21 Классификация спектральных элементов и приборов

1. Спектроскоп – прибор для визуального наблюдения спектра.

2. Стилоскоп - спектроскоп с электрической регистрацией; современная версия спектроскопа; отличается большой разрешающей способностью благодаря спектральному элементу - дифракционной решетке. (Разрешающая способность ∆λ/λ порядка 10^-4).

3. Спектрограф - разновидность стилоскопа с фотографической регистрацией спектра.

4. Квантометр – приборы с многоканальным анализом с регистрацией сразу нескольких участков спектра.

5. Спектрометр - универсальный прибор для спектроскопических исследований. Например, спектрометры для определения линий и полос в спектрахNSI-600 (фирма NanoSpectrum Instruments) .

6. Лазерный спектрометр – приборы активного типа с лазерным источником излучения.

7. Фурье–спектрометр – приборы с чрезвычайно высокой разрешающей способностью, что достигается построением спектрального элемента на основе интерференционных явлений.

8. Спектрофотометры - приборы для количественного анализа, например, спектрофотометры ИКС и СФ, колориметры КФК.

Обобщенная схема спектрофотометра.

Классификация спектральных элементов

Реализация аппаратной функции спектрального элемента:

φ(λ) - спектр излучения; α(λ – λ₀) - функция пропускания; λ₀ - рабочая длина волны; ∆λ - полуширина спектра пропускания.

Спектр, формируемый спектральным элементом:

Аппаратная функция идеального спектрального элемента – δ-функция Дирака: α(λ-λ₀)=δ(λ₀).

В этом случае Ф(λ₀)=Ф₀(λ₀) λ

22 Развитие атомно–эмиссионной спектроскопии

И стория спектральных исследований начинается с XIX века. Ранние исследования проводились на приборах с визуальным наблюдением или с фотографической регистрацией спектров. В 1814 году Фраунгофер изготовил прибор, который содержал призму со зрительной трубой, через которую можно наблюдать свет, пропущенный через щель.

Фраунгофер наблюдал солнечный спектр и обнаружил в нем дискретные линии, названные впоследствии линиями Фраунгофера.

Вскоре после этого Кирхгоф сформулировал два так называемых основных закона спектроскопии, которые теперь называют законами Кирхгофа.

1. Каждое вещество обладает своим специфическим спектром излучения.

2. Вещество поглощает энергию на тех же частотах, на которых оно способно эту энергию излучать.

Атомно – эмиссионная спектроскопия изучает спектры излучения атомов.

Формула Бальмера: , где m = 3,4…11. λ₀ = 364,613 нм.

Формула Ридберга: , где m = 3,4…11., R = 10973,731*см^-1 – постоянная Ридберга.

Величина , получившая название волнового числа, широко используется в спектроскопии.

Далее аналогичные закономерности были обнаружены в невидимых областях спектра:

Серия Пашена: .

Серия Лаймана: .

Для стационарных уровней энергии:

Поэтому .

Учитывая экспериментально определенное значение энергии связи, энергии квантовых переходов могут быть записаны формулой:

.

Откуда следует:

Общая теория квантового состояния атомной системы описывается уравнением Шредингера, которое в общей форме включает следующие операторы и функции:

Ĥψ = Eψ,

где Ĥ – оператор Гамильтона,

ψ - волновая функция электрона,

Е – его энергия.

Решение стационарного уравнения Шредингера позволило определить энергетические состояния электронов в атомах. Энергетические уровни характеризуются четырьмя квантовыми числами:

• l – орбитальное квантовое число, характеризующее форму электронного облака;

• m – магнитное квантовое число, характеризующее магнитный момент орбиталей;

• s – спин, характеризующий собственный магнитный момент электрона.

Наличие спина приводит к так называемому тонкому расщеплению спектральных линий, пара линий получила название дублета, может быть выявлена на спектральных приборах высокого разрешения.