Оптические свойства и строения оксидных стёкол окрашенных наноразмерными частицами
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
? и поглощения; молекулярный спектральный анализ (МСА) - молекулярный состав вещества по молекулярным спектрам поглощения, люминесценции и комбинационного рассеяния света. Эмиссионный спектральный анализ производят по спектрам испускания атомов, ионов и молекул, возбужденным различными источниками электромагнитного излучения в диапазоне от гамма-излучения до радиоволнового; абсорбционный - осуществляют по спектрам поглощения анализируемых объектов (атомов, молекул, ионов вещества).
3.4.1 Атомный спектральный анализ
Качественный АСА осуществляют сопоставлением полученного спектра исследуемого вещества со спектральными линиями элементов, приведенными в специальных таблицах и атласах. В основе количественного АСА лежит соотношение, связывающее концентрацию определяемого элемента с отношением интенсивностей линий определяемой примеси и линии сравнения. В эмиссионном АСА для получения спектров испускания исследуемого вещества отбирают представительную пробу, отражающую его состав, и вводят ее в источник излучения (атомизатор). Здесь твердые и жидкие пробы испаряются, соединение диссоциирует и свободные атомы (ионы) переходят в возбужденное состояние. Испускаемое ими излучение раскладывается в спектр и регистрируется с помощью спектрального прибора. Для возбуждения спектра в АСА используют различные источники света и соответственно различные способы введения в них образцов. Первым искусственным источником света в АСА было пламя газовой горелки. В эмиссионном АСА широко используются электрические источники света, в частности, электрическая дуга и другие виды разрядов. С помощью различных приемов введения анализируемых веществ в плазму этих разрядов (продувка порошков, распыление растворов и т.д.) значительно повышается относительная точность анализа (до 0,5-3%).
В абсорбционном АСА пробу также испаряют в атомизаторе (в пламени, плазме разряда). Свет от источника дискретного излучения, проходя через пар вещества, ослабляется, и по степени ослабления интенсивностей линий определяемого элемента судят о концентрации его в пробе. АСА позволяет проводить измерение изотопного состава благодаря изотопному сдвигу спектральных линий. К АСА относится также анализ элементного состава вещества по рентгеновским спектрам (рентгеновский спектральный анализ), по спектрам оже- и фотоэлектронов (оже-спектроскопия и фотоэлектронная спектроскопия) и т.п.
3.4.2 Молекулярный спектральный анализ
В основе МСА лежит качественное и количественное сравнение измеренного спектра исследуемого образца со спектрами индивидуальных веществ. Соответственно различают качественный и количественный МСА. В МСА используют различные виды молекулярных спектров: вращательные (микро - волновая и длинноволновая ИК области спектра), колебательные и колебательно-вращательные (спектры поглощения и излучения в средней ИК области, спектры комбинационного рассеяния света (КРС), спектры ИК флуоресценции), электронные, электронно-колебательные и электронно-колебательно-вращательные (спектры поглощения и пропускания в видимой
и УФ областях, спектры флуоресценции). Качественный МСА устанавливает молекулярный состав исследуемого образца. Спектр молекулы является его однозначной характеристикой. Чаще всего используют спектры ИК поглощения и КРС веществ в жидком и твердом состояниях, а также спектры поглощения в видимой и УФ областях. Широкому внедрению метода КРС способствовало применение для их возбуждения лазерного излучения.
Количественный МСА по спектрам поглощения основан на законе Бугера-Ламберта-Бера, устанавливающем связь между интенсивностями падающего и прошедшего через вещество света в зависимости от толщины поглощающего слоя и концентрации вещества. Согласно этому закону, если интенсивность пучка, падающего на слой вещества толщиной L, равна I, то интенсивность пучка на выходе из слоя
I (L) = Iexp ( - kL) (5)
где k - показатель поглощения, различный для разных длин волн ?.
Для растворов k можно представить в виде произведения концентрации поглощающего вещества C на удельный показатель поглощения ?, характеризующий ослаблений пучка света в растворе единичной концентрации и зависящий от природы и состояния вещества и от ?. Тогда этот закон записывается в виде:
I (L) = Iexp (-?CL) (6)
Этот закон используется для определения концентрации вещества путем
измерения поглощения, которое может быть выполнено очень точно. Увеличивая толщину слоя L, можно определять ничтожно малые концентрации вещества. Важное условие успешного проведения количественного МСА - независимость ? от C и постоянство ? в измеряемом интервале частот.
Для количественного МСА обычно пользуются спектрофотометрами.
Если полоса поглощения исследуемого вещества достаточно изолирована и свободна от наложения полос других компонентов смеси, исследуемый спектральный участок можно выделить, например, при помощи светофильтра.
При количественном МСА по спектрам КРС чаще всего интенсивность линий определяемого компонента смеси сравнивают с интенсивностью некоторой линии стандартного вещества, измеренной в тех же условиях. Среди других методов качественного и количественного МСА наибольшей чувствительностью обладает флуоресцентный анализ, однако он уступает методам колебательной спектроскопии в универсальности и