Carte: Böcker J. „Spectroscopie

Cuprins Prefață ............................................................. ................. ................................ ................. ................. 17 De la autor ........... .......................................................... ..................... ................................ .................. 18 Capitolul 1. Introducere....... .................... ............................................................. ............................ .. 22 1.1. Referință istorică................................................. ............................................... 24 1.2. Beneficiile analizei instrumentale .................................................. ................. .. 26 1.2.1. Analize ulterioare.................................................. ..... .................................. 27 1.2.2. Cifra de afaceri ridicată a probelor ................................................. .................................. 28 1.3. Spectroscopie................................................. ................................................. 29 1.4. „Nimic”: cum să-l găsești ................................................ .... ................................................. 33 1.4.1. Exemplu: platină ................................................ ................................................. 37 1.4.2. Limitările analizei urmelor.................................................. ............. ............. 38 1.4.3. Calea către cele mai bune metode de analiză a urmelor.................................. ...... 39 1.4.4. Prelevarea de probe ................................................. .............................................................. ............. 42 1.5 . Tendințe în dezvoltarea analizei obiectelor de mediu .................................. 43 Capitolul 2. Interacțiunea dintre lumină și materie .. ............ ................................................ ... 50 2.1. Interacțiuni interne și externe ............................................................. ............. ........... 51 2.2. Spectroscopie de absorbție și emisie ................................................ ................. 52 2.3. Spectroscopia atomică și moleculară ............................................. ............. ........... 53 2.4. Condiții de excitare ..........; ................................................. . ............................................. 55 2.5. Clasificarea regiunilor spectrului .................................................. ............................. ................................. ..... 57 2.6. Sisteme de măsurare pentru spectroscopie............................................. ............. .......... 58 2.6.1. Locul de absorbție ............................................................. ................................................... 58 2.6.2. Rata de absorbție................................... ................................................. . 59 2.6.2.1. Raportul populației ................................................. ................. ................ 59 2.6.2.2. Probabilitatea de tranziție ............................................................. .............................................. 60 2.6.2.3. Legea Lambert-Beer ................................................. ....................... 60 2.7. Analiza cantitativă și calitativă ............................................................. ................ ........ 61 2.7.1. Analiza calitativa ................................................ .............................................................. 62 2.7 .2. Analiza cantitativa ................................................ ............. ................................. 62 2.8. Spectrometru convențional ............................................................. ............................................................. 64 2.8.1. Spectrometre cu un singur fascicul ............................................. .................................................. 66 2.8.2. Spectrometre cu fascicul dublu ............................................. ................... ...................... 66 Capitolul 3. Spectroscopie în UV > și regiunile vizibile ale spectrului .................. ............................. 68 3.1 . Clasificarea tranzițiilor electronice .................................................. ............. .......... 69 3.1.1. Principiul Franck-Condon ............................................. ..................... ...................... 70 3.2. Calculul teoretic al tranzițiilor electronice............................................. .............. .. 71 3.2.1. Energia de disociere și potențialul de ionizare ............................................. 73 3.2.2. Cromofori ............................................................. ................................................. 73 3.3 . Tranziții permise și interzise .................................................. ............ .............. 76 3.4. Principiul de măsurare ............................................................. ................. ................................ ......... 77 3.4.1. Surse de lumină.................................................................. ................................................. 78 3.4 .2. Monocromator .................................................. ................................................. 80 3.4.3. Detector................................................. ................................................. . 80 3.4.4. Cuve ................................................................. ................................................. . .. 82 3.5. Măsurarea spectrului ............................................................. .............................................................. ........... 82 3.5.1. Structura vibrațională fină .......................... ............................................... 83 3.6. Determinarea concentrației după culoare ............................................. .......... .............. 85 3.7. Analiza multicomponentă ............................................................. ............................. ................................. ......... 86 6 Cuprins 3.8. Măsurarea lungimii de undă duală ................................................ ................... .... 88 3.9. Spectre de diferență ................................................. ................. ................................ ......... 90 3.10. Spectrele derivate ............................................................. ................. ................................ ............... 91 3.11. Cerințe pentru un spectrometru modern............................................. .......... ...... 92 3.12. Rețele de diode în spectroscopie UV și vizibilă .............................. 94 3.12.1. Spectrofotometru convențional ................................................. .............. ........... 96 3.12.2. Spectrofotometre cu matrice de diode ................................................ ................ 97 3.12.3. Avantajele tehnologiei matrice de diode............................................. .............. 98 3.12.3.1 . Dispozitive cu un singur fascicul ................................................. ................ .................... 98 3.12.3.2. Înregistrarea expresă a datelor spectrale ................................. 100 3.12.3.3. Măsurarea simultană a spectrului .................................................. 100 3.12 .3.4. Reproductibilitatea lungimii de undă ............................................................. ............... ...... 100 3.12.3.5. Interval de măsurare ................................................ ............. ......................... 101 3.12.3.6. Statistica datelor de măsurare ............................................................. ................... ...... 101 3.13. Împerecherea cu ghidaje de lumină ............................................. ............. ......................... 102 3.13.1. Fundamentele teoretice ale funcționării ghidajelor de lumină ............................. 102 3.13.2. Aplicarea sistemului de ghidare a luminii ............................................. ...................... ........ 103 3.14. Express>teste in studiul apei ................................................ .... .......... 105 3.14.1. Exemplu: Determinarea fotometrică a urmelor de cupru .......................................... 107 3.14.2. Indicatoare tije ................................................. .................. ...................... 107 3.14.3. Seturi pentru teste comparative expres>(colorimetrie) ........... 108 3.14.4. Fotometre de dimensiuni mici cu programe gata făcute............... 110 3.14.5. Metoda fasciculului de referință .................................................. ................ ................. .......... 111 3.15. Rezumat și perspective pentru dezvoltarea spectroscopiei UV și vizibile .............. 112 Capitolul 4. Fluorometrie .................. .............................................................. ............. ................. 4.1. Fundamentele teoretice ale luminiscenței.................................................. ............. .......... 4.2. Fluorescența ................................................................. ............................................................. .......... 4.3. Fosforescenţă................................................. ............................................... 4.4. Parametri de măsurare pentru fluorometrie.................................................. ................. ....... 4.4.1. Randamentul cuantic al fluorescenței ............................................. ............. ........... 4.4.2. Analiza cantitativa ................................................ ................ ......................... 4.4.3. Stingerea fluorescenței ............................................................. ................... ......................... 4.4.4. Indicatori fluorescenți ............................................................. ................. ................. 4.5. Spectrometre de fluorescență.................................................................. .................... ...................... 4.5.1. Diferite tipuri de spectre ............................................................. ................................................. 4.5. 2. Corecția spectrului ............................................................. .. ................................. 4.5.3. Imprăștirea luminii................................................. . .............................................. 4.5.4. Alte erori posibile ............................................................. ................... ............ 4.6. Purtători de probe (suporturi) ................................................ .. ............................... 4.7. Efectul temperaturii ............................................................. ................. ................................ ............... 4.8. Fluorescența indusă de radiația laser............................................. ....... 4.9. Fluorometrie rezolvată în timp ............................................. ................ ........ 4.10. Rezumat și perspective pentru dezvoltarea fluorometriei ................................................ .... 116 116 118 121 123 123 124 125 126 126 128 129 131 132 133 134 135 136 137 ........................... ...................... .......... 5.1. Referință istorică................................................. .................................................. 5.2. Principiul IR>spectroscopiei ............................................. ................. ...................... 5.2.1. Reguli de selectie.... ................................................. . ............................. 5.3. IR>spectru................................................. . ................................................ .. ..... 5.4. Interpretarea spectrelor ............................................................. ................................................... .. 5.4.1. Bazele teoretice ale IR>spectroscopiei ................................................ .. 5.4.1.1. Oscilator armonic ............................................................. .............. ............ 138 139 140 141 142 144 144 144 8 Cuprins 5.4.1.2. Oscilator anarmonic ............................................................. .............. ....... 5.4.1.3. Molecule poliatomice ............................................................. ............................. 5.4.2. Abordare empirică a interpretării spectrelor ................................................ ... 5.5. Instrumente și echipamente pentru înregistrarea spectrelor IR ................................................ .... 5.5.1. Spectrometre IR convenționale.................................................. ............. ............ 5.5.2. Spectrometre IR cu transformată Fourier ............................................. ........................... 5.5.2.1. Interferometru Michelson.................................................................. .... ........ 5.5.2.2. Avantajele spectrometrului Fourier IR ................................................ ... 5.5.3. Analiza calitativa ................................................ .............................................. 5.5.4. Analiza cantitativa ................................................ ............................................. 5.6. Metode de preparare a probelor ............................................................. ................... ......................... 5.6.1. Lichide și soluții ............................................................. ................................................ 5.6.2 . Solide ................................................. ................ ................................. ... 5.6.2.1. Tehnica de presare cu KBr ................................................. .............. 5.6.2.2. Procedura de preparare a probei cu ulei de parafină ............................. 5.6.3. Gaze ................................................. ................................................. . ...... 5.7. IR>spectroscopie de reflexie............................................. ........ ......................... 5.7.1. Metoda ATR................................................... ................................................... .. 5.7.1.1. Principiul metodei de reflecție internă totală frustrată .......................................... ..................... ................................ .............. 5.7.1.2. Aplicarea practică a spectroscopiei IR>ATR. ............... 5.7.2. Reflexia externă în IR>spectroscopie ................................................ ........... 5.7.2.1. Reflexia în oglindă.................................................. ............................. 5.7.2.2. Spectroscopie de reflexie cu privirea ............................................. 5.7 .2.3. Reflecție difuză ............................................................. .............. .................... 5.7.2.4. Aplicarea practică a spectroscopiei de reflexie ......... 5.7.2.5. Interfața cu fibre optice ............................................................. ................ 5.8. Detectare fotoacustică ................................................ .............................................. 5.9. IR>microscopie.................................................. ........................................................ ..... 