核磁共振
发生在不同光谱区域的吸收对应于发生在分析物内的不同物理过程。射频区域的能量吸收足以引起旋转核在一些原子中移动到不同的自旋态在a的存在下磁场.因此,核磁共振光谱分析对于检查原子核及其可能的自旋态之间的跃迁是有用的。由于来自不同原子的原子核具有不同的可能自旋态,这些自旋态被不同的能量分开,因此核磁共振光谱法可用于识别分析物中的原子类型。自旋态只有在外加磁场的情况下才能观察到。
发生吸收时的能量取决于磁场的强度。任何改变的因素磁场强度原子核所经历的影响发生吸收时的能量。由于在被研究的原子核附近的其他原子的自旋核会影响磁场强度,这些邻近的原子核导致吸收转移到略有不同的能量。因此,核磁共振光谱法可以用来推断附着在含有所研究的原子核的原子上的不同原子核的数量和类型。它对有机物质的定性分析特别有用化合物.
微波吸光测定法
以一种类似于核磁共振光谱法所描述的方式,电子自旋共振光谱法用于研究自旋电子。吸收的辐射落在微波光谱区域,并诱导电子自旋态的跃迁。需要外加磁场。该技术对于研究含有未配对电子的材料的结构和反应是有效的。
吸收微波辐射会引起转动能级在分子内,使其有其他用途。a内的旋转能级分子对应于分子的一部分围绕将其与分子的其余部分结合的化学键旋转的不同可能方式。由于允许的旋转水平取决于键合原子的性质(例如,它们的质量),微波辐射可以用于一些有机分子的定性分析。
热分析
热分析期间热添加到分析物中,同时测量分析物的某些性质。通常温度在加热过程中监测样品的变化。温度变化的方式与完全惰性材料在暴露于相同加热程序时温度变化的方式进行了比较。结果用于定性和定量分析并用于确定分析物的分解机制。例如,含有水的化合物表现出一个恒定的温度区域,因为水从复合即使热量不断被吸收。如果已知化合物对加热程序的反应方式,该技术可用于定量分析,通过测量分析物内发生特定变化所需的时间。
红外分光光度法
吸收红外辐射引起分子的旋转变化,如上述微波吸收所述,也引起振动变化。分子内的振动能级对应于单个原子或原子群相对于分子其余部分振动的方式。由于振动能级取决于原子和官能团的类型,红外吸收分光光度法主要用于有机定性分析。然而,它可以用于定量分析,通过监测与分子光谱中的一个峰相对应的给定能量的吸收辐射量。
紫外-可见光分光光度法
在光谱的紫外可见区域的吸收使最外层的电子被占据轨道指原子或分子被移动到更高的(即离原子核更远的)未占据轨道。紫外可见吸收法主要用于原子或分子的定量分析。在这方面,这是一种有用的方法,因为与在其他光谱区域观察到的峰高相比,许多有机和无机化合物光谱的紫外可见区域的吸收峰的高度很大。当峰值较高时,可以更容易地测量小的分析物浓度。如果分析物由离散原子(仅存在于气态),这种方法被称为原子吸收分光光度法。
有些离子和分子在紫外可见光谱区域吸收不强。研究了应用紫外可见吸收法测定这些物质的方法。通常加入一种化学试剂,与分析物反应形成一种强吸收的反应产物。对产物的吸收化学反应与非吸收分析物的浓度有关。测定非吸收性金属离子时,添加的试剂一般是络合剂。例如,将1,10-菲罗啉添加到测定铁(II)的溶液中。的复杂的在铁和试剂之间形成的是红色的,即使是非常少量的铁也适用于测定。在分光光度法中使用化学试剂时分析,这个过程被称为a光谱化学分析.
光谱光度测量的滴定是光谱化学分析的另一个例子。滴定剂(试剂)置于a滴定管并逐步添加到被测物质中。每次加入后,测量溶液在反应容器中的吸收。一个滴定曲线通过绘制吸收量与添加试剂体积的函数来制备。滴定曲线的形状取决于滴定剂、分析物和反应产物的吸光度;从曲线的形状,可以确定终点.终点体积与试剂的浓度和样品溶液的初始体积一起使用,以计算分析物的浓度。
用于紫外可见分光光度法测量的探测器光子.如果这些光子探测器被测量压力波的探测器所取代,这项技术就被称为光声或光声光谱法。光声光谱仪通常采用麦克风或压电换能器作为探测器。压力波产生时,分析物膨胀和收缩,因为它吸收切碎电磁辐射.
