Подпишитесь на наши новости
Вернуться к началу с статьи up
 

ИНФРАКРА́СНАЯ СПЕКТРОСКОПИ́Я

  • рубрика

    Рубрика: Физика

  • родственные статьи
  • image description

    В книжной версии

    Том 11. Москва, 2008, стр. 497

  • image description

    Скопировать библиографическую ссылку:




Авторы: В. И. Малышев

ИНФРАКРА́СНАЯ СПЕКТРОСКОПИ́Я (ИК-спек­тро­ско­пия), об­ласть оп­тич. спек­тро­ско­пии, вклю­чаю­щая по­лу­че­ние, ис­сле­до­ва­ние и при­ме­не­ние спек­тров ис­пус­ка­ния, по­гло­ще­ния и от­ра­же­ния в ИК диа­па­зо­не длин волн (см. Ин­фра­крас­ное из­лу­че­ние). И. с. за­ни­ма­ет­ся в осн. изу­че­ни­ем мо­ле­ку­ляр­ных спек­тров (в ИК-об­лас­ти рас­по­ло­же­но боль­шин­ство ко­ле­ба­тель­ных и вра­ща­тель­ных спек­тров мо­ле­кул), а так­же спек­тров кри­стал­лов.

Ча­ще дру­гих ис­сле­ду­ют ИК спек­тры по­гло­ще­ния. ИК-из­лу­че­ние сплош­но­го спек­тра про­пус­ка­ют че­рез ис­сле­дуе­мый об­ра­зец, в ко­то­ром про­ис­хо­дит по­гло­ще­ние из­лу­че­ния на час­то­тах, сов­па­даю­щих с ко­ле­ба­тель­ны­ми или вра­ща­тель­ны­ми час­то­та­ми мо­ле­кул (или час­то­та­ми ко­ле­ба­ний ато­мов кри­стал­лич. струк­ту­ры) об­раз­ца. Ин­тен­сив­ность из­лу­че­ния на этих час­то­тах па­да­ет – об­ра­зу­ют­ся по­ло­сы по­гло­ще­ния. Связь ме­ж­ду ин­тен­сив­но­стью $I_0$ па­даю­ще­го и ин­тен­сив­но­стью $I$ про­шед­ше­го че­рез ве­ще­ст­во из­лу­че­ний и ве­ли­чи­на­ми, ха­рак­те­ри­зую­щи­ми ве­ще­ст­во, оп­ре­де­ля­ет­ся Бу­ге­ра – Лам­бер­та – Бе­ра за­ко­ном. Обыч­но ИК-спектр по­гло­ще­ния пред­став­ля­ют гра­фи­че­ски как за­ви­си­мость от час­то­ты $ν$ (или дли­ны вол­ны $λ$) не­ко­то­рых ве­личин, ха­рак­те­ри­зую­щих ис­сле­дуе­мое ве­ще­ст­во: ко­эф. про­пус­ка­ния $Т(ν )=I(ν )/I_0(ν )$; ко­эф. по­гло­ще­ния $А(ν )= 1-T(ν )$; оп­тич. плот­но­сти $D(ν )= ln[1/T(ν )]=χ (ν )cl$, где $χ(ν)$ – по­ка­за­тель по­гло­ще­ния, $c$ – кон­цен­тра­ция по­гло­щаю­щих из­лу­че­ние час­тиц, $l$ – тол­щи­на по­гло­щаю­ще­го слоя ве­ще­ст­ва. По­сколь­ку оп­тич. плот­ность ве­ще­ст­ва про­пор­цио­наль­на по­ка­за­те­лю по­гло­ще­ния и кон­цен­тра­ции по­гло­щаю­щих из­лу­че­ние час­тиц, её за­ви­си­мость от $ν$ (или $λ$ ) обыч­но при­ме­ня­ет­ся для ко­ли­че­ст­вен­но­го спек­траль­но­го ана­ли­за. Ис­сле­до­ва­ние ИК-спек­тров твёр­дых, жид­ких и га­зо­об­раз­ных об­раз­цов обыч­но осу­ще­ст­в­ля­ют с по­мо­щью разл. ИК-спек­тро­мет­ров (см. Спек­траль­ные при­бо­ры).

