Спектр

1. Спектры, их виды и характеристика.

Спектр (от лат. видимый) - пространственно разделенная совокупность многохроматических составляющих сложного излучения.

Спектры классифицируются:

1.По спектральному диапазону:

Инфракрасные (ИК)

Спектры видимого света

Ультрафиолетовые (УФ)

Рентгеновские

Спектры γ- излучения

2.По способу получения:

Дисперсионные (при помощи призмы).

Дифракционные (при помощи дифракционной решетки).

Интерферационные (на основе явления интерференции).

3.По способу взаимодействия с веществом:

Спектры испускания (эмиссионные). Их дают раскаленные светящиеся тела: твердые, жидкие и пары раскаленных газов.

Спектры поглощения (абсорбционные). Они образуются в результате поглощения отдельных длин волн при прохождении через вещество в любом агрегатном состоянии. Наиболее широко используются в медицине при идентификации различных веществ.

Спектры рассеяния и отражения. Возникают в результате взаимодействия электромагнитного излучения с веществом.

4.По виду спектра:

Непрерывный (сплошной)- может быть как эмиссионным, так и абсорбционным. Он характерен для разогретых твердых тел, жидкостей и газов при очень больших давлениях. Их источники: лампы накаливания, электрические нагреватели, солнце. Спектр состоит из нечеткого разделения (плавного перехода одного цвета в другой) монохроматических составляющих белого цвета.

Линейчатый – представлен отдельными монохроматическими составляющими, которые пространственно изолированы друг от друга. Спектр имеет вид светлых цветных линий различной толщины на темном фоне. Он может быть получен от раскаленных газов при небольшом давлении

ипаров металлов. Каждый газ имеет свой характерный спектр. Источники: газоразрядные лампы высокого и низкого давления.

Полосатый - состоит из отдельных полос, каждая из которых сформирована близко лежащими друг от друга спектральными линиями. Полосы разделены темными промежутками. Спектр испускают сложные молекулы нагретых газов и паров.

Смешанный - возникает в результате сложения и комбинации других спектров. Например: ртутно-кварцевая лампа дает линейчатый спектр от паров ртути и сплошной спектр от раскаленных электродов. При этом образуется смешанный спектр.

II. Дисперсия света и ее количественная оценка.

При прохождении белого света через призму на экране возникает ряд световых полос – спектр.

	A
	красный
	оранжевый
	желтый
S	зеленый
	голубой
	синий
	фиолетовый
	В

К основанию призмы смещены фиолетовые лучи, к вершине красные n кр.< n фиол. (т.к. фиолетовые волны отклоняются сильнее)

n кр. = C/V кр., a n фиол.= С/V фиол. С/V кр. < С/V фиол.

V кр. > V фиол. (т.е. красный пучок распространяется быстрее) λ кр. < λфиол.

Дисперсия – зависимость показателя преломления от длины волны (частоты) падающего излучения n= ƒ(λ)

Эта зависимость имеет сложный характер.

1.Для участков спектра, которые слабо поглощают свет данным веществом «n» будет уменьшаться с увеличением «λ». Это – нормальная дисперсия. Она наблюдается у веществ, которые поглощают свет в данном спектральном интервале.

2.Для участков спектра, которые сильно поглощаются веществом, «n» будет увеличиваться с увеличением «λ». Это - аномальная дисперсия. Она наблюдается у веществ, поглощающих электромагнитное излучение в данном спектральном интервале в ИК и УФ частях спектра.

Кривая дисперсии.

n

λ

0 нормал.

аномал

нормал.

Аномальная дисперсия наблюдается в тех интервалах частот (длин волн), в которых происходит наибольшее поглощение света данным веществом. Эти частоты называются резонансными υ рез.

υ рез. – это частота, при которой частота падающей волны равна частоте собственных колебаний электронов в атоме.

Для стекла λ рез. ≈ 350 н.м.

Для кварца λ рез. ≈ 195 н.м.

Для кожи λ рез. ≈ 300 н.м.

Вывод: в большом интервале длин волн у каждого вещества обнаруживается несколько областей аномальной дисперсии. По измеренным резонансным частотам можно определить частоту собственных колебаний в атомах и молекулах веществ.

III. Спектральный анализ, его виды и характеристика.

В состоянии разряженного газа каждое вещество испускает характерный для него спектр возможен спектральный анализ.

Спектральный анализ – совокупность методов качественного и количественного анализа веществ, основанных на получении и исследовании их спектров испускания и поглощения.

При этом анализируется:

Количество, положение и интенсивность спектральных линий в линейчатом спектре.

