Spektroskopia, TŻ, SEMI, SEM II, fizyka


Spektroskopia

From Wikipedia

Skocz do: navigation, szukaj

Spektroskopia jest to nauka o powstawaniu i interpretacji widm powstających w wyniku oddziaływań wszelkich rodzajów promieniowania na materię rozumianą jako zbiorowisko atomów i cząsteczek. Spektroskopia jest też często rozumiana jako ogólna nazwa wszelkich technik analitycznych polegających na generowaniu widm.

Spektroskopia powstała wraz z rozwojem spektroskopowych technik analitycznych, jej znaczenie wykracza jednak poza same te techniki. Np: dyskusja na temat przyczyn złożoności elektromagnetycznego widma absorbcyjnego atomu wodoru, stała się motorem rozwoju teorii kwantowej.

Techniki spektroskopowe dzieli się ze względu na naturę promieniowania stosowanego w danej technice:

Techniki spektroskopowe dzieli się też ze względu na rodzaj oddziaływania promieniowania z badanym ciałem:

Łacząc różne rodzaje promieniowania z różnymi sposobami jego oddziaływania z badaną próbką otrzymuje się rozmaite techniki spektroskopowe. Np. różne techniki spektroskopowe dają możliwość uzyskania różnych informacji o badanej substancji - od jej składu atomowego, przez jej budowę chemiczną aż po strukturę jej powierzchni. Techniki spektroskopowe stosuje się masowo w chemii, fizyce, astronomii i w wielu przemysłach.

Widmo (spektroskopia)

Widmo spektroskopowe to zarejestrowany obraz promieniowania rozłożony na częstotliwości, długości fali lub energie, które zostało wyemitowane albo weszło w kontakt z analizowaną substancją przeszło przez nią lub zostało przez nią odbite. Widma są w stanie dostarczyć szeregu cennych informacji o analizowanej substancji. Analizą i tłumaczeniem mechanizmów powstawania widm zajmuje się spektroskopia, metoda badawcza wykorzystywana w wielu dziedzinach nauk doświadczalnych, głównie fizyce i chemii i w zastosowaniach praktycznych (np. w medycynie).

Widma zawierają zwykle elementy charakterystyczne dla substancji obecnych w badanej próbce, widoczne w postaci "linii", "pasm" lub "pików", stąd, w najprostszym przypadku wykorzystuje się je do analizy składu badanej próbki lub/i zawartości w niej różnych składników (przykładem może być analiza składu chemicznego gwiazd na podstawie analizy widma emitowanego przez nie światła).

Najprostsze widma jednowymiarowe mają zwykle postać wykresu, na którym na osi pionowej zaznacza się zwykle intensywność promieniowania (lub stopień jego absorpcji - dla widm absorpcyjnych), a na osi poziomej liczbową charakterystykę używanego w danej spektroskopii promieniowania promieniowania, np. długość fali, częstotliowość lub energię. Widma przedstawia się czasem również w postaci paska świetlnego uzyskiwanego na ekranie lub na filmie fotograficznym.

Widmo emisyjne azotu

Widma wielowymiarowe przedstawiają rozkład promieniowania w zależności od dwu lub trzech współrzędnych przestrzennych bądź dodatkowych współrzędnych związanych z jednoczesną rejestracją dwu lub więcej rodzajów promieniowania (np. w wielowymiarowej spektroskopii NMR)

Przykład widma 1H NMR

Widma klasyfikuje się:

Ze względu na wygląd widma

widmo ciągłe - ma postać ciągłego obszaru lub szerokich pasów (widmo o składowych, występujących w sposób ciągły wzdłuż skali częstotliwości),

widmo liniowe - ma postać oddzielnych linii na pasku widmowym; typowo występuje

dla atomów gazów rozrzedzonych,

Ze względu na sposób powstania

widmo emisyjne - powstaje w wyniku emisji promieniowania przez ciało

absorpcyjne - powstaje w wyniku oddziaływania (przejścia lub odbicia) fali o widmie zazwyczaj ciągłym z substancją.

W zależności od rodzaju fali:

optyczne

rentgenowskie

dźwiękowe

i inne.

Analiza serii promieniowania rentgenowskiego (zob. prawo Moseleya, 1913) pomogła określić znaczenie liczby atomowej oraz odkryć niektóre pierwiastki. Analiza serii widmowych wodoru (serie Lymana, Balmera, Paschena) doprowadziła do zbudowania w 1913 roku przez Nielsa Bohra planetarnego modelu atomu wodoru. Analiza struktury subtelnej widm pozwoliła na kolejne odkrycia dotyczące modelu atomu.

