). Эта зависимость используется в С. а. в тех случаях, <когда отсутствует самообращение используемых линий.

В АЭСА применяются в осн. спектральные приборы с фоторегистрацией(спектрографы) и фотоэлектрич. регистрацией (квантометры). Излучение исследуемогообразца направляется на входную щель прибора с помощью системы линз, попадаетна диспергирующее устройство (призма или дифракц. решётка) и после монохроматизациифокусируется системой линз в фокальной плоскости, где располагается фотопластинкаили система выходных щелей (квантометр), за к-рыми установлены фотоэлементыили фотоумножители. При фоторегистрации интенсивности линий определяютпо плотности почернения S, измеряемой микрофотометром:

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ

где р - т. н. константа Шварцшильда,Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ- фактор контрастности; t - время экспозиции.

В АЭСА исследуемое вещество должно находиться в состоянии атомного газа. <Обычно атомизация и возбуждение атомов осуществляются одновременно - висточниках света. Для анализа металлов, сплавов и др. проводников чащевсего используют дуговой разряд или искровой разряд, гдев качестве электродов служат сами анализируемые пробы. Дуговой разряд применяетсяи для анализа непроводящих веществ. В этом случае порошкообразную пробупомещают в углубление в графитовом электроде (метод испарения) или с помощьюразл. устройств вводят порошок в плазму дугового разряда между горизонтальнорасположенными графитовыми электродами. Применяется также введение порошкообразныхпроб в дуговые плазмотроны.

При АЭСА растворов в качестве источников возбуждающего света применяютпламя горючих газов (смеси ацетилен - кислород, ацетилен - закись азотаи др.). В качестве источников света начали использовать также безэлектродныйразряд и особенно индуктивносвязанную плазму. Во всех случаях растворв виде аэрозоля потоком аргона вводят в зону возбуждения спектра (темп-ра2500-3000 К в пламенах и 6000- 10000 К в плазме разряда), где происходитвысушивание, испарение и атомизация аэрозоля.

Процесс атомизации в методах АЭСА обычно носит термич. характер, чтопозволяет сделать нек-рые обобщения. В реальных условиях, учитывающих кинетикупроцесса, для частиц, находящихся в зоне с темп-рой ТT кип(T кип - темп-pa кипения), зависимость кол-ва испарившихсячастиц от времени описывается ур-нием:

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ

где r - радиус частицы, D - коэф. диффузии,Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ -поверхностное натяжение раствора, р- давление насыщенных паров, М- мол. масса,Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ- плотность. Пользуясь этим ур-нием, можно найти кол-во вещества, испарившеесяза время t.

Если при этом молекула состоит из элементов п 1 и n2,то степень атомизации может быть рассчитана по ур-нию:

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ

где М 1 и M2 - ат. массы элементов п 1 и n2; Z1 и Z2 - статистич. <суммы по состояниям этих элементов, M МОЛ - мол. массаатомизирующейся молекулы, Z3 - статистич. сумма по еёсостояниям,Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ -энергия диссоциации молекулы. Такого типа расчёты позволяют найти концентрациюатомов определяемого элемента п а в ур-нии (2) и определитьеё связь с интенсивностью аналитич. линии. Необходимость учитывать взаимодействиеопределяемого элемента с окружающей средой, др. компонентами анализируемоговещества, ионизацию атомов определяемого элемента и др. эффекты значительноусложняет картину испарения и атомизации исследуемого вещества. С цельюоблегчения С. а. создаются спец. программы расчёта на ЭВМ достаточно сложныхреакций в газовой и конденсированных фазах при заданных темп-ре и давлении.

В источниках излучения чаще всего не соблюдается термодинамич. равновесие, <поэтому эти расчёты могут использоваться лишь при выборе оптим. условийанализа. В АЭСА применяют эмпирич. метод, заключающийся в эксперим. построениианалитич. ф-ции Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗс помощью серии стандартных образцов анализируемого материала с заранееточно известными содержаниями определяемого элемента. Такие образцы либоизготовляют специально, либо заранее в неск. образцах устанавливают концентрациюэтого элемента точными методами. Измеряя затем аналитич. сигнал Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ, находят содержание определяемого элемента в пробе.