5.9.1. Tehnica si metodele IR>microscopia ........................................... ... ...... 5.9.2. Probe pentru microscopie IR ................................................ .......... ................. 5.10. Aplicarea în comun a metodelor analitice ................................................ ............. 5.10.1. Combinație de cromatografie gazoasă și spectroscopie IR Fourier....... 5.10.2. Combinarea analizei termogravimetrice cu spectroscopie Fourier .................................. ............................. ................................. 5.11. Aplicarea calculatoarelor în IR>spectroscopie ................................................ ... .......... 5.12. Rezumat și perspective pentru dezvoltarea spectroscopiei IR .............................. 147 150 150 154 156 157 158 159 160 161 162 162 164 165 166 167 169 171 Capitolul 6. Spectroscopie în regiunea apropiată IR>................................ ............................. 6.1. Diferențele de spectroscopie a regiunii IR apropiate și mijlocii .......................... 6.2. Spectrometru pentru regiunea aproape IR ................................................ ... ............. 6.3. Aplicarea practică a spectroscopiei în regiunea IR> apropiată .............. 6.3.1. Determinarea conținutului de umiditate.................................................. ..... ............... 6.3.2. Utilizarea spectroscopiei NIR în reciclarea materialelor plastice........................................... ....................................... .......... 6.4 . Rezumat și perspective pentru dezvoltarea spectroscopiei în regiunea IR apropiată............................................ 7.1. Bazele teoretice ale spectroscopiei Raman .......... 7.2. Reguli de selecție ............................................................. .. ................................................ ... 7.3. Spectrometru Raman ................................................................ .................... .... 7.4. Aplicarea practică a spectroscopiei Raman ............................................. ................ ................................. ................ .......... 171 174 176 176 177 179 182 182 183 185 186 187 188 189 190 192 193 202 203 205 206 209 210 3 10 Cuprins 7.5. Rezumat și perspective pentru dezvoltarea spectroscopiei Raman .......................................... ..................... ................................ .................... .............. 214 Capitolul 8. Spectroscopie cu microunde .......... ............................. ................................. ...... 8.1. Teoria spectrelor de rotație ............................................................. ................................................ 8.2. Cuptor cu microunde>spectrometru.................................................. ............................................... 8.3. Aplicarea practică a spectroscopiei cu microunde ................................................ 8.3.1. Determinarea distanțelor interatomice și a unghiurilor de legătură .......... 8.3.2. Determinarea momentelor dipolare .................................................. ................. ......... 8.3.3. Conjugarea nuclear>cvadrupol.............................................. ................. ......... 8.4. Rezumat și perspective pentru dezvoltarea spectroscopiei cu microunde 216 217 220 221 222 222 223 224 Capitolul 9. Spectroscopia de absorbție atomică .............. ............. ............................ 9.1. Referință istorică................................................. ................................................. 9.2 . Caracteristicile generale ale metodei ................................................. .. ......................... 9.3. Spectrul de linii ................................................. ................. ................................ ......... 9.3.1. Reguli de selecție ................................................. .. ................................................ 9.3.2. Selectarea liniei ............................................................. .............................................................. ........... 9.3.3. Sensibilitatea și limitele de detecție.................................................. .............. 9.4. Spectrometrul de absorbție atomică.................................................. ............. .............. 9.4.1. Principiul modulației și interferența spectrală ............................................. 9.4.2. Lățimea liniei spectrale ............................................................. ................... ................. 9.5. Lămpi cu catod gol ............................................................. ............... ................................. ... 9.5.1. Lămpi cu catod tubular cu mai multe elemente ................................................ ........................ 9.5.2 . Lămpi cu descărcare fără electrozi ............................................. ................... .......... 9.6. Procesul de atomizare ............................................................. ................. ................................ ............... 9.6.1. Atomizarea în flacără .................................................. ................ ............................... 9.6.1.1 . Flacăra unui amestec de aer și acetilenă ............................................. ...... ..... 9.6.1.2. Flacăra unui amestec de gaz râd și acetilenă ............................................... ........... 9.6.1.3. Duze și camere de amestec ............................................................. ............ 9.6.1.4 . Gradul de absolvire și corectarea graficului .................................................. ................ ... 9.6.2. Atomizarea într-un cuptor cu tuburi de grafit ............................................... .............. 9.6.2.1. Viteză super mare de încălzire ................................................. .................... ...... 9.6.2.2. Platforma Lvov ................................................. .. ................................. 9.6.2.3. Scăderea temperaturii și întreruperea fluxului de gaz inert ........ 9.6.2.4. Integrarea zonei de semnal ............................................................. ................... .. 9.6.2.5. Suport grafic al procesului de atomizare ................................. 9.6.2.6. Modificarea matricei ............................................................. ................. ................. 9.6.3. Tehnica bazata pe compusi de hidrura si vapori de mercur reci ...... 9.6.4. Criterii de selectare a unei metode adecvate de spectroscopie de absorbție atomică .................................. ...................................... ............ ................................... 9.7. Interferență.................................................................. ................................................. . ......... 9.7.1. Interferență chimică .................................................................. ................. ................................ 9.7.2. Interferență fizică ............................................................. ................. ................................ 9.7.3. Interferență de ionizare ............................................................. ............................................. 9.7.4. Interferența spectrală ............................................................. .............................................. 9.7.5. Metoda adăugării ............................................................. ................. ................................ ......... 9.8. Absorbanța de fundal ............................................................. .............................................................. ..... 9.8.1. Compensarea cu emițători continui de lumină............................................. .. 9.8.2. Corecție de fundal Zeeman. ................................................. . ............... 9.8.2.1. Efectul Zeeman ................................................. ............................................................. 9.8 .2.2. Diferite sisteme de spectrometrie de absorbție atomică folosind efectul Zeeman............................................... ........................................... ...266 229 230 230 Conținut Limitele corecției de fundal Zeeman ............................................. .. 9.8.3. Sistemul Smith-Hifty ................................................. ............................. 9.9. Proiectarea hardware a procesului ................................................. ....... ............... 9.9.1. Definirea mai multor elemente în același timp............................. 9.10. Analiza flux>injecție în spectrometrie atomică>absorbție ......................................... ..................... ................................ .................... .... 9.10.1. Spectrometrie de flux>injecție atomică>absorbție bazată pe determinarea hidrurilor și a mercurului.................................. ........................ ....... 9.10.2. Flux-through>injectare flacără atomică>spectrometrie de absorbție........................................ .......................... ................................ ....................... 9.10.3. Injecție prin flux combinat cu un sistem de pulverizare de înaltă presiune ............................. ........................ ................................ ..................... 9.10.3.1. Combinație cu cromatografia ionică.................................................. ................. 9.10.3.2. Concentrarea elementelor și separarea matricei .............................. 9.10.4. Perspective de utilizare a injecției în flux în spectrometria de absorbție atomică ...................................... ........................ .. 9.11. Echipamentul laboratorului de spectrometrie de absorbtie atomica .............. 9.11.1. Sistem de evacuare când se lucrează cu spectrometrie de absorbție atomică cu flacără .................................. ...................................... ............ ................................... 9.11.2. Spațiul de lucru................................................. ............................... 9.1.3. Evacuarea arzătorului ................................................. .......................................................... ....... 9.12. Rezumat și perspective pentru dezvoltarea spectroscopiei de absorbție atomică ........................................ ....................... ................................. ...................... ... 273 275 277 283 284 286 287 289 291 292 294 294 295 295 296 297 Capitolul 10. Spectrometrie atomică>fluorescență ............................................. ................ ...... 300 Capitolul 11. Spectrometrie atomică cu plasme .................... .............................................. ... 11.1. Fundamentele teoretice ale metodei............................................................. .............................................. 11.1.1. Ce este plasma? ................................................. . ............................. 11.2. Formarea plasmei ............................................................. ................. ................................ ............... 11.2.1. Cu plasmă cuplată inductiv ............................................... ................ ............... 11.2.2. Plasmă de curent continuu cu trei electrozi.................................. ................... 11.2.3. Plasmă indusă de cuptorul cu microunde ............................................. ................ ................. 11.3. Compoziția unui spectrometru de emisie atomică cu ICP .......................................... .............. 11.3.1. Generator de înaltă frecvență ............................................................. ................... .................... 11.3.2. Sistem lanternă cu plasmă ................................................. ............... ................ 11.3.2.1. Arzătoare.................................................................. ......................................... 11.3.2.2. Diferite moduri de operare ............................................................. .................... ................. 11.3.2.3. Pulverizare................................................. .................................................. 11.3.2.4. Camera de pulverizare ................................................. ................. ................ 11.3.2.5. Cu privire la problema reducerii consumului de argon ............................................... ................. 11.4. Echipamente pentru lucrul cu ICP ............................................. .......... .................... 11.4.1. ICP de emisie>spectrometre secvenţiale...... 11.4.1.1. Monocromatorul spectrometrului secvenţial ........ 11.4.1.2. Rezoluție................................................. . .......... 11.4.1.3. Monocromatorul Czerny-Turner ............................................. .... 11.4.1.4. ICP>Analitică în vârful spectral ............................................. .............. 11.4.2 . ICP cu emisie multi-element>spectrometru .................................. 11.4.2.1. Policromatorul Paschen-Runge.................................................. ........ ...... 11.4.3. ICP combinat>Spectrometre simultane și secvențiale........................................... ....................................... ........... ........ 11.4.4. ICP>spectrometru echelle............................................. ................................... 303 306 308 309 310 312 313 315 315 316 316 318 321 325 326 326 328 329 330 333 333 335 337 338 338 Conținut 11.4.4.1. Măsurarea simultană a tuturor elementelor la toate lungimile de undă .................................. ................................................ 11.4.5 . Probleme de definire a mai multor elemente ............................................. .............. 11.4.6. Ghiduri de lumină pentru ICP>spectrometre.................................................. ........... ....... 11.4.7. Observarea plasmei în direcția axială ............................................. .............. 11.4.8. Aplicarea standardului intern ............................................................. .............. ...... 11.5. Interferență în emisia optică ICP>spectrometrie .................................................. ....... 11.5.1. Zgomot de fundal ................................................ ................. ................................ .... 11.5.1.1. Lumină împrăștiată ................................................. .............................................. 11.5.1.2. Interferența spectrală ............................................................. .............. ................... 11.5.2. Recunoașterea și compensarea zgomotului de fundal.................................................. ........ 11.5.2.1. Măsurarea unei soluții martor ................................................. ................. 1.5.2.2 . Analiza revizuirii ................................................. ............................................................. 11.5 .2.3. Tranziția către alte linii ale spectrului ................................................ .... ... 11.5.2.4. Măsurarea fondului de lângă linia analitică ................................ 11.6. Soluții standard pentru spectrometrie de emisie atomică ............... 11.7. Sistemul de hidrură ............................................................. .................................................. ....... 11.8. Analiza probelor solide.............................................................. .......................................................... ... 