Курсовая: Спектральные методы анализа - текст курсовой. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Курсовая

Спектральные методы анализа

Банк рефератов / Химия

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Курсовая работа
Язык курсовой: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Microsoft Word, 1602 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникальной курсовой работы

Узнайте стоимость написания уникальной работы

11 Спектральные методы анализа . Спектры, способы их получения, особенности, классификация и использование для аналитических целей . Основные элементы спектральных приборов и их назначение Спектральные методы анализа - это методы, основанные на определении химического состава и строения веществ по их спектру . Спектром вещества называют упорядоченное по длинам волн электромагнитное излучение, испускаемое, поглощаемое, рассеиваемое или преломляемое веществом . Методы, основанные на получении и изучении спектров испускания (эмиссии ) электромагнитного излучения (энергии ), называют эмиссионными, поглощения (абсорбции ) - абсорбционными, рассеяния - методами рассеяния, преломления - рефракционными . Спектр вещества получают, воздействуя на него температурой, потоком электронов, световым потоком (электромагнитной энергией ) с определённой длиной волны (частоты излучения ) и другими способами . При определённой величине энергии воздействия вещество способно перейти в возбуждённое состояние . При этом происходят процессы, приводящие к появлению в спектре излучения с определённой длиной волны (табл .2.2.1). Излучение, поглощение, рассеяние или рефракция электромагнитного излучения может рассматриваться как аналитический сигнал, несущий информацию о качественном и количественном составе вещества или о его структуре . Частота (длина волны ) излучения определяется составом исследуемого вещества, а интенсивность излучения пропорциональна числу частиц, вызвавших его появление, т.е. количеству вещества или компонента смеси . Каждый из аналитических методов обычно использует не полный спектр вещества, охватывающий диапазон длин волн от рентгеновских излучений до радиоволн, а только определённую его часть . Спектральные методы обычно различают по диапазону длин волн спектра, являющемуся рабочим для данного метода : ультрафиолетовые (УФ ), рентгеновские, инфракрасные (ИК ), микроволновые и т.д. Методы, работающие в УФ, видимом и ИК диапазоне называют оптическими . Они больше всего применяются в спектральных методах вследствие сравнительной простоты оборудования для получения и регистрации спектра . Спектры оптического диапазона являются результатом изменения энергии атомов или молекулах . Таблица 2.2.1 Вид излучения Атомные и молекулярные процессы Источники возбуждения Детекторы излучения я, нм название 10-3 я-излучение Ядерные Циклотроны Счётчики Гейгера, 10-2 Рентгеновское реакции сцинциляционные счётчики, фотопластины 10-1 Переходы внешних Рентгеновские трубочки 100 электронов 101 УФ ваккумное 2·102 УФ дальнее Переходы внешних электронов Рентгеновские трубочки, искра, пламя, дуга Фотоэлементы, фотоматериалы 3·102 УФ ближнее 375-750 Видимое Глаз, фотоэлемент 104 ИК ближнее Колебания молекул Нагретые металлические нити Вакуумные термопары, 105 Дальнее Вращение молекул боллометры В результате изменения энергии атома или молекулы они переходят из основного состояния с минимально возможной внутренней энергией Е0 в возбужденное состояние с энергией Е1 . Внутренняя энергия является величиной дискретной (квантовой ), поэтому переход атома или молекулы из основного состояния в другое всегда сопровождается скачкообразным изменением энергии, т.е. получением или отдачей порции (кванта ) энергии . Квантами электромагнитного излучения являются фотоны, энергия которых связана с частотой и длиной волны излучения известным соотношением яЕ = h · я = , где яЕ = Е1 - Е2 , Е1 - энергия начального, а Е2 - энергия конечного состояния атома или молекулы, между которыми происходит переход ; h - постоянная Планка ; с - скорость света ; я - частота ; я - длина волны электромагнитного излучения . При возбуждении атома происходит перемещение электронов с внешних заполненных уровней на незаполненные более высокие энергетические уровни . В возбуждённом состоянии атом не может долго находиться . Он стремится отдать полученную избыточную энергию и возвратиться в