Слайд 2
Введение в спектральный анализ
Спектральный анализ – совокупность методов
определения элементарного и молекулярного состава (строение веществ) по их
спектрам.
Предмет спектрального анализа – различные предметы и явления, возникающие при взаимодействии атомов и молекул вещества с электромагнитным излучением (чаще всего оптического диапазона).
Слайд 3
Схема взаимодействия электромагнитного излучения с веществом
Слайд 4
Поглощение энергии происходит при возбуждении элементарной системы (электрон,
атом, молекула), т.е. при переходе с более низкого энергетического
уровня на более высокий. Иначе происходит процесс эмиссии.
Спектр в переводе с латинского превращение – совокупность всех значений какой-либо величины.
Электромагнитный спектр – зависимость между энергией квантов обладающих данной энергией. Или функция распределения фотонов по энергии.
Слайд 6
Классификация спектральных методов анализа
В оптическом диапазоне молекулы или
атомы способны:
испускать ЭМИ
поглощать (абсорбция)
Спектральный анализ
Ядерный магнитный резонанс
Оптическая спектроскопия
Рентгеноструктурный
анализ
Слайд 7
Классификация спектральных методов анализа
1). Качественный анализ (по характерным
линиям с определённой длиной волны, т.е. можно провести анализ
и состав вещества)
Состав
1. Элементарный
2. Изотопный
3. Молекулярный
2) Количественный анализ (по интенсивности или яркости линии).
Т.о. можно определить малые и сверхмалые количества в особо чистых веществах (проводники, вещества атомной и электронной промышленности).
Слайд 8
Спектры у уф и видимой области используются:
1. для
идентификации (качественного анализа) или установлении структуры соединений (аналогично физико-химическим
свойствам);
2. для контроля очистки и оценки степени чистоты веществ;
3. атомно-спектральный анализ используется при исследовании различных объектов химии, биологии, металлургии, геологии и другие отрасли науки и промышленности;
4. молекулярно-спектральный анализ используется при анализе органических веществ в химической промышленности.
Слайд 9
Достоинства спектрального анализа
1. Необходимо небольшое количество веществ, т.е.
можно анализировать готовые изделия без их повреждения;
2. Высокая чувствительность
метода, т.е. возможно определение микроконцентрации 10-4 – 10-6;
3. Высокая производительность, т.е. за один приём можно определить одновременно более 30 элементов;
4. Можно анализировать вещества в жидком, твёрдом и газообразном состоянии;
5. Точность метода, ошибка 1-3 %;
6. Низкая себестоимость (низкий расход реактивов);
7. Селективность (избирательность), т.е. можно определить вещество в сложной форме.
Слайд 10
Основные характеристики электромагнитного излучения
Слайд 11
Природа излучения
Электромагнитное излучение (свет) – распространение электромагнитной волны;
или поток частиц (фотонов) с разной энергией.
Двойная теория света
(дуализм)
1. Волновая (рассеивание, отражение, преломление, интерференция, дифракция)
Волновые характеристики: частота (υ), волновое число (υ'), длина волны (λ).
2.Корпускулярная (атомы и молекулы могут испускать или поглощать ЭМИ);
Квантовые характеристики: энергия Е.
Слайд 13
Основные характеристики ЭМИ
Частота колебаний (υ) – число колебаний
в 1 секунду;
Длина волны (λ) – минимальное расстояние
между точками, колеблющиеся в одинаковых фазах; или расстояние, проходимое волной за время одного полного колебания.
Волновое число (υ') – число длин волн на одной единицы длины (1 см).
Период (Т) – время, в течение которого совершается полный цикл напряжённости электромагнитного поля и выражается в секундах.
Слайд 15
Уравнение электромагнитного колебания
Е(h) – напряжённость электрического или магнитного
поля;
АЕ(h) – амплитуда;
ω – циклическая или круговая частота колебаний;
t
– время в данной точке пространства;
к – волновой вектор;
х – пространственная координата в данный момент времени;
φ0 – начальная фаза колебания;
ωt – kx – φ0 – полная фаза колебания.
Слайд 16
Уравнение Планка
h= 6,62 ·10-34 Дж·с – постоянная Планка.
ΔЕ – изменение энергии элементарной системы (ядро, атом, молекула) в результате поглощения или испускания фотона с энергией hν.
Слайд 17
Фотон
Фотон (γ) – элементарная частица ЭМИ - это
группа волн, которая:
1) распространяется как единое целое;
2) обладает свойствами
частиц.
Слайд 21
Свойства электромагнитного излучения
1. Свет способен распространяться прямолинейно по
однородной прозрачной среде;
2. Свет отражается, преломляется в неоднородной среде;
3. Дифракция, интерференция, рассеивание.
Слайд 22
Дифракция
1. Рассеивание света при прохождении через небольшие отверстия;
2.
Результат интерференции (суперпозиции волн) возникших вторичных волновых фронтов.
Слайд 24
Принцип Гюйгенса: каждая точка волновой поверхности (фронт волны)
источник вторичных сферических волн. Фронт результирующей волны через некоторое
время – это поверхность, огибающая фронты вторичных волн.
Слайд 25
Принцип Гюйгенса-Френсля (суперпозиция).
В точке пространство, до которых дошли
колебания, становится источником волны. В поле в точке Р
есть суперпозиция вторичных волн, испущенным точным источником и распространённый по волновому фронту первичной волны.
Слайд 26
В точке Е' фаза колебания равна 0. В
точке А фаза колебания равна 3000, в точке С
фаза колебания φ = 1800.
ЕЕ' = λ
АЕ = в – ширина щели
Величина дифракции (α·θ0) - угол внутри которого заключён основной световой пучок.
Дифракционную картину наблюдают, когда в ≈ А.
Слайд 31
Интерференция
Волны, которые распространяются в разных щелях в одном
направлении. Имеют разные фазы, следовательно, гасят друг друга.
Если
2 луча от источников света встречаются в одной точке пространства, то происходит интерференция света.
1.Взаимное усиление или ослабление интенсивности лучей.
2.Сложение двух или нескольких волн.
Слайд 33
Усиление света (резонанс)
Δφ=0 Если разность фаз
равна 0, т.е. фазы двух волн в любой точке
пространства равны друг другу, следовательно, напряжённости полей складываются - возрастает амплитуда колебаний.
Слайд 34
Диссонанс
Если ∆φ = 90 то существует некоторая
разность фаз следовательно происходит частичное гашение полей.
Слайд 35
При ∆φ = 1800 происходит полное прекращение колебаний.
Слайд 36
Рассеивание света
Рассеивание света – явление, которое возникает на
микроскопических примесях или деферентов среды (т.е. среда неоднородная). Если
частица много меньше, чем длина волны то интенсивность рассеянного света обратнопропорциональна длине волны.
Іp= 1/λ4
Закон Рееля: Реле = r << λ
Слайд 38
Отражение света
Закон отражения: падающие и отражённые лучи лежат
в одной плоскости и угол падения равен углу отражения.
Слайд 39
Преломление света
Закон преломления: падающие преломлённые лучи лежат в
одной плоскости в отношениях sin угла падения к sin
угла преломления падающих сред.
Величина постоянная и называется показатель преломления.
