Словарь научных терминов
Спектроскопия отражения

СПЕКТРОСКОПИЯ ОТРАЖЕНИЯ, раздел спектроскопии, изучающий закономерности отражения электромагн. излучения от разл. сред. Лежит в основе методов исследования в-в по спектрам отражения.

Различают спектры внеш. и внутр. отражения. Первые, в свою очередь, делятся на спектры зеркального отражения, когда падающий и отраженный лучи лежат в одной плоскости с нормалью к отражающей пов-сти, а угол отражения равен углу падения, и спектры диффузного отражения, когда отраженные лучи рассеиваются по разным направлениям. Характер внеш. отражения излучения определяется сротно-шением между длиной волны l падающего излучения и размерами неровностей отражающей пов-сти. При неровностях, размеры к-рых меньше l, наблюдается зеркальное отражение, в остальных случаях-диффузное отражение (рассеянное излучение). Практически отраженное излучение имеет смешанный характер; при специально выбранных условиях преобладает вклад того или иного вида отражения. Зеркальное отражение получают с применением гладкой плоской пов-сти, в частности при исследовании мол. структур слоев, нанесенных на разл. подложки, при изучении явлений адгезии, адсорбции, электрокатализа, ингибирова-ния коррозии, а также при определении оптич. постоянных (напр., действительной и мнимой частей показателя преломления). В последнем случае измеряют отражат. способность в-ва R(v) = I0/Iп, где I0 и Iп-интенсивности отраженного и падающего излучения соотв. для спектра с волновым числом l (v = 1/l). При этом пучок света должен; быть параллельным и падать на плоскую полированную пов-сть образца. Если угол падения равен 0, то соотношение между показателем отражения http://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/1/9/3/13193.jpeg и комплексным показателем преломленияhttp://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/1/9/4/13194.jpegопределяется ф-лой Френеля:

http://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/1/9/5/13195.jpeg

где f(v)-разность фаз отраженного и падающего пучков; http://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/1/9/6/13196.jpeg = n(v) — ik(v), i-мнимая единица, n(v)-обычный показатель преломления, k(v)-т. наз. показатель поглощения. При умножении этого ур-ния на комплексно-сопряженное получается выражение для отражат. способности:

http://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/1/9/7/13197.jpeg

Из приведенных ур-ний можно найти выражения для n(v) и k(v).

Разность фаз f(v) непосредственно из эксперим. данных определить нельзя. Для ее расчета выполняют ряд мат. преобразований.

Установив значения R, k, n и http://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/1/9/8/13198.jpeg, можно определить диэлектрич. проницаемость анизотропных средhttp://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/1/9/9/13199.jpeg, к-рая в случае переменных электромагн. полей является комплексной величиной: http://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/2/0/0/13200.jpegи связана с комплексным показателем преломленияhttp://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/2/0/1/13201.jpegсоотношениемhttp://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/2/0/2/13202.jpeg Тангенс угла диэлектрич. потерь tgd равен отношению e:/e'. Т. обр., для нахождения всех этих оптич. постоянных достаточно измерить спектры отражения и определить величину R(v); все расчеты выполняют с помощью ЭВМ.

Зная оптич. постоянные в-в, можно в спектрах отражения выделить смещение и искажение форм спектральных полос и изменение их интенсивности, вызванные не оптич. эффектами, а изменениями структуры отражающей пов-сти или хим. р-циями. Так, напр., при исследовании спектра отражения пленки из полиметилметакрилата, нанесенной на подложку из золота, полоса, соответствующая валентному колебанию С=О, оказывается смещенной в высокочастотную область (примерно на 10 см-1) и имеет асимметричную форму. Такие искажения возрастают при увеличении толщины пленки и уменьшении комплексного показателя преломления материала подложки. На искажение полос сильно влияет также угол падения излучения и поляризация падающего пучка. Для оценки искажений в спектрах отражения определяющую роль играет или действительная, или мнимая часть комплексного показателя преломления подложки в зависимости от оптич. св-в последней. При использовании поляризованного излучения можно определить пространств. ориентацию молекул, образующих пленку на отражающей подложке, и характер их взаимод. с подложкой. Однако необходимо предварительно тщательно учесть роль оптич. эффектов в искажении спектров отражения.