невозбуждённое состояние . Через очень короткое время (10-8 - 10-7с ) атом самопроизвольно возвращается из возбуждённого состояния в основное или промежуточное . При переходе электрона с верхнего уровня на нижний выделяется фотон - квант излучения с определёнными я и я . Схематично электронные переходы в атомах между различными состояниями, сопровождающиеся испусканием и поглощением квантов электромагнитного излучения, можно представить в виде схемы ( рис.2.2.1). Горизонтальными линиями на рис.2.2.1. изображены уровни энергии различных состояний атома . Уровень Е0 это уровень основного состояния ; Е1, Е2, Е3 - уровни возбуждённых состояний в порядке возрастания их энергии . Вертикальные стрелки соответствуют испусканию (стрелка вниз ) или поглощению (я ) фотона . Очевидно, что я01 = я10, я13 = я31 и т.д. Совокупность фотонов, испускаемых или поглощаемых при каком - либо одном электронном переходе атома, создающая излучение с одной длиной волны, называется спектральной линией . Длина волны спектральной линии может быть определена из соотношения я = . Совокупность спектральных линий, относящихся к определённому атому (молекуле ), образует спектр данного атома (молекулы ). Спектр, обусловленный переходом при Е1 я Е2, называется спектром испускания, а при Е1 я Е2 - спектром поглощения . Переходы и соответствующие спектральные линии, проходящие с основного энергетического уровня или на него, называются резонансными . Для возбуждения спектральной линии необходима определённая энергия, называемая потенциалом возбуждения . Если сообщить атому слишком большую энергию, то может произойти полное удаление электрона, т.е. ионизация атома . Необходимая для этого энергия называется потенциалом ионизации . Резонансные линии самые яркие и характеризуются наименьшим потенциалом возбуждения . Изменение энергии молекулы сопровождается изменением как энергии колебаний и вращений, т.е. у молекулы нет чисто электронных переходов, а возможны только электронно-колебательно-вращатель-ные (ЭКВ ) переходы . Число возможных ЭКВ переходов у молекулы значительно больше, чем у атомов, поэтому, как правило, спектры молекул сложнее и состоят из большего числа спектральных линий в оптическом диапазоне длин волн . Принципиальную схему энергетических уровней молекулы можно представить следующим образом ( рис.2.2.2). Ри с .2.2.2. Схема энергетических уровней молекулы Как для молекул, так и для атомов проявляются не все мыслимые переходы . Переходы регламентируются так называемыми правилами отбора : разрешенными являются переходы, при которых квантовое число меняется на единицу (например, S я p , p я d и т.д.). Для аналитических целей можно использовать как эмиссионные, так и абсорбционные спектры, поскольку они взаимосвязаны . Например, свет, излучаемый раскалёнными парами металлического натрия, пропущенный через призму, даёт две очень близкие желтые линии с длинами волн 589,0 и 589,6 мкм . Это так называемые D - линии натрия . С другой стороны, если пропускать полихроматический белый свет ( т.е. Совокупность пучков света со всеми длинами волн ) через пары натрия, а затем разложить его на составляющие цвета в стеклянной призме, то на фоне непрерывного спектра будут обнаружены две чёрные линии как раз на месте D - линий . Следовательно, пары натрия поглощают излучение именно с теми длинами волн, какие они испускают при возбуждении . Это - общая закономерность, поэтому спектральный анализ можно проводить как по спектру испускания, так и по спектру поглощения . Первый способ удобен для анализа материалов, в которых легко возбуждается спектр испускания составляющих веществ, например металлов и газов, а второй - более удобен при анализе материалов, в которых трудно вызвать возбуждение составляющих веществ (например, растворы ). Эмиссионные спектры делятся на сплошные, полосатые, линейчатые ( рис.2.2.3). Сплошные (или непрерывные ) спектры содержат все длины волн в определённом интервале . жидкие или твёрдые тела . Полосатые спектры возникают при излучении ионизированных и неионизированных молекул, состоящих из двух и более атомов, если эти молекулы удалены друг от друга настолько, что не взаимодействуют с соседними молекулами . Линейчатые спектры испускают атомы или ионы, Их испускают раскалённые которые находятся на таких расстояниях друг от друга, что их излучение можно считать независимым . Газы и пары