Структура и физ.-хим. свойства анализируемого и стандартного объектовмогут оказаться неадекватными (различны, напр., условия парообразованиястепени атомизации, условий возбуждения). Эти различия приходится учитыватьпри С. а. В таких случаях используют метод факторного статистич. планированияэксперимента. В результате экспериментов получают т. н. ур-ния регрессии, <учитывающие влияние на интенсивность аналитич. линий концентраций всехэлементов, составляющих пробу, и устанавливают концентрацию анализируемогоэлемента с помощью этих ур-ний. Совр. многоканальные квантометры позволяютодновременно измерять интенсивность большого числа спектральных линий. <На основе этих эксперим. данных с помощью ЭВМ можно решать довольно сложныеслучаи анализа, однако за счёт измерения неск. линий случайная погрешностьопределения С. возрастает.

Атомно-абсорбционный анализ (ААА) основан на зависимости аналитич. сигнала(абсорбционности)Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ (где Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ- интенсивности падающего и прошедшего сквозь образец света) от концентрации( Бугера- Ламберта - Берa закон):

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ

где kv - коэф. поглощения на частоте v, l - эфф. <длина светового пути в области поглощения, п - концентрация атомованализируемого элемента в парах.

Схема установки ААА включает: независимый источник излучения света счастотой v, равной частоте аналитич. линии определяемого элемента; атомизатор, <преобразующий пробу в атомарный пар; спектрофотометр. Свет, прошедший сквозьатомный пар, системой линз направляется на входную щель спектрофотометра, <интенсивность аналитич. спектральной линии Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗна выходе регистрируется фотоэлектрич. методом. Поскольку естественнаяширина спектральной линии, постоянна, зависит только от времени жизнивозбуждённого состояния и обычно пренебрежимо мала, разница контуров линиииспускания и поглощения определяется в осн. допплеровским Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗи лоренцевским Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗуширениями:

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ

(здесь р - давление, с - скорость света, т - атомная, М- молекулярная массы,Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ- эфф. сечение столкновений, приводящих к уширению, К - константа).Т. о., ширины контуров линий поглощения и испускания могут быть различнымив зависимости от давления, темп-ры и состава газовой фазы в источнике излученияи в поглощающей ячейке, что отразится на виде ф-ции Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗи может привести к неоднозначности результатов С. а. До нек-рой степениэто удаётся устранить достаточно сложными приёмами. В методе Уолша применяютлампы с полым катодом (ЛПК), к-рые излучают спектральные линии значительноболее узкие, чем линии поглощения атомов определяемых элементов в обычныхпоглощающих ячейках. В результате зависимость Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗв довольно широких пределах значений А (0 -0,3) оказывается простойлинейной ф-цией.

В качестве атомизатора в ААА используют разл. пламена на основе смесейводород - кислород, ацетилен - воздух, ацетилен - закись азота и др. Анализуподвергают аэрозоль раствора пробы, вдуваемый в горящее пламя. Последовательноизмеряют интенсивности Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗи I0 света, прошедшего сквозь пламя во время подачи аэрозоляи без его подачи. В совр. приборах измерение Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗавтоматизировано. В нек-рых случаях процессы испарения и последующей атомизациипробы из-за низкой темп-ры пламён ( Т ~3000 К) в газовой фазе происходятне полностью. Процессы испарения частиц аэрозоля и степень атомизации впламени сильно зависят также от состава пламени (соотношения горючего иокислителя), а также от состава раствора аэрозоля. Хорошую воспроизводимостьаналитич. сигнала (в лучших случаях Sr составляет 0,01-0,02)удаётся получать, применяя в качестве источников ЛПК, излучение к-рогообладает высокой стабильностью, и осуществляя процессы испарения и атомизациив пламени.

