ИНФРАКРАСНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ


ИНФРАКРАСНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ
ИНФРАКРАСНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ

       
(ИК спектроскопия), раздел оптич. спектроскопии, включающий получение, исследование и применение спектров испускания, поглощения и отражения в ИК области спектра (см. ИНФРАКРАСНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ). И. с. занимается гл. обр. изучением молекулярных спектров, т. к. в ИК области расположено большинство колебат. и вращат. спектров молекул.
И. с. исследует ИК спектры как поглощения, так и излучения. При прохождении ИК излучения через в-во происходит его поглощение на частотах, совпадающих с нек-рыми собственными колебат. и вращат. частотами молекул или с частотами колебаний крист. решётки. В результате интенсивность ИК излучения на этих частотах падает — образуются полосы поглощения (рис.). Количеств. связь между интенсивностью I прошедшего через в-во излучения, интенсивностью I0 падающего излучения и величинами, характеризующими поглощающее в-во, даётся Бугера — Ламберта — Бера законом.
ИНФРАКРАСНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ> <div> Зависимость интенсивности падающего на в-во I0(n) и прошедшего через в-во I(n) излучения (n1 n2, n3,...— собственные частоты в-ва, заштрихованные области — полосы поглощения). </div> <div> На практике обычно ИК <a href=спектр поглощения представляют графически в виде зависимости от частоты v (или длины волны l=c/n) ряда величин, характеризующих поглощающее в-во: коэфф. пропускания T(n)=I(n)/I0(n); коэфф. поглощения A(n)=1-Т(n): оптич. плотности D (n)=ln(l/T(n)) =c(n)cl, где c(n) — показатель поглощения, с — концентрация поглощающего в-ва, l — толщина поглощающего слоя в-ва. Поскольку D (n) пропорц. c(n) и с, она обычно применяется для количеств. спектрального анализа. Исследование ИК спектров твёрдых, жидких и газообразных сред обычно производится с помощью разл. ИК спектрометров (см. СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ).
Число полос поглощения в спектре ИК излучения, их положение, ширина и форма, величина поглощения определяются структурой и хим. составом поглощающего в-ва и зависят от его агрегатного состояния, темп-ры, давления и др. Поэтому изучение колебательно-вращат. и чисто вращат. спектров методами И. с. позволяет определять структуру молекул, их хим. состав, моменты инерции молекул, величины сил, действующих между атомами в молекуле и др. Вследствие однозначности связи между строением молекулы и её мол. спектром И. с. широко используется для качеств. и количеств. спектрального анализа. Изменения параметров ИК спектров (смещение полос поглощения, изменение их ширины, формы, величины поглощения), происходящие при переходе из одного агрегатного состояния в другое, при растворении, изменении темп-ры, давления, позволяют судить о величине и хар-ре межмолекулярных взаимодействий. И. с. также находит применение в исследовании строения ПП материалов, полимеров, биол. объектов и непосредственно живых клеток. Быстродействующие спектрометры позволяют получать спектры поглощения за доли с и используются при изучении быстропротекающих хим. реакций. Применение специальных зеркальных микроприставок даёт возможность получать спектры поглощения очень малых объектов, что представляет интерес для биологии и минералогии. И. с. играет большую роль в создании ИК лазеров и исследовании их спектров излучения. Использование в кач-ве источников излучения ИК лазеров с перестраиваемой частотой излучения позволяет получать ИК спектры с очень высоким разрешением (см. ЛАЗЕРНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ).

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. . 1983.

ИНФРАКРАСНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ

(ИК-спектроскопия) - раздел оптич. спектроскопии, включающий исследование, получение и применение спектров испускания, поглощения и отражения в ИК-области спектра (см. Инфракрасное излучение). ИК-спектры получают и исследуют в принципе теми же методами, что и соответствующие спектры в видимой и УФ-областях, но с помощью спец. спектральных приборов, предназначенных для использования в ИК-области, снабжённых обычно зеркальной фокусирующей оптикой (см. Спектралъные приборы )и приёмниками, чувствительными к ИК-излучению (см. Приёмники оптического излучения). И. с. занимается гл. обр. изучением молекулярных спектров, т. к. в ИК-области расположено большинство колебат. и вращат. спектров молекул. Кроме того, в И. с. исследуются спектры излучения атомов и ионов, возникающего при переходах между близкими уровнями энергии (напр., зеемановскими подуровнями; см. Зеемана эффект), спектры отражения и поглощения кристаллов и др. твёрдых тел, спектры испускания ряда молекул, полупроводниковых и молекулярных лазеров и т. д. <ПК-спектры молекул возникают при переходах между колебат. и вращат. уровнями энергии. Получение и исследование молекулярных спектров испускания в ИК-области в общем случае связано с нек-рыми трудностями, т. к. при возбуждении молекул, напр, с помощью электрич. разряда пли при нагревании, возможна диссоциация молекул или изменение их структуры. Лишь для достаточно химически и термически стойких молекул (обычно состоящих из небольшого числа атомов) и стабильных хим. радикалов (напр., СО, СO2, Н 2 О, НСl, HF, CN, NO и т. д.) возможно возбуждение спектров излучения (такие молекулы и радикалы используют в качестве активных сред в молекулярных ИК-лазерах).ИК-спектры селективного отражения применяются гл. обр. при исследовании спектров монокристаллов, неорганич. твёрдых веществ, минералов и т. п. <Наиб, широко в И. с. применяются абсорбц. методы исследования молекулярных спектров, т. к. для получения ИК-спектра поглощения требуется лишь небольшое кол-во вещества, вещество можно исследовать в разл. агрегатных состояниях, при различных темп-рах и давлениях, растворы, твёрдые тела в разл. состояниях. Абсорбц. И. с. позволяет получать спектры поглощения окрашенных и непрозрачных в видимой области веществ, ярко люминесцирующих веществ и пр. С помощью перестраиваемых по частоте ИК-лазеров регистрируют спектры поглощения со значительно более высоким, чем в традиц. классич. методах, разрешением. <ИК-спектры поглощения образуются в результате селективного поглощения излучения при распространении в веществе ИК-излучения, когда его частота совпадает с нек-рыми собств. частотами колебаний атомов в молекулах (в случае твёрдого тела - с частотами колебаний кристаллич. решётки), а также с частотами вращения молекулы как целого. В результате селективного поглощения в непрерывном спектре ИК-излучення, прошедшего через вещество, образуются "провалы" - полосы поглощения. В общем случае молекула, состоящая из N атомов, имеет 3N- 6 колебат. частот нормальных колебаний (при наличии симметрии нек-рые колебания вырождаются) и 3 частоты вращения. В ИК-спектрах поглощения наблюдаются только те молекулярные частоты, при к-рых в процессе колебаний происходит изменение дипольного момента, т. е. отлична от нуля производная дипольного момента р по соответствующей нормальной координате qpl Р q№0(см. Отбора правила). Чисто вращательные полосы ИК-поглощения наблюдаются лишь для полярных молекул. Каждое вещество имеет определённый набор собств. колебат. и вращат. частот, поэтому ИК-спектр поглощения является индивидуальной характеристикой в-ва. <Измерение спектра ИК-поглощения сводится к измерению интенсивности ИК-излучения, прошедшего через вещество, в зависимости от частоты излучения v или длины волны К. В классич. абсорбц. И. с. излучение от источника с непрерывным ИК-спсктром (рис. 1) пропускают
009-56.jpg
Рис. 1. Принципиальная схема однолучевого ИК-спектрометра: Q - источник непрерывного ИК спектра; М 1 - зеркало осветителя; М 2 - зеркало конденсора; С - кювета с исследуемым веществом; М - монохроматор; Si и S2 - входная и выходная щели монохроматора; D - приёмник излучения; А - усилитель; I - измерительный или регистрирующий прибор.