Promieniowanie charakterystyczne to zwyczajowa nazwa linii widmowych atomów pierwiastków, powstających w wyniku wybicia elektronu z dolnych powłok elektronowych i przejścia elektronów "w dół". Związane jest to z tym, że gdy nastąpi wybicie elektronu z niskiej powłoki (np. K, lub L) następuje wzbudzenie atomu (atom bez elektronu z powłoki K ma większą energię niż z), które po pewnym czasie zanika w wyniku kaskadowego przejścia elektronów na niższe powłoki. Oznaczenia linii widmowych promieniowania charakterystycznego:

Dla pierwiastków ciężkich promieniowanie charakterystyczne jest promieniowaniem Rōntgena. Wraz z promieniowaniem charakterystycznym występuje emisja elektronów Augera (podobny mechanizm, jednak zamiast fotonu emitowany jest elektron).

Luminescencja, tzw. zimne świecenie, jarzenie - zjawisko emisji fal świetlnych przez ciała, wywołane inną przyczyną niż rozgrzanie ich do odpowiednio wysokiej temperatury. Ze względu na czynnik wzbudzający do świecenia, rozróżnia się następujące zjawiska:

Wyróżnia się również bioluminescencję, czyli zjawiska emitowania w ciemności fal świetlnych przez organizmy żywe, które to zjawiska są jednak w rzeczywistości niektórymi z powyżej wymienionych form luminescencji (najczęściej jest to chemiluminescencja).

Ze względu na czas trwania, luminescencję dzieli się na dwa rodzaje:

Substancje zdolne do luminescencji nazywamy luminoforami, a zdolne do fluorescencji - scyntylatorami, natomiast substancje zdolne do fosforescencji nazywane są niekiedy fosforami.

Fluorescencja - jeden z rodzajów luminescencji, zjawisko emitowania przez niektóre substancje światła własnego, wywołane naświetleniem (lub napromieniowaniem pokrewnego rodzaju) z zewnątrz. Czas trwania fluorescencji jest bardzo krótki i w praktyce ustaje wraz z przerwaniem dostarczania promieniowania wzbudzającego, gdyż elektrony pobudzone promieniowaniem, nie pozostają przez pewien czas na wyższym poziomie energetycznym, lecz od razu wracają do stanu podstawowego. Fluorescencja to taki proces luminescencji, w którym przejście promieniste zachodzi między stanami o takiej samej multipletowości.

Fluorescencja różni się od pokrewnego zjawiska - fosforescencji, które polega na emisji światła jeszcze przez pewien czas po ustaniu czynnika wzbudzającego.

Fluorescencja, podobnie jak fosforescencja, jest związana z emisją promieniowania o większej długości fali niż długość fali promieniowania wzbudzającego.

Zjawisko fluorescencji jest podstawą działania lamp fluorescencyjnych (czyli popularnych świetlówek). Stosowane jest również szeroko w rozmaitych metodach badawczych, m.in. także w technikach zabezpieczeń banknotów.

Fosforescencja - jeden z rodzajów luminescencji, zjawisko świecenia niektórych substancji światłem własnym, wywołane uprzednim naświetleniem (lub napromieniowaniem pokrewnego rodzaju) z zewnątrz. Czas trwania fosforescencji jest relatywnie długi - od stosunkowo dużych części sekundy do wielu godzin, a mierzalny może być nawet po wielu miesiącach.

Fosforescencja różni się od pokrewnego zjawiska - fluorescencji, polegającej na natychmiastowym wyemitowaniu własnego światła w całości, przy czym granica pomiędzy oboma tymi zjawiskami jest trudna do ustalenia. Za fosforescencję uznaje się zjawisko, które trwa po ustaniu czynnika ją wywołującego, co nie jest do końca jednoznaczne, gdyż każdemu rodzajowi luminescencji towarzyszy pewna zwłoka. Skrajna definicja określa jako fosforescencję każde zjawisko trwające dłużej niż 10-8 s, a oparta jest o fakt pozostawania elektronu przez jakiś czas w stanie wzbudzonym (we fluorescencji elektron natychmiast po ustaniu czynnika wzbudzającego powraca do stanu podstawowego). Podczas fosforescencji zachodzi przejście promieniste między stanami o różnej multipletowości. Przejście to jest stosunkowo powolne, ponieważ jest dipolowo zabronione (zachodzi dzięki sprzężeniu spin-orbita).

Fosforescencja, podobnie jak fluorescencja, emituje światło o większej długości fali niż długość fali promieniowania pochłoniętego (czyli promieniowania wzbudzającego).

Nazwa zjawiska pochodzi od fosforu, którego świecenie w ciemności odbywa się jednak nie na zasadzie fosforescencji, lecz chemiluminescencji, gdyż jest wywołane reakcją powolnego utleniania się fosforu wystawionego na działanie tlenu zawartego w powietrzu.

Do substancji zdolnych w wyniku fosforescencji do dłuższego świecenia (zwanych potocznie fosforami) należą:

RENTGENOSPEKTRALNA ANALIZA, metoda analizy chem. polegająca na badaniu charakterystycznego widma rentgenowskiego; położenie (rentgenospektralna analiza jakościowa) i natężenie (rentgenospektralna analiza ilościowa) linii widma bada się za pomocą spektrografu rentgenowskiego; do celów szybkiej przemysłowej rentgenospektralnej analizie są stosowane spektrometry (rentgenowskie), z których wielokanałowe, tzw. kwantometry rentgenowskie, umożliwiają oznaczenie w badanej próbce jednocześnie kilku pierwiastków.

RENTGENOWSKIE WIDMO, rozkład natężenia promieniowania rentgenowskiego w zależności od długości fali lub częstości. Widmo rentgenowskie ciągłe jest widmem promieniowania hamowania (powstałego podczas zmniejszania się prędkości cząstek naładowanych w polu atomów ośrodka); maksimum jego natężenia oraz częstość graniczna (najkrótsza długość fali) zależy od energii cząstek bombardujących (zazwyczaj szybkich elektronów). Widmo rentgenowskie liniowe jest widmem promieniowania charakterystycznego (zw. też widmem charakterystycznym) i zależy od rodzaju atomów emitujących to promieniowanie; składa się ono z grup linii tworzących serie widmowe (K, L, M,...), odpowiadające przejściom elektronów na odpowiednie zewn. powłoki elektronowe; częstości odpowiadające liniom widmowym zależą od liczby atomowej Z pierwiastka emitującego to promieniowanie i zgodnie z prawem Moseleya wyrażają się wzorem:

0x01 graphic

gdzie σ — określona dla danej serii stała ekranowania ładunku jądra przez elektrony, R — stała Rydberga, n0 — gł. liczba kwantowa poziomu, na który przechodzą elektrony, n = n0 + 1, n0 + 2, n0 + 3,... Widmo rentgenowskie emisyjne jest zazwyczaj superpozycją widma rentgenowskiego ciągłego i liniowego. W widmie rentgenowskim absorpcyjnym (powstającym wskutek oddziaływania promieniowania rentgenowskiego z materią) w miarę zmniejszania się długości fali współczynnik absorpcji maleje, przy czym dla pewnych długości fal następuje jego gwałtowny wzrost; te tzw. krawędzie absorpcji występują przy energiach równych energiom jonizacji atomu (wybicia elektronów z odpowiednich powłok elektronowych). Widmo rentgenowskie otrzymuje się i bada za pomocą spektrometrów rentgenowskich. Badanie charakterystycznego widma rentgenowskiego wykorzystuje się do celów jakościowej i ilościowej analizy chem. (rentgenospektralna analiza).

Serie widmowe wodoru powstają w wyniku przechodzenia przez elektrony w atomie wodoru z wyższego orbitalu na orbital niższy (tzw. orbital docelowy):

Ogólny wzór na długość fali fotonu odpowiadajacego przejściu pomiędzy dwiema powłokami w atomie wodoru:

0x01 graphic

gdzie:

0x01 graphic

gdzie:

Serie widmowe w atomie wodoru to, wg orbitalu docelowego:

  1. seria Lymana, przejście na orbital n=1 (inaczej seria K)

  2. seria Balmera, przejście na orbital n=2 (inaczej seria L)

  3. seria Paschena, przejście na orbital n=3 (inaczej seria M)

  4. seria Bracketta, przejście na orbital n=4 (inaczej seria N)

  5. seria Pfunda, przejście na orbital n=5 (inaczej seria O)

  6. seria Humpreysa, przejście na orbital n=6 (inaczej seria P)

1



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
SPEKTROSKOPIA(1), TŻ, SEMI, SEM II, fizyka
Spektroskopia atomowa, TŻ, SEMI, SEM II, fizyka
SPEKTROSKOPIA RENTGENOWSKA(1), TŻ, SEMI, SEM II, fizyka
moje spraw.2, TŻ, SEMI, SEM II, fizyka
Postulaty Bohra, TŻ, SEMI, SEM II, fizyka
nr18, TŻ, SEMI, SEM II, fizyka
Piezoelektryki są to związki, TŻ, SEMI, SEM II, fizyka
FOTOWOLTAICZNE ZJAWISKO, TŻ, SEMI, SEM II, fizyka
ćwicz 3, TŻ, SEMI, SEM II, fizyka
spr3, TŻ, SEMI, SEM II, fizyka
fizyka przykladowe pytania na egzanim, TŻ, SEMI, SEM II, fizyka
ZESTAW 2, TŻ, SEMI, SEM II, fizyka
nr15, TŻ, SEMI, SEM II, fizyka
nr1, TŻ, SEMI, SEM II, fizyka
doś Francka-Hertza, TŻ, SEMI, SEM II, fizyka
nr12, TŻ, SEMI, SEM II, fizyka

więcej podobnych podstron