Студенттің өзіндік жұмысы н 2-1-37-2022
Спектралды талдаудың сипаты
жүктеу/скачать 137,51 Kb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Спектрлік анализ түрлері
Спектралды талдаудың сипаты
Спектроскопия жарық шығару және сіңіру қабілеттеріне негізделген заттардың химиялық құрамын зерттейді. Әрбір химиялық элемент өзіне тән спектр спектрін шығарады және сіңіреді, егер оны газ күйіне келтіруге болатын болса. Осыған сәйкес белгілі бір материалда осы заттардың бар-жоғын оларға ғана тән спектр арқылы анықтауға болады. Спектральды талдаудың заманауи әдістері үлгіде граммның миллиардтан бір бөлігіне дейінгі заттың болуын анықтауға мүмкіндік береді - бұған сәулелену қарқындылығы индикаторы жауап береді. Атом шығаратын спектрдің бірегейлігі оның физикалық құрылыммен терең байланысын сипаттайды. Көрінетін жарық - сәулелену 3,8 *10 -7 бұрын 7,6*10 -7 м, әр түрлі түстерге жауап береді. Заттар қозғалған күйде ғана сәуле шығара алады (бұл күй ішкі деңгейдің жоғарылауымен сипатталады) тұрақты энергия көзі болған жағдайда. Артық энергияны қабылдай отырып, зат атомдары оны жарық түрінде шығарады және қалыпты энергетикалық күйіне оралады. Дәл осы атомдар шығаратын жарық спектрлік анализ үшін қолданылады. Сәулеленудің кең тараған түрлеріне жатады: жылулық сәулелену, электролюминесценция, катодолюминесценция, хемилюминесценция. Спектрлік анализ түрлеріЭмиссия және абсорбциялық спектроскопияны ажыратыңыз. Эмиссиялық спектроскопия элементтердің жарық шығаратын қасиеттеріне негізделген. Заттың атомдарын қоздыру үшін бірнеше жүз, тіпті мыңдаған градусқа тең жоғары температуралы қыздыру қолданылады - бұл үшін заттың үлгісі жалынға немесе қуатты электр разрядтарының әсер ету аймағына орналастырылады. Ең жоғары температураның әсерінен заттың молекулалары атомдарға бөлінеді. Артық энергияны алатын атомдар оны әртүрлі толқын ұзындықтарындағы жарық кванттары түрінде шығарады, оларды спектрлік құрылғылар тіркейді - нәтижесінде пайда болған жарық спектрін визуалды түрде бейнелейтін құрылғылар. Спектрлік құрылғылар спектроскопия жүйесінің бөлгіш элементі ретінде де қызмет етеді, өйткені жарық ағыны сынамада бар барлық заттардан жинақталады және оның міндеттеріне жарықтың жалпы жиымын жеке элементтердің спектрлеріне бөлу және олардың қарқындылығын анықтау кіреді, болашақта заттардың жалпы массасында болатын элементтің мәні туралы қорытынды жасауға мүмкіндік береді. -Спектрлерді бақылау және тіркеу әдістеріне байланысты спектрлік аспаптар ажыратылады: спектрографтар мен спектроскоптар. Біріншілері спектрді фотопленкаға тіркейді, ал екіншісі спектрді адамның тікелей бақылауы үшін арнайы телескоптар арқылы көруге мүмкіндік береді. Өлшемдерді анықтау үшін мамандандырылған микроскоптар жоғары дәлдікпен толқын ұзындығын анықтауға қолданылады. -Жарық спектрін тіркегеннен кейін, ол мұқият талдаудан өтеді. Белгілі бір ұзындықтағы толқындар және олардың спектрдегі орны анықталады. Әрі қарай, олардың қалаған заттарға жатуымен олардың позициясының қатынасы жүзеге асырылады. Бұл толқындардың орналасу деректерін химиялық элементтердің типтік толқын ұзындықтары мен спектрлерін көрсететін әдістемелік кестелерде орналасқан мәліметтермен салыстыру арқылы жүзеге асырылады. -Абсорбциялық спектроскопия эмиссиялық спектроскопияға ұқсас. Бұл жағдайда зат жарық көзі мен спектрлік аппарат арасында орналасады. Талданған материалдан өтіп, сәуле шығаратын спектрлік аппаратқа белгілі бір толқын ұзындықтарында «тереңдіктермен» (сіңіру сызықтарымен) жетеді - олар зерттелетін материалдың сіңірілген спектрін құрайды. Зерттеудің келесі реттілігі жоғарыда көрсетілген эмиссиялық спектроскопия процесі үшін ұқсас. Өткен ғасырдың басында орнатылған бұл заңдылықтар 1859-1861 жж. Әрбір химиялық элементтің өзіне тән спектрі бар екенін дәлелдеген неміс ғалымдары Г.