Оборудование

ИК-спектрофотометры в принципе не отличаются от спектрофотометров, работающих в УФ- и видимом свете. Однолучевые приборы обладают рядом недостатков, ограничивающих их применение, и все промышленные инфракрасные спектрофотометры, использующиеся для аналитических целей, двухлучевые.

В таких приборах все побочные эффекты, обусловленные растворителем и примесями, автоматически компенсируются, а также снимаются трудности, связанные с сильным поглощением двуокиси углерода и паров воды воздуха.

Источник света

Идеальным тепловым источником является, конечно, черное тело, но интенсивность его излучения очень мала.

Источником инфракрасного излучения служит обычно штифт Нернста или Глобара, нагреваемый электрическим током до 1000-1800 ^оС.

Эти источники ИК-излучения имеют ряд недостатков (интенсивность излучения падает в сотни раз при переходе к низким частотам), поэтому обычно используются источники с нихромовой нитью

Монохроматоры

Первоначально в инфракрасных спектрофотометрах применяли призмы из бромистого калия или хлористого натрия, поскольку стекло для инфракрасного излучения непрозрачно, однако сейчас в качестве монохроматоров используют в основном дифракционные решетки. Это объясняется не только лучшим разрешением и линейной зависимостью дисперсии от длины волны, но и большей экономичностью решеток.

Обычно для устранения интерферирующих лучей, идущих с дифракционной решетки, используют малодисперсные призмы или несколько интерференционных фильтров. Иногда вместо дорогих и непрочных линз из хлористого натрия применяют зеркала из полированного алюминия. Оптическая часть делается по возможности простой, поскольку при каждом отражении теряется 20% света.

Образцы

Образцы нельзя приготавливать в воде, поскольку она, как и органические растворители, очень сильно поглощает в инфракрасной области. Вода растворяет также почти все вещества, прозрачные в этой области спектра.

Для уменьшения довольно большого фона, возникающего из-за рассеяния при снятии спектров поглощения в твердых порошках, обычно приготавливают тонко размолотую пасту вещества в парафине или спрессованные диски в бромиде калия.

В результате ИК-спектры растворов являются суммарными спектрами, содержащими как полосы растворенного вещества, так и растворителя. Поэтому при отнесении полос спектр растворителя вычитается.

И только съемка спектра в таблетках бромида калия, который не поглощает ИК-излучение, или в виде жидких и твердых пленок дает возможность получить полный спектр соединения, свободный от влияния среды.

Детекторы

В качестве детектора инфракрасного излучения (вместо фотоэлемента) используют, как правило, термопару (или батарею термопар).

Стандартное применение метода:

с помощью ИК-спектроскопии устанавливается наличие функциональных групп и отдельных элементов структуры.

Понятие о Фурье-спектроскопии

Существенным недостатком изложенного, так называемого традиционного способа регистрации спектра является его инерционность. Аналитический сигнал рецептора непрерывно записывается при изменении частоты (длины волны) падающего света в течение довольно длительного времени. Этого недостатка лишен метод Фурье-спектроскопии, позволяющий записывать спектр в широкой области частот в течение нескольких секунд.

В методе Фурье-спектроскопии используется то, что излучению каждой длины волны соответствует определенная интерференционная кривая (интерферограмма). Период такой функции зависит только от длины волны. Кривая получается с помощью интерферометра. Излучение со множеством частот — интерферограмма — представляет собой сумму кривых, соответствующих каждой частоте (длине волны) в спектре излучения. Преобразование Фурье (гармонический анализ) позволяет преобразовать интерферограмму в спектр, т. е. выделить каждую частоту. Эта сложная математическая процедура выполняется с помощью компьютера

Таким образом, в Фурье-спектрометрах спектр получается в два этапа. Сначала регистрируют интерферограмму, представляющую собой наложение отдельных компонент спектра (гармонических составляющих). Частоты этих составляющих связаны с волновыми числами, а амплитуды — с интенсивностью линий. Затем с помощью компьютера проводят разложение интерферограммы на частотные составляющие путем обратного преобразования Фурье.

Достоинством Фурье-спектроскопии является быстродействие — интерферограмма записывается в запоминающее устройство компьютера в течение примерно одной секунды. В Фурье-спектроскопии нет щелей и не требуется фокусировка света, необходимая при обычном способе регистрации спектра. Прибор характеризуется высокой светосилой, поскольку через него проходит все излучение и высокой разрешающей способностью при одновременной регистрации большого числа спектральных линий. Эти достоинства наиболее полно проявляются в ИК-спектроскопии при исследовании процессов как поглощения, так и излучения.