Калькулятор спектроскопии
Виды спектроскопии
Спектроскопия изучает взаимодействие электромагнитного излучения с веществом. Разные диапазоны спектра дают различную информацию о строении и свойствах молекул.
ИК-спектроскопия
Инфракрасная спектроскопия (400–4000 см⁻¹) исследует колебания химических связей. Каждая функциональная группа поглощает в характеристическом диапазоне, что позволяет идентифицировать структуру органических и неорганических соединений.
УФ-Вис спектроскопия
Ультрафиолетовая и видимая спектроскопия (200–800 нм) регистрирует переходы электронов между орбиталями. Закон Бугера-Ламберта-Бера лежит в основе количественного анализа: концентрация вещества определяется по оптической плотности раствора.
ЯМР-спектроскопия
Ядерный магнитный резонанс использует поглощение радиоволн ядрами в магнитном поле. Химический сдвиг (ppm) отражает электронное окружение ядра и позволяет установить структуру молекулы. Основа МРТ-диагностики.
Рамановская спектроскопия
Рамановское (комбинационное) рассеяние регистрирует неупругое рассеяние фотонов молекулами. Дополняет ИК-спектроскопию: активные в КР колебания могут быть неактивны в ИК. Не требует пробоподготовки, применима для водных растворов.
Масс-спектрометрия
Масс-спектрометрия разделяет ионы по отношению масса/заряд (m/z). Позволяет определить молекулярную массу, изотопный состав и структурные фрагменты молекулы. В сочетании с ГХ или ВЭЖХ — мощный инструмент аналитической химии.
Флуоресцентная спектроскопия
Флуоресценция — испускание света после поглощения фотона и релаксации молекулы в возбуждённом состоянии (закон Стокса). Флуоресцентная спектроскопия обладает высокой чувствительностью, применяется в биохимии и медицинской диагностике.
Что умеет этот калькулятор
7 встроенных инструментов для расчётов в спектроскопии — от закона Бера до справочника ИК-частот.
Закон Бугера-Ламберта-Бера
Рассчитайте оптическую плотность A, концентрацию c, молярную поглощательную способность ε или длину пути l. Полное решение A = εlc для любого неизвестного.
Конвертер λ / ν / E
Мгновенная конвертация длины волны (нм, мкм) → частота (Гц, ТГц) → энергия (эВ, кДж/моль, Дж/фотон) → волновое число (см⁻¹). Все единицы сразу.
Волновое число ν̃
Двусторонняя конвертация ν̃ = 1/λ с результатами в нм, мкм, эВ и кДж/моль. Основная единица ИК и Рамановской спектроскопии.
Пропускание ↔ Поглощение
Конвертация между оптической плотностью A и пропусканием T (%T) по формулам A = −log₁₀(T) и %T = 10^(−A) × 100. Мгновенный результат.
Спектральное разрешение
Расчёт R = λ/Δλ — ключевой характеристики спектрального прибора. Определите разрешение прибора, минимальную разрешаемую разность длин волн или рабочую длину волны.
ЯМР химический сдвиг
Конвертация ppm ↔ Гц для разных полей спектрометра (200–1000 МГц). Узнайте, как изменится Гц-значение при переходе на другой прибор при неизменном ppm.
Спектроскопические методы подробно
Теоретические основы наиболее важных расчётных инструментов калькулятора.
Закон Бугера-Ламберта-Бера: A = ε·l·c
Закон Бугера-Ламберта-Бера (Beer-Lambert law) устанавливает, что оптическая плотность A прямо пропорциональна молярной поглощательной способности ε [л/(моль·см)], длине оптического пути l [см] и молярной концентрации c [моль/л]. Оптическая плотность A = log₁₀(I₀/I), где I₀ — интенсивность падающего, I — прошедшего излучения.
Область применения: количественный анализ растворов методом спектрофотометрии. Калибровочный график строят в координатах A vs c; из наклона прямой определяют ε. Закон выполняется при A от 0.1 до 1.0 (оптимально 0.2–0.8) и при монохроматическом излучении.
Связь длины волны, частоты и энергии
Три основные величины, характеризующие электромагнитное излучение, связаны через скорость света и постоянную Планка. Скорость света c = 2.998×10⁸ м/с, постоянная Планка h = 6.626×10⁻³⁴ Дж·с. Энергия одного фотона E = hν = hc/λ. Для химиков удобна единица кДж/моль: E [кДж/моль] = hcNA × 10³ / λ.
Шкала ЭМ излучения: гамма-лучи (0.001 нм, МэВ) → рентген (0.01–10 нм) → УФ (10–400 нм) → видимый свет (400–780 нм) → ИК (0.78–1000 мкм) → микроволны (1 мм–1 м) → радиоволны (>1 м).