11.8.1. Spectrometrie de emisie de scântei ................................................ ................ 11.8.2. Descărcare strălucitoare ............................................................. .................................................. .. 11.8.3. Microplasme induse de radiații laser ............................. 11.8.4. Metoda cuptorului cu tuburi de grafit............................................. ...................... ......... 11.9. Selectarea unui spectrometru pentru analiza elementară.................................................. ........... 11.9 .una. Limitele de detectare.................................................................. ............... ................................ 11.9.2. Spațiu de lucru dinamic liniar.................................................. ..................... 11.9.3. Măsurarea vitezei.................. ................................................. . ......... 11.9.4. Interferență.................................................................. ................................................. 11.9 .5. Reproductibilitate ................................................. ............................................... 11.9.6. Alte aspecte importante ............................................................. ............. ......................... 11.10. Masa plasmatica>spectrometrie.............................................. ........ ................. 11.10.1. Tehnica și metodele spectrometriei de masă ICP ........................................... ... 11.10.2. ICP ca sursă de ioni ................................................ .............. ...... 11.10.3. Interfață de spectrometrie de masă cu ICP ................................................ ... 11.10.4. Spectrometre de masă .................................................. ............................... 11.10.5. Beneficiile spectrometriei de masă cu plasmă ............................................. .......... 11.10.5.1. Analiza semi-cantitativă ............................................................. ................ ...... 11.10.5.2. Elemente definite ............................................................. .............. ............. 11.10.5.3. Limitări analitice ............................................................. .............. ...... 11.10.6. Noi aplicații ale spectrometriei de masă cu plasmă........ 11.11. Rezumat și perspective pentru dezvoltarea spectrometriei atomice cu plasmă .................................. .......................................................... ..................... ... Capitolul 12. Spectrometrie de masă .................... .......................................................... .......... 12.1. Fundamentele teoretice ale metodei............................................................. .............................................. 12.2. Natura spectrului de masă ............................................................. .............................................................. ........... 12.2.1. Stabilitatea ionilor>fragmente............................................. .. ........... 12.2.2. Rearanjamente ................................................. ................ ................................. 12.2.3. Ioni metastabili ............................................................. ............................................. 12.3. Formarea ionilor ................................................. ................. ................................ ................. 12.3.1. Ionizarea prin impact electronic .................................................. ............. ........... 12.3.2. Ionizare chimică ............................................................. .............................................. 12.3.3. Spectrometrie de masă bazată pe ion>reacții moleculare.......... 13 341 342 343 344 345 345 346 346 347 348 349 350 351 351 352 352 353 353 352 353 353 353 353 63 63 63 63 63 63 63 63 63 63 369 369 369 370 372 376 377 378 379 380 380 381 381 382 383 14 Cuprins 12. 3.4. Masă în timp de zbor>spectrometrie cu desorbție laser>ionizare dintr-o matrice.................................. ............................. ............ 12.3.5. Analiza spectrală de masă a compuşilor nevolatili ................................. 12.3.6. Spectrometrie de masă>ion negativi ............................................. ............. 12.4. Spectrometre de masă .................................................. .................................................. 12.4.1. Spectrometru de masă>cvadrupol.............................................. ......... ......... 12.4.2. Spectrometru de masă magnetică.............................................. ......... ................ 12.4.3. Spectrometre de masă > timp de zbor................................................ ..................... .... 12.4.4. Spectrometru dublu (tandem) de masă ............................................. ............... 12.5. Rezumat și perspective pentru dezvoltarea spectrometriei de masă .......................................... .... 384 384 385 386 387 389 390 391 393 Capitolul 13 Spectroscopie prin rezonanță magnetică nucleară ............................... ............................... 13.1. Fundamentele teoretice ale RMN>spectroscopiei.................................................. ........... .. 13.2. Deplasarea chimică ............................................................. ................. ................................ ......... 13.3. Interacțiunea rotire>învârtire.............................................. ......... ................... 13.4. Înregistrarea spectrelor RMN ............................................. ............................. 13.4.1. La problema sensibilității ............................................................. ................ ................ 13.4.2. Consumul de substanțe ............................................................. .. ................................................ 13.4 .3. Acumularea de spectre ................................................. ............................................................. 13.4 .4. Principiile integrării ............................................................. ................ ................. 13.4.5. Analiza cantitativa ................................................ ................ ......................... 13.4.6. Un câmp magnetic................................................. ................................................. 13.5. RMN>spectrometre.................................................. ................................................. 13.5 .1. Sweep>spectrometru.................................................. ................................. 13.5.2. Pulse Fourier>RMN>spectrometru.................................................. ...... ... 13.5.3. Măsurarea relaxării ............................................................. .............................................. 13.6. Tehnica dublei rezonanțe.... ................................................. . .............. 13.7. 2D RMN>spectroscopie.............................................. ......... ................... 13.8. Efectul overhauser nuclear ............................................. ............................................. 13.9. Aplicarea practică a RMN>spectroscopiei ............................................. .............. 13.9.1. 13С>RMN>spectroscopie............................................. ......................... 13.9.2. RMN deuteriu>spectroscopie.............................................. ......... ......... 13.9.3. RMN>tomografie ................................................. ................................... 13.9.4. RMN>microscopie.................................................. ........ ................................. 13.9.5. RMN în stare solidă ................................................. ................................................... .. 13.9.6. Rezonanța ciclotronului ionic ............................................. ............. ......... 13.10. Rezumat și perspective pentru dezvoltarea RMN>spectroscopiei............................ 416 417 419 420 421 422 423 424 425 425 427 427 Capitolul 14 ............................... 14.1. Conceptul de fluorescență cu raze X ............................................. .................... ....... 14.2. Fundamentele teoretice ale metodei............................................................. .............................................. 14.2.1. Snec>efect.................................................. ........................................................ ..... 14.2.2. Randamentul cuantic al fluorescenței ............................................. ............. ......... 14.3. Liniile spectrale caracteristice ............................................................. ................ .... 14.3.1. K> spectrul staniului ............................................. .. ................................................ 14.3.2. L>spectrul de aur.............................................. ........................................................ ........ 14.4. Legea lui Moseley ............................................................. ................................................... .. 14.5. Excitaţie................................................. ................................................. 14.5 .1. Generarea de raze X ............................................................. ............. ............. 14.5.1.1. Bremsstrahlung ................................................. ........................ 14.5.1.2 . Radiația caracteristică ............................................................. ............. 14.5.1.3. Alegerea materialului anodului .................................................. ............................. ............ 14.6. Absorbția razelor X ............................................................. ................. ................. 430 432 433 435 436 437 437 438 439 440 440 440 441 442 442 16 Cuprins 14.6.1. Excitarea radiațiilor caracteristice .................................................. .... 14.6.2. Absorbția primară și secundară.................................................. ...................... ......... 14.7. tub cu raze X.................................................. .................................... 14.7.1. Excitația de către radionuclizi .................................................. ............... 14.8. Spectrometre cu raze X.................................................. ...... ......................... 14.8.1. Metoda de dispersie a lungimii de undă ................................................ ............... ........ 14.8.2. Metoda cu dispersie de energie ................................................. ................ ............... 14.9. Detectoare de raze X .................................................. ...................................... 14.9.1. Contoare de scintilații ................................................. ............................. 14.9.2. Contoare de gaz ................................................ ................. ................................ ... 14.9.3. Detectoare cu semiconductori ............................................................. .............. ............ 14.10. Aplicații în scopuri chimice>analitice.................................................. ........ 14.10.1. Calibrare.................................................. .. .......................................... 14.10.2. Limita de detectare ............................................................. ......... ................................. 14.11. Analiza fluorescenței cu raze X cu reflexie internă totală .......... 14.12. Măsurarea grosimii stratului prin metoda fluorescenței cu raze X .................................. ...................... .......... 14.12.1. Aplicarea de filme (filtre) absorbante selective .......... 14.12.2. Măsurarea grosimii straturilor superioare și intermediare................... 14.12.3. Măsurarea grosimii unui strat aliat bicomponent ........ 14.13. Noi dezvoltări în spectrometria cu raze X ................................................ ....... 14.13.1. Analiza fluorescenței cu raze X a elementelor luminoase ............................................... 14.13 .2. Pseudocristale ............................................................. ............... ................................ 14.14. Rezumat și perspective pentru dezvoltarea analizei fluorescenței cu raze X....... 444 445 446 447 447 448 450 451 451 451 452 452 453 455 455 Capitolul 15. Metode de analiză a suprafeței.................................................. ............................................. 15.1. Metode de analiză a suprafeței.................................................. ................ ......................... 15.2. Microanaliza cu raze X cu dispersie de energie ................................................ ... 15.2.1. Analiza calitativă cu raze X ............................................. .............. ... 15.2.2. Analiza cantitativa ................................................ ................ ......................... 15.3. Emisia de raze X indusă de protoni ............................................. .... 15.4. Auger>spectroscopie de electroni ............................................. ................ ................... 15.4.1. Snec de scanare>microscop.............................................. ......... ................. 15.5. Spectroscopie electronică pentru analiză chimică ............................................. ..... 15.6. Masă>Spectrometrie de ioni secundari............................................. .............. ........... 15.7. Spectroscopia cu împrăștiere a ionilor ............................................. ................ ............... 15.8. Microscopie cu sonde de scanare ............................................. ............. ............. 15.8.1. Principiul microscopiei cu scanare tunel.................................................. ........ 15.8.2. Principiul microscopiei cu forță atomică ............................................. 15.8.3. Microscop magnetodinamic ............................................................. .............. ...... 15.8.4. Microscop electrochimic cu scanare ............................................................. ........... 15.8.5. Aplicarea practică a analizelor de suprafață.................................. 474 476 479 481 482 483 483 486 487 491 493 494 496 498 500 501 501 458 462 464 465 468 468 469 469 Capitolul 16. Concluzie.................................. ......................... ......................... ........................ ............ 504 Literatură ............ .......................................................... ..................... ................................ ..... 507 Lectură suplimentară ............................. ............ ..................................... ......... 519 Lista firmelor ....................................... ........... ...................................... ............ ............................. 