В ААА (как и в АЭСА) эмпирически строят зависимость Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗс помощью образцов, содержащих точно известные кол-ва определяемого элемента. <Если общий состав этих образцов идентичен анализируемым, то систематич. <погрешность может практически отсутствовать. В противном случае из-за указанныхвлияний на стадии испарения аэрозоля и атомизации возможны большие ошибкианализа. Существ. роль при этом играют и дисперсность аэрозоля и качествораспыляющего устройства.

ААА с пламенной атомизацией широко применяется в промышленности, медицине, <экологии и др. наиб. успешно производится определение щелочных, щёлочноземельныхметаллов, серебра, меди, железа, марганца.

Существуют разл. методы с непламённой атомизацией (напр., с использованиемдугового, искрового, в т. ч. СВЧ-, разрядов). Однако наиб. распространениеполучил метод с электротермич. атомизацией проб (ЭТА). В этом методе атомизаторпредставляет собой трубчатую графитовую печь сопротивления, нагреваемуюв атмосфере аргона электрич. током. Раствор пробы вводится сквозь отверстиена внутр. стенку печи или графитовую пластинку внутри печи, где проба высушивается, <проходит термообработку, и затем пары поступают в раскалённую полость печи. <При такой обработке пробы атомизация происходит полностью.

Свет от ЛПК направляется вдоль оси графитовой трубки, проходит сквозьатомные пары и попадает на входную щель спектрофотометра. Интенсивности I Х и I0 регистрируются фотоэлектрич. приёмником. Благодарябыстрому разогреву печи на стадии атомизации, импульсному поступлению паровв зону поглощения света и малому объёму этой области мгновенная концентрацияатомов значительно выше, чем при пламенной атомизации. Если при этом используетсямалоинерционная регистрация поглощения, то пределы обнаружения элементоврезко (на 4-5 порядков) улучшаются. Поэтому метод ААА с электротермич. <атомизацией особенно хорошо применять при определении микроколичеств. Так, <напр., кадмий, цинк, медь, серебро с помощью этого метода регистрируютсяв кол-вах ~10-13-10-14 г; при массе пробы 0,001-0,005г это составляет 10-8-10-9%, что является рекорднымдля аналитич. методов. Кроме того, с помощью метода ААА возможен непосредственный(без растворения) анализ нек-рых веществ, однако при этом возникают трудностис градуировкой и несколько ухудшается воспроизводимость. Тем не менее методнашёл применение при определении примесей кремния, железа, кальция и т. <п. в веществах высокой чистоты, что важно, напр., при контроле качестваматериалов для полупроводниковой техники, оптоэлектроники и др.

В ААА с электротермич. атомизацией кроме графитовых трубчатых печейиспользуют, напр., атомизаторы в виде вольфрамовой спирали. Они дают возможностьобнаружить мн. элементы, содержание к-рых в растворе 10-14-10-15 г. Совр. установки для ААА позволяют производить анализ (с погрешностьюне выше 0,05-0,1) в пробах, содержание определяемых элементов в к-рых ~10-5-10-7%.

Наиб. чувствительным С. а. является анализ с лазерным возбуждением спектра(для этого применяют перестраиваемые лазеры на красителях). Техника атомизациив этом случае мало отличается от используемой в ААА. Благодаря монохроматичностии высокой мощности излучения лазера возбуждается значительно большее числоатомов определяемого элемента, чем при термич. возбуждении. Чувствительностьобнаружения элементов при лазерном возбуждении чрезвычайно высока. Естьсведения, что удалось определять свинец в воде при содержаниях до Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ(1 пкг/мл).

Лит.: Зайдель А. Н., Основы спектрального анализа, М., 1965;Львов Б. В., Атомно-абсорбционный спектральный анализ, М., 1966; РусановА. К., Основы количественного спектрального анализа руд и минералов, 2изд., М., 1978; Спектральный анализ чистых веществ, Л., 1971; Лазернаяаналитическая спектроскопия, М., 1986. В. В. Недлер.

