Лабораторная работа № 45 Исследования спектров поглощения и пропускания.
1. Цель занятия Проверка закона Малюса и анализ поляризованного света, прошедшего через фазовую пластинку.
2.Вид занятия: лабораторное занятие.
3.Продолжительность: 3 академических часа (135 мин.)
4.Оснащение:
5.Содержание занятия: теоретическое введение; описание установки; контроль исходного уровня знаний; самостоятельная работа студентов; контроль степени усвоения материала по тестам; подведение итогов занятия.
5.1. Теоретическое введение
Исследования состава вещества и структуры молекул имеет особое значение для медицины, наиболее надежные методы исследования медико-биологических процессов и диагностические методы основаны на определении состава и структуры молекул. Одним из наиболее современных методов решения этих задач являются методы спектроскопии. Атомы и молекулы, находящиеся в стационарных энергетических состояниях, не излучают и не поглощают энергию. Изменение состояния атомов и молекул связано с изменениями энергии этих систем. При переходе атомов и молекул из одного состояния в другое они скачкообразно переходят из одного стационарного состояния в другое стационарное состояние. Переход между стационарными состояниями связано поглощением или испусканием кванта энергии. Если возникает переход из нижнего в более высокое энергетическое состояние происходит поглощение кванта энергии. При обратном процессе испускание. Энергия кванта равна разности энергии начального En и конечного состояния Ек
hν= Ek -En .
Стационарных состояний атомов и молекул очень много поэтому значения кванта hν меняется в широких пределах, следовательно, меняется частота излучаемых или поглощаемых электромагнитных волн. В зависимости от частоты электромагнитных колебаний принято выделять радиоспектроскопию, где частота находится в пределах радиодиапазона инфракрасную инфраскопию (ИК), волны лежат в инфракрасном диапазоне, спектроскопии видимой области и т. д.
Спектры атомов и молекул являются строго индивидуальными, т. е. не существует двух разных молекул, имеющих одинаковые спектры. Это свойство спектров дает возможность определить состав молекул веществ. Этот метод- качественный спектральный анализ. Интенсивность спектров зависит от количества атомов или молекул, следовательно, имеется возможность определить количественные соотношения состава вещества. Более сложны методы установления структуры молекул и изменений их структуры, электронного строения при различных процессах. При решении медико-биологических проблем наиболее часто встречается необходимость снимать и анализировать молекулярные спектры.
Молекулярные спектры (испускания и поглощения) возникают при квантовых переходах молекул с одного с одного энергетического уровня на другой и состоят из совокупности более или менее широких полос, которые представляют собой тесно расположенные линии. Сложность молекулярных спектров по сравнению с атомными обусловлена большим разнообразием движений и , следовательно, энергетических переходов в молекуле.
Частота излучаемая или поглощаемая молекулой описывается выражением:
Здесь один или два штриха относятся, как принято в молекулярной спектроскопии, к верхнему и нижнему уровням соответственно. Следует иметь в виду, что ΔЕэл˃˃ΔЕкол˃˃ΔЕвр..Если ΔЕэл = 0 и ΔЕкол = 0, а ΔЕвр. ≠ 0, то получают состоящие из отдельных линий чисто вращательные молекулярные спектры, которым отвечают небольшие частоты, они наблюдаются в далекой инфракрасной области и особенно в микроволновой (СВЧ). Длина волны порядка 0,1 – 1 мм.
Если ΔЕэл = 0, а ΔЕкол ≠ 0, то обычно одновременно и ΔЕвр. ≠ 0, при этом возникает колебательно-вращательный спектр. Он состоит из колебательных полос, распадающихся при достаточном разрешении спектрального прибора на отдельные вращательные линии. Инфракрасные колебательно-вращательные спектры наблюдают в близкой инфракрасной области.
При ΔЕэл ≠ 0 обычно одновременно ΔЕкол ≠ 0 и ΔЕвр. ≠ 0. Образуются электронно-кролебательные, а точнее – электронно-колебательно-вращательные спектры, которые состоят из различных полос, а полосы – тесно расположенных линий, соответствующих вращательным переходам.
Электронно-колебательно-вращательные спектры испускания и поглощения наблюдают в видимой и ультрафиолетовой областях.
Очень важной характеристикой спектрального анализа является то, что работа достаточно иметь количество вещества около 10-8 – 10-9 грамм.