523 Cuvânt înainte În legătură cu progresul în domeniul tehnologiei de măsurare și mai ales al microelectronică, dezvoltarea rapidă a analiza instrumentală a fost remarcată în ultimii 10-20 de ani, care a obținut și un succes impresionant. Schimbările favorabile în acest domeniu au necesitat, printre altele, o creștere a nivelului de competență al angajaților laboratoarelor chimice, de la tehnicieni de laborator la cercetători în chimie, care folosesc în activitatea lor diverse metode de analiză și echipamente moderne de măsură și analitică. Optimală, adică orientată spre problemă și aproape de practică, aplicarea spectroscopiei în conformitate cu stadiul actual al tehnologiei analitice este acum realizabilă numai dacă s-au stăpânit elementele de bază ale noilor tehnici, cu cunoașterea precisă a capacităților și limitărilor propuse. echipamente și sisteme analitice existente. Jurgen Becker, un analist chimic cu o bogată experiență industrială și de predare, trece în revistă cele mai populare și mai comune metode de spectrometrie în cartea sa de astăzi. Metoda și tehnica analizei sunt discutate aici într-o formă foarte accesibilă, cu accent pe condițiile practice. Fiecare capitol conduce cititorul de la fundamentele teoretice la o descriere detaliată a unei anumite metode. Evaluând avantajele și dezavantajele, precum și posibilitățile și limitările anumitor metode și echipamente analitice asociate, cartea învață o abordare conștientă a alegerii metodelor analitice care necesită un nivel ridicat de echipament tehnic, disponibilitatea unui software eficient și garanție. primirea de date sigure și sigure. După ce a făcut cunoștință cu informațiile de mai sus, analistul chimic încetează să mai fie o persoană însărcinată doar să întrețină un anumit sistem „cutie neagră” și adesea se simte ca un program de calculator de reglementare. Conexiunile și dependențele sunt deschise în fața lui, ajutându-l să folosească în mod optim „instrumentul analitic” de care dispune. Din tot sufletul doresc acestei cărți succes la cititorii interesați în speranța că informațiile prezentate de J. Becker cu o descriere detaliată a metodelor de analiză și măsurare și tehnici analitice vor contribui la dezvoltarea reală și îmbunătățirea analiticii instrumentale moderne. Prof. Georg Schwedt, Universitatea Tehnică, Clausthal Nota autorului Chimia analitică, cu întrebările sale tradiționale despre compoziția calitativă și cantitativă a substanțelor, a stat la baza chimiei ca știință cu sute de ani în urmă. Dar, la începutul secolului al XX-lea, a existat un anumit decalaj între analitică și chimia în creștere rapidă a materialelor sintetice, care, datorită unor descoperiri revoluționare și a cerințelor tot mai mari în domeniul științelor naturale, medicinei, științei materialelor, tehnică. echipamente, și protecția mediului, au reușit să treacă în prim plan. În același timp, însă, îndepărtarea evidentă a acestei industrii de nevoile producției practice, precum și de problemele stringente ale industriei chimice în sine, nu a trecut neobservată, în timp ce chimia analitică a devenit din ce în ce mai sigură cea mai importantă economie economică. factor cu accent pe satisfacerea nevoilor populatiei generale. Deci, cu ajutorul chimiei, au fost rezolvate cu succes unele probleme în lupta împotriva bolilor periculoase, multe probleme de protecție a mediului și utilizarea economică a materiilor prime și a energiei. Dacă analitica chimică ar fi fost pusă ceva mai devreme în slujba unor ramuri specifice ale științei și tehnologiei, ea s-ar fi dezvoltat cu mult timp în urmă într-o disciplină independentă și foarte solicitată. Analizele de greutate și volum sunt clasificate drept metode clasice pentru studiul substanțelor prin așa-numita „metodă umedă”. Dezvoltarea rapidă a electronicii și a tehnologiilor eficiente în domeniul instrumentației a dus la faptul că metodele chimico-coanalitice au fost înlocuite cu metode fizice mai precise și mai rapide de determinare și identificare. Analiza chimică modernă se concentrează pe echipamente tehnice de nivel înalt. Dezvoltarea analizei instrumentale în combinație cu prelucrarea electronică a datelor nu numai că a extins domeniul de aplicare al metodelor analitice, dar a făcut și posibilă reducerea semnificativă a limitelor de detecție existente anterior. În același timp, durata analizelor în sine a fost redusă drastic. Dar acest lucru nu înseamnă că doar echipamentele instrumentale scumpe pot garanta succesul complet, fără de care cu greu ne putem aștepta la un rezultat satisfăcător. Diverse metode spectroscopice, precum spectroscopia de rezonanță nucleară, spectrometria IR sau de masă, sunt utilizate pe scară largă astăzi în căutarea răspunsurilor la multe întrebări referitoare la structura moleculelor sau compoziția calitativă și cantitativă a substanțelor. Dezvoltarea științelor chimice și a tuturor industriilor legate de acestea într-un fel sau altul depinde de acuratețea analizei. În fiecare zi devine tot mai clară importanța analizei instrumentale pentru progresul tehnologic în general. Mai mult, este indispensabil la nivelul recunoașterii și eliminării factorilor periculoși pentru mediu și nocivi pentru sănătatea umană. Acestea sunt domeniile de utilizare ale analytics moderne, descrise pe scurt și în general, care impulsionează dezvoltarea oricărei sfere a științei, tehnologiei și a activității umane în general în statele civilizate. Cantități uriașe de informații obținute în urma auditului laboratoarelor de analiză chimică existente au fost luate ca bază pentru elaborarea a 19 norme și reglementări naționale și internaționale de la autor în legătură cu toate domeniile științei, sănătății publice și protecției mediului. Cu toate acestea, datele de măsurare precise și fiabile au fost și rămân întotdeauna o condiție pentru luarea unor decizii adecvate și calificate, deoarece chiar și o ușoară denaturare a rezultatelor poate duce la consecințe nedorite. Prin urmare, în domeniul analiticii, concepte cheie precum „calitate”, „asigurare a calității” și GLP (gute Laborpraxis – bună practică de laborator) determină condițiile în care laboratoarele de analiză trebuie să funcționeze. De remarcat aici că cerințele pentru analiză ca atare cresc din ce în ce mai mult, în timp ce costul total al efectuării analizelor, datorită concurenței puternice pe piața echipamentelor speciale, rămâne practic neschimbat. În acest sens, a fost stabilit un alt obiectiv, destul de ambițios: obținerea unei calități cât mai înalte la cel mai mic cost posibil. Acesta a fost motivul transformării la scară largă care a început astăzi în practica de laborator. Managerii și angajații laboratoarelor sunt obligați să-și construiască munca, nu în ultimul rând, pe principiile raționalității, eficienței și economiei. Tendința către automatizare și raționalizare universală este, de asemenea, clar vizibilă în analiza instrumentală. Producătorii de echipamente analitice, sensibili la aceste cerințe, oferă instrumente și instrumente din ce în ce mai sensibile, mai precise și mai rapide, mult mai ușor de utilizat, prezentând un grad ridicat de automatizare la toate nivelurile - de la prelevare și pregătire a probei până la prelucrarea datelor. În atingerea acestui obiectiv, computerele cu software adecvat oferă asistență neprețuită. Recent, au fost elaborate anumite reglementări care oferă un sistem clar de asigurare a calității garantată. În termeni tehnici, se creează condiții pentru întreținerea, monitorizarea și controlul de la distanță a sistemelor analitice complexe. Rețelele de mare viteză răspândite în întreaga lume sunt concepute pentru a realiza schimbul global de informații între diferite întreprinderi și corporații. Dacă anterior activitatea unui analist de specialitate se limita în principal la controlul calității produselor și la studiul structurii noilor substanțe și materiale, astăzi cercetarea analitică este pe deplin integrată în întregul proces de producție, ceea ce oferă anumite avantaje. Izolate anterior unele de celelalte sfere - „producție” și „analitică” - sunt forțate să treacă la nivelul de interacțiune strânsă, în special, datorită faptului că optimizarea tuturor proceselor este cea care poate influența eficient crearea de valoare. Un exemplu este dorința de a îmbunătăți eficiența analizei de rutină, adică de zi cu zi și standard, prin reducerea costurilor testelor de laborator, automatizarea în continuare a forței de muncă, întreținerea mai convenabilă a echipamentelor, luarea de decizii speciale, rezultatele exprese, testarea continuă a instrumentele folosite.controlul si acumularea constanta de experienta si cunostinte. Automatizarea vă permite să efectuați analize destul de complexe într-un mod simplu și fiabil. Dar, în același timp, un analist trebuie să fie expert în tehnologiile moderne, să aibă o idee despre toate know-how-ul promițător. Devine evident că există dorința de a crea anumite legături metodologice și tehnice între diferitele metode de efectuare a analizelor în vederea utilizării lor în comun. Datorită acestui tip de conjugare, combinații și combinații de metode spectrale, analitica, orientată inițial către anumite aplicații, a făcut un pas semnificativ înainte. Se știe că, odată cu dezvoltarea producției industriale, o persoană poluează din ce în ce mai mult lumea înconjurătoare cu ape uzate, gaze reziduale și depozite de diferite tipuri. În același timp, deșeurile care nu se descompun rămân în sol, în apă și în aer, ajungând mai devreme sau mai târziu în alimente și apoi în corpul uman. Detectarea substanțelor nocive conținute în mediul extern rămâne una dintre sarcinile prioritare ale analizei obiectelor de mediu. Din păcate, atunci când se rezolvă problemele de mediu, costurile asociate devin adesea factorul determinant, în timp ce dezvoltarea lumii înconjurătoare, problemele stringente ale economiei și societății sunt relegate pe plan secund. Cu toate acestea, piața serviciilor din domeniul analizei, în special la nivelul protecției mediului, s-a schimbat semnificativ în ultimii ani, iar nevoia de informații fiabile a crescut brusc. Siguranța ecologică a producției anumitor produse și produse a devenit un factor competitiv la nivel internațional. Și totuși, există încă o disonanță evidentă între semnificația practică incontestabilă a chimiei analitice și programele de studii ale departamentelor universităților de specialitate. În Germania, analitica este în mod tradițional asociată cu chimia anorganică. Rezolvarea multor probleme ridicate la nivelul cercetării analitice necesită uneori o interacțiune strânsă la intersecția științelor cu depășirea cu mult sfera chimiei ca atare. Lucrul în domeniul chimiei analitice este imposibil fără cunoștințe speciale din domeniul analiticii propriu-zis, fără un mod special de gândire și capacitatea de a lua deciziile strategice necesare. Totodată, succesul este determinat de acțiuni specifice în toate etapele, începând de la prelevarea corectă a probelor, pregătirea lor maximă curată (inclusiv alegerea optimă a echipamentului necesar) și terminând cu prelucrarea și interpretarea competentă a datelor obținute. Spre deosebire de disciplinele chimice clasice, dezvoltarea metodelor de analiză are loc nu numai în institutele de cercetare științifică sau instituțiile de învățământ superior, ci și în laboratoarele din fabrici și firmele angajate în producerea echipamentelor corespunzătoare. Instrumentele analitice au devenit mai simple ca design, mai ușor de manevrat și mai mici ca dimensiune. Dispozitivele automatizate și computerizate facilitează procesul de analiză, dar în același timp necesită un nivel de calificare suficient de ridicat al angajaților. Din păcate, reducerea personalului din cauza automatizării continue a proceselor este uneori considerată un factor economic mai important decât fiabilitatea rezultatelor obținute. Cu toate acestea, nu trebuie uitat că evaluarea finală a metodei și interpretarea datelor sunt încă efectuate de o persoană, iar computerul este doar instrumentul său auxiliar. Condiția pentru luarea deciziilor bune a fost și rămâne rezultate de analiză de încredere și comparabile, care pot fi atinse doar cu personal experimentat și bine pregătit. Această carte a fost concepută având în vedere aceste considerații. Analiza instrumentală nu este concepută pentru un specialist de un asemenea nivel care este capabil să controleze mașini doar conform instrucțiunilor atașate și nu știe exact ce face. Acest tutorial a fost scris de un practician de analiză instrumentală axat pe o anumită aplicație. În timp ce studia chimia generală, autorul a câștigat o experiență bogată în lucrul cu tehnologia instrumentală „clasică” (încă nu computerizată), iar mai târziu a înființat un laborator de analiză instrumentală la Institutul pentru Automatizarea Proceselor (IPA) din Stuttgart, dezvoltând constant metode optime pentru suprafață. ancheta. Cunoștințele analitice obținute au fost ulterior utilizate pe scară largă de IBM în crearea de produse bazate pe tehnologii înalte. Din 1984, autorul predă un curs de analiză instrumentală la Technische Universität Alain, ca parte a specializării sale în metode de cercetare a suprafeței și știința materialelor. Inițial, prelegerile disparate au fost combinate într-o colecție comună, care a fost extinsă și completată constant în ultimii ani. Această publicație reflectă nivelul actual de dezvoltare a metodelor instrumentale și demonstrează posibilitățile de aplicare a acestora. Atât tehnologia de instrumentare utilizată, cât și metodele de analiză instrumentală care stau la baza acesteia sunt cât mai deschise către inovație și impun tuturor utilizatorilor să-și actualizeze și să-și aprofundeze constant cunoștințele. Scopul principal al autorului este de a aduce cititorului informații despre cele mai recente evoluții în domeniul analizei instrumentale. Personalul calificat al laboratoarelor de chimie analitice, studenții instituțiilor de învățământ de specialitate și toți specialiștii, într-un fel sau altul legați de chimie, pot afla aici informații despre o varietate de metode instrumentale de analiză și pot obține răspunsuri la numeroase întrebări din domeniul analiticii. Pentru cei care abia încep să studieze tema enunțată, aspecte destul de ample și uneori foarte complexe sunt oferite în cea mai accesibilă formă. În același timp, fundamentele teoretice sunt limitate doar de volumul necesar înțelegerii metodelor specifice, în timp ce luarea în considerare a celor mai populare dintre ele este aproape de condițiile practice, indicând posibilitățile și limitările, precum și avantajele și dezavantajele existente ale acestora. una sau alta metoda. Cititorul va avea o înțelegere completă a diferitelor metode de analiză instrumentală, cu o descriere a echipamentelor necesare implementării acestora. Bibliografia citată și numeroasele referințe la literatura de specialitate fac posibilă, dacă este necesar, căutarea unor informații mai detaliate în vederea extinderii și aprofundării cunoștințelor asupra problemelor relevante. Juergen Becker, Stuttgart CAPITOLUL 1 ATENȚIE Datele analitice sunt indispensabile dacă proprietățile fizice, chimice sau biologice ale sistemelor materiale de natură anorganică sau organică pe care am dori să le înțelegem, să le folosim sau să le modificăm depind de conținutul componentelor acestor sisteme. Acest lucru se aplică în mod egal tuturor aspectelor lumii noastre materiale și multor domenii conexe ale științei și tehnologiei, care se pot intersecta și se pot intersecta unele cu altele. Sfera materială se extinde de la roci, materii prime minerale și organice, sisteme de apă, atmosferă, sol, floră și fauna până la obiectele nevoilor noastre materiale. În primul rând, recunoașterea impurităților capabile să modifice proprietățile substanțelor chimice contaminate de acestea necesită o capacitate de detecție extrem de ridicată cu suficientă fiabilitate a informațiilor, costurile de obținere care, desigur, nu ar trebui să fie excesive. Deci, cele mai importante trei criterii de evaluare a unei metode analitice - sensibilitatea, corectitudinea și costul - sunt strâns legate