Оптические методы анализа

Оптические методы основаны на идентификации спектров веществ, а также на измерении интенсивности поглощаемого, излучаемого, отраженного или рассеянного света.

Спектр – совокупность спектральных линий, каждая из которых отвечает электромагнитному излучению определенной длины волны, то есть определенной энергии электромагнитного излучения.

Длина волны спектральной линии (λ) – качественная характеристика атома или функциональной группы молекулы; используется для качественного анализа.

Интенсивность спектральной линии (I) пропорциональна концентрации анализируемого элемента или вещества; используется для количественного анализа.

Классификация оптических методов

Весь спектр электромагнитного излучения традиционно делят на несколько областей в зависимости от длины волны:

микроволновая              - более 300 мкм
инфракрасная (ИК)         - 300 мкм – 750 нм
видимая                         - 750 нм – 380 нм
ультрафиолетовая (УФ)   - 380 нм – 10 нм
рентгеновская                 - 10 нм – 1 Å
область γ - излучения     - 1 Å – 10-30 Å,     где 1 мкм = 1000 нм = 10-6 м; 1 нм = 10-9 м; 1 Å = 10-10 м.

Для химического анализа чаще всего используют три из перечисленных области спектра и соответственно различают следующие варианты спектральных методов:
- ИК-спектроскопия
- УФ-спектроскрпия
- колориметрия («колор» – цвет) – используется видимая часть спектра.

Существуютт спектры поглощения  и спектры испускания. Спектры поглощения (абсорбционные) образуются в результате избирательного поглощения веществом электромагнитного излучения определенной длины волны. Спектры испускания (эмиссионные) регистрируют электромагнитное излучения, испускаемое предварительно возбужденными частицами.
Соответственно, различают:
- абсорбционный спектральный анализ
- эмиссионный спектральный анализ.

Методы, заключающиеся в снятии спектров в широкой области длин волн, называют спектроскопическими. При измерении интенсивности электромагнитного излучения при определенной длине волны метод называют спектрофотометрией. Первая группа методов используется, как правило, для качественного анализа, вторая – для количественного.

Различают атомные спектры и молекулярные спектры. Атомные спектры используются для элементного анализа (определяют концентрацию химического элемента в веществе). Молекулярные спектры позволяют проводить функциональный анализ, определять наличие и концентрацию функциональных групп и связей в веществе.

Обычно используют эмиссионные атомные спектры. Для их получения вещество переводят в газообразное атомное состояние, используя высокотемпературное пламя, искровые и дуговые электрические разряды, плазму и т.п. Существуют методы, в которых используют атомные спектры поглощения, например, атомно-абсорбционный анализ.

Наибольшее применение имеют молекулярные спектры поглощения. При поглощении энергии может происходить изменение энергии электронов в молекуле (электронный переход), изменение энергии колебания ядер (колебательный переход), изменение энергии вращения молекулы (вращательный переход). Электронные переходы вызывают поглощение излучения УФ- и видимой области спектра, для колебательных и вращательных переходов достаточно энергии ИК-излучения.