металлов имеют линейчатые спектры . Линии в спектрах атомов расположены не беспорядочно, а объединяются в группы, называемые сериями . Расстояния между линиями в серии закономерно убывают по мере перехода от более длинных волн к более коротким . Бальмеером для простейшего линейчатого спектра водорода было обнаружено, что частоты спектральных линий в сериях, расположенных в различных областях электромагнитного излучения, находятся в определённой закономерной связи друг с другом, которую в общем виде для всех элементов выразили зависимостью или в определённых случаях где я - частота, соответствующая каждой из рассматриваемых линий ; Ry - постоянная Ридберга, равная 3,2898·1015 Гц ; m и n - целые числа ( m - постоянное для каждой отдельной серии, а n - переменное ); s , p , d , f - малые десятичные дроби порядка 0,1…0,6 . Таким образом, частота любой спектральной линии может быть представлена разностью двух членов : называемых спектральными термами или просто термами (от латинского terminus - пограничный знак ). Оказалось, что различные термы могут попарно комбинироваться, давая начало новым сериям . Однако не все термы могут таким образом комбинироваться . Ограничения на комбинирование регламентируются правами отбора . Физический смысл терма становится ясен, если умножить левую и правую части уравнения для я на постоянную Планка h (равную 6,626 я 10-34 Дж я с ). Тогда левая часть уравнения hя - энергия фотона, а правая - разность энергий . Следовательно, члены уравнения h Т1 и h Т2 - есть не что иное, как разность энергий энергетических уровней атома, получившего фотон при переходе из одного энергетического состояния в другое . Любая серия спектральных линий обусловлена переходом электронов из ряда высших энергетических уровней на один определённый более низкий уровень (постоянный терм, первый член в правой части уравнения ). Индивидуальные особенности атомов элементов, проявляющиеся в их спектрах, сказываются в поправочных членах серийных формул - s , p , d , f . Атом каждого элемента характеризуется определённой системой энергетических уровней и, следовательно, определённым набором спектральных линий в спектре испускания . Поэтому спектры атомов могут быть использованы для их распознавания, т.е. Для качественного анализа . Помимо величины длины волны спектральная линия имеет ещё одну важную характеристику - интенсивность . Интенсивность спектра испускания (эмиссии ) связана с энергией, испускаемой возбуждёнными атомами или молекулами вещества . Интенсивности спектров зависят от вероятностей переходов, от заселённости уровней, начальных для этих переходов . Для спектров испускания величину интенсивности (я ) спектральной линии можно представить в виде где я12 - длина волны спектральной линии, соответствующей переходу из состояния (1 ) в состояние (2 ); А12 - коэффициент Энштейна, определяющий вероятность перехода из состояния (1 ) в состояние (2 ) с испусканием фотона ; N 1 - число атомов или молекул в состоянии (1 ). Из формулы следует связь интенсивности линии с числом возбуждённых атомов или молекул . Чем больше число возбуждённых атомов (молекул ), тем больше интенсивность спектральной линии . Поэтому, измеряя интенсивность спектральной линии, можно определить число возбуждённых атомов (молекул ), т.е. решить задачу количественного анализа . Спектры испускания обусловлены переходами, при которых происходит уменьшение энергии атома (молекулы ). Такие переходы происходят самопроизвольно - любая система стремится иметь минимальный запас потенциальной энергии . Спектры поглощения связаны с переходами, при которых происходит увеличение энергии поглощающих излучение атомов (молекул ). Такие переходы называются вынужденными, так как они возможны только при взаимодействии атомов (молекул ) с фотонами, поэтому интенсивность спектральных линий в спектре поглощения зависит не только от числа поглощающих излучение частиц и вероятности такого поглощения, но и от числа фотонов, которые могут быть поглощены . Интенсивность спектральных линий в спектре поглощения может быть записана так : где В21 - коэффициент Эйнштейна, определяющий вероятность электронного перехода из состояния (2 ) в состояние (1 ) при взаимодействии атома (молекулы ) с фотоном ; N 2 - число атомов (молекул ) в единице объёма в состоянии (2 ); я(я21 ) - плотность излучения данной длины волны, т.