🗊Презентация Спектроскопические методы анализа

СПЕКТРОСКОПИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА ЛЕКЦИЯ 8-9

ЛИТЕРАТУРА

Спектроскопические методы. Теоретические основы

Классификация спектроскопических методов Что взаимодействует со светом: Атомная спектроскопия (атомы). Молекулярная спектроскопия (молекулы). Что происходит со светом: Эмиссионные (испускание). Абсорбционные (поглощение). Люминесцентные (свечение). Другие световые взаимодействия: Другие оптические методы (рассеивание, преломление, вращение и др.).

Основные узлы спектральных приборов Источник излучения (различные лампы). Монохроматоры: Бездисперсионные (светофильтры): абсорбционные; интерференционные. Дисперсионные (собственно монохроматоры): призмы; дифракционные решетки (пропускающая, отражательная). Отделение для установки исследуемого образца. Детекторы (фотографии, фотоэлементы, счетчики фотонов). Преобразователи сигнала (самописцы, компьютеры).

Монохроматоры

Молекулярная спектроскопия Классификация методов: Эмиссионная (не существует) Почему? Абсорбционная: Спектрофотомерия (в ВС и УФ); ИК-спектроскопия. Люминесцентный анализ (флуориметрия). Турбидиметрия и нефелометрия. Поляриметрия. Рефрактометрия.

Молекулярная абсорбционная спектроскопия Молекулярная абсорбционная спектроскопия основана на энергетических и колебательных переходах внешних (валентных) электронов в молекулах. Используется излучение УФ- и видимой области оптического диапазона – это спектрофотомерия. Используется излучение ИК-области оптического диапазона – это ИК-спектроскопия.

Спектрофотометрия Основана на: законе Бугера-Ламберта-Бера: А = ε·l·C Законе аддитивности оптических плотностей: А = ε1·l·C1+ ε2·l·C2+…. Анализ окрашенных растворов – в ВС (фотоколориметрия); Анализ неокрашенных растворов, способных поглощать ультрафиолетовый свет – в УФ.

Фотоэлектроколориметры

Спектрофотометры

Основные узлы приборов

Основные узлы приборов

Колориметрия (ФЭК) Это анализ окрашенных растворов. Окраска вещества связана с избирательным светопоглощением ВС: не поглощает свет – бесцветно; поглощает весь видимый спектр – черное; поглощает ВС избирательно – окрашено; окраска раствора– непоглощенный (дополнительный цвет) спектр ВС.

Способы получения фотометрируемого и нулевого растворов в колориметрии: Способы получения фотометрируемого и нулевого растворов в колориметрии: Растворением цветного вещества в подходящем растворителе (дитизон в СCl4, KMnO4 в H2O). Нулевой раствор – чистый растворитель. В ходе химической реакции (Fe3+ + 3SCN- = [Fe(SCN)3]). Нулевой раствор – все компоненты, участвующие в химической реакции, кроме определяемого.

Выбор условий колориметрических определений Основные условия: Рабочая длина волны (светофильтр). Рабочая кювета. Для подбора условий используется стандартный раствор с Сmax определяемого компонента в выбранном методе (из него получают фотометрируемый раствор) и контрольный (нулевой) раствор . Как их приготовить? Выбор длины волны: поместить в кюветное отделение стандартный и нулевой растворы в кюветах на 1,0 см. Измерить А на всех длинах волн (светофильтрах). Построить кривую светопоглощения А = ƒ(λ). Max на кривой – рабочая длина волны. Выбор кюветы: проводится на выбранной ранее рабочей длине волны. Оптимальная А для стандартного раствора с Сmax составляет 0,6-0,8. Если в кювете на 1 см. А<0,6 нужно взять большую кювету, если >0,8 – меньшую.

Ответьте на вопросы: Как получить фотометрируемое соединение? Сколько Вам известно способов? Что такое контрольный (нулевой) раствор? Что может быть взято в качестве контрольного раствора? В каком случае? Как правильно подобрать светофильтр или рабочую длину волны? Как правильно подобрать рабочую кювету? Что такое способ калибровочного графика? Какова методика построения калибровочного графика в фотометрии?

ИНФРАКРАСНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ ИК-спектроскопия основана на переходах молекулы из одного колебательного состояния в другое. При этом молекула поглощает инфракрасное излучение (ИК). Необходимое условие колебательного перехода – изменение дипольного момента молекулы при колебании атомов. Симметричная молекула, не обладающая дипольным моментом, не может поглощать ИК-излучение (N2, H2, галогены и др.). У некоторых молекул дипольный момент появляется при изменении типа колебаний атомов (СО2). В многоатомной молекуле выделяют несколько типов колебаний атомов: Валентные (симметричные и асимметричные) – это ритмичные колебания вдоль оси связи, при которых изменяется длина связи, но не меняется угол между связями. Деформационные – это колебания, при которых изменяются углы между связями, но не меняется длина связей.

Колебания атомов в молекуле

ИК-спектрометры

Дополнительное оборудование приборов

Применение ИК-спектроскопии

Люминесцентный анализ В основе лежит явление люминесценции. Люминесценция – это свечение вещества, возникшее после поглощения им энергии возбуждения; представляет собой избыточное излучение по сравнению с тепловым излучением. Основана на электронных переходах в атомах, молекулах или ионах при их возвращении из возбужденного состояния в стационарное. Наблюдается в ВС, УФ областях спектра.

Происхождение люминесценции

Оборудование для люминесцентного анализа

Применение люминесцентного анализа

Другие оптические методы Турбидиметрия и нефелометрия (основаны на способности коллоидных растворов и мутных сред рассеивать свет). Рефрактометрия (основана на способности света преломляться на границе раздела двух оптически разных сред). Поляриметрия (основана на способности оптически активных веществ вращать плоскость поляризации плоскополяризованного света).

Турбидиметрия и нефелометрия

Особенности коллоидных растворов Для получения коллоидных систем нужно соблюдать условия: Дисперсная фаза (вещество) должна быть нерастворима в данной дисперсионной среде (растворителе). Необходимо добиться, чтобы частицы фазы достигли размеров коллоидных частиц. Необходимо наличие стабилизатора, предотвращающего самопроизвольную коагуляцию (что это такое?) коллоидного раствора. В качестве стабилизаторов используются ПАВ (растворы желатина, крахмала, мыла, клей), др. органические соединения (многоатомные спирты и др.). Почему?

Турбидиметрия и нефелометрия

Рефрактометрия

Показатель преломления и полное внутреннее отражение

Приборы для определения nD

Поляриметрия Поляриметрический метод анализа основан на измерении угла вращения плоскости поляризации плоскополяризованного монохроматического света при прохождении его через оптически активное вещество. Луч, у которого колебания световой волны происходят только в какой-то одной плоскости – поляризованный. Плоскость, в которой происходят колебания луча – плоскость колебаний. Плоскость перпендикулярная плоскости колебаний – плоскость поляризации.

Оптически активные вещества – это вещества, способные вращать плоскость поляризации. Оптически неактивные вещества – это вещества, неспособные вращать плоскость поляризации. К оптически активным веществам относятся растворы органических веществ, молекулы которых содержат хотя бы один хиральный (асимметричный) атом углерода. При прохождении поляризованного света через оптически активное вещество происходит поворот плоскости поляризации на некоторый угол – угол вращения плоскости поляризации (α). Вращение называют правым (d) и считают положительным, если оно происходит по часовой стрелке, когда смотрят навстречу лучу. Вращение называют левым (l) и считают отрицательным, если оно происходит против часовой стрелки, когда смотрят навстречу лучу. Оптически неактивная эквимолярная смесь право- и левовращающих изомеров – рацемат (d l).

Угол вращения плоскости поляризации зависит от: Природы оптически активного вещества. Концентрации оптически активного вещества. Толщины слоя раствора. Длины волны поляризуемого света. Температуры. Для количественной характеристики способности оптически активных веществ вращать плоскость поляризации плоскополяризованного света вводят понятие удельного вращения [α], которое соответствует углу вращения плоскости поляризации монохроматического излучения при l = 1 дм и содержании оптически активного вещества 1 г/мл. Его можно рассчитать по формуле: для индивидуальных жидких оптически активных веществ: [α] = α / (ρ • l); для растворов оптически активных веществ: [α] = (α • 100) / (С • l), где α – измеренный угол вращения, градусы; ρ – плотность жидкости, г/мл; l – толщина слоя оптически активного вещества, дм; С – концентрация оптически активного вещества, г/100 мл раствора. Молярное вращение плоскости поляризации рассчитывают по формуле: [αМ] = [α] • М.

Устройство поляриметра