Назовите и охарактеризуйте основные методы, основанные на взаимодействии электромагнитных излучений с веществом.

Спектроскопические методы анализа основаны на взаимодействии электромагнитного излучения с веществом.

АЭСА - Метод атомно-эмиссионного спектрального анализа основан на термическом возбуждении свободных атомов или одноатомных ионов с последующей регистрацией спектров их излучения. АЭСА представляет собой метод определения качественного и количественного элементного состава анализируемых материалов по спектрам излучения атомов элементов, содержащихся в анализируемых образцах. Под влиянием внешних воздействий атомы получают дополнительную энергию и переходят в возбужденное состояние. По истечении очень короткого времени каждый возбужденный атом самопроизвольно  возвращается в нормальное состояние при этом избыточная энергия излучается в виде квантов света hνi (энергия и длины волн излучаемых квантов у разных атомов различные). При разложении испускаемого излучения по длинам волн в наблюдаемых (или фотографируемых) спектрах каждому электронному переходу соответствует определенная линия, а сам спектр называется линейчатым. Положение линий в спектре элемента определяется только природой химического элемента и не зависит от его концентрации. Число линий в спектре определяется числом электронных переходов, преимущественно валентных электронов. Так как энергия излучаемых квантов элемента различная, то и интенсивность линий в спектре тоже различная. Наиболее яркие линии в спектре элемента называют аналитическими. Самые интенсивные (яркие) линии в спектрах элементов наблюдаются при переходах электронов с самого нижнего возбужденного уровня на основной. Такие линии называют резонансными. То есть атомный эмиссионный спектр каждого химического элемента характеризуется только ему свойственной комбинацией спектральных линий. На этом основан качественный анализ. Количественное же определение элементов основано на измерении интенсивности квантов излучения по наиболее ярким аналитическим линиям в спектрах элементов. При постоянной температуре Т число возбужденных атомов Ni пропорционально числу атомов N0. Интенсивность спектральных линий возрастает пропорционально концентрации N0 невозбужденных атомов в плазме. При более высоких концентрациях атомов пропорциональная зависимость интенсивности линий от N0 нарушается вследствие эффекта самопоглощении испускаемого излучения плазмой. для достаточно широкого интервала концентраций элемента в пробе зависимость интенсивности I спектральной линии от концентрации с элемента в анализируемой пробе можно выразить эмпирическим уравнением Ломакина-Шайбе:

I=aс^b, где а – коэффициент, зависящий от свойств источника возбуждения и пробы; b – коэффициент, учитывающий самопоглощение излучения в плазме атомизатора.

При электронных переходах с близкими энергиями существует вероятность наложения спектральных линий при их уширении. Ширина спектральной линии увеличивается с ростом ее интенсивности. Кроме того, на ширину спектральной линии оказывают влияние и другие факторы – это естественное уширение, обусловленное конечным «временем жизни» возбужденного состояния нм), доплеровское уширение, обусловленное хаотическим тепловым движением атома, лоренцевское (ударное) уширение, обусловленное столкновениями с другими атомами. Концентрация Ni возбужденных атомов, формирует аналитический сигнал.

ААСА - основан на поглощении резонансного излучения элемента его невозбужденными атомами, находящимися в свободном состоянии. В результате поглощения квантов света валентные электроны атома возбуждаются и переходят из основного состояния на ближайшее возбужденное, а резонансное излучение с интенсивностью I0, проходящее через слой «атомного пара», ослабляется в соответствии с основным законом светопоглощения (законом Бугера-Ламберта-Бера): ,где I – интенсивность резонансного излучения, прошедшего через поглощающий слой плазмы; kv – коэффициент поглощения излучения; l – толщина (длина) поглощающего слоя плазмы; с – концентрация поглощающих атомов. Величину lg(I0/I) называют оптической плотностью и обозначают А, которая и является аналитическим сигналом.

ФОТОМЕТРИЯ - основаны на избирательном поглощении света растворами анализируемых веществ или соединений. При поглощении света происходит перестройка энергетических состояний поглощающих свет молекул. Характеристические сигналы, обусловленные изменениями энергетических состояний молекул и составляют основу для получения аналитической информации о характеристических свойствах вещества и его содержании.  При поглощении света молекулы переходят в возбужденное состояние и приблизительно через 10–10–10–12 сек самопроизвольно (спонтанно) переходят в прежнее стабильное состояние и готовы к поглощению следующего кванта света. Фотоколориметрия основана на поглощении полихроматического света различных длин волн (Δ≈50–100 нм) в видимой области спектра (400–750 нм) и применяется только для количественного определения окрашенных веществ в растворах. В спектрофотометрии используется поглощение монохроматического света определенных длин волн (Δ≈1 нм) как в видимой, так и в ультрафиолетовой областях спектра. Кроме того, спектрофотометрию можно применять как для анализа веществ, так и для определения состава светопоглощающих соединений и их фотометрических и термодинамических характеристик.

ИКС - основана на избирательном поглощении излучения в инфракрасной области (0.8–1000 мкм) спектра. способностью поглощать инфракрасное (ИК) излучение могут только те молекулы веществ и соединений, у которых изменяется дипольный момент при колебаниях атомов. Кроме того, поглощаемое ИК-излучение расходуется только на изменение колебательной и вращательной энергии молекулы, не вызывая из-за недостатка поглощаемой энергии (hν) электронных переходов. Количественное определение органических веществ по поглощению ИК-излучения проводят аналогично фотометрии в ультрафиолетовой и видимой областях. Аналитическим сигналом является оптическая плотность A=lg(I0/I)=–lgT, где Т – пропускание ИК-излучения анализируемым образцом (раствором). Здесь также при количественных определениях используется основной закон светопоглощения в его логарифмической форме: А=ε_λcl и правило аддитивности оптических плотностей.

ЛЮМ - Люминесцентные методы анализа основаны на явлении люминесценции – свечении различных частиц, возбуждаемых каким-либо источником энергии. ВАВИЛОВ в процессе люминесценции различают свечение дискретных центров, когда люминесцирует та же самая частица, которая получила энергию при возбуждении, и рекомбинационные процессы, в которых излучение испускает другая частица, получившая энергию от возбужденной. Количественный При низких концентрациях люминесцирующего вещества интенсивность люминесценции Iл пропорциональна числу излучаемых квантов Nл: Iл = kлNл = kлφквNп, где kл – коэффициент пропорциональности. Через основной закон светопоглощения, преобразую, получим Iл = kc.

в основе количественных определений люминесцентным методом лежит линейная зависимость Iл=f(c).