între ele. Munca analitică costă o mulțime de bani, iar costul efectuării analizelor depinde în mare măsură de întrebările puse, de metodele utilizate, de fiabilitatea citirilor, de complexitatea prelucrării și de volumul total de muncă. Analizele de rutină de laborator vor fi cu siguranță mai ieftine decât rezolvarea unor probleme analitice complexe, dar acesta nu este un motiv pentru a abandona planurile pe termen lung. Într-o situație de politică de dumping în raport cu personalul și dorința de a reduce costul analizelor, sunt afectate în mod deosebit laboratoarele analitice cu un nivel scăzut de specializare. Deoarece analizele de laborator care utilizează metode conform DIN (Standard industrial german) sau DEV (Metode standard germane pentru studiul apei) sunt uneori efectuate de angajați care nu au cunoștințe speciale, nu trebuie să fii surprins de rezultatele foarte îndoielnice. . Dacă vrem nu doar să prezentăm niște date, ca să spunem așa, pentru pro forma, ci să realizăm exact analizele „corecte”, ar trebui să încredințam munca în toate etapele - de la prelevare până la evaluarea rezultatului - unor specialiști calificați. Astăzi, domeniul de aplicare al metodelor analitice se extinde într-un ritm uluitor. În tehnologie, acestea au fost la început doar semiconductori și substanțe pure, mai târziu ghiduri de undă optice și supraconductori, iar acum și ceramică la temperatură înaltă - într-un cuvânt, tot ceea ce necesită cea mai bună detectabilitate. Capacitatea de a obține produse de calitate reproductibilă este una dintre cele mai importante condiții pentru producția modernă. Metodele de analiză utilizate în prezent dobândesc echipamente instrumentale din ce în ce mai complexe, ceea ce le extinde foarte mult perspectivele. Varietatea metodelor oferite utilizatorului în domeniul chimiei analitice corespunde varietății domeniilor de aplicare a acestora - de la discipline științifice, precum chimia, fizica, biologia și medicina, și până la multe ramuri tehnologice. Interacțiunea dintre latura metodică a analizei și interesele orientate spre aplicație ale utilizatorilor deschide calea inovației în chimia analitică, un scop sau altul fiind stabilit, în special, de dorința de sensibilitate ridicată la detecție, fiabilitate maximă și cea mai favorabilă. raportul preț-performanță la utilizarea anumitor metode analitice. În general, se poate observa că în domeniul analiticii instrumentale nu a fost niciodată posibil să se măsoare un asemenea volum de componente într-un timp atât de scurt cum se face în prezent. Factorul uman aflat deja în stadiul de prelevare a probelor, pregătirea și dozarea lor este mai mult decât compensată de automatizare și suport din partea robotică, iar software-ul care îndeplinește funcțiile unui sistem expert ajută la evaluarea rezultatelor măsurătorilor. În ceea ce privește rezolvarea întrebărilor actuale privind caracterizarea substanțelor și materialelor în funcție de setul de sarcini analitice, dezvoltarea de noi metode bazate pe metodologia deja implementată este la fel de necesară ca și îmbunătățirea metodelor în sine, atunci când sunt îndeplinite premisele metodologice de rezolvare. problemele emergente nu au fost încă create. În dezvoltarea analizei elementare, metodele de analiză a urmelor rămân foarte relevante, ca și până acum, și sunt prezentate cerințe speciale în legătură cu fiabilitatea determinării pe matrice din ce în ce mai complexe. Acest lucru se aplică unei game largi de aplicații, de la crearea de noi substanțe până la ramurile tradiționale ale biologiei și medicinei. Analytics este utilizat omniprezent sub o varietate de forme de-a lungul procesului de fabricație. Aici sunt luate ca bază patru concepte de bază: obținerea de substanțe active, operațiuni sigure, asigurarea calității și protecția mediului. Dar ce dezvoltă societatea noastră mai mult decât tehnologiile inovatoare, care sunt indispensabile, chiar dacă numai datorită creșterii rapide a populației mondiale? Acesta, desigur, este un pericol din ce în ce mai mare pentru mediu și, în cele din urmă, pentru sănătatea și viața umană. Din păcate, în lumea industrială modernă, nu toată lumea realizează că fără chimie analitică cu greu va fi posibilă optimizarea tehnologiilor în modul necesar și minimizarea riscurilor asociate acestora. Astfel, analitica din categoria unei discipline inițial auxiliare în serviciul industriei chimice crește la nivelul unei industrii independente pe deplin solicitate, așa că nu va mai fi o mare exagerare să vorbim despre crearea științei analitice ca atare. Multe obiective și sarcini cu care se confruntă chimiștii pot fi reduse la o singură formulare simplă: este necesar să se găsească și să creeze substanțe utile pentru oameni, utilizate ca biocatalizatori în medicină, medicina veterinară și agricultură, precum și ca material pentru toate cele cunoscute sau încă în prag. deschideri de zonă. Faptul trist este că Germania a rămas în urmă cu Japonia și Statele Unite în acest sens în ultimii câțiva ani. Nu trebuie uitat că omisiunile la nivelul cercetării slăbesc poziția economică a țării pe piața mondială. Pentru dreptate, trebuie menționat că în domeniul eco-24 Capitolul 1. Introducerea unor tehnologii logic pure, devenite astăzi un factor decisiv în competiție, Germania ocupă o poziție de lider în lume. 1.1. Context istoric Oamenii au căutat substanțe active adecvate încă din timpuri preistorice. În căutarea hranei, au învățat să facă distincția între darurile comestibile și cele otrăvitoare ale naturii, în cursul propriilor observații au remarcat efectul vindecător al anumitor ierburi etc. Primele experimente reproductibile privind utilizarea compușilor naturali în terapie au fost efectuate și pe baza medicinei tradiționale. În timp ce impactul unei anumite substanțe asupra unui sistem biologic, fie el o persoană, un animal sau o plantă, din cauza complexității proceselor, nu este întotdeauna clar astăzi și necesită un studiu atent de către specialiști din diverse domenii, primele materiale necesare pentru că viața umană au fost găsite sau create.sunt deja într-un stadiu incipient de dezvoltare. Printre exemple se numără metalele, ceramica și sticla, în timp ce descoperirea bronzului și a fierului a marcat începutul unor epoci culturale întregi. Anterior, o persoană a învățat prin experiență să extragă substanțe cu proprietăți deosebite și o calitate deosebită. A încercat să le modeleze, să le întărească sau să le coloreze. Ținând cont de această experiență preistorică, atunci s-a dezvoltat știința modernă, și anume pe baza analizei și sintezei. Diferite metode de analiză ne-au învățat să înțelegem compoziția, puritatea, structura și calitatea suprafeței. Datorită interacțiunii analizei și sintezei, a fost posibil să se recunoască anumite proprietăți și structuri și apoi să se acorde în mod conștient caracteristici speciale substanțelor individuale. Acum, procesul de creare a unor noi materiale promițătoare cu proprietăți mecanice, termice, electrice și magnetice speciale este în plină desfășurare. Deși munca care vizează obținerea de noi substanțe active și alte materiale poate fi fundamental diferită una de alta, în orice caz, este dificil să nu fii de acord cu faptul că cercetarea în toate aceste domenii devine din ce în ce mai concentrată și se desfășoară mai mult pe baza de inferență și mai rar pe cale empirică. Cunoașterea relației dintre structură și acțiune, și dintre structură și proprietăți, permite tot mai mult rezolvarea problemelor la nivel molecular. Cu sprijinul unei analize eficiente, astfel de dezvoltări pot rezolva multe probleme ținând cont în același timp de toate aspectele necesare - utilizare, compatibilitate cu mediul și economisirea resurselor. Utilizarea balanțelor în experimentele chimice, pe care o datorăm lui A.L. Lavoisier (1743–1794) a marcat începutul erei așa-numitei chimii moderne. R.V. Bunsen (1811–1899) și R. Fresenius (1818–1897) sunt considerați fondatorii chimiei analitice în Germania. Bunsen deja la mijlocul secolului al XIX-lea a efectuat cercetări fundamentale asupra proceselor chimice care au loc în furnalele înalte. Unul dintre rezultatele remarcabile ale activității sale a fost posibilitatea unei reduceri vizibile a consumului specific de combustibil. Prof. Fresenius a deschis un laborator privat de predare la Wiesbaden în 1848, reunind cercetarea, predarea și aplicarea 1.1 sub un singur acoperiș. Referință istorică a 25-a chimie. Activitatea activă a acestei instituții s-a concentrat în primul rând pe analiza apei, studiul produselor tehnice și mineralelor, determinarea calității zahărului și alcoolului, detectarea componentelor anorganice în plante, analiza solurilor și a îngrășămintelor și studiul aerul atmosferic. W. Ostwald (1853–1932) a publicat în 1894 la Leipzig o carte intitulată „Fundamentul științific al chimiei analitice”, abandonând astfel ideea obișnuită de atunci a chimiei analitice ca un fel de subiect auxiliar. Pentru munca sa fundamentală privind studiul catalizei, Ostwald a primit în 1909 Premiul Nobel pentru Chimie. Au urmat realizările lui Van't Hoff (1852–1911), Z.A. Arrhenius (Premiul Nobel pentru Chimie în 1903) și V.G. Nernst (Premiul Nobel pentru Chimie în 1920). Această eră clasică a chimiei analitice s-a desfășurat predominant sub semnul reacțiilor chimice combinate pentru a realiza separarea analitică, care practic s-a dovedit a fi excelentă în analitica aplicată timp de multe decenii. Descoperirea de noi elemente chimice a fost un impuls puternic pentru creativitate în rândul chimiștilor, iar dezvoltarea fiecărei metode noi de analiză a presupus descoperiri ulterioare. Dacă elementul germaniu a fost descoperit în 1886 prin metoda de precipitare chimică deja cunoscută la acea vreme, atunci R. Bunsen, împreună cu fizicianul Kirchhoff (1824–1887), au reușit să dezvolte izolarea rubidiului și cesiului pentru metalele alcaline din apele minerale. în 1861 cu ajutorul analizei spectrale de emisie. În timpul separării chimice au fost urmărite cele mai importante linii spectrale ale ambelor metale, iar după fiecare separare a continuat urmărirea acelei părți a acestora, unde liniile s-au dovedit a fi cele mai intense. Ulterior, pe baza analizei spectrale de emisie, au fost descoperite: taliu (1861), indiu (1863), galiu (1875). Ca un alt exemplu, se poate menționa dezvoltarea metodelor radiochimice care au condus-o pe doamna Curie în 1898 la descoperirea radiului și a poloniului. În 1911, Marie Curie a primit Premiul Nobel pentru Chimie pentru descoperirea acestor elemente, precum și pentru descrierea și studiul lor cu indicații de izolare eficientă. A urmat succesul altor oameni de știință: în 1922 a fost găsit hafniu, iar în 1925, reniul a fost găsit ca ultimul dintre elementele naturale care lipseau din sistemul periodic, iar acest lucru a fost realizat tocmai pe baza razelor X. analiză spectrală care tocmai fusese introdusă în practică. Odată cu înflorirea industriei chimice, această fază pozitivă asociată cu acumularea de noi cunoștințe (descoperirea unor elemente necunoscute anterior, crearea teoriei atomilor, teoria gazelor, legea acțiunii maselor, studiul stoichiometriei, procesul de fisiune nucleară etc.) a fost suprapusă și negativă, unde latura științifică a chimiei analitice a fost devalorizată în mare măsură. Acesta din urmă a fost folosit în principal doar pentru controlul standard al produselor de sinteză, timp în care aceste produse au trebuit să fie din nou descompuse, implicând fonduri suplimentare. Pentru caracterizarea produselor de sinteză organică, pentru o perioadă destul de îndelungată s-a propus ca unic principiu analitic doar analiza elementelor organice. Acesta a fost dezvoltat de J. von Liebig în 1837, iar mai târziu îmbunătățit mai întâi de F. Pregl în anii 1920, apoi mulți alți microanaliști s-au alăturat acestui proces. Pentru dezvoltarea microanalizei substanțelor organice, Pregle a primit Premiul Nobel pentru Chimie în 1923. Dacă pe vremea lui Liebig încă se mai foloseau mostre cântărind până la un gram, acum greutatea lor a fost redusă la câteva miligrame. Acest lucru nu numai că a făcut posibilă reducerea duratei analizelor, dar a făcut posibilă și efectuarea de analize elementare ale compușilor naturali scumpi. Au fost făcute numeroase încercări de a reduce greutățile probei la intervalul mic de pg, dar aceste metode destul de costisitoare au fost ulterior înlocuite cu spectrometrie de masă. În general, anii 1920–1930 au fost perioada de dezvoltare a microanalizei clasice. Cu toate acestea, în analiza calitativă, s-a acordat preferință reacțiilor cu suflantă și microcristaline, care nu erau doar estetice în felul lor, ci și extrem de sensibile și mai fiabile decât reacțiile de culoare și picături populare anterior. Cu toate acestea, în anii 1950-1960, lucrările privind dezvoltarea și îmbunătățirea tehnicilor în metodele de microinvestigație au început să se reducă din cauza atitudinii foarte negative a publicului față de chimia analitică în ansamblu care se dezvoltase până atunci. Într-un mediu mult mai favorabil decât a fost cazul industriei chimice, analitica elementară în geochimie și metalurgie s-a dezvoltat în anii 1950. Aici, mult mai devreme decât în ​​alte industrii, indispensabilitatea sa a fost realizată în optimizarea proprietăților produselor (de exemplu, aliaje și oțeluri), precum și în obținerea de noi cunoștințe despre structura scoarței terestre, ceea ce a accelerat extracția materiilor prime. cuprinse în intestinele Pământului. S-a pariat pe analiza spectrală Bunsen cu implicarea multor stimulente ulterioare care contribuie la dezvoltarea analizei instrumentale moderne. Cu toate acestea, în ciuda introducerii active a metodelor fizice de analiză, spectroscopia, care a început deja, analitica chimică rămâne până astăzi în primul rând acea zonă a chimiei, descoperiri în care sunt adesea făcute, ca să spunem așa, „la vârful unui stilou”, deoarece numai substanțele și materialele cu cunoaștere profundă pot crea o bază solidă pentru o chimie analitică adecvată. 1.2. Avantajele analizei instrumentale Tehnicile instrumentale directe sunt în principal metode relativ fizice, în care mărimile măsurate analitice diferă de rezultatele din chimia analitică clasică (exemplu: masa sedimentului), reprezentând parametrii electrici datorați, de exemplu, fasciculelor de electroni, fotoni, neutroni și ioni. . Concentrația dorită sau, în consecință, cantitatea absolută determinată a elementului sau compusului devine astfel o funcție a calibrării adecvate a echipamentului. În condiția calibrării instrumentației corect efectuate, avantajele analiticei instrumentale constau, în primul rând, în posibilitatea înregistrării unor concentrații foarte mici (urme) (până la microgama inferior), 1.2. Avantajele analizei instrumentale 27, în plus, cu utilizarea unei cantități relativ mici de substanță și, în al doilea rând, în viteza de analiză, care oferă premisele pentru automatizarea procesului și utilizarea multiplă a aceleiași probe, deoarece substanța studiată nu suferă modificări în timpul analizei. 