ChemNet
 
Химический факультет МГУ

Книги сотрудников факультета

Инструментальные методы в химии : монография 
              / под ред. И72                акад. РАН В.В. Лунина и чл.-корр. РАН А.К. Буряка. — Москва: КУРС, 2024. — 360 с. — (Естественные науки).ISBN 978-5-907535-95-4

Инструментальные методы в химии

монография
под ред. акад. РАН В.В. Лунина и чл.-корр. РАН А.К. Буряка
Москва: КУРС, 2024. — 360 с.
Естественные науки
ISBN 978-5-907535-95-4

Настоящая монография может быть востребована студентами химических, естественно-научных и технических вузов, преподавателями и научными работниками, так как содержит современные методики физико-химических направлений и схемы приборов.

В монографии приведена характеристика некоторых физических методов, а также описаны задачи, для решения которых эти методы могут быть использованы. Изложены теоретические основы, описана техника эксперимента и приведены примеры применения методов масс-спектрометрии, газовой электронографии, сканирующей электронной микроскопии веществ и материалов, а также термоаналитичеких методов исследования, раскрыты возможности этих методов в химических исследованиях. Отдельная глава посвящена квантово-химическому моделированию. Показано, каким образом совместное использование сразу нескольких методов позволяет получать данные о физиче¬ских параметрах молекул и свойствах веществ. Это является важной тенденцией современного использования физических методов, особенно в целях иден¬тификации вещества и установления его химического строения.

Главы монографии были написаны разными специалистами и являются законченными научными обзорами. В них представлены разные, но вполне допустимые обозначения таких понятий, как энергия, скорость и т.п. Эти обозначения сложились исторически для того или иного метода, и если учесть, что авторы всегда поясняли эти обозначения, то мы считаем вполне допустимым не унифицировать общие обозначения.


Авторский коллектив

Е.П. Альтова, И.В. Архангельский, СВ. Дворяк,
В.А. Иоутси, Г.М. Курамшина, В.Ю. Марков,
Ю.В. Новаковская, СВ. Савилов, Е.В. Скокан, И.Ф. Шишков

Посвящается
светлой памяти декана химического факультета МГУ
им. М.В. Ломоносова,академика РАН
Валерия Васильевича Лунина



