Читайте также:
- I. Метод коэффициента использования светового потока.
- L7.1 Информационные потоки в логистике
- Анализ денежных потоков
- Анализ прогнозируемого денежного потока инвестиционного проекта
- Аналіз грошових потоків із застосуванням коефіцієнтів
- Атомный спектральный анализ
- Биологическое действие ультрафиолетового излучения
- В двигательном режиме электрическая энергия потребляется машиной из сети и преобразуется в механическую энергию.
- В мире уже давно признано, что управление проектами — особая область менеджмента, применение которой дает ощутимые результаты.
- В процессе инвестиционной деятельности денежные потоки существенно различаются в отдельные периоды по своей направленности.
- Взаимодействие ионизирующего излучения с биологическими объектами.
- Взаимодействие ионизирующего излучения с веществом
Основные положения светотехники
Любое нагретое тело испускает в окружающее пространство электромагнитные волны с длиной волны l = с/n,
гдес =3∙10 8 – скорость света, м/сек;
n– частота излучения, Гц.
Существует очень широкий диапазон длин волн различных излучений: от 10 –7 нм (космические лучи) до тысяч километров (6000 км для генератора переменного тока с частотой 50 Гц).
В этом диапазоне выделяется оптическая область спектра, излучения в которой подчиняются законам оптики (рис. 3).
Оптическую область условно можно разделить на три неравные части: ультрафиолетовые излучения (от 1 до 380 нм), инфракрасные излучения (от 780 нм до 1мм) и излучения, видимые человеком (от 380 до 780 нм), т.е. свет. Область излучений, воспринимаемых глазом человека, составляет всего 4% оптической области, но именно через неё человек получает 90% информации о мире.
Оптическая область слева граничит с рентгеновскими лучами, а справа с ультракороткими радиоволнами.
Светотехника изучает явления в оптической области спектра.
Энергия излучения (лучистая энергия) QЛ – это энергия в оптической области спектра, она измеряется в Дж.
Поток излучения (лучистый поток) Fл – это мощность энергии излучения, он измеряется в Вт: Fл = dQл/dt.
Спектр излучения – основная характеристика излучения – совокупность излучений тела с различной длиной волны.
Спектры излучения можно подразделить на:
· Однородные (монохроматические) спектры (рис. 4а) – излучается одна длина волны.
· Неоднородные (сложные) спектры – излучаются разные длины волн.
В свою очередь неоднородный спектр можно подразделить на:
§ Линейчатый спектр (рис. 4б) – спектр, состоящий из отдельных, не примыкающих друг к другу монохроматических излучений. Таким спектром обладают излучения электрических разрядов в газах и парах металлов.
§ 
Сплошной спектр (рис. 4в) – спектр, содержащий все длины волн в интервале, в пределах которого происходит излучение. Таким спектром обладают излучения нагретых тел (солнце, лампа накаливания) и люминофоров.
Сплошной спектр характеризуется функцией спектральной плотности потока излучения j(l): j(l) = dFл /dl.
Площадка под кривой j(l) равна потоку излучения в соответствующем диапазоне изменения длины волны (рис. 4-в).
Часто функцию спектральной плотности потока излучения j(l) строят в относительных единицах – как долю от её максимального значения.
§ Полосатый спектр (рис. 4г) – спектр, монохроматические составляющие которого образуют отдельные группы (полосы), состоящие из множества тесно расположенных монохроматических излучений.
Дата добавления: 2014-01-07 ; Просмотров: 2521 ; Нарушение авторских прав? ;
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Лабораторная работа: фотометрический метод анализа.
Работу выполнил________________________ Работу принял______________________
Дата выполнения________________________ Отметка о зачете____________________
Общая характеристика спектральных методов анализа.
Спектральные методы анализа основаны на взаимодействии веществ с электромаг-
нитным излучением. Результатом такого взаимодействия является изменение энергетическо-
го состояния вещества, что проявляется в его спектрах. Раздел аналитической химии, занимающийся получением и изучением спектров веществ, называется спектроскопией.
Электромагнитное излучение может представлять собой свет, тепловое или ультра-фиолетовое излучение, радио- или микроволны, гамма- или рентгеновские лучи. Любой вид электромагнитного излучения представляет собойособую форму энергии, которая распространяется в вакууме со скоростью света c = 3·10 8 м/с. Электромагнитное излучение обладает двойной природой: волновой и корпускулярной.
