html текст
All interests
  • All interests
  • Design
  • Food
  • Gadgets
  • Humor
  • News
  • Photo
  • Travel
  • Video
Click to see the next recommended page
Like it
Don't like
Add to Favorites

Что такое спектроскопия?

Физик Андрей Наумов о структуре спектров, свечении вещества и изучении органических молекул

Спектроскопия — это наука о взаимодействии электромагнитного излучения с веществами. В процессе этого взаимодействия мы получаем информацию как о самом свете, так и о веществе. Самый простой случай — это то, что известно с давних пор, когда знаменитый химик Бунзен кинул обычную поваренную соль в пламя, в результате чего соль вспыхнула яркими звездочками. Если это свечение разложить на спектры с помощью какого-то прибора, например призмы или дифракционной решетки, то можно увидеть появившиеся линии. Эти линии получили название спектральные линии, изучая их можно узнать, как устроено то вещество, над которым ведется наблюдение, — в данном случае оказалось возможным изучать натрий, который входит в состав поваренной соли. В этом и состоит смысл спектрального анализа.

Анализируя свечение вещества (газа, жидкости, твердого тела) можно узнать как оно устроено, из каких атомов и молекул состоит, как эти атомы и молекулы взаимодействуют друг с другом. Выяснилось, что спектры различных веществ могут быть разными. Самый простой случай — это спектры атомов и ионов (например, атомарного водорода). В таких случаях регистрируются спектры, которые сравнительно просты для анализа и представляют собой набор узких спектральных линий. Благодаря такому спектральному анализу можно проанализировать, как устроен атом, какие в нем есть уровни энергии.

Но атомный спектральный анализ работает исключительно в том случае, если мы имеем дело с простыми веществами, однако человеку всегда хотелось узнать структуру более сложных веществ. А еще больше хотелось понять, как же устроена органика, поскольку и сам человек состоит из органических молекул, и природа вокруг нас состоит из органических молекул. Это, как правило, очень сложные молекулы, которые могут состоять из десятков или даже сотен различных атомов углерода, водорода, кислорода, азота, металлов и так далее. Однако к ним нельзя применить атомный спектральный анализ. Почему? Потому что чем сложнее объект, тем сложнее его спектр. Скажем, спектр атома водорода, который состоит только из ядра и электрона, хорошо расшифровывается, потому что это довольно простой объект. И это правило применимо ко всем простым веществам, — скажем, к железу или урану.

Но в случае органических молекул спектры, которые получают в результате эксперимента, оказывались невероятно сложными — широкими и бесструктурными. Обычно исследуют так называемую люминесценцию органических молекул в жидких или твердых растворах. Для этого вещество заставляют светиться, возбуждая это свечение тем или иным способом (освещая с помощью специально подобранного источника света, прикладывая электрическое или магнитное поле).
В подавляющем большинстве случаев при этом мы получаем очень широкий спектр и практически полное отсутствие структуры. Это связано со сложностью молекул и с тем, что в них происходит. У сложной молекулы много степеней свободы: она может двигаться, вращаться, внутри молекулы атомы могут колебаться по отношению друг к другу. Кроме того, разные молекулы могут находиться в разных условиях, вследствие чего их спектры также будут немного отличаться. В конечном итоге такие спектры получаются практически неинформативными. Из-за этого на протяжении многих лет спектроскопия сложных органических соединений оставалась, во-многом, чисто наблюдательной наукой. Например, можно было изучать порфириновые соединения, производные которых присутствуют в крови человека, — именно из-за этих молекул кровь и обладает красным цветом. Однако более подробная информация о таких молекулах была недоступна.

Люминесцентной спектроскопией сложных соединений занимались многие научные группы — сотрудники многих ВУЗов и научных институтов. Так, например, в Физическом Институте имени Лебедева зародилась целая научная школа, основанная бывшим президентом АН СССР Сергеем Ивановичем Вавиловым. И усилия ученых привели к решению многих экспериментальных и теоретических проблем.

Следующим большим шагом в спектроскопии стала идея о том, что для лучшего изучения спектров необходимо уменьшить степень свободы молекул.