Волновое число: ν̃ = 1/λ
Волновое число ν̃ — величина, обратная длине волны, выраженной в сантиметрах. Является пропорциональной частоте и энергии: E = h·c·ν̃. Широко применяется в ИК- и Рамановской спектроскопии: диапазон ИК-спектра 400–4000 см⁻¹ соответствует 2500–25000 нм.
Удобство волновых чисел: линейная зависимость от энергии (в отличие от длины волны). Разности полос в Рамановских спектрах называются Рамановскими сдвигами и выражаются в см⁻¹ независимо от длины волны возбуждающего лазера.
ЯМР химический сдвиг и поле спектрометра
Химический сдвиг δ — безразмерная относительная величина, измеряемая в миллионных долях (ppm). Отсчёт ведётся от стандарта ТМС (тетраметилсилан, δ = 0 ppm). Значение δ не зависит от поля спектрометра: одна и та же протонная группа имеет одинаковый ppm-сдвиг на приборах 200 МГц и 800 МГц.
Гц-значения зависят от поля: сигнал при δ = 7.26 ppm на 200 МГц спектрометре появляется на частоте 1452 Гц, а на 600 МГц — на частоте 4356 Гц. Это важно при анализе мультиплетных структур (КССВ в Гц переносится без изменений на другие приборы).
Быстрый справочник/ константы и единицы
Ключевые физические константы и коэффициенты пересчёта единиц в спектроскопии.
Физические константы
| Константа | Символ | Значение |
|---|---|---|
| Скорость света | c | 2.998×10⁸ м/с |
| Постоянная Планка | h | 6.626×10⁻³⁴ Дж·с |
| Число Авогадро | N_A | 6.022×10²³ моль⁻¹ |
| Заряд электрона | e | 1.602×10⁻¹⁹ Кл |
Перевод единиц энергии
Спектр ЭМ излучения: диапазоны
ЯМР стандарты: ТМС (ТетраМетилСилан) для ¹H и ¹³C; TFA (трифторуксусная к-та) для ¹⁹F; H₃PO₄ 85% для ³¹P
Типичные ε для органических соединений: π→π* (сопряж.) >10 000; n→π* (карбонил) 10–100 л/(моль·см)
Практические советы
Типичные ошибки и рекомендации при расчётах в спектроскопии.
1Оптимальный диапазон A для закона Бера
Закон Бугера-Ламберта-Бера точнее всего соблюдается при A от 0.1 до 1.0 (оптимально 0.2–0.8). При A < 0.1 погрешность велика из-за малой разницы в интенсивности. При A > 1.0 сигнал слабый, начинают проявляться нелинейности. Если A вне диапазона — разбавьте или сконцентрируйте раствор, либо измените длину пути (кювету).
2Выбор единиц для ИК и КР спектроскопии
В ИК- и Рамановской спектроскопии принято использовать волновые числа (см⁻¹). Это линейно связано с энергией (E ∝ ν̃), что облегчает анализ спектров. Длина волны мкм — устаревшая единица, ещё встречается в старой литературе. Пересчёт: ν̃ [см⁻¹] = 10 000 / λ [мкм].
3ppm vs Гц в ЯМР: когда что использовать
Химические сдвиги (δ, ppm) переносятся между приборами без пересчёта — используйте ppm для баз данных и публикаций. Константы спин-спинового взаимодействия (КССВ, J) выражают в Гц — они не зависят от поля спектрометра. Ширина сигнала в Гц зависит от поля; в ppm — нет.
4Нарушения закона Бера: что учесть
Закон Бера нарушается при: (1) полихроматическом излучении (используйте монохроматор), (2) высоких концентрациях (ионные взаимодействия, агрегация), (3) флуоресценции вещества, (4) рассеянии в мутных растворах. Проверяйте линейность калибровочного графика минимум в 5 точках.
5Спектральное разрешение: практическое значение
Чем выше R, тем ближе расположенные линии разрешает прибор. Для газофазных ИК-спектров требуется R ≥ 1 см⁻¹ (интерферометр Фурье). Для жидкостных УФ-спектров обычно достаточно R ~ 1–2 нм. В ЯМР разрешение определяется полем магнита и однородностью (shimming): высокопольные приборы разделяют сигналы с разницей в сотые доли ppm.
6Пересчёт пропускания в поглощение
В ИК-спектроскопии старые приборы записывали спектр в единицах пропускания %T. Современные — в оптической плотности A. Пересчёт: A = 2 − log₁₀(%T). Пик при 0% T → A → ∞; 100% T → A = 0. Базовая линия должна быть при A = 0 (100% T) для растворителя или воздуха.
Как пользоваться калькулятором
Пошаговая инструкция для основных расчётных задач в спектроскопии.
Выберите вкладку
Перейдите на нужную вкладку: «Закон Бугера-Ламберта-Бера» для количественного анализа, «Конвертер λ/ν/E» для пересчёта единиц, «ЯМР» для сдвигов, «ИК-частоты» для идентификации групп.