Основными характеристиками электромагнитного излучения как волны являются длина волны л и чистота н, связь между которыми устанавливается соотношением:
с = н · л (1.1)
При отображении результатов спектрального анализа часто пользуются так же величиной л* = 1/л,называемой волновым числом.
При описании корпускулярных свойств электромагнитного излучения, оно рассматривается как поток частиц – фотонов, обладающих энергией, которая определяется соотношением Е = hvили E = hc/л.(1.2)
где h = 6,6262·10 -34 Дж·с – постоянная планка. Для 1 моля фотонов соотношения (1.2) принимают вид: ЕА = Аhv или ЕА = Аhc/л
где А = 6,0225·10 23 – число Авогадро.
Вся совокупность длин волн и энергий электромагнитного излучения называется электромагнитным спектром. Спектр электромагнитного излучения непрерывен, но для удобства пользования эго делят на несколько областей, каждая из которых соответствует определенному интервалу энергии и волновых характеристик. Электро- магнитный спектр излучения схематически представлен в нижеследующей таблице.
Области электромагнитного спектра.
| ‘ |
| ‘ |
| ‘ |
| Радиочас тотная | Микро- волновая | Инфракрас ная (ИК) | Видимая | Ультрафи олет (УФ) | Рентгенов ск. и л-изл. |
λ, м : 3·10 3 0,3 6·10 -4 8·10 -7 4·10 -7 5·10 -9 10 -13
λ*, м -1 : 3,33·10 -4 3,33 1,67·10 3 1,25·10 6 2,5·10 6 2·10 8 10 13
ν, с -1 : 10 5 10 9 5·10 11 3,75·10 14 7,5·10 14 6·10 16 3·10 21
Е, кДж/моль:39,8·10 -9 39,8·10 -5 0,19 149,79 299,16 23,93·10 5 11,97·10 8
При поглощениичастицы поглощающей среды,взаимодействуя с фотонами, увеличивают свою энергию на величину, равную энергии фотонов, и переходят из стационарного энергетического состояния в возбужденное. Через очень короткое время (10 -8 с) частицы самопроизвольно возвращаются в стационарное состояние или в другое возбужденное состояние,характеризующееся меньшей величиной энергии. В любом случае при переходе частиц из возбужденного состояния в состояние с меньшей энергией происходит испускание лучистой энергии.
Согласно квантовой теории, возможные энергетические состояния любой частицы дискретны. Поэтому поглощение и испускание лучистой энергии происходит отдельными пропорциями – квантами,величина которых определяется соотношениями (1.2). при этом исходное квантовое состояние частиц,характеризующее определенным значением их энергии Е1, изменяется и происходит переход в новое квантовое состояние с энергией Е2.
Изменение энергетического состояния частиц вещества при поглощении или испускании электроамгнитного излучения отражается его спектром. Спектр вещества представляет собой совокупность всех длин волн (частот, волновыхчисел) испущенного или поглощенного ьвеществом излучения. В первом случае спектр вещества эмиссионным, во втором – абсорбционны. Спектры веществ получают с помощью специальных приборов – спектрометров.
В результате поглощения или испускания энергии в веществе могут происходить различные квантовые переходы, соответствующие различным областям электромагнитног спектра: переходы электронов, изменение энергии колебаний и вращение частиц и другие. С различными облостями электромагнитного спектра связаны различные методы спектрального анализа. В нижеследующей таблицепривнден обзор наиболее распространенныхспектральных методованализа во взаимосвязи с соответствующимиспектральными диапозонами и характером процессов,протекающих в веществе.
| Методы | Спектральная облость, λ | Изменяют энергию |
| Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) | 0,6 ÷ 10 м | Ядерные спины (в магнитном поле) |
| Электронный парамагнитный резонанс (ЭПР) |
3 см
В зависимости от природы частиц, образующих спектр, различают атомные и молекулярные спектры.
Для получения атомного спектра вещество путем высокотемпературного воздеиствия переводят в состояние свободных атомов.При этом в процессе атомизации происходит возбуждение атомов, сопровождающееся переходами валентных электронов на более высокие энергетические уровни. Например, в атоме лития, 3 электрона которогов стационарном состоянии распределяются по энергетическим уровням соответственно электронной формуле 1s 2 2s 1 , валентный 2s – электрон при возбуждении может переходить на подуровни 2р, 3s, 3р, 3d и т.д. возбужденные атомы немедленно испускают кванты энергии в виде излучения с определенными длинами волн, соответтвующими переходам валентного электрона на более низкие энергетические уровни.