Спектры, полученные при зеркальном отражении, представляют собой суперпозицию спектров отражения и пропускания. Обычно наилучшие результаты получают при угле падения излучения ок. 45° и при толщине покрытий ок. 0,01 мм. При малых толщинах пленок (http://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/2/0/3/13203.jpeg0,01 мм) и угле падения 90° спектры отражения не м.б. получены, т.к. образующаяся стоячая волна электрич. поля имеет на отражающей пов-сти узел и молекулы в-ва не могут взаимод. с излучением. Кол-во отраженной энергии при скользящем падении луча м. б. значительно больше, причем проникновение излучения будет более глубоким, т.е. будет исследоваться большая толщина образца.

Обычно при внеш. отражении падающий луч проникает в образец на глубину 10-20 мкм. С использованием ИК фурье-спектрофотометров м. б. исследованы-слои толщиной от 5 до 500 мкм при площади исследуемого образца до 1 мм2 за время от 2 до 30 мин. В случае металлич. пов-стей интенсивность спектров отражения м.б. повышена путем использования излучения, поляризованного в плоскости, параллельной пов-сти металла.

Спектры диффузного отражения обычно малоинтенсивны, т. к. удается собрать и направить в спектральный прибор только очень малую часть рассеянного (отраженного) излучения. Поэтому в этом случае необходимо применять ИК фурье-спектрофотометры, обладающие высокими светосилой и соотношением сигнал:шум (ок. 105). Получаемые при диффузном отражении спектры часто оказываются подобными спектрам пропускания. Исследуемыми образцами м. б. массивные твердые тела, порошки (иногда содержащие разл. наполнители - КВr, КСl, CsI, прозрачные в исследуемой области спектра), волокнистые (ткани, войлок) и ячеистые (напр., электроды с разл. наполнителями) материалы, пены, суспензии и аэрозоли, разрядные промежутки с электронными запалами для анализа возможных загрязнений и т.д. Перед исследованием твердый образец обычно натирают на наждачную бумагу на основе карбида кремния тонкого помола, спектр к-рого либо не проявляется в спектре исследуемого образца, либо м. б. вычтен из полученного спектра и использоваться как спектр сравнения. Спектры отражения при диффузном рассеянии могут наблюдаться от достаточно малых кол-в в-ва, напр. от пятен на хрома-тографич. пластине. Метод используют также для определения диэлектрич. св-в образцов.

Спектры внутреннег о отражения наблюдают, когда исследуемый образец находится в контакте с призмой из оптически менее плотного материала; излучение проходит сначала через призму и ее границу с образцом под углом, превышающим критический (т.е. угол падения, при к-ром преломление света в образец прекращается), а затем проникает в образец (на глубину до 1-2 мкм), где теряет часть своей энергии и отражается. Таким образом получаются спектры нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО). В качестве материала призм используют прозрачные в разл. областях спектра материалы; в частности, кварц, оксиды цинка и магния, сапфир, кремний, фторид кальция, сульфид мышьяка, германий, Ge35Se50As15, селе-ниды мышьяка и цинка, хлориды натрия, калия и серебра, бромиды калия и серебра, теллурид кадмия, алмаз.

При интерпретации спектров НПВО следует иметь в виду, что интенсивности полос повышаются по мере увеличения длины волны, что обусловлено более глубоким проникновением в образец более длинноволнового излучения. Кроме того, искажения формы полос и их смещения м. б. обусловлены дисперсией показателя преломления. Часто используют методику получения спектров многократно нарушенного полного внутреннего отражения (МНПВО), причем число отражений м. б. 25 и более. Длина призмы, находящейся в контакте с исследуемым образцом, может достигать более 500 мм при толщине до 2 мм. Угол падения излучения на кристалл можно варьировать, при этом меняется число отражений и соотв. изменяется интенсивность спектра МНПВО. Используя призму из материала (напр., германия) с высоким значением показателя преломления, при малом числе отражений можно получить хороший спектр МНПВО даже от резины с высоким содержанием сажи. Чем выше показатель преломления материала призмы, тем меньше глубина проникновения излучения в образец.