Молекулярный спектральный анализ

С помощью молекулярного С. а. (МСА) осуществляют качественное (идентификация)и количественное определения индивидуальных веществ или вещества в смесях. <Это могут быть известное молекулярное вещество, новые стабильные и нестабильныемолекулы и частицы (ионы, радикалы и др.), разл. конформеры одних и техже молекул. Методом МСА исследуют вещества в любых агрегатных состояниях, <растворах, плазме, адсорбц. слое и т. д. в широком диапазоне темп-р (отблизких к абс. нулю до сотен и тысяч градусов). Информативность методаопределяется строгой индивидуальностью спектров молекул, а сочетание методованализа по неск. видам спектров ещё более увеличивает надёжность определениясостава анализируемой пробы. Установлены общие закономерности, связывающиеспектры веществ с их строением.

Методы МСА основаны на сравнении измеренных молекулярных спектров исследуемогообразца со стандартными спектрами индивидуальных веществ (или расчётнымиспектрами, когда спектры индивидуальных соединений неизвестны). Используютвсе виды молекулярных спектров, характеризующих взаимодействие веществас эл.-магн. излучением (спектры поглощения, испускания, рассеяния, отражения, <вращенияплоскости поляризации, фотоэлектронной эмиссии). Измерения могут производитьсяв широком диапазоне длин волн - от 10-12 м (Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ -излучение)до 103 м (радиоволны; диапазон частот 1018-106 Гц).

Молекулярный спектр является однозначной характеристикой молекулы, определяетсяеё свойствами в целом, её структурой и свойствами входящих в неё атомов. <В МСА используют электронные спектры (спектры поглощения в УФ- и видимойобластях, спектры люминесценции), колебат. спектры (ИК-спектры поглощенияи испускания, спектры комбинац. рассеяния), вращат. спектры (микроволновые),а также электронно-колебат. и колебательно-вращат. спектры и, кроме того, <др.

виды спектров: рентгеновские (см. Рентгеноспектральный анализ),Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ -спектры(см. Мёссбауэровская спектроскопия), фотоэлектронные спектры (см. Фотоэлектроннаяспектроскопия), спектры ядерного магнитного резонанса (ЯМР), электронногопарамагнитного резонанса (ЭПР), ядерного квадрупольного резонанса (ЯКР).

Для целей МСА могут служить и др. методы исследований: для оптическиактивных молекул - дисперсия вращения плоскости поляризации, поляриметрия иэлектронный и колебательный круговой дихроизм (в УФ-, видимой иИК-областях, в спектрах КР). С появлением лазеров стали интенсивно развиватьсяметоды С. а., основанные на нелинейных эффектах, возникающих при взаимодействиивещества с лазерным излучением большой мощности; к ним относятся когерентноерассеяние света, вынужденное комбинац. рассеяние света (в т. ч. гиперкомбинац. <рассеяние света, инверсное, усиленное поверхностью и др. виды комбинац. <рассеяния света; см. также Нелинейная спектроскопия). ЧувствительностьМСА возросла как благодаря применению лазеров, так и за счёт использованияновых методов регистрации спектров (многоканальные методы, в первую очередьфурье-спектро-скопия, фотоакустич. спектроскопия) и применения низких температур(матричная изоляция, сверхзвуковые молекулярные пучки и др.). В нек-рыхслучаях МСА позволяет определять вещества в кол-вах до 10-12 г.

Качественный МСА позволяет по молекулярным спектрам идентифицироватьиндивидуальные вещества или устанавливать молекулярный состав исследуемогообразца. наиб. специфичны спектры веществ, содержащих в определ. интервалечастот исследуемого диапазона большое число спектрально разрешённых линийили полос (число полос во вращат. спектрах газообразных веществ в микроволновомдиапазоне достигает ~ 106).

