Лекция №6. Спектроскопические методы. Атомно-эмиссионный спектральный анализ. Спектроскопические методы анализа, классификация, характеристика и особенности методов. Атомно-эмиссионный спектральный анализ. Происхождение спектров, интенсивность линий и линии сравнения. Спектры поглощения и их природа, метод молекулярных орбиталей. Спектры поглощения определяемых веществ и реактивов Фотометрические методы анализа, их характеристика и особенности. Законы фотометрии

4

Лекция №8. Фотометрические методы анализа. Фотометрические методы анализа, их характеристика и особенности. Спектры и их природа Законы фотометрии Условия выполнения фотометрических определений. Светофильтры и их особенности. Аппаратура в фотометрии, оптические схемы фотоколориметров и спектрофотометров. Качественный и количественный анализ.

4

Лекция 6. Спектроскопические методы. Фотометрические методы анализа.

1. Спектроскопические методы анализа, классификация, характеристика и особенности методов.

2. Происхождение спектров.

3. Фотометрические методы анализа, их характеристика и особенности.

4. Спектры поглощения и их природа, метод молекулярных орбиталей. Спектры поглощения определяемых веществ и реактивов

5. Законы фотометрии

Спектроскопические методы анализа, классификация, характеристика и особенности методов.

Спектроскопические методы анализа основаны на взаимодей­ствии электромагнитного излучения с веществом. Это взаимодей­ствие сопровождается явлениями, из которых наиболее важны ис­пускание, поглощение и рассеяние излучения. Возникающие при этом сигналы несут качественную и количественную информацию о веществе.

Частота сигнала отражает специфические свойства вещества, его природу, а интенсивность сигнала связана с количеством ана­лизируемого соединения. Для наблюдения и исследования таких сигналов используются различные физические закономерности. Благодаря этому методы спектроскопии позволяют получать де­тальную информацию о составе, строении и количественном со­держании исследуемых веществ.

К оптическим (спектральным) методам анализа относятся методы, основанные на взаимодействии электромагнитного излучения с веществом.

Это взаимодействие приводит к различным энергетическим переходам, которые регистрируются экспериментально в виде поглощения, излучения, отражения и рассеяния электромагнитного излучения.

О тражение света

Рассеяние света

Поглощение света

Люминесценция

Рис. 1 Общая картина взаимодействия электромагнитного излучения с веществом

Важнейшей характеристикой электромагнитного излучения является его спектр, т.е. совокупность различных значений, которые может принимать данная физическая величина. Совокупность всех частот или длин волн электромагнитного излучения называется электромагнитным спектром.

Интервал длин волн от 10‾¹⁰ до 10‾¹ м разбивают на области:

УФ види- ИК

мая

Р ентгеновское

излучение Радиоволны

λ, нм 10 10² 10³ 10⁴ 10⁵ 10⁶

Рис.2. Области электромагнитного спектра

Ультрафиолетовая область (УФ) охватывает диапазон 10-380 нм, инфракрасная область (ИК) – 750-1·10⁵ нм, видимый свет занимает узкую область – 380-750 нм.

Протяженность отдельных областей спектра ограничивается либо способом получения излучения, либо возможностями его ре­гистрации. Особо четкие границы можно установить для видимого света. Протяженность ультрафиолетовой (УФ) области в сторону

более коротких волн резко ограничена: λ = 200 нм. Ниже этого значения начинается поглощение УФ - излучения воздухом, поэто­му исследования в области λ < 200 нм возможны только в ва­кууме (так называемый вакуумный ультрафиолет). Границы между другими областями спектра менее четкие, и сами эти области частично перекрываются.

В отдельных областях спектра используют различные едини­цы измерения длин волн и частоты. В области радио - и микро­волн для измерения частот используют герцы, килогерцы, мега-герцы. Однако при частотах выше 10 Гц (инфракрасная область - ИК) точность измерения частот по сравнению с точностью из-

мерения длин волн становится неудовлетворительной. Кроме того, пропорциональность между энергией и величиной, обратной длине волны, позволяет быстро оценить энергетические характеристики, поэтому вместо частоты или длины волны удобнее использовать волновое число.

Поток фотонов с одинаковой частотой называют монохрома­тическим, с разными частотами - полихроматическим. Обычный наблюдаемый поток излучения от раскаленных тел, в частности, солнечный свет, является полихроматическим.

Характеристики электромагнитного излучения

Электромагнитное излучение имеет двойственную природу. В одних проявлениях ведет себя как физическое поле с непрерыв­ными свойствами (преломление, интерференция, дифракция, от­ражение, рассеяние), которые описываются на основе волновой природы излучения. В других случаях электромагнитное излучение проявляет себя как поток дискретных частиц (квантов), и такие явления, как испускание и поглощение атомами и молекулами, описываются на основе корпускулярной природы излучения.

Для описания волновых свойств электромагнитное излучение удобно представить в виде электрического силового поля, колеб­лющегося перпендикулярно направлению распространения волны (рис.1.1.1.). К волновым характеристикам излучения относятся час­тота колебаний, длина волны и волновое число, к квантовым -энергия квантов.

Частота v показывает число колебаний электрического поля в 1с, измеряется в герцах (1 Гц = 1с -¹). Частота определяется ис­точником излучения.

Длина волны X показывает наименьшее расстояние между точками, колеблющимися в одинаковых фазах. Это линейная еди­ница, в системе СИ измеряется в метрах (м) и его долях.

Рис.1.1.1.Электромагнитная волна. X - длина волны, а - амплитуда.

Произведение частоты и длины волны представляет собой скорость излучения (см / с):

C = X • v При переходе из вакуума в другую среду скорость распростране­ния уменьшается. То же происходит с длиной волны, поскольку частота излучения неизменна.

Волновое число V показывает число волн, приходящихся на 1 см. Если длина волны выражена в см, то

V = 1 / X (см -¹) Энергия электромагнитного излучения Е зависит от частоты излучения и определяется соотношением:

E = h v

, -34

где h - постоянная Планка, равная 6,62 • 10 Дж-с.