Выберите неизвестное
В калькуляторе Бера — кнопки выбора: что вычислить (A, c, ε или l). В калькуляторе волнового числа и разрешения — аналогично выберите искомую величину перед расчётом.
Введите данные
Заполните все известные поля. Обратите внимание на единицы у каждого поля. В конвертере λ/ν/E достаточно ввести длину волны в нм — все остальные величины рассчитаются автоматически.
Получите результат
Нажмите «Рассчитать» или «Конвертировать». Результаты выводятся с нужными единицами. В справочнике ИК-частот используйте строку поиска для быстрого нахождения функциональной группы.
Часто задаваемые вопросы
Похожие инструменты
Калькулятор интересных фактов
Генератор интересных фактов и занимательных вычислений. Для развлечения и расширения кругозора.
Калькулятор образовательного кредита (94-ФЗ)
Расчёт платежей по образовательному кредиту с господдержкой (ставка 3%, 94-ФЗ). Льготный период, досрочное погашение, налоговый вычет по ст. 219 НК РФ.
Калькулятор строительной механики: балки, колонны, армирование и ветровая нагрузка
Расчёты строительной механики: изгиб балки, момент инерции, устойчивость колонны (Эйлер), армирование по СП 63, ветровая нагрузка по СП 20.
Калькулятор реставрации и антиквариата
Оценка стоимости антикварных вещей с учетом возраста, износа, реставрации и индекса цен. Расчет амортизации.
Калькулятор орбитальной механики: V1, V2, Delta-v
Расчет первой и второй космической скоростей, периода орбиты и маневров (Delta-v) для Земли и других небесных тел.
Генератор случайных чисел
Рандомайзер чисел онлайн. Генерация случайных чисел в заданном диапазоне. Настройка количества и повторов.
Калькулятор научного цитирования и библиографии
Генератор ссылок по ГОСТ Р 7.0.5-2008, APA, Chicago, MLA. Расчёт индекса Хирша, импакт-фактора журнала и РИНЦ-анализ для диссертаций (ВАК).
Фотокалькулятор: ГРИП, гиперфокал и экспозиция
Полезные инструменты для фотографа: расчет глубины резкости (DOF), гиперфокального расстояния и экспозиции (EV).
Калькулятор аудита (риски, выборка, существенность)
Профессиональный расчёт аудиторских рисков (МСА 200), уровня существенности (МСА 320), объёма аудиторской выборки (МСА 530) и трудозатрат. Для аудиторов и бухгалтеров РФ.
Калькулятор времени цикла и переналадки (Setup vs Cycle)
Расчет эффективного времени цикла, производительности партии и влияния времени переналадки (Setup). Инструмент для SMED анализа.
Калькулятор CSS единиц (PX, REM, EM, %)
Конвертер пикселей в rem/em и генератор calc(). Удобный инструмент для верстки и адаптивного дизайна.
Калькулятор матриц
Вычисление определителя, обратной матрицы, ранга и собственных значений. Удобный интерфейс с решением.
Калькулятор протеина и креатина
Расчет суточной нормы белка и дозировки креатина (загрузка/поддержание) по весу.
Калькулятор стехиометрии: балансировка и выход реакции
Балансировка химических уравнений (онлайн), расчет лимитирующего реагента и выхода реакции (теоретический/процентный).
Калькулятор водного следа
Рассчитайте свой личный водный след. Узнайте, сколько воды тратится на ваш образ жизни: душ, еда, вещи.
Лиана Арифметова
Миссия: Демократизировать сложные расчеты. Превратить страх перед числами в ясность и контроль. Девиз: «Любая повторяющаяся задача заслуживает своего калькулятора».
Отказ от ответственности
Только для информационных целей. Все расчёты, результаты и данные, предоставляемые данным инструментом, носят исключительно ознакомительный и справочный характер. Они не являются профессиональной консультацией — медицинской, юридической, финансовой, инженерной или иной.
Точность результатов. Калькулятор основан на общепринятых формулах и методиках, однако фактические результаты могут отличаться в зависимости от индивидуальных условий, исходных данных и применяемых стандартов. Мы не гарантируем полноту, точность или актуальность приведённых расчётов.
Медицинские, финансовые и профессиональные решения должны приниматься исключительно на основании консультации с квалифицированными специалистами — врачом, финансовым советником, инженером или другим профессионалом в соответствующей области. Не используйте результаты данного инструмента как единственное основание для принятия важных решений.
Ограничение ответственности. Авторы и разработчики сервиса не несут никакой ответственности за прямой или косвенный ущерб, возникший в результате использования данных расчётов. Пользователь принимает на себя всю ответственность за интерпретацию и применение полученных результатов.