Учреждение образования

”ПОЛЕССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ“

Факультет биотехнологический

Кафедра биохимии и биоинформатики

Управляемая самостоятельная работа № 1

на тему:

Спектроскопические методы анализа

Студент 2 курса, гр.23БХ-1				Голуб Сергей Владимирович
Биохимия		(подпись) __________________2024

Проверил		Аль Меселмани Моханад Али
Доцент кафедры биохимии и биоинформатики	(подпись) ___________________2024

ПИНСК 2024

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

Глава 1. Теоретические основы и классификация спектрометрических методов анализа 4

Глава 2. Атомно-эмиссионный, атомно-абсорционный и молекулярно-абсорбционный анализ. Фотометрия и спектрометрия 7

Глава 3. Люминесцентные и флуориметрические методы анализа. Нефелометрия и турбидиметрия. Рефрактометрические методы анализа 13

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 19

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 20

Введение

Спектрометрические методы анализа представляют собой важный инструмент в аналитической химии и других научных дисциплинах, обеспечивая высокую точность и чувствительность в определении химического состава различных веществ. Эти методы основаны на взаимодействии света с веществом, что позволяет получать информацию о молекулярной структуре, наличии определённых элементов или соединений, а также количественном содержании анализируемых компонентов.

Спектроскопия охватывает широкий спектр техник, таких как ультрафиолетовая спектроскопия (УФ), инфракрасная спектроскопия (ИК), атомно-абсорбционная спектроскопия (ААC), массы спектрометрия и многие другие. Каждая из этих методик имеет свои преимущества и недостатки, а также области применения, что делает их незаменимыми в таких сферах, как экология, медицина, фармацевтика и материаловедение.

Тем самым, целью данной работы является дать полное представление о спектрометрических методах анализа, их принципах действия, возможностях и перспективном развитии в современном мире.

Глава 1. Теоретические основы и классификация спектрометрических методов анализа

В основе современной спектроскопии лежит квантовая теория, согласно которой атомы могут обладать только строго

определенными дискретными запасами внутренней энергии: Еo, Е1, Е2 и т. д. Уровень с наименьшей энергией называют основным или нормальным состоянием (уровнем) – Ео, а все другие – возбужденными. Испускание света атомами происходит за счет

изменения их энергии.

Энергетическое состояние одноэлектронного атома водорода определяется энергетическим состоянием его единственного электрона и может быть найдено с помощью уравнения Шредингера. При решении уравнения Шредингера получают набор трех квантовых чисел.

Главное квантовое число п является номером электронной оболочки и характеризует удаленность электрона от ядра. Kоболочке соответствует n = 1, L-оболочке – n = 2 и т. д.

Орбитальное квантовое число l (побочное) характеризует подоболочки, из которых состоят оболочки, орбитальный момент количества движения электрона и приближенно определяет форму электронного облака. Оно может принимать n значений: 0, 1, 2, .…, (n–1).

Магнитное квантовое число тl характеризует проекцию магнитного момента движущегося электрона на направление внешнего магнитного поля. В соответствии с правилами пространственного квантования проекция может принимать только целочисленные значения: 0, ±1, …, ± l, всего (2l + 1) значений.

Спиновое квантовое число тs характеризует собственный момент электрона. Оно не связано с уравнением Шредингера и принимает значения: +1/2 и –1/2.

Если к атому в невозбужденном (нормальном) состоянии с минимальной энергией Е1 подвести энергию (например, в результате столкновения с быстролетящими электронами, энергия которых достаточна для возбуждения), то атом возбуждается, т. е. переходит на более высокий энергетический уровень: Е2, Е3 и т. д.

Через короткое время (~10–8 с) атом самопроизвольно возвращается в нормальное или какое-то более низкое возбужденное состояние. Освобождающаяся при этом энергия ∆Е излучается в виде светового кванта ∆Е = hν. Каждому переходу соответствует монохроматическая спектральная линия, которая характеризуется частотой ν или волновым числом ν, где E2 и E1 – энергия атома в возбужденном и нормальном

состояниях

Совокупность спектральных линий, принадлежащих данной частице, составляет ее спектр. Группа линий с одинаковыми значениями n1 составляет серию. При n1 = 1, а n2 > 2 получим серию Лаймана (для атома водорода далекая УФ-область), при n1 = 2, а n2 > 3 – серию Бальмера (видимая область); при n1 = 3 и n2 > 4 – серию Пашена (ИК-область) и т.д. Такими сериальными формулами полностью описывается спектр атомарного водорода, а при учете заряда ядра также спектры водородоподобных ионов (Не+, Li2+, Ве3+ и др.), отличающихся от атома водорода только зарядом ядра.

Спектр каждого элемента подобен спектру однократно ионизированного атома элемента, следующего за ним [6−10]. Эта закономерность распространяется и на многократно ионизированные атомы. Так, сходство атомных спектров можно наблюдать в рядах: Na, Mg+ , Al2+, Si3+, … или Al, Si+, P2+, S3+, … .

Сходные закономерности в спектрах характерны и для других элементов, следующих друг за другом в Периодической системе.

Спектрометрические методы можно классифицировать по различным критериям:

По типу излучения:

Оптическая спектроскопия: включает ультрафиолетовую (УФ), видимую и инфракрасную (ИК) спектроскопию.

Рентгеновская спектроскопия: используется для изучения атомной структуры материалов.

Микроволновая спектроскопия: применяется для изучения молекулярных структур и взаимодействий.

По типу анализа:

Качественный анализ: позволяет выявлять наличие определенных компонентов в образце.

Количественный анализ: используется для определения концентрации веществ.

По принципу работы:

Спектроскопия поглощения: основана на измерении поглощения излучения веществом (например, УФ-видимая спектроскопия).

Спектроскопия эмиссии: включает методы, при которых исследуемое вещество испускает излучение (например, атомная эмиссионная спектроскопия).

Раман-спектроскопия: основана на неупругом рассеянии света и позволяет изучать молекулярные вибрации.

По применению:

Анализ газов: используется в экологии и промышленности для контроля загрязнений.

Анализ жидкостей и твердых тел: применяется в химии, биологии и материаловедении.