1.2.1. Analiza urmelor Eroare, % Metodele chimiei analitice clasice, care dau rezultate extrem de precise de până la o miime de procent la determinarea conținutului, se bazează în principal pe reacții chimice, inclusiv precipitarea produselor puțin solubile (gravimetrie) sau a produselor intens colorate ( titrimetrie) . Întrucât elementele de studiat sunt sub formă de ioni în soluție apoasă, putem vorbi de metode „umede” de analiză chimică. Aceste metode clasice de volum ultra-scăzut nu mai sunt potrivite pentru analize de laborator rentabile în intervalul de urme. Dacă, de exemplu, este necesar să se efectueze o determinare cantitativă a concentrației unui element de 1 ng/g într-o celulă, atunci este necesară o metodă de determinare cu detectabilitate absolută în domeniul femtogramelor (1 fg = 10–15 g). . Este clar că informațiile analitice în acest caz ar trebui să fie în continuare suficient de fiabile. Dubiul datelor obținute nu poate fi exclusă astăzi în toate fazele procesului analitic, când este necesar să se determine concentrații neglijabil de mici în unități de ng/g și mai mici. Motivul acestei stări de fapt este prezența erorilor sistematice, care au o importanță minoră în analizele tradiționale, dar rolul lor crește brusc odată cu determinarea conținutului de elemente din ce în ce mai mic. În timp ce erorile statistice cunoscute nu depășesc legile probabilității și, prin urmare, sunt bine descrise din punct de vedere matematic (ceea ce face posibilă reducerea numărului lor datorită repetărilor multiple de măsurători), sursele erorilor sistematice sunt adesea de natură complexă și prin urmare sunt recunoscute cu mare dificultate si din ele nu sunt asigurate nici de cei mai experimentati spe Miliardele actiuni Miliardele actiuni Fig. 1.1. Creșterea nefiabilității rezultatelor analizei de urme cu determinări ale notelor 28 Capitolul 1. O introducere în analiștii de urme. Astfel, minimizarea erorilor sistematice a devenit principala problemă a analizei ultraurme (Fig. 1.1). Excluderea maximă posibilă a unor astfel de erori necesită multă experiență și, mai ales, criticitate calificată. Aici, există o tendință de dezvoltare a metodelor instrumentale directe economice implementate folosind echipamente foarte scumpe și bazate pe principii fizice. Experții au adoptat imediat termenul modern „analitică instrumentală”. Din punct de vedere al costurilor necesare, un rol important joacă metodele directe exprese de determinare pentru utilizare în analizele standard, inclusiv cele cu control în timp real. Producătorii de echipamente conexe oferă o mare varietate de configurații de măsurare, de la configurații de cercetare de înaltă performanță până la dispozitive miniaturizate de analiză la fața locului. 1.2.2. Cifra de afaceri mare a probei În prezent, conceptul de „debit”, „eficiență” sau „productivitate” devine din ce în ce mai popular. Creșterea productivității este o condiție sine qua non pentru nivelul de trai decent pe care un sistem social îl poate oferi cetățenilor săi. Prin urmare, întreprinderile industriale private și multe organizații publice caută și găsesc neobosit noi modalități de îmbunătățire a calității bunurilor și serviciilor. Producătorii de echipamente de cercetare și dezvoltare au fost printre cei mai energici în promovarea productivității în cel mai larg sens al cuvântului în ultimele decenii. Să ne amintim cel puțin cum arăta înainte un laborator analitic tipic. Avea o aprovizionare uriașă de sticlă - diverse feluri de pipete și biurete - și o mulțime de oameni de știință cu înaltă calificare care au petrecut o zi întreagă la masa de laborator. Dar rezultatul muncii lor zilnice a fost, ca să spunem ușor, inadecvat: un număr nesemnificativ de probe studiate. În prezent, datorită utilizării dispozitivelor moderne de înaltă eficiență, volumul muncii prestate a crescut dramatic. Astăzi, multe laboratoare analizează de obicei mii de probe zilnic, iar informațiile suplimentare obținute în urma acestor eforturi servesc drept bază pentru studiile ulterioare. Mineralele și uleiurile sunt acum detectate mult mai eficient, procesate mai rapid în produse finite, iar deșeurile sunt mult reduse – toate acestea reduc semnificativ costurile! Factorul de calitate al materiilor prime utilizate în industrie și produse finite a crescut, fără îndoială, în ultimii ani, astfel încât consumatorul se poate aștepta la alimente, produse farmaceutice și produse de folosință îndelungată mult mai bune decât în ​​anii trecuți. Standardele de asigurare a calității necesită studii analitice extrem de eficiente pe parcursul întregului proces de producție. În loc de eșantionarea obișnuită anterioară a eșantioanelor aleatoare, acum din ce în ce mai des trec la verificarea fiecărui individ 1.3. Spectroscopia 29 a ambalajului – de exemplu, ca parte a controlului primirii mărfurilor. În acest sens, analiticele trebuie pregătite pentru afluxul unui volum tot mai mare de probe, iar prelucrarea unui volum mult crescut de material cu același (sau chiar mai puțin) număr de angajați este posibilă numai pe baza automatizării și a metodelor exprese. de analiză. Deoarece cea mai mare parte a timpului cade de obicei pe pregătirea probei, este posibil să se accelereze munca în ansamblu, în principal prin reducerea timpului pentru această operație sau chiar prin eliminarea completă. Astfel, putem vorbi despre o tendință de trecere la metode de măsurare integrate în proces sau care funcționează în timp real (Inline și, în consecință, Online). Imaginează-ți volumul imens de analize care trebuie efectuate în prezent în cadrul protecției obiectelor de mediu. Cu metodele manuale din trecut, pur și simplu nu este nimic de făcut aici! Este clar că fără echipamente analitice moderne nu am putea controla procesele și gestiona starea lumii înconjurătoare în care trăim astăzi atât de eficient. Prelucrarea unei cantități mari de material pentru analizele curente poate fi acum transferată pe umerii mașinilor și automatelor. Dispozitivele analitice automate eficiente sunt de obicei mai puțin costisitoare decât instrumentele manuale pentru analizele clasice. În acest caz, mașinile dau rezultate care nu sunt împovărate de evaluare subiectivă (de exemplu, de către personalul de service). Echipamentele automate utilizate în analiza instrumentală pot fi clasificate aproximativ astfel: dispozitive semiautomate, în care o parte din operațiunile analizei în sine sunt efectuate manual, dispozitive complet automate, care asigură un proces complet automat pentru efectuarea analizelor, automate logice - parțial sau dispozitive complet automate capabile de Pe baza rezultatelor măsurătorilor, modificarea (de exemplu, optimizarea) cursului analizei, controlul automat al procesului - sisteme care asigură prelucrarea ulterioară a rezultatelor analizei într-un microcalculator (de exemplu, la controlul pompelor de dozare) . Există o cerere în creștere pentru sisteme automate de pregătire și procesare a probelor din ce în ce mai rapide și mai flexibile. Dispozitivele în sine - datorită echipamentului computerelor lor și în prezența controlului cu microprocesor - necesită tot mai puțin personal de întreținere. Pentru a evita erorile și inexactitățile, echipamentul este echipat cu un sistem automat de monitorizare a rezultatelor, care emite un mesaj de eroare dacă măsurătorile depășesc limitele câmpului de toleranță. 1.3. Spectroscopie O mare parte din cunoștințele despre structura materiei provin din experimente în care lumina – sau, așa cum spunem de obicei, radiația – și materia intră într-o anumită interacțiune. Încă de la prima analiză practică a lui Bunsen și Kirchhoff, spectroscopia, bazată pe interacțiunea dintre radiație și materie, cu marea sa varietate de metode, a devenit un ajutor esențial pentru analiza modernă. Acest lucru se poate explica atât prin progresul în domeniul îmbunătățirii echipamentelor, cât și prin lucrări teoretice fundamentale, al căror succes nu ar fi fost posibil fără cunoștințe în domeniul mecanicii cuantice care deschid noi drumuri. Se știe că lumina are o natură dublă – undă și corpusculară, iar pentru a o descrie sunt folosite două tipuri de caracteristici: undă și cuantică. Unele fenomene fizice cauzate de interacțiunea luminii și materiei pot fi descrise folosind natura ondulatorie a luminii, altele doar pe baza teoriei corpusculare. Lumina vizibilă este un exemplu de radiație electromagnetică. Alte exemple includ: raze X, radiații ultraviolete și radiații infraroșii. Toate aceste tipuri de radiații au ceva în comun: pot fi înregistrate ca unde electromagnetice care se propagă cu viteza luminii și diferă doar ca frecvență. Dezvoltarea spectroscopiei clasice și aplicarea unor principii absolut noi în analitica spectrală au devenit principalele motive pentru rolul din ce în ce mai mare al spectroscopiei în epoca noastră. Are capacități de informare atât de puternice încât putem spune cu siguranță că spectrometria atomică și moleculară modernă este capabilă să răspundă la aproape orice întrebare semnificativă din domeniul analiticii. Chiar și în urmă cu 30 de ani, spectrele radiațiilor UV și împrăștierea Raman a luminii erau înregistrate cu ajutorul plăcilor fotografice, iar spectrele radiațiilor IR erau înregistrate punct cu punct cu un galvanometru, iar amplificatoarele de calcul analogice echipate cu tuburi erau considerate apogeul gândirii de design. , iar spectrogramele au fost compilate prin sortarea mecanică a cardurilor perforate. Esența oricărui control al calității este o chestiune de identitate. Pentru munca practică a unui laborator de control sunt necesare metode de măsurare și tehnici care să ofere parametri cuantificați și reproductibili. O anumită tehnică de măsurare poate afișa întotdeauna doar o parte din toate proprietățile unui produs și, în mod ideal, ar trebui să înregistreze selectiv caracteristicile care indică o anumită calitate. O măsurătoare simplă include determinarea punctelor de topire și de fierbere, a indicelui de refracție sau a vâscozității. Când vine vorba de diferențe chimice, selectivitatea unor astfel de metode este în mod clar insuficientă. Pe de altă parte, analizele chimice efectuate prin cunoscuta „metodă umedă” necesită adesea prea mult timp, mai ales dacă se dorește obținerea de date cantitative. Deci, amintiți-vă: spectroscopia este știința interacțiunii dintre lumină și materie. Introducerea spectroscopiei în domeniul analiticii a servit ca un stimulent puternic pentru dezvoltarea și îmbunătățirea acesteia. Metodele unidimensionale de analiză oferă o singură cantitate măsurabilă pentru fiecare substanță (temperatura de topire, timpul de întârziere etc.). Metodele de spectroscopie sunt la fel de mini 1.3. Spectroscopy 31 mum sunt metode bidimensionale de analiză care dau cel puțin o valoare de intensitate pentru o substanță în fiecare gamă rezolvabilă de lungimi de undă (sau mase) ale spectrului. Prin urmare, conținutul informațional al spectroscopiei este suficient de mare pentru a răspunde la aproape orice întrebare din domeniul analiticii. Acesta, de fapt, este unul dintre motivele dezvoltării cu succes a metodelor spectroscopice de analiză. Spectroscopia, prin definiție, se ocupă cu descrierea atomilor, ionilor, radicalilor și moleculelor pe baza înregistrării și interpretării spectrelor acestora obținute cu ajutorul diverselor aparate de măsurare, printre care se numără: spectrometrul de absorbție atomică, spectrometrul de emisie atomică sau spectrofotometrul. Instrumentele spectroscopice constau de obicei din trei componente principale: o sursă de radiații, un dispozitiv pentru descompunerea spectrală și un detector pentru măsurarea radiațiilor. Spectroscopia practică a început foarte curând să se dezvolte în două direcții, împărțindu-se în atomic și molecular. Tehnicile analitice utilizate în acest scop fac tranziții în schemele nivelurilor de energie ale moleculelor și atomilor cu cuante de radiație (fotoni) din părți ale spectrului de la raze X la unde ultrascurte. În spectroscopie atomică, vorbim despre determinarea calitativă și cantitativă a elementelor în diferite substanțe și intervale de concentrație. Acestea includ, de exemplu, metodele de absorbție atomică, emisie atomică și fluorescență cu raze X. Spectroscopia moleculară bazată pe metodele UV/Vizibil, IR, împrăștiere Raman și RMN (rezonanță magnetică nucleară) face posibilă tragerea de concluzii despre legăturile și structura moleculelor. Benzile caracteristice sau combinațiile de benzi dintr-un spectru pot indica o anumită calitate, precum și baza pentru identificarea componentelor individuale. Conceptul general de „spectroscopie” include și metodele de spectrometrie de masă și spectrometrie electronică. Deși, strict vorbind, spectrometria de masă nu este o metodă bazată pe interacțiunea dintre radiația electromagnetică și materie, ci o metodă de separare. Varietatea metodelor propuse vă permite să obțineți răspunsuri la întrebări foarte specifice, pentru care puteți utiliza: analiza micro și urmelor, analiza suprafeței, studiul structurii fine a sistemelor complexe și analiza sistemelor reactive. Multe metode spectroscopice funcționează nedistructiv, adică fără a distruge proba, ceea ce face posibilă studierea în mod repetat și diferit a aceleiași probe, care, chiar și după aceea, poate fi încă potrivită pentru studii ulterioare. Acest lucru este deosebit de convenabil, de exemplu, în cazul analizei operelor de artă sau al controlului final al calității produselor finite. Cu toate acestea, este deosebit de important ca multe metode spectroscopice să poată fi implementate direct la locația probei de studiat, iar rezultatul analizei este dat în timp real, ceea ce face posibilă intervenția în timp util în proces, făcându-se necesarul. ajustări, sau pentru a întrerupe total lucrul.conexiune cu o urgență etc. Astăzi pare de prisos să vorbim despre importanța metodelor fizico-chimice de analiză, care au devenit rutina zilnică a fiecărui chi modern Capitolul 1. Introducere 32 de laboratoare micoanalitice. Cu ajutorul metodelor spectroscopice, se pot rezolva, în special, următoarele sarcini: găsirea și extragerea materiilor prime, dezvoltarea de noi produse și tehnologii, proiectarea și optimizarea proceselor de producție și asigurarea calității cerute a produselor fabricate. Datorită versatilității aplicațiilor, preciziei ridicate a rezultatelor și sensibilității remarcabile de detecție, ca să nu mai vorbim de reducerea semnificativă a timpului de analiză, metodele spectroscopice au atins cel mai înalt grad de eficiență economică. Astăzi, fără ele, nu se poate produce o singură tonă de oțel, nici o singură unitate electronică nu poate fi creată. Există cerințe legale pentru calitatea produselor alimentare, precum și pentru substanțele vitale precum apa și aerul și, în sfârșit, pentru medicamentele de diferite tipuri, iar aceste cerințe trebuie respectate cu strictețe. Cu ajutorul metodelor spectroscopice, este posibil să se controleze și subprodusele activității umane: gunoi, aer evacuat și canalizare. Studiul fundamentelor economice într-un sens larg, de la biochimie la astronomie, este de neconceput fără metodele spectroscopice moderne de analiză. În prezent, în domeniul analizei instrumentale se folosesc tot mai mult computerele, datorită cărora echipamentul în sine devine mai convenabil și mai ușor de întreținut, iar prelucrarea rezultatelor este posibilă sub orice formă. În aceste condiții, în principiu, este suficient ca operatorul să aibă doar o idee generală despre esența analizei și, uneori, este posibil să nu știe nimic despre aceasta. Cu toate acestea, nu trebuie uitat (și aici se află principalul pericol!) că fiabilitatea unui anumit instrument depinde întotdeauna de acuratețea calibrării acestuia și, prin urmare, este necesar să se verifice în mod constant și scrupulos rezultatele obținute. Un dispozitiv analitic nu ar trebui să devină un fel de „cutie neagră”, iar indicatorii calculați nu ar trebui să fie niciodată de încredere orbește de către un computer, deoarece acesta poate procesa doar rezultatele analizei efectuate. Dar analiza „corectă” depinde în mare măsură de rigurozitatea eșantionării, de pregătirea acestora și de asigurarea condițiilor de lucru adecvate. Aproape toate instrumentele utilizate în spectroscopie conțin, adesea în proiectare modulară, sisteme de prelevare și excitare a unui semnal analitic. În continuare, spectrometrul intră în acțiune pentru a crea un spectru în intervalul de lungimi de undă de interes și pentru a izola un semnal specific unei substanțe date; apoi este rândul sistemului detector să înregistreze semnalul de măsurare, iar în final, preia dispozitivul de procesare a datelor de măsurare. Un rol important este atribuit și sistemului de control pentru toate procesele de măsurare cu suportul computerelor. În ultimii ani, computerele personale au devenit deosebit de populare în acest domeniu. Odată cu introducerea PC-urilor de înaltă performanță, dezvoltarea multor noi metode de analiză a fost promovată în mod eficient de apariția unor componente structurale precum sursele de radiații laser și fibrele optice. 