Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Воробьева_уч.пособие.docx
Скачиваний:
109
Добавлен:
08.11.2019
Размер:
1.8 Mб
Скачать

1.6. Инфракрасная спектроскопия

Инфракрасная спектроскопия (ИКС) – это метод изучения вещества (которое может находиться в твёрдом, жидком и газообразном виде) по его спектру поглощения или отражения в инфракрасном диапазоне излучения (λ = 0,7–1000 мкм). В зависимости от того, когда изучается спектр в инфракрасном диапазоне (после прохождения волн через ис­следуемое вещество или после отражения от его поверхности) ИКС де­лится на «ИКС-пропускания» и «ИКС-отражения». В свою очередь, «ИКС-отражения» разделяется на спектроскопию внешнего и внутрен­него отражения. Существуют также комбинированные ИКС-спектры.

Метод инфракрасной спектроскопии разработан на основе исследо­ваний В.В. Кобленца, который в 1905 году использовал призменный инфракрасный спектрометр для доказательства существования связи между молекулярным строением вещества и поглощением этим веществом определённых длин электромагнитных волн [10]. Вначале инфракрасная спектроскопия применялась исключительно только в Великобритании и в США, но затем в 50-е годы были выпущены серийные ИК-спектрофотометры, которые стали использоваться во всём мире для исследований минералов на основании спектров поглощения или отражения в инфракрасном диапазоне электромагнитных излучений. Источниками инфракрасного излучения являются тела накаливания:

  • стержень из карбида кремния,

  • штифт Нерста,

  • нихромовая полоска,

  • излучатель Опермана.

Температура накаливания – 1200–1400 С.

Если на кристалл попадают электромагнитные излучения, в нём воз­никают оптические и акустические продольные и поперечные упругие волны. Оптические продольные волны смещают атомы определённой кристаллографической плоскости вдоль направления распространения электромагнитных волн, а поперечные волны – в перпендикулярных на­правлениях. В зависимости от того, когда изучается оптический спектр: после прохождения через кристалл или после отражения от его поверх­ности различают инфракрасные спектры пропускания и отражения. Су­ществуют также отражательно-абсорбционные инфракрасные спектры.

Диагностика минералов осуществляется путём сравнения ИК-спектра изучаемого вещества с эталонным ИК-спектром минерала. Эталонные спек­тры минералов приведены в опубликованных атласах, например, в атласе: Farmer V.C. The infrared Spectra of Mineral. – London, Min. Soc, 1974, 41.

При помощи инфракрасной спектроскопии производится диагностика минеральных веществ, изучаются кристаллохимические особенности минералов. Спектры поглощения применяются для изучения полиморфизма, изоморфизма и степени совершенства кристаллической структуры.

В основу количественного анализа минеральных веществ и их смесей методом инфракрасной спектроскопии положен закон Ламберта-Бугера-Бера:

D = lg I0 /I = kCd,

где I - интенсивность излучения, прошедшего через образец;

I0 – интенсивность падающего излучения с определённой длиной волны;

D – оптическая плотность или экстинция;

k – коэффициент поглощения (экстинции);

С – концентрация минерального вещества в пробе;

d – толщина слоя исследованного вещества.

Метод инфракрасной спектроскопии может также использоваться для изучения рентгеноаморфных и скрытокристаллических минераль­ных образовании, а также явнокристаллических веществ.