Дәріс 7. Аспап құрылысының принципі мен талдау әдістері

УК-облысындағы абсорбциялық спектроскопияға арналған спектрофото-метрлердің құрылысы мен жұмыс істеу принципі жұтылудың ИҚ-спектрлерін зерттеуге арналған аспаптарға ұқсас болып келеді. 1-суретте екі сәулелік спектрометрдің оптикалық бөлігінің сызбасы көрсетілген.

Қалыпты жағдайда екі сәуле көзі қолданылады: вольфрам жібі бар қызатын лампа (360 нм-ден жақын ИҚ-облысқа дейін) немесе дейтеримен не сутегімен толтырылған доғалық разряды бар лампа (УК-облыс үшін). Лампадан шыққан сәуле айналар арқылы монохроматордың кіретін саңылауына тоғысталады. Барлық оптикалық элементтер кварцтан жасалады. Дисперсиялайтын элемент (призма немесе дифракциялық тор) монохроматордың шығатын саңылауына спектрдің қажетті жіңішке жолағы түсетіндей болып осі бойынша бұрылады. Детектор ретінде фотокөбейткіш немесе фотоэлемент қолданылады. Монохроматордан шыққан сәуле тербелетін айна арқылы интенсивтілігі бірдей екі сәулеге бөлінеді: бір сәуле салыстыру кюветасынан өтсе, екіншісі - үлгісі бар кюветадан өтеді. Айналатын диафрагма салыстыру сәулесін және үлгі сәулесін кезекпен жауып отырады, сондықтан осы сәулелер сәйкес кюветалар арқылы детекторға кезекпен өтіп отырады. Детектордағы сигнал күшейтіліп, екі каналға бөлінеді. Арнайы сызбаның міндеті – салыстыру сигналы тұрақты болуы қажет (монохроматордың шығатын саңлауының ені мотордың көмегімен реттеледі).

Өздігінен жазатын құралда үлгі кюветасы арқылы өткен жарық сәулесінің өткізу дәрежесін салыстыру кюветасы арқылы өткен жарық ағынының өткізуі дәрежесіне қатынасы немесе тікелей оптикалық тығыздығымен тіркеледі. УК-спектрофотометрінің ең жақсы үлгілері 185 тен 850 нм облыста жұмыс істейді. 200 нм-ден төмен спектрлерді түсіргенде осы облыста оттегі мен су буының қатты жұтылуын болдырмау үшін монохроматор мен кюветтік камераны жұмыс кезінде құрғақ азотпен үрлеп отырады.

Жұтылудың электрондық спектрлерінің сипаттамалығы аз болғанымен, өте сезімтал болады, сондықтан оларды сандық өлшеулерде қолданады. Спектрлерді көбіне екі параметрмен сипаттайды: (максималды жұтылудың толқын ұзындығы) және (үшін жұтылудың молярлық коэффициенті), яғни жұтылу жолақтарының орналасуының максимумы мен олардың интенсивтіліктері. Абсорбциялық спектроскопияның басқа түріндегі сияқты сандық өлшеулер жүргізу үшін Бугер-Ламберт-Беер заңы қолданылады және логарифмдік түрі келесі түрде бейнеленеді:

Конденсацияланған фазаларда жолақтарының кеңеюіне байланысты олардың сипаттамалығы азаяды. Сонымен қатар, спектрдің орналасуы да, жұтылу жолақтарының құрылысының сипаты да еріткіштің табиғатына тәуелді. Еріткіштерге келесі талаптар қойылады: ол қажетті облыста жұтуы керек, үлгімен әсерлеспеуі қажет, химиялық тұрақты және спектрлі таза болуы керек.

Сәуле көзінің жоғарғы қуаттылығына, ерітінділердің жоғарғы концентрациясына, сонымен қатар химиялық және арнайы молекула аралық әсерлесулерге (ассоциация, сутектік байланыстар) байланысты Бугер-Ламберт-Беер заңынан ауытқулар болуы мүмкін. Ауытқулар монохроматордың қиып өтетін толқын ұзындығының аз интервалына (жоғарғы концентрацияларда шамасы төмендейді), флуоресценцияның пайда болуымен байланысты орындалады. Мұндай жағдайларда, яғни оптикалық тығыздықтың концентрациядан сызықты тәуелдігі болмаған кезде, градуирленген график құрылады.

Көп компонентті қоспаларды талдағанда жолақтардың қабаттасып түсуі ықтимал. Егер жолақтардың қабат түсуі жоқ болса, онда талдау дұрыс. Ал егер жолақтар қабат түссе, онда екі жуықтау қолданылады. Егер толқын ұзындығы үшін Бугер-Ламберт-Бер заңы орындалса (барлық і компоненттері қосылғанда), яғни жұтылудың аддитивтілігі сақталған кезде келесі теңдік орындалады:

(7.1)

Осындай теңдеуді басқа толқын ұзындықтары үшін құрып, теңдеудегі толқын ұзындықтары мен компоненттер мөлшері бірдей болған кезде теңдеулер жүйесін шешуге болады. Екінші жуықтау кезінде жасанды қоспа дайындалып, концентрациясы өзгертілу арқылы қоспа спектрі мен үлгі спектрінің ұқсастығына қол жеткізіледі.

Соңғы жылдары кинетикалық зерттеулер үшін жұтылудың электрондық спектрлері тез тіркелетін бірқатар әдістер және оларды сандық өңдеу үшін компьютерлік программалар жетілдірілді. Қазіргі кезде спектрофотометриялық аспаптар сұйық фазалы хроматографтарда детектор ретінде кеңінен қолданылады.