Спектральные методы

Спектральные методы анализа основаны на явлениях взаимодействия электромагнитного излу­чения (ЭМИ) с атомами или молекулами определяемого вещества. В ходе этого взаимодействия возникает аналитический сигнал, несущий информацию о качественном и количественном составе образца. Интенсивность этого сигнала пропорциональна массе анализируемого вещества или отдельного компонента в смеси.

К физическим явлениям, лежащим в основе спектральных методов, относятся поглощение света (абсорбция), излучение света (эмиссия) и рассеивание света. На основе абсорбции выделяют молекулярно-абсорбционную спектроскопию – МАС (фотоэлектроколориметрия, спектрофотометрия) и атомно-абсорбционную спектроскопию – ААС. Атомно-эмиссионная спектроскопия – АЭС (фотометрия пламени) и молекулярно-люминесцентная спектроскопия – МЛС (флуориметрия) используют явление эмиссии. Рассеивание света лежит в основе спектроскопии рассеивания (нефелометрия, турбидиметрия).

 

Таблица1.7.1 Классификация спектральных методов

Источник аналитического сигнала	Аналитический сигнал	Метод
1. Молекулярная спектроскопия
Молекула	Поглощение (абсорбция)	Молекулярно-абсорбционная спектроскопия (МАС) (фотоэлектроколориметрия спектрофотометрия)
Испускание (люминесценция)	Молекулярно-люминесцентная спектроскопия (МЛС) (флуориметрия)
2. Атомная спектроскопия
Атом	Поглощение (абсорбция)	Атомно-абсорбционная спектроскопия (ААС)
Испускание (эмиссия)	Атомно-эмиссионная спектроскопия (АЭС) (фотометрия пламени)
3. Спектроскопия рассеяния
Молекула	Рассеивание	Спектроскопия рассеяния (турбидиметрия, нефелометрия)

 

Совокупность всех частот (длин волн) электромагнитного излучения называют электромагнитным спектром (табл. 1.7.2). Аналитические сигналы можно изучать в его различных областях. Наибольшее значение в практике химического анализа имеют спектральные методы, в основе которых используют ультрафиолетовый, видимый и инфракрасный диапазоны излучения. Механизмы взаимодействия излучения с исследуемым веществом базируются на атомных и молекулярных переходах, вызываемых излучением различных областей электромагнитного спектра.

 

Таблица 1.7.2. Электромагнитный спектр излучения

Уровень взаимодействия вещества с ЭМИ	Типы переходов, вызванных поглощением
1. Рентгеновская область ЭМИ λ = 10-3 - 10 нм
Ядро	Переходы внутренних электронов
2. Ультрафиолетовая (УФ) область ЭМИ λ = 10 – 4 . 102 нм
а) дальняя УФ-область λ = 10 – 2.10-2 нм
Атом	Переходы внешних электронов
б) ближняя УФ-область λ = 2.10-2 – 4 . 102 нм
Атом	Переходы внешних электронов
Молекула	Молекулярное колебание
3. Видимая область ЭМИ λ = 4 . 102 – 7,5. 102 нм
Атом	Переходы внешних электронов
Молекула	Молекулярное колебание
4. Инфракрасная область (ИК) ЭМИ λ = 7,5. 102 - 105 нм
а) ближняя ИК-область λ = 7,5. 102 - 103 нм
Молекула	Молекулярное колебание
б) средняя и дальняя ИК-область λ = 103 - 105 нм
Молекула	Молекулярное колебание
Молекулярное вращение
5. Микроволновая область ЭМИ λ = 105 - 109 нм
Спины электронов	Молекулярное вращение
6. Радиоволновая область ЭМИ λ = 109 - 1011 нм
Спины электронов	Изменение спинового состояния

Спектрофотометр СФ-46 Спектрофотометр СФ-56

 

КФК-2МП КФК-2 КФК-3

 

Рис. 1.7.1 Приборы для МАС

Метод МАС используют для определения большинства химических элементов (железа, меди, кобальта, никеля, хрома и т.д.) и многих органических соединений (сахаров, белков, аминокислот и т.д.). Фотометрические методы применяют также для определения степени окисленности жиров, содержания пектиновых веществ, фенольных соединений, витаминов. С помощью ИК-спектрометрии определяют содержание белка, жира и лактозы в молоке, пестицидов, витаминов, пищевых красителей, а также контролируют технологические процессы при переработке сырья. Метод ААС позво­ляет с большой точностью определять в растворах около 80 элементов в малых концентрациях, поэтому он широко применяется в сельском хозяйстве для определения микроэлементов, тяжёлых металлов в сельскохозяйственной продукции, кормах, почве, воде. Турбидиметрия и нефелометрия применяются для анализа суспензий, эмульсий, при определении в биологических жидкостях, природных и технологических водах веществ (хлориды, фосфаты, сульфаты), способных образовывать труднорастворимые соединения.