Энциклопедический словарь нанотехнологий - колебательная спектроскопия

Термин на английском

vibrational spectroscopy, IR-spectroscopy, FTIR-spectroscopyСинонимы

ИК-спектроскопияАббревиатуры

Связанные термины

микроволновая спектроскопия, электронно-

Определение

семейство методов исследования строения вещества по колебательным спектрам поглощения или излучения света, связанным с переходами между энергетическими состояниями, характеризующимися различными  колебаниями атомов относительно равновесных положений Описание

Колебательные спектры являются чрезвычайно специфическими и чувствительными характеристиками молекул, поэтому их широко применяют в химических исследованиях. Достоинством методов колебательной спектроскопии является то, что их можно использовать для исследования практически любого вещества в любом агрегатном состоянии (газообразном, жидком или твердом, в том числе кристаллов и аморфных тел). Для получения колебательных спектров достаточно очень малого количества исследуемого материала (в зависимости от типа и чувствительности спектрометра вплоть до нескольких миллиграммов).

Большинство известных колебательных частот лежит в диапазоне 10¹²-10¹⁴ Гц, что соответствует инфракрасному (ИК) диапазону электромагнитного излучения. Полосы поглощения или излучения, соответствующие колебаниям пар атомов друг относительно друга (т. н. валентным колебаниям), а также колебаниям групп атомов, изучены как экспериментально, так и теоретически для обширного класса веществ и доступны в справочной литературе.

Основными методами колебательной спектроскопии являются ИК-спектроскопия и метод комбинационного рассеяния света (КР), также называемый Рамановским рассеянием. ИК-спектры являются спектрами поглощения, и при их интерпретации оперируют понятиями пиков поглощения. КР-спектры являются спектрами флуоресценции (излучения) .

ИК-спектрометры, точнее, ИК-Фурье спектрометры позволяют быстро получать колебательные спектры жидкостей и газов, а также твердых тел, достаточно прозрачных в исследуемой области частоты излучения (~40-6000 см^-1 для самых распространенных приборов), что позволяет производить качественный и количественный анализ образцов. Для исследования сильно поглощающих материалов доступен также метод нарушенного полного внутреннего отражения (МНПВО), позволяющий получить спектр вещества, находящегося на поверхности образца.

Вследствие того, что некоторые колебательные переходы могут быть запрещены правилами отбора, ряд колебательных частот, присущих характерным структурным группам, может отсутствовать в спектрах, регистрируемых ИК-спектрометрами. В этом случае на помощь может прийти метод КР если, конечно, соответствующие спектральные полосы разрешены правилами отбора для излучательных переходов.

Одним из наиболее наглядных примеров эффективного применения колебательной спектроскопии в современных условиях может служить определение структуры графена по характерному для группового колебания атомов углеродной решетки пику комбинационного рассеяния в области 1600 см^-1. Подробнее о правилах отбора см. статью электронно-колебательная спектроскопия.

• Лурье Сергей Леонидович, к.ф.-м.н.

Разделы

Аналитические методы (в том числе анализ поверхности)

Оптический контроль (профилометрия, флуоресценция, эллипсометрия, конфокальная микроскопия)

Нелинейно-оптические методы, в том числе рамановская спектроскопия

Методы сертификации и контроля наноматериалов и диагностики их функциональных свойств

Методы диагностики и исследования наноструктур и наноматериалов