То есть необходимо взять молекулы и разместить их не в жидкости, а в твердом теле, например заместив какой-либо прозрачный молекулярный кристалл. В некоторых случаях это дало результат, и необходимые изменения в широких полосах произошли, однако и этот метод не стал универсальным.

Революция в спектроскопии произошла, благодаря работам коллектива из Московского Педагогического Института (в настоящее время — Московского Государственного Педагогического Университета) под руководством Эдуарда Владимировича Шпольского, который в 1950-х годах открыл так называемый эффект Шпольского. Они стали изучать спектры люминесценции твердых растворов молекул красителей при очень низких температурах, и обнаружили, что в ряде случаев спектры становятся «квазилинейчатыми». При этом структура спектра – взаимное расположение и интенсивности линий несут информацию о внутреннем устройстве молекулы. Благодаря этому мы смогли перейти от спектроскопии атомов и простых молекул к спектроскопии сложных органических соединений.

Следующим большим прорывом в науке стало появление нового направления — селективной лазерной спектроскопии. Стало возможно возбуждать свечение не всех молекул в образце, а только отдельных ансамблей, возбуждая их спектры с помощью лазера. А в наши дни, благодаря современному оборудованию, мы перешли к спектроскопии одиночных молекул. Это новое перспективное направление исследований, результаты которых применяются в биохимии, биофизике и физической химии.

Андрей Наумов

доктор физико-математических наук, заместитель директора по научной работе, заведующий отделом молекулярной спектроскопии Института спектроскопии РАН
Читать дальше
Twitter
Одноклассники
Мой Мир

материал с postnauka.ru

15

      Add

      You can create thematic collections and keep, for instance, all recipes in one place so you will never lose them.

      No images found
      Previous Next 0 / 0
      500
      • Advertisement
      • Animals
      • Architecture
      • Art
      • Auto
      • Aviation
      • Books
      • Cartoons
      • Celebrities
      • Children
      • Culture
      • Design
      • Economics
      • Education
      • Entertainment
      • Fashion
      • Fitness
      • Food
      • Gadgets
      • Games
      • Health
      • History
      • Hobby
      • Humor
      • Interior
      • Moto
      • Movies
      • Music
      • Nature
      • News
      • Photo
      • Pictures
      • Politics
      • Psychology
      • Science
      • Society
      • Sport
      • Technology
      • Travel
      • Video
      • Weapons
      • Web
      • Work
        Submit
        Valid formats are JPG, PNG, GIF.
        Not more than 5 Мb, please.
        30
        surfingbird.ru/site/
        RSS format guidelines
        500
        • Advertisement
        • Animals
        • Architecture
        • Art
        • Auto
        • Aviation
        • Books
        • Cartoons
        • Celebrities
        • Children
        • Culture
        • Design
        • Economics
        • Education
        • Entertainment
        • Fashion
        • Fitness
        • Food
        • Gadgets
        • Games
        • Health
        • History
        • Hobby
        • Humor
        • Interior
        • Moto
        • Movies
        • Music
        • Nature
        • News
        • Photo
        • Pictures
        • Politics
        • Psychology
        • Science
        • Society
        • Sport
        • Technology
        • Travel
        • Video
        • Weapons
        • Web
        • Work

          Submit

          Thank you! Wait for moderation.

          Тебе это не нравится?

          You can block the domain, tag, user or channel, and we'll stop recommend it to you. You can always unblock them in your settings.

          • PostNauka
          • физика
          • исследования
          • лазер
          • эксперименты
          • химия
          • домен postnauka.ru

          Get a link

          Спасибо, твоя жалоба принята.

          Log on to Surfingbird

          Recover
          Sign up

          or

          Welcome to Surfingbird.com!

          You'll find thousands of interesting pages, photos, and videos inside.
          Join!

          • Personal
            recommendations

          • Stash
            interesting and useful stuff

          • Anywhere,
            anytime

          Do we already know you? Login or restore the password.

          Close

          Add to collection

             

            Facebook

            Ваш профиль на рассмотрении, обновите страницу через несколько секунд

            Facebook

            К сожалению, вы не попадаете под условия акции