December 10 2016 04:58:49
School Nogma
Навигация
 
Авторизация
Логин

Пароль



Вы не зарегистрированы?
Нажмите здесь для регистрации .

Забыли пароль?
Запросите новый здесь.
 
Спектральный анализ
Физические основы информации

Приведем диапазон длин волн и энергий квантов (частиц) для различных волн.

Видимый диапазон: λ = 380-760 нм,      εф = hν = 1,6-3,2эВ

Рентгеновское излучения: λ = 0,0012-12 нм,      εф = 100эВ-1МэВ.

Гамма – излучение: λ < 0,0012 нм,      εф > 1МэВ.

Длина волны де Бройля для электрона: img738 для нейтрона img739, энергия E измеряется в МэВ.

Спектральный анализ – физические методы качественного и количественного определения состава вещества, основанные на получении и исследовании его спектров. Основа спектрального анализа – спектроскопия атомов и молекул, где спектральные линии в спектрах испускания и поглощения отвечают определенным излучательным квантовым переходам. Полная энергия молекулы

img740

где квантовые числа n, υ и j описывают электронные, колебательные и вращательные спектры. Для водородоподобных атомов энергия электронных состояний для внешнего электрона

img741                         (IV.13.4)

Здесь Е0 = 13,6эВ, Zэфф – эффективный заряд ядра, зависящий от порядкового номера элемента и экранировки поля ядра электронными оболочками. Для колебательных энергетических уровней

img742

где img743 – частота колебаний молекулы. Для вращательных уровней

img744

где B = h2/2I – вращательная постоянная, I – момент инерции молекулы. Типичные значения B~10-2-10-3 эВ, что соответствует длине волны излучения l~10-3м, лежащей в области СВЧ диапазона. Число вращательных уровней между соседними колебательными уровнями определяется расстоянием DEu между этими уровнями

img745

Эмиссионный спектральный анализ производится на основе получения и исследования с помощью спектральных приборов спектров испускания атомов, ионов и молекул, возбужденных каким-либо способом (часто используются электрические источники света в виде различного рода разрядов). Лазерная спектроскопия основана на использовании монохроматического лазерного излучения для селективного возбуждения определенных энергетических уровней атомов и молекул. Это позволяет достигнуть такой чувствительности, при которой возможна регистрация несколько десятков атомов в 1 см3. Фокусируя лазерное излучение, удается исследовать состав малых количеств вещества в областях с размером порядка длины волны излучения. Качественный спектральный анализ основан на сопоставлении полученного спектра исследуемого вещества со спектральными линиями, приведенными в специальных таблицах. В основе количественного спектрального анализа лежит соотношение, связывающее концентрацию определяемого элемента с отношением интенсивностей линий определяемой примеси и линии сравнения.

Рентгеновский спектральный анализ выполняется по характеристическим линиям в спектре испускания исследуемого образца, частота uхар которых определяется законом Мозли (1913 г.)

img746

где R – постоянная Ридберга, Z – порядковый номер элемента, Sn – постоянная экранирования, n – главное квантовое число (k – серия наблюдается для n = 1, L – серия – для n = 2, M – серия для n = 3). Методом рентгеновского спектрального анализа могут быть идентифицированы все элементы с Z ³ 11.

Гамма – спектроскопия позволяет изучать переходы между энергетическими уровнями атомного ядра, где энергия ядра

img747

может быть записана как сумма энергий взаимодействия нуклонов ядра Eя, взаимодействия заряда ядра с электронными оболочками Eяэ и взаимодействия магнитного момента ядра с магнитным полем электронных оболочек. Наименьшая энергия возбуждения ядра, находящегося в основном состоянии, E01 ³ 104 эВ. В силу большой величины энергии перехода между уровнями соответствующие кванты
g-излучения обладают большим импульсом, поэтому в уравнении закона сохранения энергии необходимо учитывать эффект отдачи, т.е. кинетическую энергию ядра

img748

Здесь img749 – энергия g-кванта, M – масса ядра. В результате линия испускания и поглощения g-кванта сдвинуты по оси энергии на величину, существенно превышающую естественную ширину линий (Г/Е01~10-15) (см. рисунок 1).

                                           интенсивность


                              Г



                         Е01кин       Е01      Е01кин

                                   Рис. 1

В принципе скомпенсировать сдвиг линий испускания и поглощения можно с помощью эффекта Доплера, однако для этого требуется скорость источника или приемника излучения порядка 103м/с. Гамма – спектроскопия стала развиваться только после открытия в 1958г. эффекта Мессбауэра – испускания и поглощения γ-квантов атомами кристаллической решетки без существенного изменения кинетической энергии ядра.(Екин<Г).

Комментарии
Нет комментариев.
Добавить комментарий
Пожалуйста, залогиньтесь для добавления комментария.
Рейтинги
Рейтинг доступен только для пользователей.

Пожалуйста, авторизуйтесьили зарегистрируйтесь для голосования.

Нет данных для оценки.

Время загрузки: 0.04 секунд 4,204,151 уникальных посетителей