1.4. „Nimic”: cum să-l găsești 33 Astăzi, multe operațiuni consumatoare de timp (prelevarea de mostre, pregătirea lor, plasarea lor într-un dispozitiv) sunt automatizate, iar fibrele luminoase fac posibilă studierea probelor care se află în afara spectrometrului sau aparțin unui material periculos, sensibil sau foarte valoros. Este de așteptat ca în viitor multe dintre analizele efectuate astăzi prin metoda Liebig (prelevarea probelor, transportarea acestora la laborator, efectuarea analizei propriu-zise, ​​prelucrarea rezultatelor) să fie efectuate în timp real chiar la locul de muncă, fie folosind spectrometre specializate în miniatură sau ghiduri de undă optice care conectează diferite puncte de eșantionare la spectrometrul central. Scopul acestei publicații este de a discuta problemele spectroscopiei, dar această carte nu trebuie considerată un manual pentru spectroscopist. Se adresează, în primul rând, chimiștilor practicieni și inginerilor angajați în producția industrială, care folosesc studiile spectroscopice ca instrument auxiliar în rezolvarea diferitelor tipuri de probleme chimice. Introducerea de mai sus are scopul de a oferi o privire de ansamblu asupra metodelor spectroscopice existente și de a încuraja grupul țintă menționat să aplice aceste metode mai activ în propria activitate. 1.4. „Nimic”: cum să-l găsești Este clar că distanța de la Stuttgart până la Piața Roșie din Moscova nu poate fi acoperită în două sărituri: o linie aeriană lungă de 2000 km întinsă între ele. Doi milimetri din această cale este de 1 ppb (părți într-un miliard), ceea ce corespunde unei miliarde din întreaga cale. Deja în acest caz - în prezența numărului „numai” cu nouă zerouri - există o limită a imaginației umane. Capacitatea unei persoane de a-și imagina o anumită dimensiune sau un număr este mai mult legată de viața lui de zi cu zi: toată lumea înțelege, de exemplu, care este greutatea unui kilogram. Nu va fi dificil pentru orice persoană să arate cu mâinile o lungime aproximativă de un metru. Și oricine știe cât durează o oră, mai ales dacă trebuie petrecută într-o așteptare chinuitoare. Dar la menționarea a o mie de tone, o sutime de milimetru și 4000 de ani, o persoană simte deja limita dincolo de care imaginația sa este neputincioasă, și chiar și numărul de ani lumină, numărul de nanos kunds și părți pe miliard va face. mintea lui capitulează complet. Pe vremuri, numai oamenii de știință natural operau cu unități de măsură atât de rare. Dar acum această denumire poate fi găsită în toate mass-media atunci când se raportează, de exemplu, puterea unei centrale electrice (megawați), descoperirea unui nou hormon (micrograme) sau poluarea apelor subterane (părți pe miliard). Analiza modernă este angajată, ca să spunem așa, în „lumea după virgulă zecimală”. În ultimele două decenii, nicio știință nu a obținut un succes atât de impresionant ca analitica - știința detectării substanțelor și determinării concentrațiilor acestora. Dacă în urmă cu mai bine de 40 de ani, cantitatea de orice substanță de până la o zecime de ppm trebuia considerată egală cu „zero”, astăzi putem detecta cu desăvârșire doar o miliardime dintr-un gram. Astfel, această știință este capabilă să cuantifice la nivel de urme, ceea ce este absolut dincolo de imaginația umană, iar acest succes a dat o dimensiune cu totul nouă, în special, discuției despre problemele de mediu. În practică, se poate încerca deja să descopere ceva care a fost desemnat anterior drept „nimic”. Acest lucru este valabil și pentru urmele de reziduuri menționate mai sus în sol, apă, aer și, în final, în alimente. Strict vorbind, nu există deloc „echilibru zero”, dar analitica dezvăluie și urme ale unor urme. Zero rămâne astfel o valoare teoretică care poate fi abordată, dar niciodată atinsă. Figura 1.2 demonstrează clar valorile concentrației la nivelul ultra-urmei. Cea mai pură substanță care poate fi făcută astăzi este siliciul. Chiar și atunci când se utilizează metoda de topire a zonei, este posibil, în cel mai bun caz, să se obțină o puritate de ordinul a 109 atomi de impuritate per cm3. Simplificat ca 1023 atomi pe cm3, aceasta corespunde unei contaminări de aproximativ 1014 atomi sau 0,01 ppt (părți per trilion). Exemplu: conținutul unei bucăți de zahăr (2,7 g) dizolvată în: 1 procent este 1 parte în 100 părți 1 ppb (parte per miliard) este 1 parte în 1 miliard părți (miliardele) 10 grame pe kilogram 1 microgram pe kilogram 0,27 litri 2,7 milioane litri 10 g/kg 0,000 001 g/kg 1 ppm este 1 parte în 1000 părți 1 ppt (parte per trilion) este 1 parte în 1 trilion părți (trilion) 1 gram pe kilogram 2, 7 litri 1 g/kg 1 nanogram pe kilogram 0,000 000 001 g/kg 1 ppm (parte per milion) 1 ppq (parte per cvadrilion) este 1 parte din 1 cvadrilion părți (cota de patrulion) 1 miligram pe kilogram 1 picogram pe kilogram 0,000 000 000 001 g/ kg 0,001 g/kg Iaz 2700 litri Fig. 1.2. Exemple ilustrative de valori de concentrație de 2,7 miliarde de litri Lacul de 2,7 trilioane de litri 1,4. „Nimic”: Cum să-l găsești 35 Dar performanța ridicată a analizei are capcanele ei: din nou și din nou trebuie să faci față situațiilor în care se trag concluzii eronate din rezultatele analizei, deoarece manipularea dimensiunilor „minute” necesită respectarea strictă a multe condiții la limită. Cu toții suntem, într-un fel, ostatici ai analiticii, lăsând fără răspuns întrebarea: ce concentrație a unei substanțe „suspecte” este considerată încă periculoasă? Aici știința pur și simplu ne confundă. Politicienii se sustrage de la răspuns, sensibilitatea crescută a metodelor de detectare entuziasmează publicul. Datorită sensibilității extreme a analizei moderne, putem detecta mult mai multe substanțe în sol, în apă, în aer și în hrana noastră, iar printre ele se vor număra și cele pe care nici nu le bănuim înainte, pentru că nu le-am bănuit. dispune de echipamentul necesar. Multe dintre aceste substanțe sunt prezente doar sub formă de urme subtile, cu mult sub pragul lor de toxicitate. În plus, pentru majoritatea concentrațiilor de urme, nu știm nimic despre relevanța toxicologică sau de mediu, ceea ce înseamnă că evaluarea rezultatelor rămâne în mod clar în urma progresului în analiza urmelor în sine. De asemenea, atunci când discutăm despre încărcările de mediu, termeni precum ppm (părți pe milion), ppb (părți per miliard), ppt (părți per trilion) și, mai recent, chiar și ppq (părți per milion) sunt din ce în ce mai folosiți, în absența unei definiții clare. idei despre volumul real de „poluare” indicat de astfel de unităţi sau despre factorul de calitate al rezultatelor analizei obţinute. Este probabil dificil de găsit exemple ilustrative pentru astfel de cantități. Cu toate acestea, o parte la mie de altele, adică ppm, ne este încă familiară - în primul rând, din experiența verificării conținutului de alcool în sângele șoferilor de mașini. Cât despre ppm, aici se poate imagina în glumă un locuitor al Prusiei (prusac) în milionul oraș Munchen, adică 1 P(reutilizare) p(ro) M(ünchen) - „un prusac pe Munchen”, dar cu ppb situația este mult mai complicată, deoarece această unitate va însemna 5 oameni pentru întreaga populație a globului, dacă este luată la 5 miliarde. Următoarea dimensiune (în jos) - ppt - ar putea demonstra faptul că 100.000 de tone de grâu dintr-un tren de marfă de 20 km lungime au fost contaminate de un singur bob de secară sau - în ceea ce privește măsura lungimii - să afișeze un „segment” de 0,4 milimetri pe drumul de la Pământ la Lună. ... Cu greu merită să continui. Mai mult, orice încercare de a da un exemplu clar va eșua pur și simplu. Cu astfel de ordine de mărime, nimeni nu este surprins că în prezent se găsesc anumite substanțe chiar și acolo unde nimeni nu se aștepta. Oamenii aud și citesc despre astfel de „descoperiri” din nou și din nou, dar asta nu înseamnă că substanțele găsite acum nu erau aici înainte, ci doar că nu puteau fi găsite înainte. Această nuanță rămâne adesea în afara sferei discuțiilor publice. Deciziile cu privire la prejudiciu sau beneficiu, despre gradul de pericol, despre necesitatea de a elabora măsuri adecvate nu se iau pe baza faptului că o substanță este deloc găsită. Într-o măsură mult mai mare, aceasta depinde de volumul măsurat al unei substanțe date și de gradul de probabilitate al contactului nostru cu aceasta. Doar doza pe care o persoană o absoarbe de fapt contează atunci când se ia în considerare efectul asupra corpului său al unui anumit material. Mai multe despre 36 Capitolul 1. Introducere Acum aproape 500 de ani, doctorul T.B. von Hohenheim, cunoscut sub numele de Paracelsus, afirma: „Nimic absorbit în exces nu este absolut inofensiv”. Cu toate acestea, lăsând ironia deoparte, tocmai măsurătorile ultra-precise din analiza chimică modernă sunt folosite acum ca o armă împotriva chimiei în sine și a așa-ziselor sale otrăvuri. Și totuși, analytics, cu echipamentele sale tehnice moderne, a reușit să ofere oamenilor de știință abordări ale acelor domenii care au rămas mult timp în afara lor. Este suficient să menționăm cel puțin semnificația „oligoelementelor” în viața noastră de zi cu zi. În concentrație prea mare, acţionează ca toxine, într-o cantitate precis verificată sunt uneori chiar recunoscute ca fiind utile, iar dacă sunt deficitare pot provoca un sindrom de deficit. Rezultatele fiabile necesită cea mai atentă pregătire și o analiză corectă, ceea ce este valabil mai ales pentru măsurătorile de urme ale anumitor substanțe. Aceste cerințe privesc nu numai procesul de prelevare a probelor, depozitarea și pregătirea acestora, ci și echipamentul laboratorului, calificările (și comportamentul) personalului care efectuează anumite operațiuni. Dacă, de exemplu, vă permiteți să fumați în laborator, atunci nu ar trebui să fiți surprinși să găsiți un conținut crescut de cadmiu în substanța de testat; o încercare de a măsura mai puțin de un miligram pe litru de carbon pe o masă de laborator cu ceară este, în mod înțeles, sortită eșecului și ce putem spune despre determinarea urmelor de metal în probele de apă prelevate cu o găleată de metal! Și mai problematică este situația în care este absolut nerezonabil să credem că efectul substanțelor în urme se corelează cu concentrația lor. Acest lucru se datorează probabil faptului că încă de pe vremea lui Newton și Descartes am fost obișnuiți să generalizăm și să extrapolăm pe baza ideii noastre lineare obișnuite despre inseparabilitatea cauzei și efectului. Astăzi trebuie să renunțăm la moduri de gândire învechite, inclusiv în sfera materială. Extrapolările și generalizările, care sunt destul de potrivite atunci când se determină concentrații suficient de mari, se dovedesc a fi absolut inadmisibile în cazul unui conținut foarte scăzut de substanță. Va trebui să învățăm să gândim mai stratificat și mai complex. Din ce în ce mai mult, suntem forțați, împreună cu astfel de soluții convenabile „fie sau”, să permitem soluții la nivelul „atât... și...” dacă vrem să corespundă realităților lumii noastre complexe. Conceptele de „corect” și „greșit” pot fi aplicate fără ambiguitate, poate, doar în domeniul analizei calitative. Cu toate acestea, din punctul de vedere al analizei cantitative, aceste definiții sunt în general inacceptabile în unele domenii. De obicei, o analiză cantitativă este considerată corectă dacă poate fi reprodusă în intervalul marjelor de eroare stabilite statistic. Și, în același timp, faptul că rezultatul obținut se poate dovedi a fi iremediabil eronat nu mai joacă deloc niciun rol. Aceasta înseamnă că în domeniul analizei cantitative, la conceptele de „corectitudine” și „incorectitudine” trebuie adăugat un al treilea concept - comparabilitatea, sau comparabilitatea, a rezultatelor. Analiza cantitativă este considerată corectă dacă, în zona unei semnificații statistice date, se obțin din când în când aceleași rezultate ale analizei. Standardele de calibrare pentru instrumente sunt în general revizuite cu atenție și respectate 1.4. „Nimic”: cum să-l găsești 37 culegând măsura tuturor lucrurilor. Dar dacă un alt standard nu se potrivește, analiștii sunt nevoiți să găsească parametri comparabili. Prin urmare, analiza este clasificată drept „corectă” deoarece niciun analist nu lucrează după o metodologie diferită și standarde diferite. Aceasta înseamnă că oportunitățile de a obține rezultate corecte, incorecte sau comparabile în domeniul analizei cantitative sunt uneori stabilite pur și simplu printr-o decizie volitivă. 1.4.1. Exemplu: Platină Din numeroasele exemple care demonstrează clar necesitatea unei gândiri analitice mai ample, aici putem aminti situația nu atât de comună în care ne-a aruncat introducerea catalizatorilor de platină. Catalizatorii de platină contribuie în mod semnificativ la reducerea emisiilor de oxizi de azot și hidrocarburi. În acest scop, anual sunt prelucrate circa 50 de tone de metale platină. Adevărat, într-un volum mic, platina este încă eliberată și se acumulează în mediu, deoarece chiar și în condițiile de funcționare ale unui catalizator, nu se poate comporta absolut indiferent. Cu catalizatorii cu trei căi pe care îi folosim, volumele de platină eliberată ajung doar la intervalul mediu de nanograme pe kilometru de mișcare. Cu toate acestea, aceste volume atât de slabe cresc vizibil în timp datorită acumulării treptate. La nivelul actual de cunoștințe, este încă imposibil de afirmat cu certitudine probabilitatea declanșării anumitor consecințe fiziologice pentru organismul uman ca urmare a expunerii la această platină eliberată. În acest caz, putem vorbi despre astm cu platină, boala cu platină, cancer, dar repetăm: este necesar să se studieze cu atenție natura distribuției și tipul de conectare a platinei ca fiind cele mai importante criterii de evaluare a riscului. Deoarece concentrația naturală și inerentă a platinei în sânge este de aproximativ 10-9%, metodele necesare pentru determinarea volumului în unități de picograme trebuie încă dezvoltate cu atenție. Cu toate acestea, chiar și astăzi este posibil să se stabilească în mod fiabil concentrații atât de scăzute de platină în corpul uman și în substanțe importante pentru mediu. Oameni în contact direct

Spectroscopia nucleelor, atomilor, ionilor și moleculelor aparține astăzi grupului celor mai importante și mai răspândite metode de analiză instrumentală. Spectrometrele de emisie, absorbție și fluorescență de înaltă tehnologie oferă o determinare precisă a compoziției calitative și cantitative a substanțelor gazoase, lichide și solide, vă permit să studiați straturile de suprafață ale materialelor, să efectuați analize locale și strat cu strat. Această monografie oferă o privire de ansamblu asupra diferitelor metode moderne de spectrometrie nucleară, atomică, ionică și moleculară, precum și a instrumentelor care implementează aceste metode. Sunt luate în considerare multe probleme analitice rezolvate în laboratoarele întreprinderilor industriale, în instituțiile de științe naturale și tehnice, precum și probleme de studiu și protecție a obiectelor de mediu.