через кювету с исследуемым веществом; прошедшее через вещество излучение направляют на входную щель монохроматора, а из выходной его щели - на приёмник излучения. Затем сигнал усиливается и измеряется или регистрируется графопостроителем в процессе сканирования. В лазерной И. с. измеряется зависимость интенсивности прошедшего через вещество излучения узкополосного ИК-лазера (чаще полупроводникового с перестраиваемой частотой) от частоты излучения лазера в процессе её перестройки. <Связь между интенсивностью I(v )прошедшего через кювету с веществом излучения с длиной волны l (или волновым числом v (см~1) = 1/l) и величинами, характеризующими поглощающее вещество, даётся обобщённым Бугера-Ламберта-Бера законом:I(v)=I'0(v)exp3[-k(v)cd], где k(v) - показатель поглощения, характеризующий поглощающее вещество, с - концентрация поглощающего вещества в растворе (с=1 для чистого вещества), d - толщина поглощающего слоя вещества (кюветы), I0(v)=b(v)I0(v), I0(v) - интенсивность излучения, падающего на кювету (перпендикулярно к её окнам), b(v) -коэф. пропускания самой кюветы, учитывающий потери на отражение от окон кюветы. Обычно ИК-спектр поглощения представляют графически в виде зависимости от v (или l) величин, характеризующих только поглощающее вещество:
коэф. пропусканияT(v)=I(v)/I'0(v),
коэф. поглощенияA(v)=[I'0(v)-I(v)]/I'0(v)=1-T(v),
оптич. плотностиD(v)=lnI'0(v)/I0(v)=ln[1/T(v)]=k(v)cd,
и показателя поглощенияk(v)=D(v)/cd.
Величина D(v) линейно связана с k(v) и с, потому её обычно используют при количеств, анализе по спектрам поглощения. На практике закон Бугера - Ламберта - Вера также выражают в виде: 009-57.jpg , где e(v)=0,434k(v) - показатель ослабления. В этом случаеD(v)=lgI'0(v)/I(v)=e(v)cd.Закон Бугера - Ламберта - Вера справедлив при невысокой интенсивности потока падающего излучения, т. е. в том случае, когда населённость осн. уровня энергии меняется незначительно и Т(v )не зависит от величины I0(v). Кроме того, пучок монохроматич. излучения, проходящего через кювету, должен быть параллельным, а молекулы поглощать излучение независимо друг от друга [т. е. k(v )не должно зависеть от с]. Последнее допущение позволяет обобщить этот закон на случай смеси из неск. поглощающих веществ: I(v)=I'0(v)l0-D(v), где
009-58.jpg
- суммаоптич. плотностей отд. компонентов смеси. Это соотношение лежит в основе количеств, абсорбц. молекулярного спектрального анализа (однако в нек-рых реальных смесях оно не выполняется). Oпределение Т(v) и соответственно A(vD(v) сводится к независимому последовательному измерению
009-59.jpg
Рис. 3. Спектр поглощения жидкого индена в области 2,5-16 мкм. Сверху указаны толщины кювет, при которых полученданный участок спектра.

величин I(v) и I0(v) и последующему определению I(v)/I0(v)=bT(v). Для получения величины b разработан ряд методов. Двухлучевые спектрофотометры непосредственно регистрируют отношение I(v)/I0(v).Осн. параметры ИК-спектра поглощения - число полос поглощения, их положение (определяемое v или l в максимуме поглощения), ширина и форма полос, величина поглощения в максимуме. Они определяются хим. составом и структурой молекул поглощающего вещества, а также зависят от агрегатного состояния вещества, темп-ры, давления, природы растворителя (в случае растворов) и др. ИК-спектры газообразных веществ при низких давлениях, полученные с помощью спектрометров высокой разрешающей силы, имеют характерную колебательно-вращат. структуру (рис. 2) с большим числом узких вращат. линий (см. Молекулярные спектры). Ширина отд. компонентов вращат.
009-60.jpg
Рис. 2. Спектр поглощения газообразного метана (СН 4) (вращательно-колебательная полоса в области l=3,3 мкм).

