- •Часть 1. Тема 1: Основные положения спектроскопии
- •1.1. Основные квантовые законы (постулаты Бора)
- •1.2. Уровни энергии и переходы между ними.
- •1.2.1. Спектр атома водорода
- •1.3. Спектры поглощения, испускания и рассеивания
- •1.3.1. Оптическое возбуждение
- •1.3.2. Комбинационное рассеивание
- •1.3.3. Электрические способы возбуждения
- •1.4. Деление спектроскопии по свойствам излучения
- •1.4.1. Предмет и задачи спектроскопии
- •1.4.2. Деление спектроскопии по свойствам электромагнитного излучения
- •1.5. Деление спектроскопии по свойствам атомных систем
- •1.6. Типы уровней атомов и молекул
- •Тема 2: Спектроскопические методы анализа
- •2.1. Классификация типов спектрального анализа.
- •2.2. Деление спектроскопии по методам: некоторые особенности проведения анализа
- •2.3. Деление спектрального анализа по решаемым задачам: некоторые особенности проведения
- •2.3.1. Элементный спектральный анализ
- •2.3.2. Изотопный спектральный анализ.
- •2.3.3. Молекулярный спектральный анализ
- •Абсорбционный анализ по спектрам поглощения
- •Эмиссионный молекулярный спектральный анализ
- •2.3.4. Анализ структурных элементов сложных молекулярных соединений
- •1. Структурный анализ в уф и видимой областях
- •2. Спектральный структурный анализ в ик области
- •3. Структурный анализ по спектрам комбинационного рассеивания
- •2.4. Общие схемы проведения спектрального анализа
- •2 .4.1. Эмиссионный спектральный анализ
- •2.4.2. Абсорбционный спектральный анализ
- •2.5. Основные характеристики и области применения спектрального анализа
- •Часть 2: Атомная спектроскопия. Тема 3. Уровни энергии и спектры атома водорода и водородоподобных ионов.
- •3.1. Квантовые числа одноэлектронного атома и степень вырождения его уровней.
- •3.2. Невырожденные и вырожденные уровни энергии. Вырождение уровней одноэлектронного атома.
- •3.3. Правила отбора для одноэлектронных атомов.
- •3.4. Тонкая структура уровней энергии и спектральных линий.
- •3.5. Зависимость спектров одноэлектронных атомов от заряда и массы ядра.
- •3.6. Характеристика стационарных состояний одноэлектронного атома.
- •Тема 4. Электронные оболочки атомов и периодическая система элементов.
- •4.1. Квантовые числа электронов в сложном атоме и принцип Паули.
- •4.2. Электронные слои и оболочки и их заполнение.
- •4.3. Зависимость энергии электронов от орбитального кв. Числа.
- •4.4. Свойства элементов с заполненными и незаполненными оболочками.
- •4.5. Типы спектров различных элементов.
- •Тема 5: Основы общей систематики сложных спектров.
- •5.1. Сложение орбитальных и спиновых моментов и типы связи.
- •5.2. Общая характеристика нормальной связи.
- •Тема 6: Рентгеновские спектры.
- •6.1 Общая характеристика рентгеновских спектров поглощения и испускания.
- •6.2. Внутренняя конверсия рентгеновского излучения.
- •Тема 7: Явление Зеемана и магнитный резонанс.
- •7.1. Расщепление уровней энергии в магнитном поле.
- •7.2. Общая картина зеемановского расщепления спектральных линий.
- •Тема 8. Явление Штарка.
- •8.1. Общая характеристика явления Штарка.
- •8.2. Явление Штарка для атомов в общем случае.
- •Часть 4. Молекулярный спектральный анализ Тема 9: ик-спектрометрия и уф-спектрофотометрия
- •9.1. Строение молекулы
- •9.2. Молекулярные спектры
- •9.3. Вращательные спектры
- •9.4 Колебательные спектры
- •9.5 Электронные спектры
- •9.6 Аппаратура ик-спектроскопии.
- •2) Кюветное отделение.
- •3) Фотометр
- •4) Монохроматор
- •9.7 Аппаратура уф – спектроскопии
- •4)Кюветное отделение
- •Тема 10. Качественный и количественный молекулярный анализ.