Urmăriți analizele.
Metodele chimiei analitice clasice, care dau rezultate extrem de precise la determinarea conținutului, până la o miime de procent, se bazează în principal pe reacții chimice, inclusiv reacții de precipitare a produselor puțin solubile (gravimetrie) sau a produselor intens colorate (titrimetrie). Întrucât elementele de studiat sunt sub formă de ioni în soluție apoasă, putem vorbi de metode „umede” de analiză chimică. Aceste metode clasice de volum ultra-scăzut nu mai sunt potrivite pentru analize de laborator rentabile în intervalul de urme.

Dacă, de exemplu, este necesar să se efectueze o determinare cantitativă a concentrației unui element de 1 ng / g într-o celulă, atunci o metodă de determinare cu o detectivitate absolută în domeniul femtogramelor (1 fg \u003d 10 ~ 15 g) va fi deja solicitat. Este clar că informațiile analitice în acest caz ar trebui să fie în continuare suficient de fiabile. Dubiul datelor obținute nu este exclus astăzi în toate fazele procesului analitic, când este necesar să se determine concentrații neglijabile în unități de ng/g și mai mici. Motivul acestei situații este prezența erorilor sistematice, care în analizele tradiționale au doar o importanță secundară, dar rolul lor crește brusc la determinarea unui conținut tot mai mic de elemente.

Butoane deasupra și dedesubt „Cumpără o carte de hârtie”și folosind link-ul „Cumpără” poți cumpăra această carte cu livrare în toată Rusia și cărți similare la cel mai bun preț în formă de hârtie pe site-urile magazinelor online oficiale Labyrinth, Ozon, Bukvoed, Chitai-Gorod, Litres, My-shop, Book24, Books.ru.

Făcând clic pe butonul „Cumpărați și descărcați cartea electronică”, puteți cumpăra această carte în format electronic în magazinul online oficial „LitRes”, apoi o puteți descărca pe site-ul Liters.

Seria: „Lumea chimiei”

Spectroscopia nucleelor, atomilor, ionilor și moleculelor aparține astăzi grupului celor mai importante și mai răspândite metode de analiză instrumentală. Spectrometrele de emisie, absorbție și fluorescență de înaltă tehnologie oferă o determinare precisă a compoziției calitative și cantitative a substanțelor gazoase, lichide și solide, vă permit să studiați straturile de suprafață ale materialelor, să efectuați analize locale și strat cu strat.
Această monografie oferă o privire de ansamblu asupra diferitelor metode moderne de spectrometrie nucleară, atomică, ionică și moleculară, precum și a instrumentelor care implementează aceste metode. Sunt luate în considerare multe probleme analitice rezolvate în laboratoarele întreprinderilor industriale, în instituțiile de științe naturale și tehnice, precum și probleme de studiu și protecție a obiectelor de mediu.

Cuvânt înainte...... 17 De la autor...... 18 Capitolul 1. Introducere...... 22 1. 1. Context istoric...... 24 1. 2. Beneficiile analizei instrumentale .. .... 26 1. 3. Spectroscopie ...... 29 1. 4. „Nimic”: cum să-l găsești ...... 33 1. 5. Tendințe în dezvoltarea analizei mediului obiecte..... 43 Capitolul 2. Interacțiunea dintre lumină și materie...... 50 2. 1. Interacțiuni interne și externe...... 51 2. 2. Spectroscopie de absorbție și emisie..... 52 2. 3 Spectroscopia atomică și moleculară ...... 53 2. 4. Condiții de excitație ...... 55 2. 5. Clasificarea regiunilor spectrale ...... 57 2. 6. Măsurarea prin spectroscopie sisteme ...... .. 58 2. 7. Analiza cantitativă și calitativă...... 61 2. 8. Spectrometru convențional...... 64 Capitolul 3. Spectroscopie în regiunile UV și vizibile ale spectru...... 68 3 1. Clasificarea tranzițiilor electronice ...... 69 3. 2. Calculul teoretic al tranzițiilor electronice ...... 71 3. 3. Tranzițiile permise și interzise .... .. 76 3. 4. Principiul măsurării ..... 77 3. 5. Și Măsurarea spectrului ...... 82 3. 6. Determinarea concentrației prin culoare ...... 85 3. 7. Analiza multicomponentă ...... 86 3. 8. Măsurarea în funcție de lungimea de undă dublă principiu ...... ... 88 3. 9. Spectre de diferență ...... 90 3. 10. Spectre derivate ...... 91 3. 11. Cerințe pentru un spectrometru modern .... .. 92 3. 12. Matrici de diode în spectroscopia regiunilor UV și vizibile...... 94 3. 13. Cuplarea cu fibre optice...... 102 3. 14. Teste exprese în studiul apei ...... 105 3. 15. Rezumat și perspective pentru dezvoltarea spectroscopiei UV și vizibile ...... 112 Capitolul 4. Fluorometrie ...... 116 4. 1. Bazele teoretice ale luminescenței .. .... 116 4. 2. Fluorescență ...... ... 118 4. 3. Fosforescență ...... 121 4. 4. Parametri de măsurare pentru fluorometrie ...... 123 4. 5 . Spectrometre de fluorescență ...... 126 4. 6. Purtători ( suporturi de probe) ...... 133 4. 7. Efectul temperaturii ...... 134 4. 8. Fluorescența indusă de laser .. .... 135 4. 9. Fluorometrie rezolvată în timp ...... .... 136 4. 10. Rezumat me și perspectivele de dezvoltare a fluorometriei ...... 137 Capitolul 5. Spectroscopia IR ...... 138 5. 1. Context istoric ...... 139 5. 2. Principiul spectroscopiei IR . ..... .. 140 5. 3. Spectrul IR ...... 142 5. 4. Interpretarea spectrelor ...... 144 5. 5. Instrumente și echipamente pentru înregistrarea spectrelor IR .... .. 154 5 6. Metode de preparare a probei ...... 162 5. 7. Spectroscopie de reflexie IR ...... 169 5. 8. Detectie fotoacustica ...... 183 5. 9. Microscopie IR ...... .... 185 5. 10. Aplicarea în comun a metodelor analitice. ..... 188 5. 11. Utilizarea calculatoarelor în spectroscopie IR...... 192 5. 12. Rezumat și perspective pentru dezvoltarea spectroscopiei IR ..... 193 Capitolul 6. Spectroscopia în apropiere Regiunea IR ...... 196 6. 1. Diferențe în spectroscopia IR apropiat și IR mijlociu...... 196 6. 2. Spectrometru IR apropiat...... 198 6. 3. Practic spectroscopie de aplicare în regiunea IR apropiată ...... 199 6. 4. Rezumat și perspective de dezvoltare a spectroscopiei în regiunea IR apropiată ...... 203 Capitolul 7. Spectroscopie Raman ...... 205 7. 1 Bazele teoretice ale spectroscopiei Raman ...... 206 7. 2. Reguli de selecție ...... 209 7. 3. Spectroscopia Raman ...... 210 7. 4. Aplicarea practică a spectroscopiei Raman ..... 213 7. 5. Rezumat și perspective pentru dezvoltarea spectroscopiei Raman ..... 214 Capitolul 8. Spectroscopia cu microunde ......... 216 8. 1. Teoria spectrelor de rotație ...... 217 8. 2. Spectrometru cu microunde...... 220 8. 3. Aplicarea practică a microfonului de spectroscopie cu microunde ...... 221 8. 4. Rezumat și perspective de dezvoltare a spectroscopiei cu microunde ...... 224 Capitolul 9. Spectroscopia de absorbție atomică ...... 226 9. 1. Context istoric . ..... .. 229 9. 2. Caracteristicile generale ale metodei ...... 230 9. 3. Spectrul de linii ...... 232 9. 4. Spectrometrul de absorbție atomică ...... 236 9. 5. Lămpi cu catod gol ...... 239 9. 6. Procesul de atomizare ...... 241 9. 7. Interferența ...... 258 9. 8. Absorbția de fundal .. .... 262 9. 9. Proiectarea hardware a procesului ...... 277 9. 10. Analiza flux-injecție în spectrometrie de absorbție atomică ...... 284 9. 11. Echipamentele laboratorului de atomizare spectrometria de absorbție ...... 294 9 12. Rezumat și perspective de dezvoltare a spectrometriei de absorbție atomică ...... 297 Capitolul 10. Spectrometria de fluorescență atomică ...... 300 Capitolul 11. Spectrometria atomică cu plasme . ..... 303 11. 1. Bazele teoretice ale metodei ...... 306 11. 2. Formarea plasmei ...... 309 11. 3. Compoziția unui spectrometru de emisie atomică cu ICP ... ... 315 11. 4. Echipamente pentru lucrul cu ICP ...... 326 11. 5. Interferența în spectrometria ICP de emisie optică ...... 345 11. 6. Soluții standard pentru spectrometria de emisie atomică ...... 352 11. 7. Sistem hidrură ...... 352 11. 8. Analiza probelor solide ...... 353 11. 9. Alegerea spectrometrului pentru analiza elementară ...... 358 11. 10. Spectrometria de masă cu plasmă ...... 363 11. 11. Rezumat și perspective pentru dezvoltarea spectrometriei atomice cu plasmă ...... 372 Capitolul 12. Spectrometria de masă. ..... 376 12. 1. Bazele teoretice ale metodei ...... 377 12. 2. Natura spectrului de masă ...... 378 12. 3. Formarea ionilor .... .. 381 12. 4. Spectrometre de masă ...... 386 12. 5. Rezumat și perspective pentru dezvoltarea spectrometriei de masă ...... 393 Capitolul 13. Spectroscopia de rezonanță magnetică nucleară ...... 395 13. 1. Fundamente teoretice Spectroscopia RMN ...... 398 13. 2. Deplasarea chimică ...... 401 13. 3. Interacțiunea spin-spin ...... 404 13. 4. Înregistrarea RMN spectre.... .. 407 13. 5. Spectrometre RMN ...... 411 13. 6. Tehnica rezonanței duble ...... 417 13. 7. Spectroscopie RMN bidimensională ...... 419 13. 8. Efectul Nuclear Overhauser...... 420 13. 9. Aplicarea practică a spectroscopiei RMN...... 421 13. 10. Rezumatul și perspectivele de dezvoltare ale spectroscopiei RMN...... 427 Capitolul 14. Analiza fluorescenței cu raze X. ..... 430 14. 1. Conceptul de fluorescență cu raze X ..... 432 14. 2. Fundamentele teoretice ale metodei ..... 433 14. 3. Liniile spectrale caracteristice ..... 437 14. 4. Legea lui Moseley ...... 439 14. 5. Excitație ...... 440 14. 6. Absorbție de raze X ...... 442 14. 7. Tub de raze X ...... 446 14. 8. Spectrometre de raze X .. .... 447 14. 9. Detectoare de raze X ..................... 451 14. 10. Aplicații în scopuri chimico-analitice ..... 452 14. 11. Analiza fluorescenței cu raze X cu reflexie internă totală ..... 455 14. 12 458 14. 13. Noi dezvoltări în spectrometria cu raze X ..... 468 14. 14. Rezumat și perspective pentru dezvoltarea analizei fluorescenței cu raze X ..... 469 Capitolul 15 Metode de analiză a suprafeței ...... 474 15. 1. Metode de analiză a suprafeței ...... 476 15. 2. Microanaliza cu raze X cu dispersia energiei ...... 479 15. 3. Emisia de raze X indusă de protoni ...... 483 15. 4. Spectroscopie electronică Auger...... 483 15. 5. Spectroscopie electronică pentru analiză chimică ...... 487 15. 6. Spectrometria de masă a ionilor secundari... ... 491 15. 7. Spectroscopie de împrăștiere a ionilor ...... 493 15. 8. Microscopie cu sonde de scanare ...... 494 Capitolul 16. Concluzie ...... 504 Literatură ...... 507 Literatură suplimentară ...... 519 Lista companiilor ...... 523

Editura: RIC „Technosfera” (2009)