Если регистрация длин волн испущенного или поглощенного атомами излучения производится н фотопластинке, атомный спектр представляет собой совокупность линий, положение каждой из которых точно соответствует определенному энергетическому переходу и является характеристическим для каждого химического элемента.
Молекулярные спектры намного сложнее, чем атомные, в отличии от которыхони не линейчатые, а состоят из полос поглощения. Сложность молекулярных спектров обусловлена тем, что в веществах, состоящих из молекул, наряду с движением электронов в поле атомных ядер происходит колебательное движение атомов, а также вращательное движение молекул в целом.
Как и электронные энергетические уровни, уровни энергии колебаний и вращения квантованны. Поэтому при возбуждении молекулы может происходить возбуждение и электронных, и колебательных, и вращательных уровней,поэтому энергия ее возбуждения в целом складывается из энергии возбуждения электронных переходов(Езл),энергии возбуждения колебаний атомов или атомных групп (Екол) и энергии возбуждения вращения (Евр):
Причем при колебательных квантовых переходах величина изменения энергии на 1÷4 порядка меньше, чем при электронных и еще на 1÷4 порядка происходит уменьшение величины изменения энергии при вращательных переходах, т.е.:
В виду незначительного различия энергии колебательных и, особенно, вращательных уровней колебательные и вращательные переходы в молекулярных спектрах отражаются не в виде отдельных линий,а в виде полос. Облость молекулярного спектра, соответствующая электронным переходам, также состоит не из спектральных линий, как в атомных спектрах, а из полос поглощения потому, что каждый електронный переход осложняется наложением колебательных и вращательных переходов, т.к. каждое возбужденное электронное состояние молекулы обладает собственным набором колебательных уровней, а у каждого колебательного состояния, в свою очередь, есть собственная система вращательных уровней.
Лабораторная работа: фотометрический метод анализа.
Работу выполнил________________________ Работу принял______________________
Дата выполнения________________________ Отметка о зачете____________________
Общая характеристика спектральных методов анализа.
Спектральные методы анализа основаны на взаимодействии веществ с электромаг-
нитным излучением. Результатом такого взаимодействия является изменение энергетическо-
го состояния вещества, что проявляется в его спектрах. Раздел аналитической химии, занимающийся получением и изучением спектров веществ, называется спектроскопией.
Электромагнитное излучение может представлять собой свет, тепловое или ультра-фиолетовое излучение, радио- или микроволны, гамма- или рентгеновские лучи. Любой вид электромагнитного излучения представляет собойособую форму энергии, которая распространяется в вакууме со скоростью света c = 3·10 8 м/с. Электромагнитное излучение обладает двойной природой: волновой и корпускулярной.
Основными характеристиками электромагнитного излучения как волны являются длина волны л и чистота н, связь между которыми устанавливается соотношением:
с = н · л (1.1)
При отображении результатов спектрального анализа часто пользуются так же величиной л* = 1/л,называемой волновым числом.
При описании корпускулярных свойств электромагнитного излучения, оно рассматривается как поток частиц – фотонов, обладающих энергией, которая определяется соотношением Е = hvили E = hc/л.(1.2)
где h = 6,6262·10 -34 Дж·с – постоянная планка. Для 1 моля фотонов соотношения (1.2) принимают вид: ЕА = Аhv или ЕА = Аhc/л
где А = 6,0225·10 23 – число Авогадро.
Вся совокупность длин волн и энергий электромагнитного излучения называется электромагнитным спектром. Спектр электромагнитного излучения непрерывен, но для удобства пользования эго делят на несколько областей, каждая из которых соответствует определенному интервалу энергии и волновых характеристик. Электро- магнитный спектр излучения схематически представлен в нижеследующей таблице.
Области электромагнитного спектра.
| ‘ |
| ‘ |
| ‘ |
| Радиочас тотная | Микро- волновая | Инфракрас ная (ИК) | Видимая | Ультрафи олет (УФ) | Рентгенов ск. и л-изл. |
λ, м : 3·10 3 0,3 6·10 -4 8·10 -7 4·10 -7 5·10 -9 10 -13
λ*, м -1 : 3,33·10 -4 3,33 1,67·10 3 1,25·10 6 2,5·10 6 2·10 8 10 13
ν, с -1 : 10 5 10 9 5·10 11 3,75·10 14 7,5·10 14 6·10 16 3·10 21
Е, кДж/моль:39,8·10 -9 39,8·10 -5 0,19 149,79 299,16 23,93·10 5 11,97·10 8
При поглощениичастицы поглощающей среды,взаимодействуя с фотонами, увеличивают свою энергию на величину, равную энергии фотонов, и переходят из стационарного энергетического состояния в возбужденное. Через очень короткое время (10 -8 с) частицы самопроизвольно возвращаются в стационарное состояние или в другое возбужденное состояние,характеризующееся меньшей величиной энергии. В любом случае при переходе частиц из возбужденного состояния в состояние с меньшей энергией происходит испускание лучистой энергии.