- •D зависит только от числа поглощающих частиц на пути светового пучка и от их свойств.
- •5.1. Качественный молекулярный анализ
- •5.2. Количественный молекулярный анализ
- •3 Эмиссионный спектральный анализ.
2.3.3. Молекулярный спектральный анализ
Определяет молекулярный состав пробы по молекулярным спектрам поглощения и испускания.
Молекулярные спектры очень важны, так как возможны:
различные электронные переходы в молекулах
колебательные переходы с изменением колебательных состояний ядер атомов, входящих в состав молекулы
изменение вращательных состояний молекулы (вращательные спектры)
Эти спектры расположены в различных областях длин волн:
электронные спектры, усложняющиеся колебательной и вращательной структурой представляют собой систему характерных полос, которые располагаются от УФ до ближней ИК области (1 000 – 12 000 А)
колебательные спектры, сопровождающиеся вращательной структурой расположены в ближней ИК области (1,2-40 микрометров)
вращательные спектры, расположенные в более далекой ИК части спектра. Измерение их оптическими средствами возможно до 1,5 мм. Микроволновые области изучаются средствами радиоспектросокпии.
В соответствии с техническими средствами, используемыми при проведении молекулярного спектрального анализа различают следующие типы молекулярного анализа:
Абсорбционный анализ по спектрам поглощения
Проба берется в газообразном, жидком или твердом состоянии, помещается между источником сплошного спектра (лампа накаливания для видимой области, водородная или криптоновая для УФ области, раскаленный штифт для ИК области). Спектр поглощения анализируется при помощи спектрометра или спектрофотометра. В соответствии со способами регистрации спектра и используемыми областями спектра различают следующие методы абсорбционного спектрального анализа:
а) Визуальный
Наблюдение спектра поглощения при качественном анализе производится в видимой области при помощи спектроскопов прямого зрения с небольшими кюветами для растворов, помещаемых непосредственно перед щелью. В качестве источника света, пропускаемого через исследуемое вещество, используют лампу накаливания.
Для количественного анализа проводят измерение ослабления световых лучей определённой длинны волны при прохождении их через исследуемое вещество. Эта задача решается визуально спектрофотометрированием при помощи спектрофотометров. В УФ-области используют флуоресцирующие экраны, светящиеся под действием УФ-лучей, прошедших через исследуемое вещество. Для визуального определения интенсивности свечения применяют метод порога зрительного ощущения. С помощью перемещения оптического клина, поставленного перед глазом наблюдателя яркость свечения ослабляется до порога чувствительности глаза, т.е. исчезновение свечения.
Фиксируется 2 положения клина:
Соответствующее ослаблению до порога яркости флуоресценции экрана при падении на него неослабленного пучка света.
При падении на экран того же пучка, но ослабленного при прохождении через исследуемое вещество. Разность этих положений клина, умноженная на константу клина, даёт значение оптической плотности слоя вещества.
б) Фотографическая спектрофотометрия.
Спектр поглощения раствора или паров в видимой или УФ-области фотографируется при помощи спектрометров. Для фотометрирования либо получают спектры при помощи специальных приспособлений (раздвоителей пучков света), дающих на фотопластинке один под другим спектры источника с заданным ослаблением и поглощением пробы, либо исполняют технику фотометрирования.
в) Фотоэлектрическая спектрофотометрия.
В спектральном приборе (монохроматоре) за выходной щелью располагается фотоэлектрический приёмник излучения. Перед входной щелью ставится кювета с пробой. На приёмник последовательно падает свет от источника и свет, прошедший через пробу. Фототок изменяется и с измерительного прибора можно снимать значение оптической плотности
г) Спектрофотометрия ИК-области спектра.
Анализ проводится по колебательно-вращательным спектрам. Техническими средствами являются: регистрирующие спектрометры и спектрофотометры. Для проведения анализа необходимо знать спектр определяемого соединения. В этом заключается трудность анализа, так как для огромного числа молекулярных соединений составление спектральных таблиц практически невозможно.
д) Радиоспектроскопия (см. пункт 2.2)