Курсовая работа: Теоретичні основи спектральних методів аналізу

Довжина хвилі λ – відстань між двома максимумами, нм.

Хвильове число ύ – число хвиль в 1 см.

Швидкість с_і – швидкість розповсюдження випромінювання у певному середовищі, у вакуумі вона максимальна (с = 2,99792 × 10¹⁰ см·с^-1 ≈ 300 000 км·с^-1 ). У будь-якому іншому середовищі с_і = с / п, де п – показник заломлення.

Інтенсивність І – енергія випромінювання в 1 с, що приходиться на одиницю тілесного кута; вона пропорційна квадрату амплітуди (на практиці часто за інтенсивність приймають значення аналітичного сигналу у вільних одиницях, наприклад, число поділок шкали пристрою).

Площина поляризації – площина ХY , в якій коливається електричне поле. Світловий потік, що складається з багатьох плоскостей поляризації, називають неполяризованим, а світловий потік, в якому всі електричні поля лежать в одній плоскості, – плоскополяризованим.

Довжина хвилі, частота та швидкість випромінювання пов’язані співвідношенням:

ν = с_і /λ

Частота залежить від довжини хвилі та не залежить від швидкості с_і .

Корпускулярні властивості. Випромінювання складається з потоку дискретних частинок (квантів світла, або фотонів), що рухаються зі швидкістю світла. Фотон – матеріальна частинка з певними масою та імпульсом, що відхиляється від прямолінійного шляху під дією сили тяжіння, але, на відміну від інших матеріальних тіл, рухається тільки зі швидкістю світла. Кожен фотон має енергію, пов’язану з його масою та частотою або довжиною хвилі співвідношеннями:

Е = тс² = hν або Е = hс / λ,

де h – постійна Планка, що дорівнює 6,62·10^-34 Дж·с = 4,1·10^-15 еВ·с.

Отже, кожен фотон можна за необхідності охарактеризувати частотою або енергією.

Подвійна (хвильова та корпускулярна) природа властива усім матеріальним тілам та фізичним полям. Між масою, швидкістю та довжиною хвилі будь-якого тіла існують такі ж співвідношення, як і для фотона:

Е = тν² = hν = hυ / λ,

де υ – швидкість руху тіла. Звідси

λ = h / тυ²

В залежності від маси та швидкості тіла домінує хвильова або корпускулярна властивість. При великих масах та малих швидкостях (набагато менших швидкостях світла) довжини хвиль матеріальних тіл настільки малі, що їх хвильові властивості не можна виявити за допомогою сучасної вимірювальної техніки. При швидкостях, близьких до швидкості світла, та при дуже малих масах матеріальних тіл (електрон, позитрон) проявляється їх хвильова природа. При взаємодії потоку фотонів, тобто електромагнітного випромінювання, зі всією речовиною (заломлення на границі двох середовищ, відбиття від поверхні, дифракція) домінує хвильова природа, при взаємодії з окремими атомами або молекулами – корпускулярна.

Спектр електромагнітного випромінювання. Сукупність всіх частот (довжин хвиль) електромагнітного випромінювання називають електромагнітним спектром. Інтервал довжин хвиль від 10^-10 до 10^-1 м розбивають на області (схема 1): ультрафіолетова (УФ) область займає діапазон ~10 – 380 нм; інфрачервона (ІЧ) область 750 – 10⁵ нм; видиме світло, що використовується у найбільш розповсюджених методах аналізу, займає вузьку область 380 – 750 нм.

Схема 1

Області електромагнітного спектру

Потік фотонів з однаковою частотою має назву монохроматичного, з різними частотами – поліхроматичного. Звичайний потік випромінювання, що спостерігають від розпалених тіл, зокрема сонячне світло, є поліхроматичним.

2 . Будова атома та походження атомних спектрів

Атом – дискретна частинка речовини розміром ~ 10^-8 см, що складається з позитивно зарядженого ядра з радіусом ~ 10^-12 см та негативно заряджених електронів, що рухаються навколо нього. Швидкість електрона настільки велика, що в атомі домінують його хвильові властивості. Довжину хвилі електрона, що рухається (~10^-8 см), можна порівняти з атомними розмірами, тому електрон не представляють у вигляді дискретного об’єкту, як це робиться в класичній фізиці, наприклад при русі електронів в газорозрядній трубці. Електрон начебто розмазаний по атому у вигляді хвилі, і можна говорити лише про можливість його перебування у якійсь точці в середині атому або про розподіл густини негативного заряду навколо ядра, який може бути достатньо складним.

Області з максимальною густиною заряду називають електронними орбіталями або енергетичними рівнями, оскільки кожна орбіталь характеризується певною енергією. Енергетичний стан всього атому визначається в основному енергією електронних орбіталей.

Кожен електрон і атом, а отже, енергетичний рівень описують набором чотирьох квантових чисел: головного, побічного, магнітного та спінового.