е. Энергия фотона в единице объёма где n (я21 ) - число фотонов длины волны я21 . В такой записи интенсивность спектральной линии соответствует количеству энергии, поглощаемой N 2 атомами (молекулами ) в единице объёма в единицу времени . Для определения положения (длин волн ) спектральных линий и их интенсивностей необходимо использовать приборы, позволяющие выделять из всего спектра отдельные монохроматические (одноцветные ) составляющие и измерять количество переносимой ими энергии . Для монохроматизации часто используют светофильтры, т.е. устройства, изменяющие спектральный состав или энергию падающего на него излучения . Основной характеристикой светофильтра является его пропускание . Если в определённом интервале я пропускание не зависит от длины волны, то такой светофильтр называется нейтральным, или серым, в противном случае - селективным . Селективные фильтры используют либо для выделения узкой спектральной области (узкополосные ), либо для отделения широкой области спектра . Лучшие узкополосные фильтры имеют полосу пропускания ~0,1нм, однако количество пропускаемого ими излучения невелико, поэтому основное назначение светофильтров при спектральных исследованиях - грубая монохроматизация или неселективное ослабление излучения . Для более полной монохроматизации излучения используют спектральные приборы, действие которых основано на преобразовании диспергирующим элементом пучка неразложенного излучения в совокупность пучков различных длин волн . В качестве диспергирующих элементов применяют призмы и дифракционные решетки . Принципиальная схема спектрального прибора приведена на рис.2.2.4. Спектральный прибор состоит из входной щели 1, освещаемой спектрально неразложенным светом, объектива коллиматора 2, назначение которого - формирование спектрально неразложенного света в параллельный пучок и направление его на диспергирующий элемент 3 объектива камеры 4, назначение которого - фокусирование пучков различных длин волн (я1, я 2 и т.д.) в различных местах фокальной плоскости 5 . Поскольку входная щель, расположенная в фокусе объектива коллиматора, является источником света для спектрального прибора, то в фокальной плоскости объектива камеры формируются её монохроматические изображения . Выходная щель, поставленная в фокальной плоскости, вырезает из всего спектра интервал длин волн яя . Такой прибор называется монохроматизатором . Рис.2.2.4. Принципиальная схема спектрального прибора : 1 - входная щель ; 2 - объектив коллиматора ( D 1-его диаметр, f 1-фокусное расстояние ); 3 - призма ; 4 - объектив камеры ( D 2 - диаметр, f 2 - фокусное расстояние ); 5 - фокальная плоскость объектива коллиматора . Приёмником излучения может служить глаз, но его возможности простираются на я приблизительно от 400 до 700 нм . Глаз не даёт возможности проводить количественную оценку мощности раздражи-теля, однако достаточно хорошо улавливает небольшие различия в интенсивности почти одинаковых источников, поэтому визуальные исследования применяют в качественном анализе и практически не используют в количественном спектральном анализе . Большое распространение в качестве приёмников излучения получили фотоэлементы и фотоумножители, устройства преобразующие энергию светового потока в электрический ток . Фотоэлемент ( рис.2.2.5) представляет собой вакуумную колбу, на одну из стенок которой нанесён фоточувствительный слой (фотокатод ) и внутри располагается анод . При попадании электромагнитного излучения на фотокатод в цепи возникает электрический ток ( i ), создающий на сопротивлении R разность потенциалов, которая может быть изме рена разными способами . Обычно выбирают такой режим, чтобы фототок линейно зависел от интенсивности падающего излучения . Для исследования малых световых потоков используют фотоэлектронные умножители (ФЭУ ). ФЭУ - фотоэлементы, усиливающие фототок до 106 раз, регистрируемый затем гальванометром . Рис.2.2.5. Принципиальная схема фотоэлемента . Наряду с фотоэлементами и ФЭУ в качестве приемников излучения применяют также фотоматериалы (фотопластинки, фотоплёнки ), позволяющие задокументировать спектр излучаемого вещества .
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
Настоящий мужчина должен выращивать, сажать и строить всё, что под руку попадётся. А среди всего этого обязательно окажется дерево, сын и дом.
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru