КЗПС Крюкова литература / Методы и приборы контроля ОС

С.Ф.Чернов Методы и приборы контроля окружающей среды и экологический мониторинг

_________________________________________________________________________

Волновые свойства света

Спектр электромагнитного излучения

Интерференция

19

С.Ф.Чернов Методы и приборы контроля окружающей среды и экологический мониторинг

_________________________________________________________________________

Дифракция

d sin α = ± nλ , где d – период решетки

Дисперсия света

V = f(λ) – скорость света в среде – функция длина волны

Преломление света

Закон Снеллиуса

sin α	V I
------ =	---- = n2.1
sin γ	V II

VI ,VII – скорости света в oптической среде I и II. n2.1 – относительный показатель преломления

(среды II относительно среды I)

20

С.Ф.Чернов Методы и приборы контроля окружающей среды и экологический мониторинг

_________________________________________________________________________

Основные формулы раздела

λ= cT = c/ν

λ– длина волна

с– скорость света в вакууме T - период

ν – частота

E = h ν = hc/λ Формула Планка (1900) h – постоянная Планка = 6,625.10-34 Дж.с

Модель атома Резерфорда-Бора

Атом состоит из ядра и вращающихся вокруг него электронов.

Размер атома ~ 10-10 м me = 9,11 10-28 г

Ядро состоит из протонов (+) и нейтронов (o)

mp = 1,66 10-24 г

Размер ядра ~ 10-15 м

Проблема:

Вращающийся электрон (заряд) должен излучать энергию и быстро упасть на ядро.

21

С.Ф.Чернов Методы и приборы контроля окружающей среды и экологический мониторинг

_________________________________________________________________________

Постулаты Н.Бора (1913)

1.Электроны в атоме находятся на стационарных орбитах, отвечающих определенным квантовым значениям момента количества движения

n – главное квантовое число	h/2π = 1,05.10-34 Дж.с
mVr = n(h/2π)

2.Электроны, двигаясь по стационарным орбитам не излучают и их общий запас энергии остается постоянным

Fцентробежная = FКулона

mV 2	e.ez	1
------ =	-------.	-------
r	r2	4πε

ε – диэлектрическая постоянная вакуума

h2 n2 ε	ze2
r = ------------	V = -------
π m e2 z	2nhε

Для n = 1 первый боровский радиус r = 0,528.10-10 м

3.При переходе с более удаленной на более близкую к центру атома орбиту, электрон теряет квант энергии

∆E = h ν

Eатома = Eкинетического движения электронов + Eпотенциальная

Eпотенциальная = 0 (для двух зарядов на бесконечном расстоянии, при сближении Е уменьшается, то есть, она отрицательна)

		ze2	mze4
Eпотенциальная = FКулона . r = -		------- = -	-----------4n2h2ε2
		4πεr
		mV2	mze4
Eкинетического движения электронов = ------			= -----------
		2	8n2h2ε2
ze4m	n = 1 основное состояние
Eатома = - ----------	n = 2, 3,… возбужденное состояния
8n2h2ε2

1/ λ = R (1/i2 – 1/n2)

ν= R’ (1/i2 – 1/n2)

λ= с/ ν

i = 1 Лайман i = 2 Бальмер i = 3 Пашен i = 4 Брэккет i = 5 Пфунд

R константа Ридберга

R = 1,097.10 7 м-1 R’ = R.c = 3,29.1015 c-1

hν =∆E = E2 – E1 = zR (1/n12 -1/n22)

R = (me4)/(8hε2)

22

С.Ф.Чернов Методы и приборы контроля окружающей среды и экологический мониторинг

_________________________________________________________________________

m z e4

E = _ __________ полная энергия атома

8 h2 ε2 n2

n – главное квантовое число

l – орбитальное квантовое число = 0, 1, 2 ,…, n ml – магнитное квантовое число = -l <…<+l s – спиновое квантовое число +1/2, -1/2

Максимальное число электронов

на уровне 2n2

на подуровне 2(2l + 2) s - sharp

p - principal d - diffuse

f - fundamental

Главное	Уровень	Максимальное	Орбитальное квантовое число l
квантовое		число
число n		электронов на	0	1	2	3
		уровне
1	K	2	s
2	L	8	s	p
3	M	18	s	p	d
4	N	32	s	p	d	f
5	O	50	s	p	d	f
6	P	72	s	p	d	f
7	Q	98	s	p	d	f
Число электронов на подуровне:			2	6	10	14

Атомно-эмиссионный спектральный анализ

- физический метод, основанный на измерении интенсивности излучения, испускаемого возбужденными атомами (эмиссионных спектров испускания или излучения),

Источники возбуждений - электрическая дуга, высоковольтная искра,

пламя, X-rays.

Открыт Кирхгофом и Бунзеном в 1859 г.

	λ - длина волны 2 мкм = 2000 нм		∆E = Е2	– E1 = hν = hc/λ
	ν - частота	5000 см-1

23

С.Ф.Чернов Методы и приборы контроля окружающей среды и экологический мониторинг

_________________________________________________________________________

Классификация методов эмиссионной спектроскопии

Источники возбуждения спектров:

-высоковольтная конденсаторная искра 5000-40000 оК

-электрическая дуга постоянного или переменного тока

-НЧ или ВЧ плазмотроны (плазменная Ar горелка) 6000-15000 оК

24

С.Ф.Чернов Методы и приборы контроля окружающей среды и экологический мониторинг

_________________________________________________________________________

Спектр – распределение по частотам (длинам волн) интенсивности оптического излучения рассматриваемого тела

Типы спектров:

•Непрерывные (сплошные) – раскаленные твёрдые или жидкие тела

•Линейчатые (дискретные спектральные линии) - атомы или ионы, находящиеся на невзаимодействующем расстоянии

•Полосатые (группы полос) – ионизированные молекулы (2 и более атомов), находящиеся на невзаимодействующем расстоянии

Спектральный анализ дает возможность установить

•элементный (молекулярный) состав

•строение вещества

•концентрацию

Спектроскоп (стилоскоп - steel) – прибор для визуального наблюдения и сравнения спектров излучения

Спектрограф (grapho – «пишу») – прибор для регистрации спектров излучения на фотопластинку

Спектрофотометр (photos – «свет») – прибор для измерения отношения интенсивностей света в зависимости от λ (развертка по λ )

Спектрометр (metreo – «измеряю») – для фотоэлектрического измерения интенсивности полос спектра (для конкретной λ)

(в широком смысле - устройство для измерения функции распределения некоторой величины f по параметру x)

Например:

электронов по скоростям (β-cпектрометр) γ-квантов по энергиям (гамма-спектрометр)

Х-лучей от атомного номера элементов (рентгеновский спектрометр)

25

С.Ф.Чернов Методы и приборы контроля окружающей среды и экологический мониторинг

_________________________________________________________________________

26

С.Ф.Чернов Методы и приборы контроля окружающей среды и экологический мониторинг

_________________________________________________________________________

Спектральные линии для визуального спектрального анализа

27

С.Ф.Чернов Методы и приборы контроля окружающей среды и экологический мониторинг

_________________________________________________________________________

Спектроскопия пламени

Пламенная спектрофотометрия, или фотометрия пламени - разновидность эмиссионного спектрального анализа, основана на изучении эмиссионных спектров элементов анализируемого вещества, возникающих под влиянием мягких источников возбуждения (температуры).

В этом методе анализируемый раствор распыляют в пламени. Этот метод дает возможность судить о содержании в анализируемом образце главным образом щелочных и щелочноземельных металлов, а также некоторых других элементов (~70),

например Ga, In, Tl, Pb, Mn, Cu, P

28