x射线吸收
吸收X射线原因激发电子从内层轨道(靠近原子核的轨道)到未被占据的外层轨道。在某些情况下,入射X射线的能量为足够的使电离通过完全去除原子或分子上的电子使被分析物电离从内层轨道激发电子所需要的能量大于在紫外可见区域所能得到的能量。由于在x射线吸收过程中被激发的内壳层电子与分子中的原子有关,而不是与整个分子有关,因此x射线吸收光谱研究提供的信息与分子内的原子有关,而不是与整个分子有关。通过比较分析物的光谱与已知物质的光谱,x射线吸收被用于定性分析。定量分析也以类似于在其他光谱区域使用的方式进行。x射线吸收光谱在形状上不同于在其他区域观察到的吸收光谱,但相同测量原则应用于化验.
散射辐射
辐射散射用于第二种主要的光谱分析方法。在这种技术中,一些通过样品的辐射击中了分析物的粒子,并向不同的方向散射。探测器用于测量散射辐射的强度或入射辐射的减弱强度。根据散射机理的不同,该方法既可用于定性分析,也可用于定量分析。如果测量了散射辐射的强度,则通过制备强度与一系列标准溶液(即含有被分析成分的已知浓度的溶液)浓度的函数关系的工作曲线来进行定量分析。工作曲线也与其他曲线一起使用分析方法包括吸收法。测量分析物中散射辐射的强度,并与工作曲线进行比较。分析物的浓度对应于曲线上的浓度,其强度与分析物的强度相同。
对于化学分析,三种形式的辐射散射是重要的,即廷德尔散射、拉曼散射和瑞利散射。廷德尔散射当引起散射的粒子的尺寸大于散射辐射的波长时发生。它是由入射辐射从粒子表面的反射、粒子内壁的反射以及辐射穿过粒子时的折射和衍射引起的。
拉曼而且瑞利散射发生时,维散射粒子的波长小于入射辐射波长的5%。瑞利和喇曼散射都是由于对分析物的影响而引起的涨落电磁场这与经过的辐射有关。波动场产生一个电偶极子(大小相等但符号相反的电荷分离)在与入射辐射振荡频率相同的散射粒子内。振荡偶极子表现为发射辐射的点源。
比浊法而且浊度测定法
散射辐射可以用两种方法进行定量分析。如果该装置被设计成探测器与电池和辐射源对齐,探测器响应由电池中散射引起的入射辐射强度的降低。降低强度的测量是浊度测量;这项技术被称为浊度法。测量完全是类似的到吸收测量。唯一的区别是导致辐射强度降低的现象。与吸收测量一样,强度的降低与在恒定波长的细胞中散射物种的浓度有关。在廷德尔散射和瑞利散射中,散射辐射的波长与入射辐射的波长相同。因此,这两种类型都不能提供对定性分析有用的信息。
如果测量的是散射辐射的强度,而不是入射辐射强度的降低,这种方法被称为散射比浊法。的装置用于浊度测量不同于用于浊度测量的探测器的放置位置。在散射比浊法中,探测器不与辐射源和电池对齐;通常情况下,它是垂直于入射辐射的路径。将探测器置于入射辐射的路径之外,就消除了测量辐射强度的可能性。与廷德尔散射一起使用浊度法和浊度法定量分析混浊溶液。
如上所述,拉曼散射和瑞利散射是由电磁辐射通过散射粒子时形成的诱导偶极子引起的。拉曼散射与瑞利散射的不同之处在于,前者诱导偶极子松弛到与原来不同的振动水平。相应地,散射辐射的波长不同于入射辐射的波长,其数量对应于粒子的原始和最终振动水平之间的差异。入射辐射和散射辐射波长之间的位移对应于散射分子内振动水平的差异,因此可以用与红外分光光度法使用的大致相同的方式进行定性分析。
屈光计检查
另一类光谱分析其中入射辐射改变方向的是折射法。的折射率一种物质的速度被定义为真空中电磁辐射的速度与其在相关介质中的速度之比。由于很难精确地测量电磁辐射的速度,折射率是由辐射从一种介质进入另一种介质时由于速度下降而改变方向的程度决定的。这种现象就是折射。折射率的测量用于定性分析纯物质,因为每种物质都有一个常数和唯一的折射率,可以非常准确地测定。对含有已知组分的简单混合物进行定量分析是可能的,因为折射率随温度的变化而变化作文混合物的。