Согласно квантовой теории, возможные энергетические состояния любой частицы дискретны. Поэтому поглощение и испускание лучистой энергии происходит отдельными пропорциями – квантами,величина которых определяется соотношениями (1.2). при этом исходное квантовое состояние частиц,характеризующее определенным значением их энергии Е1, изменяется и происходит переход в новое квантовое состояние с энергией Е2.
Изменение энергетического состояния частиц вещества при поглощении или испускании электроамгнитного излучения отражается его спектром. Спектр вещества представляет собой совокупность всех длин волн (частот, волновыхчисел) испущенного или поглощенного ьвеществом излучения. В первом случае спектр вещества эмиссионным, во втором – абсорбционны. Спектры веществ получают с помощью специальных приборов – спектрометров.
В результате поглощения или испускания энергии в веществе могут происходить различные квантовые переходы, соответствующие различным областям электромагнитног спектра: переходы электронов, изменение энергии колебаний и вращение частиц и другие. С различными облостями электромагнитного спектра связаны различные методы спектрального анализа. В нижеследующей таблицепривнден обзор наиболее распространенныхспектральных методованализа во взаимосвязи с соответствующимиспектральными диапозонами и характером процессов,протекающих в веществе.
| Методы | Спектральная облость, λ | Изменяют энергию |
| Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) | 0,6 ÷ 10 м | Ядерные спины (в магнитном поле) |
| Электронный парамагнитный резонанс (ЭПР) |
3 см
В зависимости от природы частиц, образующих спектр, различают атомные и молекулярные спектры.
Для получения атомного спектра вещество путем высокотемпературного воздеиствия переводят в состояние свободных атомов.При этом в процессе атомизации происходит возбуждение атомов, сопровождающееся переходами валентных электронов на более высокие энергетические уровни. Например, в атоме лития, 3 электрона которогов стационарном состоянии распределяются по энергетическим уровням соответственно электронной формуле 1s 2 2s 1 , валентный 2s – электрон при возбуждении может переходить на подуровни 2р, 3s, 3р, 3d и т.д. возбужденные атомы немедленно испускают кванты энергии в виде излучения с определенными длинами волн, соответтвующими переходам валентного электрона на более низкие энергетические уровни.
Если регистрация длин волн испущенного или поглощенного атомами излучения производится н фотопластинке, атомный спектр представляет собой совокупность линий, положение каждой из которых точно соответствует определенному энергетическому переходу и является характеристическим для каждого химического элемента.
Молекулярные спектры намного сложнее, чем атомные, в отличии от которыхони не линейчатые, а состоят из полос поглощения. Сложность молекулярных спектров обусловлена тем, что в веществах, состоящих из молекул, наряду с движением электронов в поле атомных ядер происходит колебательное движение атомов, а также вращательное движение молекул в целом.
Как и электронные энергетические уровни, уровни энергии колебаний и вращения квантованны. Поэтому при возбуждении молекулы может происходить возбуждение и электронных, и колебательных, и вращательных уровней,поэтому энергия ее возбуждения в целом складывается из энергии возбуждения электронных переходов(Езл),энергии возбуждения колебаний атомов или атомных групп (Екол) и энергии возбуждения вращения (Евр):
Причем при колебательных квантовых переходах величина изменения энергии на 1÷4 порядка меньше, чем при электронных и еще на 1÷4 порядка происходит уменьшение величины изменения энергии при вращательных переходах, т.е.:
В виду незначительного различия энергии колебательных и, особенно, вращательных уровней колебательные и вращательные переходы в молекулярных спектрах отражаются не в виде отдельных линий,а в виде полос. Облость молекулярного спектра, соответствующая электронным переходам, также состоит не из спектральных линий, как в атомных спектрах, а из полос поглощения потому, что каждый електронный переход осложняется наложением колебательных и вращательных переходов, т.к. каждое возбужденное электронное состояние молекулы обладает собственным набором колебательных уровней, а у каждого колебательного состояния, в свою очередь, есть собственная система вращательных уровней.
