Б.Н. Тарасевич - Основы ИК спектроскопии с преобразованием Фурье. Подготовка проб в ИК спектроскопии (1161694)
Текст из файла
Московский Государственный Университет имени М.В.Ломоносова,Химический факультет, кафедра органической химииБ.Н.ТарасевичОсновы ИК спектроскопии с преобразованием Фурье.Подготовка проб в ИК спектроскопии.Пособие к спецпрактикуму по физико-химическим методам длястудентов-дипломников кафедры органической химии.Москва 2012Б.Н.Тарасевич, «Основы ИК спектроскопии с преобразованием Фурье».стр. 2 из 22Введение.Как известно, основное назначение ИК спектрофотометров заключается в полученииколебательного спектра исследуемого соединения.
К концу 20 века были разработаны различныеконструкции спектральных приборов. ИК спектрофотометры, в которых информация о поочередно,вырезаемых щелью спектральных интервалах регистрируется последовательно во времени,называют сканирующими. По мере сканирования каждого такого спектрального интервала, ширинакоторого определяется спектральной шириной щели, энергия излучения воспринимаетсяодноканальным приемником. Приборы с пространственным разделением, использующиемногоканальные приемники, в средней ИК – области, в отличие от видимой, практически неприменяются. Примером многоканального прибора для видимой области служит спектрограф,регистрирующий спектр излучения на фотопластинку.
Многоканальные спектрометры - это такиеприборы, в которых приемник одновременно получает много сигналов, соответствующихразличным участкам спектра. Эти сигналы дешифруются таким образом, что дают информацию окаждом отдельном спектральном элементе. Так как ИК области присуща низкая энергия, токонструирование ИК – спектрофотометров направлено на максимальное увеличение проходящейчерез прибор и попадающей на приёмник энергии.
Со своей стороны пользователь должен помнитьоб этом ограничении и выбирать, особенно, при количественных измерениях оптимальные с точкизрения энергетики режимы работы и методы пробоподготовки.В ходе классического спектроскопического эксперимента входящее в призменный илирешеточный монохроматор полихроматическое излучение (белый свет) разделяется на бесконечноечисло монохроматических пучков. Спектр получается путем пространственного разделениявыходящих из призмы пучков с различными длинами волн.
Дифракционная решетка работаетподобным же образом, за исключением того, что число пучков равно числу штрихов решетки и длякаждой длины волны на выходе получается больше одного максимума. Различные порядки спектра,которые перекрываются, необходимо разделять. Разрешение, достигаемое в спектрометре,определяется шириной щели, задающей полосу длин волн, которая попадает на фотоприемник ипорядком спектра. В 1970-е годы классические сканирующие спектрометры начали вытеснятьсяприборами нового поколения - на основе интерферометров с использованием преобразованияФурье, и к настоящему времени этот процесс завершился.Данное пособие адресовано студентам-дипломникам кафедры органической химии дляподготовки к выполнению спецпрактикума по физико-химическим методам.стр.
3 из 22Б.Н.Тарасевич, «Основы ИК спектроскопии с преобразованием Фурье».Физические основы спектроскопии с преобразованием Фурье.Все ИК – спектрофотометры независимо от конструкции имеют общие элементы: источникизлучения, оптическую систему, приемник, систему усиления сигнала.Источники излучения. Идеальным источником для ИК – спектроскопии был бы монохроматическийизлучатель высокой интенсивности, непрерывно перестраиваемый в широком частотном интервале. Несмотря на то,что существуют лазеры с перестраиваемой частотой, в настоящее время наиболее распространенными являютсянагреваемые до температуры 1200 – 1400 К источники с широкой областью излучения: глобар (карбид кремния), штифтНернста (оксиды циркония, тория, иттрия), нихромовая спираль, платиновая проволока с керамическим покрытием. Вдальней ИК области используется излучение стенок ртутной лампы низкого давления. Излучательная способностьтепловых источников подчиняется закону Планка для излучения абсолютно черного тела.
Ведутся исследования поприменению терагерцового излучения (субмиллиметровый диапазон) в спектроскопии.Оптические системы. Назначение оптической системы – направлять излучение источника по нужному пути сминимальными потерями. Использование отражательных зеркал с наружным покрытием (напыленный алюминий,просветляющие покрытия) позволяет избежать хроматической аберрации. Отражательная оптика может иметь плоские,сферические, параболические, эллиптические или тороидальные поверхности. Разработано большое число типовоптических систем спектрофотометров. Классические схемы спектральных приборов рассмотрены в специальнойлитературеПриемники излучения.