Метод МНПВО особенно полезен для качеств. анализа и успешно применяется для исследования пов-стей твердых тел и жидких образцов-водных р-ров (объемом до !25 мкл), вязких и клейких в-в, паст, поверхностных покрытий, пов-стей полимерных соед., слоистых пластиков, волокнистых и вспененных материалов, разл. осадков и шламов и т.п. Качество получаемых спектров МНПВО сильно зависит от контакта между кристаллич. призмой и образцом. Вследствие мягкости или хрупкости материалов призм, используемых в этом методе, исследуемые твердые образцы должны иметь гладкую плоскую пов-сть и не быть чрезмерно жесткими или шероховатыми.

Спектры отражения изучаются, как правило, в оптической (ИК, УФ и видимой) области с помощью спектрофотометров (см. Спектросротометрия), снабженных спец. устройствами. При исследовании зеркального отражения применяют обычно систему зеркал, к-рая отклоняет пучок излучения, направляет его на изучаемый объект и возвращает отраженное излучение вновь в спектральный прибор. Для наблюдения спектров НПВО используют такие же приставки, но с той разницей, что в этом случае излучение направляется на призму, находящуюся в контакте с исследуемым образцом. Для изучения спектров диффузного отражения обычно используют т. наз. полую фотометрич. сферу, внутр. пов-сть к-рой покрыта отражающим материалом, не поглощающим в исследуемой области спектра; для входа и выхода излучения и размещения образца в сфере предусматриваются соответствующие "окна".

С. о.-единств. метод получения количеств. оптич. характеристик в-в, для к-рых по тем или иным причинам (вследствие очень сильного поглощения, невозможности получить тонкие слои и т. п.) не м. б. получены спектры пропускания. Все физ. тела, к-рые сами не излучают в видимой области спектра, могут наблюдаться вследствие характерного для них спектра отражения. С. о. применяют для определения оптич. постоянных в-в, для исследования тонких пленок, в частности в оптич. пром-сти и микроэлектронике.

Лит.: Ландсберг Г.С., Оптика, 5 изд., М., 1976; Пришивалко А.П., Отражение света от поглощающих сред, Минск, 1963; Харрик Н., Спектроскопия внутреннего отражения, пер. с англ., М., 1970; Прикладная инфракрасная спектроскопия, под ред. Д. Кендалла, пер. с англ., М., 1970; Борн М., Вольф Э., Основы оптики, пер. с англ., 2 изд., М., 1973; Раков А. В., Спектро-фотометрия тонкопленочных полупроводниковых структур, М., 1975.

Э.Г. Тетерин.