Чис­ло по­лос по­гло­ще­ния в ИК-спек­тре, их по­ло­же­ние, ши­ри­на и кон­тур, ве­ли­чи­на по­гло­ще­ния оп­ре­де­ля­ют­ся струк­ту­рой и хи­мич. со­ста­вом ве­ще­ст­ва, по­гло­щаю­ще­го из­лу­че­ние, за­ви­сят от его аг­ре­гат­но­го со­стоя­ния, темп-ры, дав­ле­ния и др. па­ра­мет­ров. ИК-спек­тры га­зо­об­раз­ных ве­ществ при низ­ких дав­ле­ни­ях име­ют ха­рак­тер­ную ко­ле­ба­тель­но-вра­ща­тель­ную струк­ту­ру с боль­шим чис­лом уз­ких вра­ща­тель­ных ли­ний. В спек­трах жид­ко­стей ко­ле­ба­тель­но-вра­ща­тель­ные по­ло­сы сли­ва­ют­ся в ши­ро­кие, прак­ти­че­ски бес­струк­тур­ные по­ло­сы. Ши­ри­ны по­лос в ИК-спек­трах кри­стал­лов не­сколь­ко мень­ше, чем у жид­ко­стей, что обу­слов­ле­но упо­ря­до­чен­ным рас­по­ло­же­ни­ем час­тиц в кри­стал­лич. ре­шёт­ке. ИК-спек­тры по­гло­ще­ния слож­ных мо­ле­кул со­сто­ят из боль­шо­го чис­ла по­лос (час­то пе­ре­кры­ваю­щих­ся) разл. ин­тен­сив­но­сти, что су­ще­ст­вен­но за­труд­ня­ет их ана­лиз. Од­на­ко по­ло­сы по­гло­ще­ния функ­цио­наль­ных групп хи­мич. со­еди­не­ний име­ют близ­кие час­то­ты не­за­ви­си­мо от то­го, в со­став ка­ких мо­ле­кул они вхо­дят.

Ис­сле­до­ва­ние ко­ле­ба­тель­но-вра­ща­тель­ных спек­тров (рас­по­ло­жен­ных в ос­нов­ном в об­лас­ти 2,5–50 мкм) и чис­то враща­тель­ных спек­тров (в об­лас­ти 50–1000 мкм) мо­ле­кул по­зво­ля­ет оп­ре­де­лять их струк­ту­ру, мо­мен­ты инер­ции, ди­поль­ные мо­мен­ты, си­лы меж­атом­но­го взаи­мо­дей­ст­вия в мо­ле­ку­ле, вра­ща­тель­ные по­сто­ян­ные и т. п. Од­но­знач­ность свя­зи меж­ду со­ста­вом и строе­ни­ем мо­ле­ку­лы и её ИК-спек­тром – ос­но­ва ка­че­ст­вен­но­го и ко­ли­че­ст­вен­но­го мо­ле­ку­ляр­но­го спек­траль­но­го ана­ли­за. Из­ме­не­ния па­ра­мет­ров ИК-спек­тров (сме­ще­ние по­лос по­гло­ще­ния, из­ме­не­ние их ши­ри­ны, кон­ту­ра, ве­ли­чи­ны по­гло­ще­ния), про­ис­хо­дя­щие при пе­ре­хо­де ве­ще­ст­ва из од­но­го аг­ре­гат­но­го со­стоя­ния в дру­гое, при его рас­тво­ре­нии, из­ме­не­нии темп-ры, дав­ле­ния, не­сут ин­фор­ма­цию о ве­ли­чи­не и ха­рак­те­ре меж­мо­ле­ку­ляр­ных взаи­мо­дей­ст­вий.

И. с. при­ме­ня­ют в ма­те­риа­ло­ве­де­нии для изу­че­ния и кон­тро­ля струк­ту­ры по­лу­про­вод­ни­ков, по­ли­ме­ров, био­по­ли­ме­ров, а так­же в ис­сле­до­ва­ни­ях био­ло­гич. объ­ек­тов, в т. ч. не­по­сред­ст­вен­но жи­вых кле­ток. Бы­ст­ро­дей­ст­вую­щие спек­тро­мет­ры по­зво­ля­ют по­лу­чать спек­тры по­гло­ще­ния за до­ли се­кун­ды и ис­поль­зу­ют­ся при изу­че­нии быс­тро­про­те­каю­щих хи­мич. ре­ак­ций. При­ме­не­ние спец. зер­каль­ных мик­ро­при­ста­вок да­ёт воз­мож­ность по­лу­чать спек­тры по­гло­ще­ния очень ма­лых ко­ли­честв ве­ще­ст­ва, что важ­но для при­ме­не­ния И. с. в ме­ди­ци­не, био­ло­гии, ми­не­ра­ло­гии.

И. с. иг­ра­ет важ­ную роль в кван­то­вой элек­тро­ни­ке. Зна­ние точ­ных спек­траль­ных ха­рак­те­ри­стик ве­ще­ст­ва не­обхо­ди­мо для соз­да­ния но­вых ти­пов ИК-ла­зе­ров, в ко­то­рых это ве­ще­ст­во бу­дет ис­поль­зо­вать­ся в ка­че­ст­ве ра­бо­че­го. При­ме­не­ние же в И. с. в ка­че­ст­ве ис­точ­ни­ков из­лу­че­ния ИК-ла­зе­ров с пе­ре­страи­вае­мой час­то­той да­ёт воз­мож­ность по­лу­чать спек­тры с очень вы­со­ким раз­ре­ше­ни­ем (см. Ла­зер­ная спек­тро­ско­пия). Мощ­ные им­пульс­ные ИК-ла­зе­ры с нано-, пи­ко- и фем­то­се­кунд­ны­ми им­пуль­са­ми по­зво­ля­ют не толь­ко изу­чать быс­тро­про­те­каю­щие про­цес­сы, но и на­прав­лен­но из­менять свой­ст­ва ве­ще­ст­ва (см. Фем­то- и пи­ко­се­кунд­ная спек­тро­ско­пия).

Вернуться к началу