Лекция 9. Спектроскопия поглощения излучения в ультрафиолетовом и видимом спектре/

Спектроскопия - это измерение и идентификация электро­магнитного излучения, которое испускается, рассеивается или по­глощается атомами, молекулами или другими группами атомов.

Приборы для детектирования и измерения интенсивности излучения, поглощенного молекулами в ультрафиолетовой и ви­димой частях спектра, состоят из:

- источника ультрафиолетового или видимого света, испуска­ющего излучение непрерывного диапазона длин волн;

- устройства выбора длины волны излучения, проходящего через образец;

- фотодетектора для определения интенсивности излучения, прошедшего через образец, и передачи сигнала на отобража­ющее устройство.

Источник ультрафиолетового излучения — это обычно водо­родная или дейтериевая разрядная лампа, для видимого спектра излучения обычно используется лампа накаливания. С помощью фильтров (поглотительных или интерференционных), а также дифракционных решеток и призм может быть произведен выбор определенного узкого диапазона длин волн. В качестве детекто­ров могут применяться фотодиоды, фотоэмиссионные элементы или фотоумножительные трубки. Так как фотодиоды имеют не­большие размеры, из них может быть построена фотодиодная линейка или двумерная матрица.

В простейшей форме прибора используется один луч (Рис. 9.1а).

Рисунок 9.1. Схемы спектрометров:

а-однолучевой метод; б- метод двойного луча.
Поглощение определенной длины волны исследуемым образцом сравнивается с ее поглощением эталонным образцом. Например, проводятся два отдельных измерения поглощения из­лучения в ячейке с образцом в растворителе и в ячейке с чистым растворителем, после чего результаты этих двух измерений сравниваются. В двухлучевом приборе (рис. 9.1) излучение расщепляется на два луча, один луч проходит через исследуе­мый образец, другой — через сравнительный эталонный обра­зец. Обычно используется прерывистое излучение с переменной длиной волны. Через образец и эталон проходят световые им­пульсы, которые, объединяясь на выходе, дают сигнал, по кото­рому можно определить степень поглощения веществом излуче­ния определенных длин волн. Это дает возможность сделать сравнение поглощений при непрерывном изменении длин волн, и, таким образом, на устройстве отображения можно получить зависимость величины поглощения от длины волны, а, значит, и проанализировать состав исследуемого вещества.

Метод исследования поглощения в ультрафиолетовой и ви­димой областях спектра является высокочувствительным и точ­ным методом количественного анализа, однако он не так поле­зен, как другие спектроскопические методы, для идентификации соединений.

Для исследования разных частей инфракрасного спектра требуются различные источники излучения, оптические систе­мы и детекторы. Так, для приборов с рассеянием инфракрасно­го излучения в диапазоне 0.8...2.5 мкм, источником излучения является вольфрамовая нить лампы накаливания. Для оптичес­кой системы используется кварцевая призма или отражающая дифракционная решетка. В качестве детектора применяется фо­торезистор. Для средней области инфракрасного излучения ди­апазона 2.5...50 мкм источником может служить или нить нака­ла Нернста (прут, изготовленный из сплавленной смеси окси­дов), или нить накала Глобара (прут из карбида кремния), или раскаленная спираль из нихромовой проволоки. В качестве оп­тической системы часто используется набор дифракционных решеток либо с кварцевой призмой, либо с фильтром. Детекто­ром является термобатарея, пирокристалл (такой кристалл име­ет поверхностный заряд, величина которого зависит от темпе­ратуры) или термистор. Для инфракрасной области в диапазоне 50... 1000 мкм в качестве источника излучения используется ртутно-дуговая лампа высокого давления, отражательная ди­фракционная решетка применяется для работы в нижней части спектра и интерферометр - в верхней части спектра, а детекто­ром является пневматический детектор Голея (здесь излучение вызывает рост давления в ячейке, что, в свою очередь, приводит к деформации диафрагмы) или пироэлектрический кристалл.

Контрольные вопросы.

1. 
   Что такое спектроскопия?
   
2. 
   Источник ультрафиолетового излучения.
   
3. 
   Инфракрасная спектроскопия.
   
4. 
   Рассказать об однолучевом приборе.
   
5. 
   Рассказать об двухлучевом приборе.