B-сультон Сажа Сакагучи реакция Салициловая кислота Салициловый альдегид Саломас Самарий Самовозгорание Самовоспламенение Самоорганизация Санталидол Санталол Сапонины Сапропелиты Саркозиды Сафлоровое масло Сафрол Сахара Сахарин Сахароза Сварка Сверхкислоты Сверхпроводники Сверхтонкие взаимодействия Светеналь Светостабилизаторы Светостойкость Свинец Свинецорганические соединения Свинца азиды Свинца ацетаты Свинца галогениды Свинца оксиды Свинца сплавы Свинца сульфаты Свинца титанат Свинца тринитрорезорцинат Свинца халькогениды Связующие Сгущение Сдвига правило Сдвигающие реагенты Себациновая кислота Сегнетоэлектрики Седативные средства Седиментационный анализ Седиментация Секретин Секстетные перегруппировки Секуринеги Секуринин Селективная очистка Селен Селена оксиды Селенаты Селенйды Селенорганические соединения Селенофен Селитры Семидиновая перегруппировка Семикарбазид Семикарбазоны Семихиноны Сенсибилизация оптическая Сенсоры химические Сепарация воздушная Сера Сераорганические соединения Серебра нитрат Серебра сульфид Серебро Серин Серная кислота Сернистая кислота Сернистые красители Сернистый ангидрид Сернокислотная очистка Серные удобрения Серный ангидрид Серный эфир Сероводород Серотонин Сероуглерод Серы галогениды Серы гексафторид Серы диоксид Серы триоксид Сесквитерпены Сетчатые полимеры Сжимаемость Си Сигматропные перегруппировки Сигнализаторы загорания Сигнальные составы Сиднокарб Сиккативы Сила осциллятора Силаны Силарда-чалмерса эффект Силатраны Силикагель Силикатные краски Силикаты Силиконовые каучуки Силиконы Силилирование Силилфосфиты Силициды Силоксановые каучуки Силоксаны Силумины Сим Симметризация Симметрия молекул Симмонса-смита реакция Симпатолитические средства Син Синдиотактические полимеры Синергисты Синерезис Синильная кислота Синтамиды Синтез-газ Синтетические волокна Синтетические масла Синтон Синхротронное излучение Ситаллы Ситовой анализ Скандий Скатол Сквален Скипидар Склареол Склеивание Скорость реакции Скраупа реакция Слабительные средства Сланцы Сложные реакции Сложные удобрения Сложные эфиры Слоистые пластики Слюды Смазочное действие Смазочные масла Смазочные материалы Смайлса перегруппировка Смачивание Смесевые взрывчатые вещества Смеси полимеров Смешанные удобрения Смешение Смидта реакция Смолы природные Смолы синтетические Смоляные кислоты Снотворные средства Соапсток Согласованные реакции Сода Соевое масло Соединения включения Сокристаллизация Соли Солидолы Сольватация Сольватированный электрон Сольватокомплексы Сольватохромия Сольваты Сольвенты Сольволиз Солюбилизация Соляная кислота Соматолиберин Соматостатин Соматотропин Соммле реакция Сомономеры Соосаждение Сополиконденсация Сополимеризация Сополимеры Сополиэфирные волокна Сопряжение связей Сопряженные реакции Сорбиновая кислота Сорбит Сорбитали Сорбитаны Сорбция Сосновая смола Сотопласты Спазмолитические средства Спекание Спектральный анализ Спектрополяриметрия Спектроскопия Спектроскопия отражения Спектрофотометрия Спилловер Спин Спин-орбитальное взаимодействие Спин-спиновое взаимодействие Спиновая плотность Спинового зонда метод Спинового эха метод Спиновых ловушек метод Спиросоединения Спирт листьев Спирторастворимые красители Спирты Спирты полифторированные Сплавы Сплайсинг Средства для наркоза Сродство к электрону Стабилизаторы Стабилизация полимеров Стандартное состояние Стандартные образцы Стандартный потенциал Старение полимеров Статистическая термодинамика Стафилококковые энтеротоксины Стеариновая кислота Стекло жидкое Стекло кварцевое Стекло неорганическое Стекло органическое Стекло растворимое Стеклования температура Стекловолокниты Стеклообразное состояние Стеклопластики Стеклотекстолиты Стеклянное волокно Стеклянный электрод Степень окисления Стереоизомерия Стереорегулярные полимеры Стереоселективность Стереоселективный катализ Стереоселектйвный синтез Стереоспецифичность Стереохимия Стерины Стерические требования Стероидные алкалоиды Стероидные гормоны Стероиды Стефена реакция Стехиометрия Стивенса перегруппировка Стильбен Стиракс Стиралилацетат Стирол Стирола оксид Стирола сополимеры Стирольные каучуки Столкновений теория Сторка реакция Стрептомицин Стрихнин Стронций Стронция галогениды Стронция карбонат Стронция нитрат Стронция оксид Стронция титанат Строфантин Структура потоков Структурная химия Структурный анализ Структурообразование Студни Сублимация Субстантивные красители Субтилизины Сукцинатдегидрогеназа Сукцинаты Сукцинимид Сулема Сультамы Сультоны Сульфамиды Сульфаминовая кислота Сульфаниламидные препараты Сульфаны Сульфатное мыло Сульфатный щедок Сульфаты неорганические Сульфаты органические Сульфеновые кислоты Сульфиды неорганические Сульфиды органические Сульфиновые кислоты Сульфирование Сульфитный щелок Сульфиты неорганические Сульфиты органические Сульфокислоты Сульфоксиды Сульфолан Сульфолены Сульфонаты Сульфониевые соединения Сульфонилмочевины Сульфоны Сульфосалициловая кислота Сульфоуреид Сульфофталеины Сульфохлориды Сульфураны Сульфурилгалогениды Супероксиддисмутазы Суперфосфаты Сурепное масло Сурьма Сурьмаорганические соединения Сурьмы галогениды Сурьмы оксиды Сурьмы халькогениды Суспензии Суспензионная полимеризация Суспензионный электрод Сушка Сфинголипиды Сфингомиелины Сшивающие агенты Сшитые полимеры Сырой бензол