Физико - химические методы анализа в экологии. Оптическая спектроскопия (лекция 3)

1.

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
АНАЛИЗА В ЭКОЛОГИИ
(Лекция 3)
1

2.

Спектроскопические и другие оптические методы анализа – это большая группа
методов, основанных на взаимодействии электромагнитного излучения с веществом.
Области спектрального диапазона и виды спектроскопии
2

3.

Оптическая спектроскопия
Явления, обусловленные корпускулярной природой света
Явления, обусловленные волновой природой света
3

4.

Оптическая спектроскопия
Явления, обусловленные корпускулярной природой света
Поглощение света атомами и молекулами лежит в основе методов абсорбционной спектроскопии.
При прохождении света через слой вещества часть его поглощается, и атомы или молекулы переходят в
возбуждённое состояние:
А → A* (поглощение света атомами – атомная абсорбция, лежит в основе атомно-абсорбционной
спектроскопии);
M → M * (поглощение света молекулами – молекулярная абсорбция, лежит в основе методов молекулярной
спектроскопии: фотоколориметрии, спектрофотометрии).
Испускание света атомами и молекулами может быть спонтанным (самопроизвольным) или вынужденным.
Спонтанное испускание света (эмиссия) используется в методах эмиссионной спектроскопии. Эмиссия
возникает за счёт перехода термически возбуждённых частиц в основное состояние с выделением кванта света:
А → A* → A + hυ (спонтанное испускание света атомами – атомная эмиссия, лежит в основе методов
атомно-эмиссионной спектроскопии, в частности, фотометрии пламени).
Вынужденное испускание света (люминесценция) используется в методах люминесцентной спектроскопии.
Люминесценция возникает за счёт перехода частиц, возбуждённых от внешнего источника энергии (не
термически!), в основное состояние с выделением кванта света:
M + Е → M* → М +hυ (вынужденное испускание света молекулами).
4

5.

Оптическая спектроскопия
Явления, обусловленные волновой природой света
5

6.

Оптическая спектроскопия
Явления, обусловленные волновой природой света
6

7.

Общие принципы аналитической оптической
спектроскопии
Спектральная линия – это совокупность всех фотонов одной частоты.
Резонансные переходы – это переходы с первого возбуждённого уровня на основной и
наоборот, т. е. Е1 → Е0 и Е0 → Е1.
Совокупность спектральных линий, принадлежащих данной частице, составляет её спектр.
7

8.

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ АБСОРБЦИОННЫЕ СПЕКТРЫ.
МЕТОДЫ МОЛЕКУЛЯРНОГО АБСОРБЦИОННОГО АНАЛИЗА.
Область интенсивного
поглощения излучения
называется полосой
поглощения (ПП).
Совокупность полос образует
спектр поглощения.
Спектр поглощения вещества
– это графическое
изображение распределения
поглощаемой им энергии по
длинам волн.
8

9.

Стадия измерения
По оси ординат можно откладывать:
- оптическую плотность (А) или её логарифм (lgA);
- пропускание (Т);
- молярный коэффициент поглощения (ε) или его логарифм (lgε).
По оси абсцисс можно откладывать:
- длину волны (λ);
- частоту (ν);
- волновое число (ν).
Выбор системы координат обусловлен:
- областью спектрального диапазона: (в УФ и vis областях спектры строят в системе
координат А – λ , а в ИК области – в системе координат Т – ν);
- целью исследования например для проведения качественного анализа спектр
строят в системе координат ε – λ, поскольку ε не зависит от концентрации вещества;
- величиной поглощения и т. д.
9

10.

Виды молекулярных спектров поглощения
10

11.

Вид и характеристики полос поглощения
11

12.

Вид и характеристики полос поглощения
12

13.

Вид и характеристики полос поглощения
13

14.

Вид и характеристики полос поглощения
14

15.

Основной закон светопоглощения
(закон Бугера – Ламберта – Бера)
Если на слой раствора толщиной l падает световой поток с интенсивностью Io, и в результате поглощения света
веществом, интенсивность прошедшего светового потока I уменьшается, то по закону Бугера–Ламберта–Бера:
Это экспоненциальная форма записи основного закона светопоглощения. В количественном анализе более
удобно пользоваться логарифмической формой записи этого же закона:
15

16.

Основной закон светопоглощения
(закон Бугера – Ламберта – Бера)
Графически закон можно представить в виде
16

17.

Основной закон светопоглощения
(закон Бугера – Ламберта – Бера)
17

18.

Основной закон светопоглощения
(закон Бугера – Ламберта – Бера)
18

19.

Классификация методов молекулярного абсорбционного
анализа
19

20.

Классификация методов молекулярного абсорбционного
анализа
20

21.

Основные этапы и выбор условий фотометрического
определения
1. Длина волны λ или светофильтр. Экспериментально находят λmax (область наибольшего
поглощения)
21

22.

Основные этапы и выбор условий фотометрического
определения
22