Спектроскопические методы анализа 1 Классификация методов 2 Спектральные

Спектроскопические методы анализа 1. Классификация методов 2. Спектральные характеристики. 3. Виды спектров. 4. Использование спектров разного типа в анализе. 5. Понятие об ИК-спектроскопии

Спектроскопические методы анализа Основаны на поглощении или испускании частицами пробы электромагнитного излучения Эмиссионные Абсорбционные атомы -атомно-эмиссионная спектроскопия (АЭС) -атомно-абсорбционная спектроскопия (ААС) молекулы или ионы -молекулярно-эмиссионная спектроскопия (люминесценция ) -молекулярно-абсорбционная спектроскопия ( спектрофотометрия)

Электромагнитное излучение может быть охарактеризовано двумя разными способами – как волна и как квант. Волновыми характеристиками являются длина волны ( ), частота колебаний ( ) и волновое число ( ) Длину волны измеряют в нанометрах, 1 нм = 10 -9 м. Квантовая характеристика - энергия кванта (E). Чем меньше длина волны излучения, тем больше энергия (Е) кванта: уравнение Планка: h – постоянная Планка , - частота, с – скорость света. Области электромагнитного спектра, применяемые в химическом анализе: -ультрафиолетовое излучение (УФ) -видимый свет -инфракрасное излучение (ИК). увеличение длины волны уменьшение энергии кванта

УФ 190 видимый свет 370 ИК 800 40. 103 нм 12500 см-1 Кванты имеют разную энергию. Полихроматический свет Все кванты имеют одинаковую энергию. Монохроматический свет Спектр – распределение по длинам волн интенсивности поглощения (А) или испускания (I) света 250 см-1

Призменный монохроматор Выходная щель Источник излучения Линза Входная щель Призма

3 Типы приборов В спектроскопическом анализе используют приборы с монохроматором: спектрографы, спектрометры, спектрофотометры приборы со светофильтрами: фотоэлектоколориметры

4 ОДНОЛУЧЕВАЯ СХЕМА 1 2 3 4 5 ДВУЛУЧЕВАЯ СХЕМА 4 3 2 1 5 1 -источник излучения 4 -детектор 4 3 2 2 -монохроматор 3 -кюветное отделение 5 -регистрирующее устройство

Виды спектров Атомные спектры Природа их возникновения – переход электронов с одного энергетического уровня на другой. Электронные спектры Вид спектров –линейчатый Формирование спектров Е Е 3 Е 2 А Е 1 λ, нм Е 0 I Е 0 поглощение испускание λ, нм Линии в спектрах поглощения и испускания совпадают по длинам волн и интенсивности

Молекулярные спектры ИК – область (кванты с малой энергией) В ИК-области используют спектры поглощения Природа их возникновения – колебания и вращение атомов в молекуле друг относительно друга. Колебательно-вращательные спектры Вид спектров –узкополосный Каждой полосе соответствуют колебания определенной группы атомов.

-С=О ОН-СН 3 -СН 2 - Спектр бетулиновой кислоты

Видимая и УФ-область Энергии квантов достаточно не только на колебания и вращения атомов, но и на электронные переходы. Природа спектров – электронно-колебательно- вращательная Вид спектров - широкополосный Формирование спектров Е Е 1 А Колебат. уровни Вращат. уровни λ, нм

Использование спектров разного типа в анализе Атомно-эмиссионная спектроскопия Спектр каждого атома индивидуален, поэтому по спектрам испускания проводят качественный элементный анализ. По интенсивности линий судят о содержании элемента –проводят количественный анализ Идентификация элементов в донных отложениях

Атомно-абсорбционная спектроскопия Применяют для количественного определения атом элементов – интенсивность поглощения линии связана с его содержанием Молекулярно-абсорбционная спектроскопия (спектрофотометрия) В видимой области широкополосные спектры разных соединений имеют схожий характер, часто перекрываются, поэтому для идентификации практически не применяются. Спектры поглощения в. УФ-области более специфичны, поэтому могут быть использованы для идентификации чистых веществ. Применяют для количественного определения одного вещества по интенсивности поглощения на заранее выбранной длине волны. А λ max λ, нм

Пределы обнаружения методов Метод Cmin, моль/л Атомно-эмиссионная спектроскопия 10 -3 – 10 -5 Атомно-абсорбционная спектроскопия 10 -5 – 10 -7 Спектрофотометрия 10 -5 -10 -8 Люминесценция 10 -7 -10 -9

ИК-спектроскопия ИК- спектрометр ФСМ-1201 ИК-спектроскопия применяется для целей качественного и количественного анализа.

Объекты – жидкие и твердые Кюветы из КBr, Na. Cl Растворители – неполярные (вазелиновое масло, CHCl 3, ССl 4) Качественный анализ – устанавливают наличие в в молекуле анализируемого вещества определенных функциональных группструктурно-групповой (функциональный) анализ. Волновое число, см-1 Тип колебаний Тип полосы 2962 1460 Валентные Деформационны е Сильная Функциональная группа -СН 3 в алканах -СН 2 - в алканах 2925, 2850 Валентные Сильная -С=О в кетонах 1720 -1710 Валентные Сильная -ОН в спиртах 3635 -3615 1350 -1250 Валентные Деформационны е Слабая Средняя -NH 2 в аминах 3500 1640 -1560 С=С в аренах 1580 -1600 Валентные Слабая Деформационны Сильная Используется для установления структуры новых соединений. е Валентные Сильная

Бензин плохой!

Анализ фармпрепаратов. Устанавливают чистоту лекарственных веществ. Выявляют фальсифицированные лекарства. Количественный анализ – измеряют интенсивность пропускания некоторой заранее выбранной полосы, строят график зависимости от содержания определяемого вещества. По чувствительности ИК-спектроскопия уступает спектрофотометрии. Определяют содержание индивидуального вещества или суммы однотипных соединений. Например, по интенсивности полосы поглощения групп –СН 3 , -СН 2 определяют суммарное содержание нефтепродуктов в воде.