15

Лекція 8

Спектроскопічні методи аналізу. Атомна спектроскопія

1. Теоретичні основи спектроскопічних методів

2. Класифікація спектроскопічних методів

3. Короткі відомості про методи атомної спектроскопії

3.1. Загальні відомості про атомні спектри

3.2. Атомно-емісійна спектроскопія

3.3. Атомно-абсорбційна спектроскопія

1. Теоретичні основи спектроскопічних методів

До спектроскопічних методів аналізу відносять фізичні методи, засновані на взаємодії електромагнітного випромінювання з речовиною. Ця взаємодія приводить до різних енергетичних ефектів, які реєструються експериментально у вигляді поглинання, відбиття й розсіювання електромагнітного випромінювання.

Електромагнітне випромінювання має двоїсту природу, тобто проявляє хвильові й корпускулярні властивості. Хвильові властивості пояснюють явища дифракції, інтерференції, переломлення, відбиття й розсіювання, корпускулярні − процеси поглинання й випущення випромінювання атомами й молекулами.

Хвильові властивості характеризуються: довжиною хвилі , нм, мкм, Å (1 нм = 110^9 м, 1 мкм = 110^6 м, 1Å = 110^10 м); частотою v, Гц, (1 з^1), МГц і хвильовим числом ’, см^1.

 = с/v, ’ = 1/, де

с  швидкість світла в даному середовищі (у вакуумі с = 2,9979 10⁸ мз^1).

Корпускулярні властивості характеризуються масою й імпульсом. Фотон − матеріальна частка з певними масою й імпульсом, що рухається зі швидкістю світла.

Зв'язок між хвильовою й корпускулярною природою світла описується рівнянням Планка: E = hv = hc/ = hc’,

де E  зміна енергії елементарної системи в результаті поглинання або випущення фотона з енергією hv (h – постійна Планка, h = 6,6262 10^34 Джс (СІ). Цю сталу вимірюють також в електрон-вольтах (1 еВ = 1,602210^19 Дж).

Взагалі двоїста природа властива всім матеріальним тілам і фізичним полям. Між масою, швидкістю й довжиною хвилі будь-якого тіла існують ті ж співвідношення, що й для фотона: E = hv =mv² = hv/, де v – швидкість руху тіла. Залежно від маси й швидкості тіла домінують хвильові або корпускулярні властивості. При великих масах і малих швидкостях довжини хвиль дуже малі. При великих швидкостях, близьких до швидкості світла й малих мас (елементарні частки) проявляється хвильова природа речовини.

Найважливішою характеристикою електромагнітного випромінювання є його спектр. У спектроскопічних методах під спектром розуміють залежність між енергією квантів і їх числом, що мають таку енергією. Графічно електромагнітний спектр зображують у вигляді кривої, по осі абсцис якої відкладені , v або ’, а по осі ординат – інтенсивність випромінювання I (процеси емісії й люмінесценції), оптична густина А або пропущення Т (процеси абсорбції). Сукупність всіх довжин хвиль спектра (10^–1– 10^–13 м) розбита на кілька інтервалів (областей) (див. табл.1).

Таблиця 1. Спектральні інтервали і їхні характеристики

Назва області	Довжини хвиль, що відповідають енергії
Радіохвилі	> 101 м, Е < 12,3· 10–6 эВ
Мікрохвилі	101103 м, Е =10–6 ÷ 10–4 еВ
Оптична ІЧ-Область	106 104 нм (103105 м, далека), Е =10–3 ÷ 10–1 еВ 104750 нм (ближня), Е =10–1 ÷ 1,33 еВ
Оптична видима область	7,5107 4107 м 750 400 нм, Е =1,33 ÷ 2,5 еВ
Оптична УФ область	4107  0,1107 м 400 200 нм (ближня), Е =2,5 ÷ 5 еВ 200  10 нм (далека), Е =2,5 ÷ 5 еВ
Рентгенівські хвилі	108 1010 м, 10 ÷ 0,1 нм, Е = 0,1÷ 10 КэВ
Гамма-випромінювання	1010 1013 м, 0,1 ÷ 0,0001 нм, Е = 0,01÷ 10 МэВ