Количественный и качественный спектральные анализы.

С помощью спектроскопии можно получать как качественные, так и количественные результаты. Но в идеальном варианте вещества при этом должны быть абсолютно чистыми, ибо в случае смеси веществ происходит суммирование поглощений отдельных компонентов. Если мы имеем дело с неизвестной смесью веществ, то, по крайней мере, для молекулярной спектроскопии потребуется предварительное разделение этой смеси на отдельные субстанции – например, с применением хроматографии. В отличие от этого, атомная спектроскопия благодаря своим особенностям обладает чрезвычайно высокой селективностью, так что разделения на составляющие при этом обычно не требуется, если не возникают какие-либо перекрёстные помехи.

Качественный анализ.

Спектр поглощения, то есть графическая запись процесса поглощения излучения относительно длины волны или, соответственно, частоты света, даёт информацию касательно того, о каком именно веществе идёт речь. Разные вещества, описанные через формулы химического соединения, различаются своими структурами – атомной, пространственной и электронной. Поэтому каждое вещество по-своему реагирует на электронное, колебательное или вращательное возбуждение, формируя характерный только для него спектр. Таким образом, у каждого вещества его спектр поглощения столь же индивидуален, как и отпечатки пальцев у человека.

В случае смеси веществ получают суммарный спектр на основе всех содержащихся в этой смеси компонентов. С математической точки зрения здесь возникает проблема одного уравнения с n неизвестными (одного спектра с n веществами). Если области поглощения входящих в состав смеси веществ накладываются друг на друга, то по суммарному спектру не удаётся сделать вывод о виде и количестве отдельных компонентов. И только если области поглощения в суммарном спектре не будут перекрываться, отдельные вещества в принципе могут быть идентифицированы.

Особая ситуация возникает, когда известны (n – 1) веществ и их спектры поглощения. На основе специальных вычислений с помощью ПК сегодня не составляет труда вычесть эти известные спектры из полученного суммарного спектра, и тогда мы получим спектр неизвестного вещества.

С другой стороны, регистрация спектра вещества может быть предложена в качестве ускоренного метода для определения его чистоты, ибо по виду спектра обычно легко обнаружить присутствие определённого количества примесей. Известно, что чистые соединения дают узкие, хорошо разрешённые пики, а наличие в пробе нескольких компонентов приводит к широким, плохо разрешённым полосам из-за слияния близко расположенных линий индивидуальных соединений.

Количественный анализ.

В основе количественного анализа лежит закон Ламберта-Бера, то есть определение оптической плотности Е при той длине волны, при которой исследуемое вещество поглощает свет. Закон Ламберта гласит, что поглощённое количество света не зависит от интенсивности источника излучения. Закон Бера указывает, что поглощение пропорционально числу поглощающих молекул. Отсюда можно вывести следующее отношение:

log(I₀/I) = ecd = E, (1)

где E – означает оптическую плотность и как логарифм частного от деления интенсивностей падающего I₀ и выходящего I света не имеет размерности;

d – величина, показывающая длину пути света, прошедшего через поглощающую пробу, то есть толщину слоя;

e – постоянная материала, которая, если используется концентрация c в моль/л и толщина слоя d в см, обозначается как молярный коэффициент поглощения, или молярный показатель поглощения с размерностью см/миллимоль. Эта величина отображает оптическую плотность одномолярного раствора при толщине слоя 1 см.

Рис. 6 демонстрирует ослабление интенсивности света при прохождении через поглощающую ячейку. Наглядные примеры зависимости между поглощением, пропусканием и оптической плотностью приведены в табл. 1.

Таблица 1