§ 32. Приборы, применяемые для спектрофотометрического анализа в инфракрасной области спектра

Инфракрасный спектрометр . Источником инфракрасных лучей обычно служит карборундовый стержень (глобар), который нагревают электрическим током. Для этой же цели применяют и штифт Нериста, также нагреваемый электрическим током. Штифт представляет собой стержень из тонкоизмельченной, спрессованной и сцементированной смеси окисей циркония, тория и церия. В холодном состоянии он не проводит тока, поэтому его предварительно нагревают пламенем газовой горелки для снижения сопротивления.

Оптическая схема инфракрасного спектрометра дана на рис. 100. Лучи от источника света 1 направляются плоским зеркалом 2 и вогнутым зеркалом 3 через кювету 4 на входную щель 5 монохроматора. Выходя из щели, пучок попадает на вогнутое параболическое зеркало 6. Далее лучи в виде параллельного пучка проходят через призму 7 из каменной соли или бромида калия (стекло сильно поглощает инфракрасные лучи), отражаются от плоского зеркала 8 и возвращаются на зеркало 6, от которого попадают на плоское зеркало 9 и направляются на выходную щель 10 спектрометра. С помощью плоского 11 и сферического 13 зеркал лучи фокусируются на термоэлемент 12. Поворачивая зеркало 8, можно направить на выходную щель лучи с разной длиной волны. Длину волны выходящих лучей отсчитывают на шкале барабана, связанного с механизмом поворота зеркала.

Исследуемый раствор помещают в кювету 4 (из пластинок каменной соли или сильвина), которая располагается перед щелью 5. Термотоки, которые возникают в термоэлементе 12 (обычно применяют вакуумный термоэлемент), усиливаются фотоэлектрическим усилителем ФЭОУ-18 и регистрируются электронным потенциометром с записывающим устройством.

Поворот зеркала 8, устанавливающего требуемую длину волны на выходной щели, производится рычагом, который связан с барабаном длин волн. На барабане нанесена шкала с делениями. При непрерывной записи спектра барабан длин волн поворачивается автоматическим мотором через редуктор. Одновременно движется бумажная лента потенциометра , которая регистрирует усиленные термотоки термоэлемента. Барабан длин волн должен быть предварительно калиброван по положению известных полос поглощения определяемого вещества.

При построении калибровочного графика на оси абсцисс откладывают деления барабана, на оси ординат — длины волн или частоты.

Рис. 100. Оптическая схема спектрофотометра : 1 — источник света; 2 — плоское зеркало; 3 — вогнутое зеркало; 4 — кювета; 5 — входная щель монохроматора; — параболическое зеркало; 7 — призма; 8, 9, 11 — плоские зеркала; 10— выходная щель; 12 — термоэлемент; 13 — сферическое зеркало.

Рис. 101. Образец записи кривых светопоглощения с помощью спектрофотометра : а — спектр растворителя; б — спектр исследуемого вещества.

Калибровочный график выражает зависимость (где — показания барабана длин волн).

Для получения кривой светопоглощения исследуемого раствора поступают следующим образом. В кювету наливают растворитель (обычно четыреххлористый углерод для спектральной области или сероуглерод для области . Пускают мотор вращения барабана и мотор, который приводит в движение ленту потенциометра. На бумажной ленте получают кривую (рис. 101, а), которая выражает функциональную зависимость интенсивности светового потока по выходе из кюветы с растворителем от длины волны: . Затем повторяют проделанные операции, только растворитель заменяют исследуемым раствором. Получают на бумажной ленте кривую (рис. 101,6), которая выражает функциональную зависимость .

Линии и соответствуют записи пера потенциометра при неосвещенном термоэлементе. На этих линиях специальное приспособление фиксирует показания барабана длин волн для каждой точки. Из какой-нибудь точки на линии восстанавливают перпендикуляр до пересечения с кривой и при помощи линейки измеряют отрезок , затем из точки на линии восстанавливают перпендикуляр до пересечения с кривой и измеряют отрезок а. По калибровочному графику определяют длину волны, которая соответствует точке .

Так как отрезки и а прямо пропорциональны термотокам в термоэлементе, а термотоки прямо пропорциональны световым потокам световой энергии , то оптическая плотность исследуемого раствора при длине волны будет выражаться уравнением:

Такой расчет проводят и для других точек прямых 00 и . Чем круче ход кривых, тем больше точек следует брать на прямых и 00. Для каждого участка спектра выбирают такое раскрытие щели, при котором показания потенциометра не выходили бы за пределы шкалы.

Спектрометр . Этот спектрометр двухлучевой. Излучение от источника света направляется одновременно через кювету с растворителем и кювету с раствором. Самописец вычерчивает на бумажной ленте кривую функциональной зависимости пропускания от длины волны X, т. е. прямо без предварительных расчетов определяется кривая поглощения исследуемого раствора.