СОДЕРЖАНИЕ



Предисловие      4
Глава 1.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ
     6
   1.1. Прямая и обратная задачи методов      6
   1.2. Спектроскопические методы исследования
     7
   1.3. Основы оптико-спектроскопических методов исследования      11
         1.3.1. Волновое уравнение. Монохроматические колебания и волны. Понятие о разложении Фурье      13
         1.3.2. Энергия, переносимая электромагнитной волной      21
         1.3.3. Понятие о когерентности. Интерференция волн      25
         1.3.4. Лазер
     31
         1.3.5. Светодиод      34
Глава 2
КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ: ПРЕДСКАЗАНИЕ И ИНТЕРПРЕТАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ
  39
   2.1. Квантово-механическое описание молекулярных систем      41
   2.2. Рассчитываемые характеристики молекулярных систем      55
         2.2.1. Определение возможных конфигураций молекул      58
         2.2.2. Анализ распределения электронной плотности: заряды атомов      66
         2.2.3. Электрические и магнитные свойства молекул      76
         2.2.4. Спектральные характеристики молекул      85
         2.2.5. Электрические характеристики и спектры поглощения и рассеяния      86
         2.2.6. Магнитные характеристики и магнитно-резонансные методы      95
   2.3. Выводы      102
Глава 3
СОВРЕМЕННАЯ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЯ
     104
   3.1. Общие представления о масс-спектрометрии      104
         3.1.1. Основные величины в масс-спектрометрии      104
         3.1.2. Изотопное распределение и точное значение массы
     105
         3.1.3. Расчет изотопного распределения ионов      107
         3.1.4. Точная масса      109
         3.1.5. Основные элементы и системы масс-спектрометра      112
         3.1.6. Основные технические характеристики и классификация масс- спектрометров      113
   3.2. Методы ионизации      115
         3.2.1. Методы ионизации веществ в газообразном состоянии      116
         3.2.2. Десорбционные методы ионизации
     125
         3.2.3. Распылительные методы ионизации      131
         3.2.4. Масс-спектрометрия без пробоподготовки      139
         3.2.5. Деструктивные методы ионизации. Масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой      142
   3.3. Масс-анализаторы      144
         3.3.1. Магнитный статический масс-анализатор      144
         3.3.2. Времяпролетные масс-анализаторы
     149
         3.3.3. Квадрупольные масс-фильтры      155
         3.3.4. Ионные ловушки      159
         3.3.5. Орбитальная ионная ловушка      165
         3.3.6. Масс-анализатор ионного циклотронного резонанса (ИЦР)      169
   3.4. Тандемная масс-спектрометрия (МС/МС, МС")      171
         3.4.1. Способы принудительной фрагментации ионов      172
         3.4.2. Система из трех квадрупольных масс-фильтров
     175
         3.4.3. Сочетание квадрупольных масс-фильтров с другими масс-анализаторами      176
         3.4.4. Тандем времяпролетных масс-анализаторов      177
         3.4.5. Применение ионных ловушек и ячеек ИЦР      180
    3.5. Ввод образцов      181
    3.6. Детектирование ионов      183
    Библиографический список      184
Глава 4
ОСНОВЫ КОЛЕБАТЕЛЬНОЙ СПЕКТРОСКОПИИ
    187
   4.1. ИК-спектроскопия
     190
   ИК-спектры поглощения двухатомных молекул. Правила отбора      191
   4.2. ИК-колебательно-вращательный спектр двухатомной молекулы
     197
   4.3. Колебания многоатомных молекул. Правила отбора      204
   4.4. Вращательная структура ИК-спектров многоатомных молекул
     209
   4.5. Техника эксперимента
     212
   4.6. Применения ИК-спектроскопии
     220
   4.7. Спектроскопия комбинационного рассеяния (КР)
     224
         4.7.1. Введение. Модель КР
     224
         4.7.2. Колебательные спектры КР, правила отбора
     227
   4.8. Поляризация в спектрах КР
     234
   4.9. Резонансные спектры КР
     239
   4.10. Техника эксперимента
     242
   4.11. Применение метода КР. Определение структуры молекулы по данным ИК- и КР-спектроскопии
     245
   4.12. Примеры использования колебательного спектра для решения структурных задач
     253
   4.13. Использование фундаментальных частот для расчета термодинамических функций веществ
     253
Глава 5
ГАЗОВАЯ ЭЛЕКТРОНОГРАФИЯ В ИЗУЧЕНИИ СТРУКТУРЫ СВОБОДНЫХ МОЛЕКУЛ
     258
   5.1. Введение      258
   5.2. Экспериментальная часть
     261
   5.3. Первичная обработка ГЭ-данных
     269
   5.4. Расшифровка электронограмм      273
   5.5. Ввод геометрии молекул в программы обработки электронографических данных. Расчет среднеквадратичных амплитуд колебаний      275
   5.6. Кривые радиального распределения      282
   5.7. Ошибки в структурных параметрах      284
   5.8. Возможности метода      287
   5.9. Эффект сокращения Бастиансена      288
   5.10. Перспективы исследования молекулярных структур      291
   Библиографический список      293
Глава б
ТЕРМОАНАЛИТИЧЕКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
     295
   6.1. Введение      295
   Историческая справка      295
   6.2. Предмет и методы термического анализа      296
   6.3. Теплофизические основы термического анализа      299
   Температурное поле термоинертного вещества      299
   6.4. Анализ решения уравнения теплопроводности      301
   6.5. Температурное поле реагирующего вещества      303
   6.6. Тепловое разбавление      306
   Библиографический список      328
Глава 7
СКАНИРУЮЩАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ МИКРОСКОПИЯ ВЕЩЕСТВ И МАТЕРИАЛОВ
     329
   7.1. Общее представление о растровой электронной микроскопии      329
   7.2. Физические основы СЭМ      330
         7.2.1. Устройство и принцип работы СЭМ      333
         7.2.2. Разрешение СЭМ и основные виды дефектов изображения      336
         7.2.3. Взаимодействие электронов пучка с образцом      338
         7.2.4. Типы контрастов в сканирующей электронной микроскопии      345
   7.3. Особенности практической работы на СЭМ      348
   7.4. Современные модификации СЭМ      352


ПРЕДИСЛОВИЕ

В данной монографии представлены методы, освещенные в курсах, которые читают авторы для студентов химического факультета МГУ и его филиала в г. Баку (Азербайджан).

Формат и объем монографии предполагают относительно краткое изложение общих теоретических основ определенного физического метода, его потенциальных возможностей, ограничений и недостатков, особенностей инструментальной реализации и интерпретации результатов, включая некоторые сложные прикладные аспекты. Помимо собственно экспериментальных методов изучения строения и свойств молекул и веществ, монография включает и главу, посвященную теоретическим квантово-химическим расчетам, нацеленным на получение информации, которая дополняет и помогает интерпретировать извлекаемые из эксперимента данные.

Различные главы монографии написаны по-разному, являясь в большей степени оригинальным взглядом на особенности того или иного метода или представляя выжимку наиболее важных данных из различных независимых источников.

Получить относительно полное и целостное представление о строении и свойствах вещества можно, лишь комбинируя несколько экспериментальных методов. Поэтому знание возможностей, преимуществ и ограничений различных методов позволяет грамотно и обоснованно выбирать их сочетания для решения конкретных задач. При этом комбинирование экспериментальных методов исследования и теоретического квантово-механического описания систем не только позволяет получать более точное решение задач, но и служит уточнению как расчетных методик, так и схем интерпретации экспериментальных измерений. На лодке с одним веслом можно плыть вперед, но, если не в полной мере овладеть требуемой техникой, очень легко начать кружить на одном месте. Полноценное движение вперед обеспечат лишь два комплементарных весла. И в этом плане данную монографию можно считать уникальной.

Книга предназначена для химиков-органиков, физикохимиков и аналитиков, работающих в научно-исследовательских институтах, университетах и заводских лабораториях. Она может быть полезной также преподавателям, аспирантам и студентам вузов.

Научный руководитель химического факультета МГУ,
академик РАН, профессор
С. Н. Калмыков


Сервер создается при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований
Не разрешается  копирование материалов и размещение на других Web-сайтах
Вебдизайн: Copyright (C) И. Миняйлова и В. Миняйлов
Copyright (C) Химический факультет МГУ
Написать письмо редактору