Для повышения информативности МСА в нек-рых случаях измерение спектровкомбинируют с др. методами идентификации веществ, напр. сочетают ИК-спектрометри газовый хроматограф, что позволяет получать спектры индивидуальных компонентсложной смеси веществ. В связи с развитием фурье-спектроскопии, резко повысившейчувствительность ИК-спектрометров поглощения, стало возможным измерятьспектры отд. хроматографич. фракций при содержании исследуемого вещества~10-9 г. Сочетание ИК-спектрометров и спектрометров комбинац. <рассеяния с микроскопом даёт возможность получать спектры микрообразцовразмером ~1 мкм и исследовать распределение веществ на поверхности гетерогенныхобразцов.

Разновидностью МСА является структурно-групповой анализ, позволяющийопределять в смеси не отдельные вещества, а классы веществ, имеющих общийспектральный признак, напр. органич. кислоты и кетоны. Метод основан наналичии в молекулярных спектрах т. н. характеристических частот. наиб. <ярко это проявляется в колебат. спектрах. Напр., для всех нитрилов, содержащихгруппу Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ, в спектре появляется полоса в области 2200-2300см -1, для всехтиоспиртов с группой S - Н в спектре появляются полосы в области 2500-2600см -1, в спектрах всех органич. кислот имеются принадлежащиегруппе СООН полосы в области 1600-1750 см -1.

Метод структурно-группового анализа позволяет определить класс, к к-ромупринадлежит вещество, и наличие тех или иных функциональных групп. Так, <в промышленности применяется метод анализа нефтяных фракций на содержаниенепредельных углеводородов по спектрам комбинац. рассеяния света.

Качественный МСА производят путём сравнения получаемого спектра со стандартнымиспектрами. Созданы библиотеки, включающие десятки тысяч спектров. Анализсущественно ускоряется и упрощается при использовании ЭВМ, в память к-ройвводятся стандартные спектры. В ЭВМ сравнение может вестись как по всемуспектру, так и по отд. спектральным признакам, измеряемые спектры можновводить непосредственно в память ЭВМ. Если в библиотеке искомого спектранет, то спектр анализируемого вещества сопоставляют с теоретически рассчитанным. <С помощью систем «искусств. интеллекта» рассчитывают колебат. спектры длянаиб. вероятных структур молекулы на основании заложенных в банк данныхсведений о эл.-оптич. и энергетич. параметрах молекул. Методами квантовойхимии рассчитывают электронные и колебат. спектры достаточно сложныхмолекул, к-рые также могут использоваться при идентификации веществ.

В науч. исследованиях часто проводят МСА неустойчивых и короткоживущихмолекул, а также анализ промежуточных продуктов хим. реакций и изучениеих кинетики. Для этой цели разработаны скоростные методы возбуждения ирегистрации спектров. Так, с помощью фурье-спектрометров получают ИК-спектрыза время до 10-3 с, при импульсном лазерном возбуждении - спектрыкомбинац. рассеяния за время ~10-9 с, спектры поглощения и флуоресценцииза время ~10-12 с и даже 10-15 с (см. Фемтосекунднаяспектроскопия).

При низких темп-pax время жизни неустойчивых молекул возрастает, чтопозволяет изучать их обычными спектральными методами. Одновременно за счётсужения линий, сопровождающегося ростом их пиковой интенсивности, а такжелучшего разрешения тонкой структуры существенно возрастают чувствительностьи информативность спектров. В т. н. методе матричной изоляции исследуютспектры разбавленных твёрдых растворов, когда исследуемое вещество заключенов твёрдой матрице инертного газа (Ne, Ar, Кг, Хе), азота и др. газов притемп-pax ок. 10 К; хорошо разрешённые узкие спектры вещества получают методоммолекулярных пучков, когда находящаяся под большим давлением смесь пароввещества и газа-носителя (обычно No, Аr) со сверхзвуковой скоростью вытекаетчерез узкое сопло, адиабатически охлаждается до темп-ры ниже 1 К и затемрегистрируются спектры. В этом случае могут быть спектроскопически идентифицированыдаже такие неустойчивые частицы, как ван-дер-ваальсовы молекулы.

