72053

I. Krótkie wprowadzenie do spektroskopii w podczerwieni w sposób niematematyczny wyłożone

1. O cz\^rm mówimy?

Materia absorbuje, rozprasza i emituje w sposób selektywny i nieselektywny promieniowanie elektromagnetyczne. Zależność tego oddziaływania od eneigii promieniowania elektromagnetycznego jest tzw. „widmem eneigetycznym promieniowania" lub w skrócie „widmem". Spektroskopia jest nauką badającą widma.

Spektroskopia w podczerwieni typowo zajmuje się widmami absoipcii selektywnej z podczerwonego zakresu promieniowania. Podczerwień to zakres promieniowania elektromagnetycznego pomiędzy światłem widzialnym a mikrofalami. Przyjęło się, że środkowa podczerwień to zakres 2,5-25 |im, 12-120 THz i 400-4000 cm ^: (jednostką jest tu tzw. liczba falowa (1 /Xwyrażone w centymetrach odwrotnych)). Eneigię promieniowania elektromagnetycznego można obliczyć znając jego częstość lub długość jego fali. Typowe widmo w podczerwieni przedstawia zależność absorpcji (przedstawionej w funkcji absoibancji lub transmitancji) od liczby falowej.

Historycznie pieiwsze widmo promieniowania otrzymano w zakresie widzialnym za pomocą pryzmatu. Dla niektórych źródeł promieniowania na tle widma występowały poprzeczne cienie lub przejaśnienia („pasma") (rysunek I I). Z tego historycznego powodu inne sposoby przedstawiania absorpcji i emisji również nazywamy „pasmami".

Rys. 1.1. Widmo emisyjne azotu w zakresie widzialnym (Wikipedia).

2. Jakie zjawisko fizyczne powoduje tę absoibcję w zakiesie podczeiwieni?

Jak wiadomo z kursu mechaniki układ mas sprężyście połączonych ma tzw. częstości własne (digań). (Warto tu zauważyć, że bez zjawiska bezwładności nie bvło by częstości własnych). Przykładem występowania częstości własnej jest dźwięk dzwonu, który w mialę wypromieniowywania eneigii cichnie, ale nie zmienia częstości dźwięku. Atomy połączone wiązaniami chemicznymi mają częstości digań własnych wynikające właśnie z ich mas i siły łączących je wiązań. Atomy oscylują wokół swoich położeń równowagowych z częstościami zwykle mieszczącymi się właśnie w zakiesie częstości promieniowania podczerwonego. Stąd obserwowane w podczeiwieni pasma pochodzą od oscylacji atomów związanych wiązaniami chemicznymi (mówimy, że podczerwień .widzi" wiązania chemiczne). Pasma swoją pozycję zawdzięczają masom atomów i sile

2