Форма и интенсивность отдельных участков в сплошных и полосатых спектрах. Спектральный анализ позволяет:

Изучить свойства и структуру вещества на уровне атомов, молекул и кристаллов 1. Определить химический состав неизвестной пробы.

2. Установить количество вещества в пробе, в том числе, если проба представляет собой смесь веществ.

Виды спектрального анализа: 1. По типу решаемых задач:

Элементный (устанавливает состав пробы по химическим элементам).

Изотопный (устанавливает состав пробы по изотопам)

Молекулярный (устанавливает молекулярный состав пробы).

Структурный (устанавливает отдельные структурные элементы молекулярного

соединения).

2. По типам спектров:

Эмиссионный - анализ по спектрам излучения, которые возбуждены различными источниками электромагнитных излучений. В этом случае твердые и жидкие пробы испаряются, соединения диссоциируют на ионы, переходящие в возбужденное состояние. При этом они испускают излучение, которое раскладывается в спектр и регистрируется.

Абсорбционный – анализ по спектрам поглощения. Через пробу вещества пропускают излучение от источника (лампы накаливания). Часть этой энергии поглощается атомами или молекулами пробы. При этом в спектре испускания источника появляются полосы поглощения (черные линии), по числу, положению и интенсивности которых узнают состав и строение вещества.

Люминесцентный – анализ по спектрам люминесценции веществ. Используются в фармации для анализа лекарственных веществ и их изменения в процессе хранения (при порче аспирина его свечение).

Комбинационный – анализ по спектрам рассеяния. При этом изменяется

интенсивность и длина волны света и по этим изменениям судят о строении и составе вещества.

1. По способу получения результатов анализа:

Качественный – устанавливает состав пробы без указания количества её составных частей.

Количественныйпозволяет с большей точностью установить количественное

содержание элементов и их соединений в пробе.

2.По способу регистрации спектров:

Визуальный - осуществляется наблюдением глазом в спектроскопе.

Фотографический - применяется для регистрации спектра с помощью фотоэлементов различных типов в видимой, УФ и ИК областях спектра.

Применение спектрально анализа.

1.Для определения спектра гемоглобина крови.

2.Для исследования наличия микроэлементов в тканях человеческого организма.

3.В судебной медицине для обнаружения следов крови, наличия цианистых соединений или вредных примесей в пищевых продуктах.

4.Для исследования степени загрязнения воздуха.

5.Для определения содержания витаминов в продуктах питания.

IV. Спектральные приборы и их виды. Устройство и принцип работы спектроскопа.

Спектральные приборы - это технические приборы для визуального, фотографического и фотоэлектрического исследования спектров твердых, жидких и газообразных тел.

Наиболее распространены спектральные приборы:

1.Спектроскоп - прибор для визуального наблюдения спектров, применяется в видимой области излучения.

2.Спектрограф - прибор с фотоприставкой, регистрирует спектр на фотопленках, экранах телевизионных трубок и т.п.

3.Спектрофотометр - прибор с тепловым и фотоэлектрическим приёмником энергии излучения (термопара, фотоэлемент и т.п).

Применяется в УФ, видимой и ИК областях.

Устройство и принцип работы спектроскопа.

Спектроскоп - простейший спектральный прибор для визуального наблюдения. Его основные части:

	3			7
		4
1	2	5	6	8
	1

I

II

III

IV

V

I.Осветительная система – состоит из источника излучения (1) и конденсатора (2), который предназначен для фокусировки излучения источника в плоскости

входной щели микроскопа.

II.Коллиматорная система - состоит из входной щели (3) и коллиматора (4). Коллиматорсистема линз, предназначенных для формирования параллельного пучка лучей, направляемых на диспергирующую систему.

III.Диспергирующая система – состоит из одной или нескольких призм (5), служащих для разложения сложного излучения в спектр.

IV. Камерный объективсистема линз (6), которая фокусирует лучи одной длины волны в фокальной плоскости окуляра (7) в виде раздельных монохроматичных изображений входной щели. Если излучение – белый свет, то в фокальной плоскости получается изображение сплошного спектра из семи цветных полос.

V. Приёмная регистрирующая система – расположена в фокальной плоскости камерного объектива. Представлена окуляром (8), а также фотокамерой, фотоэлементом и термоэлементом.

Принцип работы.

Излучение от источника (1) фокусируется конденсатором 92) на входную щель

(3). Коллиматор (4) преобразует расходящийся пучок лучей от щели в параллельный, который разлагается диспергирующей призмой (5) в спектр таким образом, что лучи различных длин волн идут под углом друг к другу, а лучи одной длины волны собираются в фокальной плоскости (7) в виде раздельных монохроматических изображений входной щели. На экране виден спектр и число спектральных линий тем больше, чем больше в сложном излучении лучей с разной длиной волны.