Лекция №10

Тема: Спектроскопические методы анализа

Цель: сформировать представления о различных методах спектрального анализа веществ, их преимуществах и применении.

План лекции: 1) Основные характеристики электромагнитного излучения (длина волны, частота, волновое число, интенсивность). Спектры атомов.

2) Методы атомно-эмиссионной и атомно-абсорбционной спектроскопии. Спектры молекул. Закон Бугера-Ламберта-Бера.

3) Способы определения концентрации веществ. Спектрофотометрический и люминесцентный методы.

Основные характеристики электромагнитного излучения

Оптические методы анализа основаны на использовании различных явлений и эффектов, возникающих при взаимодействии вещества и электромагнитного излучения.

Свет имеет двойственную природу – волновую и корпускулярную, поэтому для его описания используют два вида характеристик – волновые и квантовые. К волновым относятся: длина волны, частота колебаний, волновое число; к квантовым – энергия квантов, интенсивность излучения.

Частота колебаний – ν это количество колебаний в единицу времени (в 1 сек), измеряется в герцах (Гц) (Частота красного цвета = 4·10¹⁴ Гц, зеленого = 6·10¹⁴ Гц). Зная частоту колебаний, по уравнению Планка можно определить энергию волны:

ΔЕ=hν,

Где h – постоянная Планка, равная 6,62·10⁻³⁴ Дж · с^-1, ν – частота колебаний.

Длина волны λ показывает наименьшее расстояние между точками, колеблющимися в одинаковых фазах. Длина волны измеряется в нм: 1 нм = 10^-9 м. В зависимости от длины волны в электромагнитном спектре выделяют следующие участки:

Интервал длин волн	Участок спектра
10-4 – 0.1 нм 10-2 – 10 нм 10 – 400 нм 400 – 760 нм 760 – 106 нм 10-3м – 1 м > 1м	γ-излучение Рентгеновское излучение Ультрафиолетовое излучение Видимый свет Инфракрасное излучение Микроволны Радиоволны

Длина волны и частота колебаний связаны между собой соотношением:

где с – скорость света в вакууме, с=3·10⁸ м/с.

Величина, обратная длине волны, называется волновым числом ν = 1/λ.

Интенсивностью излучения называется число фотонов, проходящее через единицу поверхности вещества (I)

Спектры атомов

Атомы разных элементов могут поглощать (абсорбция) или излучать (эмиссия) энергию. При поглощении энергии электроны атома переходят на более высокий энергетический уровень – возбуждаются, а при излучении возвращаются в нормальное состояние. Строение атомов каждого элемента уникально, поэтому каждый элемент характеризуется уникальным набором электронных переходов при поглощении или испускании энергии. Совокупность электронных переходов при излучении атомом энергии характеризуется атомным спектром. Каждому электронному переходу соответствует отдельная линия спектра.

Спектр (лат.) – набор простых колебаний, расположенных в определенном порядке. Спектры бывают непрерывные, линейчатые и полосчатые. Все эти спектры встречаются у нагретых тел и называются эмиссионными спектрами испускания. По спектрам поглощения и испускания можно определить природу вещества (качественный анализ), а по интенсивности спектральных линий – количество вещества (количественный анализ). Система, которой извне сообщено некоторое количество энергии, называется возбужденной. Такая система неустойчива и стремится быстро вернуться в исходное состояние с меньшей энергией. При этом система теряет квант (hν) энергии. Этот процесс сопровождается выделением тепла, излучением определенной частоты, либо тем и другим одновременно. Наиболее часто наблюдается линия испускания, соответствующая переходу из первого возбужденного состояния в основное, т.е. в состояние с наименьшей энергией. Спектр поглощения вещества в видимой области ( λ = 400-760 нм ) и его цвет, воспринимаемый человеческим глазом, взаимосвязаны между собой. Цвет – свойство света вызывать определенное зрительное ощущение в соответствии со спектральным составом отражаемого или испускаемого излучения. Отдельные узкие участки спектра видимого излучения дают цветовое ощущение семи основных цветов и множества различных оттенков между ними (табл.)

Основной цвет	λ ,нм
Красный Оранжевый Желтый Зеленый Голубой Синий Фиолетовый	760-650 650-600 600-560 560-490 490-450 450-420 420-400