<<
>>

4.2.1. Основы теории спектроскопии

Любые вещества состоят из атомов. Атом состоит из положительно заряженного ядра и движущихся вокруг него отрицательно заряженных электронов. Электрон нельзя представить в виде дискретного объекта.

Он как бы размазан по атому. Область нахождения электрона называют электронной орбиталью. Каждая орбиталь характеризуется определенной энергией. Энергия орбитали не может измениться на произвольную величину. Для каждого типа атомов и электронных орбиталей существует определенный набор допустимых значений энергий. При снижении этой энергии на величину ΔE атом излучает электромагнитную энергию в виде кванта, а при увеличении на величину ΔE - поглощает квант частоты ν, которая имеет значение [4]

ν = ΔE / h, (20)

где h = 6,6 . 10-34Дж . с - постоянная Планка.

Один атом за один акт поглощает или испускает только один квант с определенной энергией. Вещество состоит из множества одинаковых атомов, способных переходить на разные энергетические уровни, испуская или поглощая кванты энергии. Совокупность всех квантов одной частоты образует спектральную линию – зависимость изменения их суммарной энергии от частоты. При увеличении энергии атомов (поглощении излучения) спектральную линию называют абсорбционной, а при снижении (испускании) - эмиссионной. Совокупность всех абсорбционных или всех эмиссионных линий называют абсорбционным (поглощение) или эмиссионным (испускание) спектром вещества.

Энергетические уровни атомных орбиталей сильно отличаются. Ближайшие к ядру электроны поглощают и излучают электромагнитную энергию рентгеновского диапазона длин волн, а внешние электроны - ультрафиолетового (УФ) и видимого диапазона длин волн [8].

Два или более атома, соединенные химическими связями, образуют молекулу. Поэтому строение молекулы сложнее, чем у атома. В молекуле наряду с движением электронов происходит колебательное движение ядер и вращение самой молекулы.

Поэтому энергия молекулы складывается из электронной ЕЭЛ, колебательной ЕКОЛ и вращательной ЕВР энергий:

Е = ЕЭЛ + ЕКОЛ + ЕВР. (21)

Соотношение между этими видами энергии следующие [8]:

ЕЭЛ >> ЕКОЛ >> ЕВР. (22)

Причем вращение молекул проявляется у веществ только в газообразном состоянии. Изменения электронной энергии молекул соответствуют поглощению или излучению электромагнитных волн ультрафиолетового (УФ) и видимого диапазона, такие спектры называют линейчатыми. Изменения колебательной энергии соответствуют инфракрасным (ИК) излучениям, а изменения вращательной энергии - излучениям в далекой ИК и микроволновой областях частот.

Изменения ЕКОЛ и ЕВР сопровождаются изменениями электронной энергии молекул ЕЭЛ. Поэтому в микроволновом и ИК диапазонах частот спектры веществ представляют собой группы близко расположенных спектральных линий. Эти группы линий называют полосами поглощения (излучения), а спектр называют полосатым. Каждый тип молекулы имеет индивидуальный, характерный только для нее, набор частот поглощаемых (излучаемых) электромагнитных волн. Этот набор частот называют молекулярным спектром вещества.

Имея график зависимости поглощения (излучения) электромагнитных волн смесью веществ от частоты этих волн, можно определить наименования входящих в смесь веществ. Для случая поглощения волн этот график описывается законом Бугера - Ламберта – Бера [4]:

, (23)

где I(ν) - зависимость интенсивности электромагнитного излучения на выходе из исследуемой смеси от частоты излучения ν; I0(ν) - интенсивность излучения на входе в исследуемую смесь; l - длина хода лучей в смеси; i - номер вещества исследуемой смеси; N - количество веществ в смеси; βi(ν) - коэффициент поглощения излучения i-м газом; Ci - концентрация i-го газа.

Графики βi(ν) приводятся в специальной справочной литературе. l и I0(ν) обычно заранее известны. Поэтому для спектрального анализа состава сложных смесей веществ необходимо экспериментально получить график I(ν). По этому графику определяется наименование входящих в смесь N веществ. Имея N значений I(νi), получаем систему N уравнений вида 23 с N неизвестными Ci. Решение данной системы уравнений полностью характеризует состав исследуемой смеси веществ.

<< | >>
Источник: М.Э. Гусельников, Ю.В. Бородин. МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ КОНТРОЛЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ Учебное пособие. 2008

Еще по теме 4.2.1. Основы теории спектроскопии:

  1. 2.7. Лингвистические и психолингвистические основы специальной педагогики
  2. Теория общего равновесия
  3. 5.1. Теория доказательств
  4. 6.4. ПРИЛОЖЕНИЕ К ТЕОРИИ ЭКОНОМИЧЕСКОГО ЦИКЛА
  5. ТЕОРИИ ОПТИМАЛЬНОГО МЕЖДУНАРОДНОГО РАЗДЕЛЕНИЯ ТРУДА
  6. 1. ЭКОНОМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ: ОСНОВЫ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ
  7. ТЕОРИЯ ОРГАНИЗАЦИИ В СИСТЕМЕ НАУК (ПРОДОЛЖЕНИЕ).
  8. Урок 2 Основы теории познания
  9. Основы теории потребительского поведения.
  10. Психология «русского гуманизма» как методологическая основа теории самореализации личности
  11. Д. Гавра. Основы теории коммуникации: Учебное пособие. Стандарт третьего поколения. — СПб.: Питер. — 288 с., 2011
  12. Раздел I ОСНОВЫ ТЕОРИИ КОРРОЗИИ И МЕТОДЫ УСКОРЕННЫХ КОРРОЗИОННЫХ ИСПЫТАНИИ МЕТАЛЛОВ
  13. Глава I ОСНОВЫ ТЕОРИИ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ КОРРОЗИИ
  14. Глава 1/>ОБЩИЕ ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО (ПРОИЗВОДСТВЕННОГО) ОБУЧЕНИЯ
  15. Шкалирование результатов тестирования на основе теории IRT
  16. Макаров М. Л.. Основы теории дискурса., 2003