12.4. Розшифровка інфрачервоного спектру поглинання

Розвиток інфрачервоної спектроскопії розпочався із вивчення органічних речовин через те, що спектри останніх можна знімати для розчинів і їх розшифровка менш складна, оскільки структура таких сполук містить обмежений набір атомів із слабо взаємодіючими зв'язками. Розшифровка інфрачервоних спектрів неорганічних речовин, особливо мінералів, істотно важча із-за складності спектрів. На відміну від спектрів органічних речовин, в спектрах мінералів спостерігаються широкі смуги поглинання, обумовлені накладанням різних коливань в кристалічній гратці, оскільки в останній є великий набір зв'язків із взаємодіючими коливаннями. Приведемо кілька прикладів інтерпретації спектрів.

Коли маємо спектр невідомого мінералу, ідентифікація смуг поглинання починається з найбільш сильних і високочастотних смуг в області валентних коливань. По таблицях характеристичних частот смугу поглинання відносять коливанню певного зв'язку. Часто області коливань деяких зв'язків перекриваються, наприклад, в інтервалі 1200...900 см^-1 є коливання Si-O-, Р-O-, S-O- зв'язків. Коли у високочастотній області зв'язок однозначно не визначається, звертаються до області деформаційних коливань і наявність того або іншого зв'язку підтверджується присутністю деформаційної смуги поглинання, що відноситься до даного зв'язку. Наприклад, коли в області 1100...1000 см^-1 є інтенсивна смуга поглинання то її можна віднести коливанню Si-O- зв'язку тільки тоді, коли в спектрі є достатньо інтенсивна смуга поглинання в області 500...400 см^1-. При відсутності такої, але появи смуги в області 650...550 см^-1, можна із впевненістю стверджувати про наявність в структурі мінералу зв'язку Р-О і так далі.

Аналогічно поступають і у випадку вивчення спектру відомого мінералу, тільки розшифровка зводиться до пошуку по таблицях частот певних зв'язків. Після ідентифікації можливо більшого числа смуг по кількості смуг тих чи інших зв'язків, їх положенню в спектрі і взаємної інтенсивності можна судити про локальну симетрію окремих вузлів кристалічної ґратки, координацію елементів тощо.

М

Рис. 12.7. Інфрачервоні спектри поглинання базальтів (1-4) і монтморилоніта (5)

етод порівняння спектрів складних речовин із спектрами індивідуальних речовин найчастіше використовується при аналізі мінерального складу гірських порід, для чого необхідно мати набір спектрів індивідуальних речовин і окремих мінералів.

Наведемо приклад вивчення мінерального складу базальтів різних родовищ за їх інфрачервоними спектрами (рис. 12.7). Ці гірські породи складаються в основному з піроксенів, плагіоклазів, магнетиту. Вони можуть містити також карбонати і монтморилоніт. Задача полягає у визначенні фазового складу порід і їх відмінностей в залежності від родовища. Дві перші криві 1 і 2 близькі (хімічний склад їх аналогічний). Решта базальтів, спектри яких приведено на рис. 12.7, відрізняються за мінеральним складом від першого тим, що вони містять деяку кількість монтморилоніту (Al, Mg)₂ (OH)₂ [Si₄ O₁₀]_n H₂O і карбонатів. Частота коливань карбонільної групи лежить біля 1430 см^-1, тобто в області, в якій відсутні частоти коливань інших атомних груп, що входять до складу гірської породи. Як видно із спектрів 2, 3, 4 в 1430см^-1 з'являється чітка смуга поглинання різної інтенсивності. Це свідчить про наявність у даних базальтах карбонатів, про кількість яких можна судити по інтенсивності смуги поглинання. Порівнюючи смуги поглинання базальтів з еталонними спектрами піроксенів і плагіоклазів з атласу спектрів дозволяє групу смуг в області 550...800 см ^-1 віднести до плагіоклазових складових, в області 400...550 см ^-1 - до піроксенових.