Фотометрический анализ.
Среди большого многообразия спектральных методов наиболе широко применяются методы оптискской спектроскопии, включающеи, в том чтсле, спектроскопию в видимой облости излучений – фотометрию, основанную на определении интенсивности светопоглощения.при поглащении излучения в видимо области электромагнитного спектра поглощающее вещество преобретает окраску, цветкоторои является дополнительным к цвету поглощенного излучения. Поэтому фотометрическому определению подвергают лишь окрашенные вещества. Поскольку собственным поглощением в видимой части спектра обладает лишь ограниченное число веществ, в фотометрии используют различные химичкские реакции образования окрашенных соединений, которые называются фотометрическими: это, почти всегда, реакции комплексообразования или реакции окисления-востановления. Фотометрические реакции обычнопроводят в растворах, всвязи с чем фотометрированию подвергают, как правило, вещества в растворенном состоянии.
Для получения абсорбционного спектра, каковым является молекулярный спектр, неоходимо сравнить интенсивность излучения, падающего на образец и прошедшего через него. При прохождении излучения с интенсивностью W чрез слой L поглощающисреды, например чрез раство, заключенны кювету, часть его WR = WR1 + WR1 отражается от стенок кюветы, часть WS рассеивается, часть WA поглощается и часть WL проходит через слои без поглощения, так что: W = WR + WS + WA + WL (2.1)
Нахождение абсолютных значений каждой из составляющих потока излучения W затруднительно, в связи с чем поглощенную часть излучения WA обычно оценивают, сравнивая ыеличину потока WL, прошедшего через образец анализируемой пробы, с величиной потока WO, прошедшего через образец скравнения (нулевой образец), которыи содержит все коипаненты пробы, кроме определяемого вещества. Поэтому в спекрометрах для для оптическои спектроскопии, как правило, используется двухлучевая схема работы, при которои 2 параллельных потока от внешнего источника излучения пропускают через образец пробы анализируемого вещества и через образец сравнения. При анализе растворов в качестве нулевого образца чаще всего используется растворитель. Ниже приведена принципиальная схема спектрометра для анализа вещества в растворе.
WL
В молекулярной спектроскопии используют источники полихроматческого излучения, дающие непрерывный cпектp, тогда как для получения абсорбционного спeктpa необходимо регистрировать поглощение излучения строгоопределённых длин вопн. Пoэтoму обязательным элементом спектромeтpа для оптической спектроскопии является монохроматор, с помощью которого выделяют нужную линию или спектpaльнyю полосу пyтём отсечения лишних линий и полос непрерьвного cпектpa внешнего источника излучения.
Уменьшение интенсивности монохроматческого потока излучения WL, npoшедшего через раствор, к интенсивности потока с «нулевым» поглощением WO называется прозрачностью или пропусканием раствора T:T=WL/WO (2.2)
Для характеристики оптических свойств растворов вместо Т чаще пользуются значе-
ниями оптической плотности D: D = -lgТ = -lgWL/WO= IgWo/WL (2.3)
Если Т выражено в процентах, то: D = lg100/Т или D = 2 — lgТ
Оптическая плотность зависит от длины волны монохроматического излучения λ. Для растворов эта зависимость выражается законом поглощевия Бугера — Ламберта — Бера:
WL = Wo10 -εLC . Откуда: D = IgWo/WL = ελLC (2.4)
где С — молярная концентрация поглощающего вещества, L — длина кюветы, а ελ — молярный
коэффициент поглощения, величина которого зависит от длины волны.
Для получения абсорбционного спектра определяется пропускание монохроматического излучения при различных длинах волн. Обычно спектр поглощения выражают в виде графической зависимости оптической плотности или молярного коэффициента поглощения
от длины волны λ или частоты ν. Приэтом, как показано на нижеприведенном рисунке, в спектре наблюдается максимум при определённой, характерной для каждого поглощающего вещества, длине волны λмакс, положение которого не зависит от концентрации поглощающего вещества и толщины его слоя.
ελ
Фотометрический метод используется как количественный спектральный анализ, теоретической основой которого является закон поглощения Бугера — Ламбеpa — Бера, выраженный соотношениями (2.4).
Дата добавления: 2016-10-30 ; просмотров: 660 | Нарушение авторских прав
