Описание
Колебательные спектры являются чрезвычайно специфическими и чувствительными характеристиками молекул, поэтому их широко применяют в химических исследованиях. Достоинством методов колебательной спектроскопии является то, что их можно использовать для исследования практически любого вещества в любом агрегатном состоянии (газообразном, жидком или твердом, в том числе кристаллов и аморфных тел). Для получения колебательных спектров достаточно очень малого количества исследуемого материала (в зависимости от типа и чувствительности спектрометра, вплоть до нескольких миллиграммов).
Большинство известных колебательных частот лежит в диапазоне 1012–1014 Гц, что соответствует инфракрасному (ИК) диапазону электромагнитного излучения. Полосы поглощения или излучения, соответствующие колебаниям пар атомов друг относительно друга (так называемым валентным колебаниям), а также колебаниям групп атомов, изучены как экспериментально, так и теоретически для различных классов веществ и доступны в справочной литературе (так называемые характеристические частоты).
Основными методами колебательной спектроскопии являются ИК-спектроскопия и спектроскопия комбинационного рассеяния света (КР), также называемая рамановским рассеянием. ИК-спектры являются спектрами поглощения, и при их интерпретации оперируют понятиями полос поглощения. КР-спектры являются спектрами флуоресценции (излучения).
ИК-спектрометры, точнее, ИК Фурье-спектрометры, позволяют быстро получать колебательные спектры жидкостей и газов, а также твердых тел, достаточно прозрачных в исследуемой области частоты излучения (~40–6000 см–1 для самых распространенных приборов), что позволяет производить качественный и количественный анализ образцов. Для исследования сильно поглощающих материалов доступен также метод нарушенного полного внутреннего отражения (МНПВО), позволяющий получить спектр вещества, находящегося на поверхности образца.
Вследствие того, что некоторые колебательные переходы могут быть запрещены правилами отбора (см. статью спектроскопия, электронно-колебательная), ряд колебательных частот, присущих характерным структурным группам, может отсутствовать в спектрах, регистрируемых ИК-спектрометрами. В этом случае на помощь может прийти метод КР, если, конечно, соответствующие спектральные полосы разрешены правилами отбора для излучательных переходов.
Одним из наиболее наглядных примеров эффективного применения колебательной спектроскопии в современных условиях может служить определение структуры графена по характерному для группового колебания атомов углеродной решетки пику комбинационного рассеяния в области 1600 см–1.
Иллюстрации
Автор
- Лурье Сергей Леонидович
Источник
- Пентин Ю. А., Вилков Л. В. «Физические методы исследования в химии». М. «Мир» 2006. — 683 с.