Хроматограф.ру
+7(343) 300-90-95 ООО "Экоприбор-Сервис", Россия, Екатеринбург, Сибирский тракт, 57, офис 308/311, 620100 info@gcpro.ru

Абсорбционная спектрометрия

Дата:18.03.2021
Автор:admin
Комментарии:0

Абсорбционная спектрометрия уже больше века является важнейшим видом химического анализа, позволяющим получать ценные сведения о чистых веществах и их растворах. Метод является актуальным и востребованным по сих пор, ведь он позволяет узнать о наличии или отсутствии в молекуле тех или иных функциональных групп, связей в целом. Имея на руках накопленную экспериментальную информацию о молекулах и их составляющих, благодаря современным спектрометрам можно не только узнать строение изучаемых веществ, но и их концентрации в растворах или других смесях.

Абсорбционный спектрометр: история

Свое начало абсорбционная спектрометрия берет в конце 19 века. Тогда появилась первая публикация, в которой спектры поглощения из инфракрасной области были соотнесены с функциональными группами. Связь между типом связей и поглощаемой длинной волны позволили говорить о новом методе химического анализа — спектрометрии.

Развитие метода было крайне непростой задачей, ведь собирать приборы ученым приходилось вручную. Но несмотря на грубое оборудование и условия, некоторые снятые в начале прошлого века спектры, остаются полезными и поныне.

Первые приборы в качестве призмы имели кристалл каменной соли. Градуировались они по величинам показателей преломления самой призмы, измеренными либо ими самими, либо другими исследователями. Ставшие доступными через пятьдесят лет синтетические кристаллы соли позволили увеличить область изучаемых спектров.

Ручное производство приборов выливалось в сложность работы с ними, они требовали идеальные условия. Это приводило к тому, что снятие одного спектра занимало не менее 3-4 часов. Современные спектрометры неприхотливы в условиях работы, полуавтоматические и позволяют снимать спектры в большем диапазоне за меньшее время.

Применение и принцип работы

Метод абсорбционной спектрометрии основан на явлении поглощения частицами квантов света. Через пробу раствора вещества пропускается полный спектр, часть которого поглощается. Установив падение интенсивности излучения, строится график спектра поглощения. Так, зная характерные для определенных частиц частоты поглощения, можно либо расшифровать строение анализируемых молекул (например, ЯМР), либо узнать концентрацию.

Молекула, которая поглощает энергию переходит в возбужденное состояние. Химическая природа возбуждения заключается в изменении электронной конфигурации. Электрон может не только перейти на более энергетически высокие уровни, но и поменять пространственную ориентацию или направление вращения. Об этом свидетельствует плавная линия спектра поглощения.

При возбуждении молекулы в абсорбционной спектроскопии, происходит переход электронов. С наибольшей вероятностью будут поглощаться те кванты света, чьи энергии равны разности энергий квантовых состояний. Большинство молекул поглощают в видимой и ультрафиолетовой области спектра, чья энергия соответствует между основным и любым колебательным уровнем первого возбужденного состояния.

Так, абсорбционный спектрометр представляет собой:

  1. Источник света
  2. Монохроматор
  3. Кювету с анализируемым веществом
  4. Детектор

Пропуская свет через монохроматор, выделяют пучок с определенной длинной волны. Это может быть полезно для упрощения результатов, отбросив возможные нежелательные поглощения.

Сперва, пучок света пропускают через чистый растворитель, и только затем через раствор анализируемого вещества. Это необходимо для исключения возможности смешения спектров поглощения растворителя и изучаемых молекул. На практике прибор настраивают таким образом, чтобы он показывал нулевое поглощение при измерении одного растворителя. Это называется настройкой прибора на нуль.

Далее фиксируется падение интенсивности света, по которому можно судить о поглощении растворенным веществом. По полученным данным, сравнив с библиотечными, можно получить сведения как о концентрации растворенного вещества, пользуясь законом Ламберта Бера, так и о его строении.

Виды спектрометров

Спектрометры классифицируются по характерным используемым спектрам. Так, выделяют следующие виды абсорбционной спектрометрии:

  1. Стандартная абсорбционная спектроскопия (УФ, видимый, ИК)
  2. Инфракрасная спектроскопия
  3. Спектроскопия комбинационного рассеяния (ИК, микроволновое)
  4. ЯМ спектроскопия (микроволновое)

Несмотря на различия в конструкции и предназначении, все спектрометры состоят из источника света, монохроматора, прозрачной кюветы, детектора света и измерительного прибора.

Стандартные абсорбционные спектрометры предназначены для измерения концентраций определенных биохимических веществ, таких как ДНК, РНК, углеводов и их производных, и даже бактерий. Измерение концентрации возможно, если известен молярный коэффициент поглощения и соблюдается закон Ламберта Бера. Измерение концентраций веществ, представляющих скорее суспензию, чем раствор, также возможен.

Проводятся также исследования химических реакций. Каждая молекула меняясь меняет и свой спектр поглощения. Построив кривую зависимости оптической плотности от времени реакции, можно определить количество одного компонента, зная количество другого.

Важной возможностью спектрометров видимой области является способность идентифицировать вещества посредством спектральных измерений. Например, состав молекулы ДНК, состоящей из четырех оснований, был исследован именно посредством спектроскопии видимого диапазона.

Другой тип абсорбционных спектрометров – ИК. Чаще всего их используют для изучения высокомолекулярных соединений. ИК спектры дают сведения о третичных структурах белков, путях денатурации, идентификации таутомеров.

Не менее важным видом абсорбционной спектроскопии является ЯМР спектроскопия. Несмотря на то, что она изучает меньший волновой диапазон, она дает ничуть не менее значимую информацию: о строении вещества.

В классическом варианте, снимается спектр, соответствующий области поглощения элемента водорода. Изучив количество пиков поглощения, можно судить о количестве химически различных атомах водорода в молекуле, а соотнеся с экспериментальными данными, и вовсе расшифровать строение.

Заключение

В настоящее время, абсорбционная спектроскопия представляет собой важнейший вид химического анализа, посредством которого было сделано и делается множество открытий. Анализируя сложные смеси за считанные часы, спектрометры позволяют изучать сложные смеси, предполагать строение молекул.

Современная химическая деятельность не представляется возможной без спектрометров, которые дают точную информацию как о продуктах реакции, так и о самих реакциях.

Помимо научной деятельности, спектрометры находят широкое применение и в медицинской сфере, ведь совмещая этот метод анализа с хроматографией, можно получить практически все сведения о составе изучаемых растворов, коими зачастую являются мед. анализы.