структуры составляет десятые п даже сотые доли см -1 и увеличивается с давлением газа. Колебательно-вращат. полосы в спектрах жидкостей расширяются и сливаются в широкие, практически бесструктурные полосы, ширина к-рых составляет 5-20 см -1 (рис. 3). Ширина полос в ИК-спектрах кристаллов несколько меньше, чем у жидкостей, что связано с упорядоченным расположением частиц в кристаллич. решётке. <ИК-спектры поглощения сложных молекул состоят из большого числа полос (часто перекрывающихся) разл. интенсивности, и потому анализ такого спектра и отнесение тех или иных полос поглощения к соответствующим валентным и деформац. колебаниям молекул связано с большими трудностями. Однако колебат. полосы поглощения определ. хим. связей и групп атомов, как показал опыт, имеют близкие частоты независимо от того, в состав каких молекул они входят. Пределы характеристич. частот нек-рых хим. связей и групп атомов приведены в табл. Анализ ИК-спектров поглощения с помощью ЭВМ позволяет разложить сложные перекрывающиеся полосы поглощения на отдельные составляющие, к-рые затем уже легче отнести к определ. видам нормальных колебаний молекул. <Колебательно-вращат. спектры (расположенные в основном в области 2,5-50 мкм) и чисто вращательные
009-61.jpg
* в - валентное, в а - валентное асимметричное, в с -валентное симметричное колебания; д -различные формы деформационных колебаний.
(в области 50-1000 мкм) и особенно спектры поглощения разреженных газов, полученные с помощью приборов высокой разрешающей силы, в т. ч. с помощью перестраиваемых лазеров, применяются для определения структуры молекул, их моментов инерции и величин дипольных моментов, энергии межатомных взаимодействий, механических коэф. ангармоничности, вращательных постоянных и пр. Характеристичность частот колебаний позволяет проводить анализ сложных органич. соединений и особенно неизвестных соединений. И. с. применяется для анализа изомеров (рис. 4, см. Изомерия молекул), для исследования строения полупроводниковых материалов, полимеров, биол. объектов и непосредственно живых клеток. И. с. играет большую роль в создании и изучении молекулярных ИК-лазеров. Быстродействующие ИК-спектрометры позволяют получать спектры поглощения за доли секунды и используются при изучении быстропротекающих хим. реакций. С помощью спец. спектральных приборов можно получать спектры поглощения очень малых объектов, что представляет интерес для биологии и минералогии. В случае сильно поглощающих веществ, из к-рых не удаётся создать тонкий слой, для получения спектров ИК-поглощения применяются методы нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО).Для получения ИК-спектров поглощения используется большое число разл. спектрометров. Спектрометры с призменными монохроматорами позволяют получать спектры с разрешением dv~l-3 см -1 и применяются лишь для исследования спектров конденсированных сред. Серийные спектрометры с дифракц. монохроматорами дают возможность получать спектры с разрешениемдо dv~0,2 см -1, уникальные дифракц. спектрометры - dv~0,02-0,05 см -1 и применяются для исследования спектров разреженных молекулярных газов. Разрешение Фурье спектрометров может достигать dv~0,005 см -1. При использовании перестраиваемых по частоте лазеров спектральное разрешение ИК-спектров
009-62.jpg
Рис. 4. Спектры поглощения о-, m- и р-изомеров жидкого крезола; стрелками отмечены характеристические полосы поглощения отдельных изомеров.