Приемники ИК излучения делятся на две группы: тепловые и фотоэлектронные.Первая группа включает термоэлементы (термопары), болометры (сопротивления с большим температурнымкоэффициентом), пневматические приемники, пироэлектрические приёмники. Пироэлектрические детекторы (наоснове триглицинсульфата (NH2CH2COOH)3 H2SO4) используются в интерферометрах из-за их высокойчувствительности в широкой ИК области.В основе работы фотоэлектронных полупроводниковых приемников, к которым относятся фоторезисторы ифотодиоды, лежит явление внутреннего фотоэффекта.
В ближнем ИК диапазоне наиболее распространены фотодиодына основе германия и твёрдого раствора InGaAs. В среднем ИК диапазоне применяются охлаждаемые жидким азотомфотодиоды на основе твёрдого раствора HgCdTe (MCT Mercury-Cadmium-Tellurium).
Полупроводниковые детекторыдля работы в низкочастотной области требуют охлаждения до низких (азотных или гелиевых) температур. Шириназапрещённой зоны определяет длинноволновую границу чувствительности фотоэлектронных приёмников.Оптические материалы. Так как обычные оптические стёкла поглощают среднее и длинноволновое ИКизлучение, то в качестве материалов для изготовления окон кювет и светоделителей используют монокристаллыразличных солей. В спектроскопии внутреннего отражения применяют материалы с высокими показателямипреломления. В табл.1 представлены сведения о свойствах некоторых распространённых материалов для ИК.Таблица 1.Свойства некоторых оптических материалов, применяемых в ИК области спектра.МатериалLiFФлюорит CaF2BaF2NaClKBrОбластьпрозрачности, мкм(см-1)0,11-7,0(90910-1429)0,12-9,0(83333-1111)0,14-12,0(71430-833)0,20-16,0(50000-625)0,21-25,0(47620-400)ПоказательпреломленияПримечания1,39Чувствителен к кислотам1,40Нерастворим в воде.
Чувствителен к солям NH4+1,45Нерастворим в воде1,52Растворим в воде, слегка растворим в спиртах.1,53Гигроскопичен, растворим в воде, спиртах, глицерине.SiОт 1,5 мкм (6667-)3,40ZnSe0,5-20 (20000-50)2,42KRS-5, (TlI TlBr)Полиэтилен высокойплотности.0,55-35,0(18180-286)20,0-200,0 (500-50)2,381,52Растворим в щёлочи и HF, длинноволновая границазависит от чистоты материалаВодостойкий, раств. в сильных кислотах,разлагается в HNO3.Мягкий, раств.
в тёплой воде, основаниях, спирте иHNO3. Токсичен!Мягкий, устойчив к большинству растворителей.стр. 4 из 22Б.Н.Тарасевич, «Основы ИК спектроскопии с преобразованием Фурье».В основе оптической схемы типичного Фурье-спектрометра лежит схема интерферометраМайкельсона, разработаны и другие системы. Прежде, чем рассматривать работу спектрометра спреобразованием Фурье, рассмотрим интерферометр, созданный американским физикомАльбертом Абрахамом Майкельсоном (Нобелевская премия 1907 г.).Явление интерференции световых волн наблюдал еще И.Ньютон. Интерференция наблюдается на когерентныхлучах, т.е.
таких, разность фаз колебаний которых не изменяется во времени. В оптике существуют разные способысоздания когерентных пучков и наблюдения интерференции света. Интерференцией света объясняется радужнаяокраска тонких слоев масла или нефти на поверхности воды, цвета побежалости на закаленных металлах, необычнаяокраска некоторых минералов и перьев экзотических птиц.Первый интерферометр был создан Физо в 1845 г. Кроме широко известного интерферометра А.Майкельсона(1880 г.), существуют интерферометры Жамена И., Фабри-Перо, И.Рэлея и другие. Майкельсон предложил различныеполезные приложения своего интерферометра, в том числе и в качестве спектрометра.
Г.Рубенс и Р.Вуд выполнилиобратное Фурье-преобразование интерферограммы и получили первые спектры в дальней ИК области. В дальнейшем вработах П.Жакино (оценка светосилы, 1947 г.), П.Фелжетта (принцип мультиплексности, 1951 г.), Г.Гебби(Фурье-преобразование интерферограммы в спектр на ЭВМ, 1955 г.), Ж.Конн (1961 г.) и др. были заложены основынового спектрального метода исследований. С середины 1960-х годов метод Фурье-спектроскопии получилраспространение благодаря разработке алгоритма быстрого Фурье-преобразования Кули-Тьюки, применение которогопозволило резко увеличить скорость обработки данных, что привело к появлению коммерческих Фурье-спектрометровдля средней и ближней области.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