Кирхгоф пен Р.Бунсен. Бұл элементтік анализдің түрін жасауға мүмкіндік берді - атомдық спектрлік анализ, оның көмегімен алауда немесе электрде атомдарға немесе иондарға ыдырайтын зат үлгісіндегі әртүрлі элементтердің мөлшерін сандық түрде анықтауға болады доға. Бұл әдістің сандық нұсқасын жасамас бұрын да ол аспан денелерін «элементарлы талдау» үшін сәтті қолданылған. Өткен ғасырда спектралды талдау Күн мен басқа жұлдыздардың құрамын зерттеуге, сонымен қатар кейбір элементтерді, атап айтқанда гелийді ашуға көмектесті. Спектрлік анализдің көмегімен әр түрлі химиялық элементтерді ғана емес, сонымен қатар бір элементтің әдетте тең емес спектрлер беретін изотоптарын да ажыратуға мүмкіндік туды. Әдіс заттардың изотоптық құрамын талдау үшін қолданылады және әртүрлі изотоптары бар молекулалардың энергетикалық деңгейлерінің әр түрлі ығысуларына негізделген. Оларды 1895 жылы ашқан неміс физигі В.Рентгеннің атымен аталған рентген сәулелері - электромагниттік толқындардың толық спектрінің толқын ұзындығының ең қысқа бөліктерінің бірі, онда ультрафиолет сәулесі мен гамма-сәулеленудің арасында орналасқан. Рентген сәулелерінің атомдармен жұтылуы ядроға жақын орналасқан және онымен ерекше байланысқан терең электрондарды қоздырады. Рентген сәулелерінің атомдармен сәулеленуі, керісінше, терең электрондардың қозған энергия деңгейлерінен қарапайым, стационарларға өтуімен байланысты. Екі деңгей де атом ядросының зарядына байланысты қатаң анықталған энергияларға ие бола алады. Демек, жұтылған (немесе шығарылатын) кванттың энергиясына тең осы энергиялардың айырмашылығы ядро зарядына да байланысты, ал спектрдің рентген аймағындағы әрбір химиялық элементтің сәулеленуі жиынтық болып табылады. Рентгендік спектрлік анализ, элементті талдаудың бір түрі, осы құбылысты қолдануға негізделген. Ол кендерді, минералды заттарды, сонымен қатар күрделі бейорганикалық және органоэлементтерді талдау үшін кеңінен қолданылады. Спектроскопияның сәулеленуге емес, жарық толқындарының заттармен жұтылуына негізделген басқа түрлері бар. Молекулалық спектрлер деп аталатын заттар, әдетте, заттардың ерітінділері көрінетін, ультрафиолет немесе инфрақызыл сәулелерді сіңіргенде байқалады; молекулалардың ыдырауы жүрмейді. Егер көрінетін немесе ультрафиолет жарық әдетте электрондарға әсер етіп, оларды жаңа қозған энергия деңгейлеріне көтерілуге мәжбүр етсе (Атомды қара), онда аз энергия тасымалдайтын инфрақызыл (жылу) сәулелер тек қосылған атомдардың тербелістерін қоздырады. Сондықтан бұл спектроскопияның түрлері химиктерге беретін ақпарат әртүрлі. Егер инфрақызыл (тербелмелі) спектрден олар заттағы атомдардың белгілі бір топтарының болуы туралы білетін болса, онда ультрафиолет (ал түсті заттар үшін - көрінетін) аймақтағы спектрлер жарық сіңіретін топтың құрылымы туралы ақпарат береді. Органикалық қосылыстардың ішінде мұндай топтардың негізін, әдетте, қанықпаған байланыстар жүйесі құрайды (қараңыз. Қанықпаған көмірсутектер). Молекулада қарапайым және кезектесіп (немесе конъюгация тізбегі ұзағырақ) байланыстар неғұрлым көп болса, электрондар да соншалықты жеңіл қозғалады. Молекулалық спектроскопия