27. Спектроскопия. Методы радиоспектроскопии

Спектроскопия — разделы физики и аналитической химии, посвящённые изучению спектров взаимодействия излучения (в том числе, электромагнитного излучения, акустических волн и др.) с веществом. В физике спектроскопические методы используются для изучения всевозможных свойств этих взаимодействий. В аналитической химии — для обнаружения и определения веществ при помощи измерения их характеристических спектров, то есть методами спектрометрии. К существенным преимуществам спектроскопии можно отнести возможность диагностики insitu, то есть непосредственно в «среде обитания» объекта, бесконтактно, дистанционно, без какой-либо специальной подготовки объекта.

В соответствии со шкалой электромагнитных волн различают:

1. γ-спектроскопию

2. Рентгеновскую спектроскопию

3. Оптическую спектроскопию

   1. Ультрафиолетовая спектроскопия

   2. Спектроскопия видимого излучения

   3. ИК-спектроскопия

4. Радиоспектроскопию

   1. Микроволновая спектроскопия

   2. Собственно-радиочастотная спектроскопия

Границы диапазонов шкалы являются условными, так как свойства излучения постепенно изменяются с изменением длинны волны. Рассмотренное деление спектроскопии по диапазонам длин волн (и соответственно частот) определяется различием экспериментальных методов для исследования отдельных областей спектра. Для разных областей спектра применяют разные источники и приёмники излучения.

Для оптической спектроскопии характерно применение оптических методов, причём спектральное разложение производится призмами и дифракционными решётками.

В радиоспектроскопии используются радиотехнические методы, например методы радиолокации.

В рентгеновской спектроскопии для спектрального разложения используется дифракция рентгеновских лучей кристаллами и дифракционные решётки.

В γ-спектроскопии используют специфические методы ядерных исследований.

Следует учитывать, что при изучении спектров испускания исследуется излучение, даваемое источником (например, дугой), а в случае спектров поглощения и рассеивания исследуется излучение, прошедшее через вещество или рассеянное веществом, спектр которого изучается.

В оптической и рентгеновской областях спектра для получения спектра поглощения применяются источники, обладающие сплошным спектром испускания. Спектр поглощения вещества, через которое прошло излучение, получается на фоне спектра испускания источника в виде тёмных линий.

В области радиочастот для получения спектров поглощения применяют монохроматические ист

Методы радиоспектроскопии. Микроволновая газовая спектроскопия имеет дело с изучением вращательных спектров поглощений газов в области длин волн 1,5 .. 300 мм и переходов между уровнями тонкой структуры вращательных состояний парамагнитных молекул или радикалов с дипольными моментами. Эти переходы происходят под действием высокочастотного поля проходящей через газ высокочастотной электромагнитной волны. Самая упрощённая схема радиоспектроскопа будет представлена:

1. Г енераторвысокочастотногоизлучения

2. Поглощающаяячейка

3. Приёмникизлучения

4. Усилитель

5. Регистрирующийприбор

6. Магнитноеполе

Схема работает следующим образом: генератор высокочастотных колебаний (1) (клистрон) посылает лучи в поглощающую ячейку (2) (волновод), наполненную исследуемым газом при небольшом давлении порядка 10^-2мм.рт.ст. Луч, прошедший через газ, принимается кристаллическим детектором (3) и усиливается в (4). Полученный сигнал подаётся на регистрирующее устройство (5) (самописец, осциллограф или компьютер). Если поглощающую ячейку с газом поместить в магнитное поле (6), то при соответствующей величине магнитного поля и частоте падающего излучения можно наблюдать переходы в Зеемановских компонентах магнитного расщепления вращательных полос - так называемый электронный парамагнитный резонанс (ЭПР). Использование области более длинных радиоволн (до сотен метров) позволяет наблюдать переходы, связанные с различной ориентацией и различными свойствами ядер атомов (входящих в молекулу). При наличии магнитного поля для парамагнитных ядер наблюдается ядерный магнитный резонанс (ЯМР).

Применение методов радиоспектроскопии позволяет пользоваться при анализе очень малыми количествами вещества, так как эти методы обладают высокой чувствительностью (до 10^-9 граммов). Ширина полос поглощения значительно уже, чем в ИК-области. Поэтому разрешающая способность методов радиоспектроскопии значительно выше. Например, если в ИК-области на участке длин волн 2 .. 20 мкм можно различить примерно 3000 отдельных полос поглощения, то в области микроволновой спектроскопии на участке 1,5 .. 300 мм можно различить до 10⁶ полос.

очники излучения. Для получения спектров поглощения