Инфракрасная спектроскопия

Метод ИКС включает получение, исследование и применение спектров испускания, поглощения и отражения в инфракрасной области спектра (0,76-1000 мкм). ИКС занимается главным образом изучением молекулярных спектров, т.к. в ИК-области расположено большинство колебательных и вращательных спектров молекул. Наиболее широкое распространение получило исследование ИК спектров поглощения, возникающих при прохождении ИК-излучения через вещество. При этом селективно поглощается энергия на тех частотах, которые совпадают с частотами вращения молекулы как целого, а в случае кристаллического соединения с частотами колебаний кристаллической решетки.

ИК-спектр поглощения - вероятно, уникальное в своем роде физическое свойство. Не существует двух соединений, за исключением оптических изомеров, с различающимися структурами, но одинаковыми ИК-спектрами. В некоторых случаях, таких как полимеры с близким молекулярным весом, различия могут быть практически незаметны, но они всегда есть. В большинстве случаев ИК-спектр является "отпечатком пальцев" молекулы, который легко отличим от спектров других молекул.

Кроме того, что поглощение характеристично для отдельных групп атомов, его интенсивность прямопропорциональна их концентрации. Т.о. измерение интенсивности поглощения дает после простых вычислений количество данного компонента в образце.

По своим возможностям метод почти универсален. Образцы могут быть жидкими, твердыми или газообразными. Они могут быть органическими или неорганическими, хотя неорганические вещества иногда не дают хорошо выраженных спектров. В обычных условиях для ИК-излучения прозрачны только одноатомные газы и неполярные молекулы (Ne, He, O₂, H₂, N₂). Другое ограничение заключается в том, что такой распространенный растворитель, как вода, имеет в ИК-области очень сильное поглощение и, кроме того, растворяет окна кювет, в качестве которых используют пластинки из кристаллов солей. Спектроскопия в ИК-области встречается с рядом специфических трудностей. В силу того, что излучение невидимо, юстировку оптических деталей нельзя проводить визуально. Энергия, с которой приходится иметь дело крайне мала (меньше 80 кдж/моль), и уменьшается с увеличением длины волны. Из-за низкой энергии сигнал приемника не намного выше уровня шума, возникающего в результате хаотического теплового движения электронов контуре приемника. Более того, поскольку все части спектрометра теплые (по сравнению с абсолютным нулем), они излучают энергию в ИК-области и на детектор попадает значительное количество паразитной энергии, которая должна быть отделена от полезного сигнала.

Развитие ИКС началось с изучения органических веществ. Это объясняется тем, что спектры органических соединений можно получать для растворов, причем расшифровка этих спектров довольно проста, поскольку эти соединения содержат ограниченный набор атомов со слабо проявляющимися между ними связями. Лишь в последние десятилетия, появившаяся методика изучения порошкообразных проб, позволила применить ИКС к обширному кругу неорганических веществ. Однако расшифровка ИК-спектров неорганических соединений существенно затруднена из-за сложности спектров. В отличие от спектров органических соединений в спектрах неорганических веществ, как правило, наблюдаются широкие полосы поглощения, которые обусловлены наложением различных колебаний в кристаллической решетке, связанных с взаимодействием в ней атомов.