әдістері тек молекулалардың құрылымын анықтау үшін ғана емес, сонымен бірге ерітіндідегі белгілі зат мөлшерін дәл өлшеу үшін қолданылады. Бұл үшін әсіресе ультрафиолет немесе көрінетін аймақтағы спектрлер ыңғайлы. Бұл аймақтағы сіңіру жолақтары, әдетте, проценттің жүзден, тіпті мыңнан бір бөлігіндегі еріген концентрациясында байқалады. Мұндай спектроскопияны қолданудың нақты жағдайы түрлі-түсті қосылыстардың концентрациясын өлшеу үшін кеңінен қолданылатын колориметриялық әдіс болып табылады. Кейбір заттардың атомдары радиотолқындарды сіңіруге де қабілетті. Бұл қабілет күшті тұрақты магнит өрісіне зат орналастырылған кезде көрінеді. Көптеген атом ядроларының өзіндік магниттік моменті бар - спин, ал магнит өрісінде спин бағыттары әртүрлі ядролар энергетикалық тұрғыдан «тең емес» болып шығады. Айналу бағыты жүктелген магнит өрісінің бағытымен сәйкес келетіндер қолайлы жағдайға түседі, ал басқа бағдарлар оларға қатысты «қозған күйлер» рөлін атқара бастайды. Бұл пайдалы спин күйіндегі ядро «қозған» күйге өте алмайды дегенді білдірмейді; спин күйлерінің энергиясының айырмашылығы өте аз, дегенмен қолайсыз энергетикалық күйдегі ядролардың пайызы салыстырмалы түрде аз. Қолданылатын өріс неғұрлым қуатты болса, соғұрлым аз болады. Ядролар екі энергетикалық күй арасында тербелетін сияқты. Мұндай тербелістердің жиілігі радиотолқындардың жиілігіне сәйкес келетіндіктен, резонанс мүмкін - айнымалы электромагниттік өрістің энергиясын сәйкес жиілікпен сіңіріп, қозған күйдегі ядролар санының күрт өсуіне әкеледі. Бұл ядросы магнитті-резонанстық (NMR) спектрометрлердің жұмысының негізі, олардың спині 1/2 болатын атом ядроларының болуын анықтауға қабілетті: сутегі 1Н, литий 7Li, фтор 19F, фосфор 31Р, сонымен қатар көміртектің изотоптары ретінде 13С, азот 15N, оттегі 17O және т.б. Тұрақты магнит неғұрлым қуатты болса, мұндай құрылғылардың сезімталдығы соғұрлым жоғары болады. Ядроларды қоздыру үшін қажет резонанс жиілігі магнит өрісінің кернеулігіне пропорционалды түрде де өседі. Ол құрылғы класының өлшемі ретінде қызмет етеді. Орта класты спектрометрлер 60-90 МГц жиілікте жұмыс істейді (протон спектрлерін жазғанда); салқынырақ - 180, 360 және тіпті 600 МГц жиілікте. Жоғары класты спектрометрлер - өте дәл және талғампаз аспаптар - осы немесе басқа элементтің құрамын анықтауға және сандық өлшеуге ғана емес, сонымен қатар молекуладағы химиялық «тең емес» позицияларды иеленетін атомдардың сигналдарын ажыратуға мүмкіндік береді. NMR спектроскопиясы қажетті органикалық қосылыстың құрылымын құру үшін 70-тен 100% -ке дейін қажетті ақпаратты алуға мүмкіндік береді. Радиоспектроскопияның тағы бір түрі - электронды парамагниттік резонанс (ЭПР) - ядролардың ғана емес, электрондардың да спині 1/2 болатындығына негізделген. ЭПР спектроскопиясы - жұптаспаған электрондармен бос радикалдармен бөлшектерді зерттеудің ең жақсы әдісі. NMR спектрлері сияқты, EPR спектрлері де «сигнал беретін» бөлшектің өзі туралы ғана емес, сонымен қатар қоршаған атомдардың табиғаты туралы да көп білуге мүмкіндік береді. ЭПР спектроскопия құралдары өте сезімтал: спектрді жазу үшін, әдетте, литріне бірнеше миллионнан астам мол радикал моль болатын ерітінді жеткілікті. Жақында бір топ кеңес ғалымдары жасаған рекордтық сезімталдығы бар құрылғы сынамада тек 100 радикалдың болуын анықтауға қабілетті, бұл олардың шамамен 10 -18 моль / л концентрациясына сәйкес келеді. жүктеу/скачать 137,51 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|