поглощения определяется шириной линии генерации лазера; при использовании полупроводниковых лазеров оно достигает dv~10-3-10-4 см -1, а газовых лазеров - несколько выше, хотя при этом область перестройки частоты обычно невелика. Нек-рые ИК-спектрометры имеют встроенную мини-ЭВМ, к-рая используется при регистрации и автоматич. обработке ИК-спектров: определения частот полос поглощения, их интенсивностей и др. С 70-х гг. в И. с. получил распространение метод фотоакустической спектроскопии для получения ИК-спектров поглощения газов, твёрдых тел и особенно дисперсных сред. <Наиб, хорошо разработаны методы И. с. в ближней и средней ИК-области спектра, далёкая ИК-область освоена несколько хуже, но исследование ИК-спектров в этой области представляет большой интерес, т. к. в ней расположены частоты чисто вращательных переходов, а также частоты колебаний мн. кристаллич. решёток, молекул, содержащих тяжёлые атомы, межмолекулярные колебания и т. д. Развиваются методы И. с. в далёкой ИК-области спектра, использующие в качестве источников излучения лазеры и лампы обратной волны (см. Субмиллиметровая спектроскопия). Лит.: Беллами Л., Инфракрасные спектры молекул, пер. с англ., М., 1957; Применение спектроскопии в химии, пер. с англ., М., 1970; Кросс А., Введение в практическую инфракрасную спектроскопию, пер. с англ., М., 1961; Прикладная инфракрасная спектроскопия. [Сб. ст.], под ред. Д. Кендалла, пер. с англ., М., 1970; Инфракрасная спектроскопия высокого разрешения. Сб. ст., пер. с франц., англ., М., 1972; Малышев В. И., Введение в экспериментальную спектроскопию, М., 1979. В. И. Малышев.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. . 1988.


.

Смотреть что такое "ИНФРАКРАСНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ" в других словарях:

  • ИНФРАКРАСНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ — получение и исследование спектров в инфракрасной области. Методами инфракрасной спектроскопии изучают колебательные и вращательные спектры молекул и определяют по ним химический состав и структуру молекул …   Большой Энциклопедический словарь

  • инфракрасная спектроскопия — ИКС — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом Синонимы ИКС EN infrared spectroscopyIRS …   Справочник технического переводчика

  • ИНФРАКРАСНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ — (ИК спектроскопия), раздел мол. оптич. спектроскопии, изучающий спектры поглощения и отражения электромагн. излучения в ИК области, т. е. в диапазоне длин волн от 10 6 до 10 3 м. В координатах интенсивность поглощенного излучения длина волны (или …   Химическая энциклопедия

  • Инфракрасная спектроскопия — Различные типы колебаний молекул (пример для группы CH2) Инфрак …   Википедия

  • инфракрасная спектроскопия — infraraudonoji spektroskopija statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Optinė spektroskopija, aprėpianti nuo 750 nm iki 2,5 mm ilgio elektromagnetinių bangų spektrus. atitikmenys: angl. infrared spectroscopy; IR spectroscopy… …   Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

  • инфракрасная спектроскопия — infraraudonoji spektroskopija statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Optinės spektroskopijos dalis, aprėpianti spinduliavimo, sugerties ir atspindžio spektrus infraraudonojoje spektro srityje. atitikmenys: angl. infrared… …   Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

  • инфракрасная спектроскопия — infraraudonoji spektroskopija statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. infrared spectroscopy; IR spectroscopy vok. Infrarotspektroskopie, f; IR Spektroskopie, f rus. ИК спектроскопия, f; инфракрасная спектроскопия, f pranc. spectroscopie… …   Fizikos terminų žodynas

  • инфракрасная спектроскопия — получение и исследование спектров в ИК области. Методами инфракрасной спектроскопии изучают колебательные и вращательные спектры молекул и определяют по ним химический состав и структуру молекул. * * * ИНФРАКРАСНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ ИНФРАКРАСНАЯ… …   Энциклопедический словарь

  • инфракрасная спектроскопия — infraraudonoji spektroskopija statusas T sritis chemija apibrėžtis Spektroskopija, tirianti 750 nm–1,5 mm ilgio elektromagnetinių bangų spektrus. atitikmenys: angl. infrared spectroscopy rus. инфракрасная спектроскопия …   Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

  • инфракрасная спектроскопия — rus инфракрасная (абсорбционная) спектроскопия (ж) eng infrared (absorption) spectroscopy fra spectroscopie (f) infrarouge deu Infrarotspektroskopie (f), Infrarotabsorptionsverfahren (n) spa espectrometría (f) en infrarroja, espectroscopia (f) en …   Безопасность и гигиена труда. Перевод на английский, французский, немецкий, испанский языки

Книги

Другие книги по запросу «ИНФРАКРАСНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ» >>


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»

We are using cookies for the best presentation of our site. Continuing to use this site, you agree with this.