Количественный МСА наиб. часто проводят по спектрам поглощения. В основеметода лежит Бугера - Ламберта- Вера закон:

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ

где I0 и I - интенсивности падающего и прошедшего через образецизлучения, l - толщина слоя, с - концентрация вещества. Коэф. <поглощения Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ (молярный коэф. погашения) определяет поглощат. способность вещества начастоте излучения. Закон Бугера - Ламберта - Бера можно использовать вМСА только в отсутствие зависимости е от с, к-рая обычно связанас наличием в растворе межмолекулярных взаимодействий (напр., ассоциации).МСА по спектрам поглощения наиб. удобен для растворов и жидкостей; длятвёрдых веществ и газов такие измерения более сложны.

На практике обычно измеряют оптическую плотность

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ

Если в смеси имеется п не реагирующих между собой веществ, тооптич. плотность на частоте v аддитивна:

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ

Это позволяет проводить полный или частичный анализ многокомпонентныхсмесей. При этом задача сводится к измерениям оптич. плотностей в . точкахспектра смеси и решению системы ур-ний:

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ

Необходимо знать величины коэф.Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗдля каждой из компонент смеси при используемых значениях частот. Если соотношение(5) строго не выполняется, для проведения анализа смесей строят градуировочныекривые зависимости D от Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ.

Количественный МСА обычно производят с помощью спектрофотометров, измеряющихсоотношение Физическая энциклопедия. В 5-ти томах СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗв широком диапазоне v. Если полоса поглощения исследуемого вещества изолированаи не перекрывается с др. полосами поглощения смеси, то анализ многокомпонентнойсмеси может осуществляться по этой полосе (как и для однокомпонентноговещества) по ур-нию (4). Полоса может быть выделена при получении спектрав спектрометре, однако проще и дешевле её выделять с помощью светофильтра. <В промышленности используют специализиров. анализаторы, имеющие набор светофильтров.

Количественный МСА по спектрам испускания или комбинац. рассеяния светаосуществляют путём сравнения полученных спектров со спектрами эталонныхвеществ, записанными в тех же условиях. Интенсивность линии определяемоговещества сравнивают с интенсивностью нек-рой линии стандартного вещества(метод «внеш. стандарта») или с интенсивностью линии стандартного вещества, <добавляемого к исследуемому в известном соотношении (метод «внутр. стандарта»).

Флуоресцентный МСА основан на сравнении спектров свечения раствора исследуемоговещества со свечением эталонных растворов близкой концентрации. Метод обладаетвысокой чувствительностью, но уступает методам поглощат. спектроскопиипо универсальности и избирательности. При использовании техники замороженныхрастворов (метод Шпольского; см. Шпольского эффект )информативностьспектров флуоресценции резко возрастает, т. к. в этих условиях спектрыобладают ярко выраженной индивидуальностью и резко различны даже для изомерови молекул близкого строения. Напр., метод Шпольского даёт возможность проведениякачеств. и количеств. анализа сложных смесей ароматич. углеводородов. Благодаряисключительно малой ширине спектральных линий в спектрах Шпольского удаётсядостигнуть пороговой чувствительности обнаружения нек-рых ароматич. веществ(~10-11 г/см 3).

Лит.: Беллами Л., Инфракрасные спектры сложных молекул, пер. <с англ., 2 изд., М., 1963; Юденфренд С., Флуоресцентный анализ в биологиии медицине, пер. с англ., М., 1965; Сильверстейн Р., Басслер Г., МоррилТ., Спектрометрическая идентификация органических соединений, пер. с англ.,М., 1977; Э л я ш б е р г М. Е., Г р и б о в Л. А., Серов В. В., Молекулярныйспектральный анализ и ЭВМ, М., 1980; Смит А., Прикладная ИК-спектроскопия, <пер. с англ., М., 1982; Вилков Л. В., П е н т и н Ю. А., Физические методыисследования в химии, т. 1-2, М., 1987-89. Б. В. Лакшин.

В начало энциклопедии