Курсовая работа: Теоретичні основи спектральних методів аналізу
I = пhνkі Вkі Nk ,
де п – число фотонів з частотою νkі ; Вkі – коефіцієнт Ейнштейна, що показує можливість переходу від стану k в стан і ; Nk – число атомів в стані k, що поглинають.
Випускання – спонтанний процес, тому що атом завжди намагається перейти з нестабільного збудженого стану в більш стабільний стан з меншою енергією. Навпаки, поглинання – вимушений процес, що збільшує енергію атому за рахунок поглинутого фотона.
Якщо передати атому високу енергію (103 – 105 еВ) (наприклад, опромінити речовину потоком швидких електронів або рентгенівським випромінюванням), то можливо збудження внутрішнього електрону та вилучення його з орбіталей K, L і т.д. В цьому випадку на вільне місце може перейти електрон з більш віддаленої орбіталі (наприклад, з L на К -орбіталь, з М на L -орбіталь, з М на К -орбіталь). При цьому випускається квант рентгенівського випромінювання.
3 . Будова молекул та походження молекулярних спектрів
Молекули складаються з двох чи більше атомів, з’єднаних між собою в певному порядку хімічними зв’язками, які утворені при взаємодії зовнішніх електронів. При цьому атоми зближаються, але так, що їх завершені оболонки не торкаються. Енергетична будова молекули складніша, ніж у атома. Наряду з рухом електронів відбувається коливальний рух самих атомів, точніше їх ядер, та обертання молекули як цілого. Отже, в будь-якому стаціонарному стані енергія молекули складається з електронної, коливальної та обертальної енергій:
Е = Еел + Екол + Еоб
Найбільший вклад в повну енергію вносить енергія електронів, найменший – енергія обертання молекули:
Еел >>Екол >> Еоб
Обертання молекул проявляється у речовин лише в стані газу, в конденсованих станах (рідкому та твердому) обертання ускладнено.
Так само як і атом, молекула може існувати лише в певних енергетичних станах, що називаються енергетичними рівнями (орбіталями). Кожному електронному стану відповідають коливальні рівні, а кожному коливальному рівню – обертальні. Будь-який рівень, окрім головного, побічного, магнітного та спінового, характеризується коливальним та обертальним квантовими числами.
Походження молекулярних спектрів. При отриманні енергії ззовні чи при втраті її молекула переходить з одного енергетичного рівня на інший. У молекул, так само як і у атомів, найбільш збудливими є зовнішні (оптичні) електрони. Енергія збудження зовнішніх електронів молекул приблизно така сама, як в атомах (150 – 600 кДж·моль-1 ), що відповідає випромінюванню в видимій та УФ – ділянках спектру. Переходи між коливальними рівнями в межах одного електронного стану відповідають меншим енергіям (0,4 – 150 кДж·моль-1 , випромінювання в ІЧ-області), переходи між обертальними рівнями характеризуються ще меншою енергією (0,01 – 0,4 кДж·моль-1 , випромінювання в далекій інфрачервоній та мікрохвильовій областях).
Переходи між енергетичними рівнями зі зміною головного квантового числа є електронними, між коливальними рівнями – коливальними, між обертальними рівнями – обертальними (відповідно спектри називають електронними, коливальними та обертальними ). Чистих електронних та коливальних спектрів не існує. Електронний перехід обов’язково супроводжується зміною коливального та обертального станів, а коливальний перехід призводить до змін обертального стану.
В спектроскопії частіше використовують збудження молекули під дією електромагнітного поля. При цьому молекула поглинає фотони з енергією, рівною різниці енергій її орбіталей. Сукупність всіх поглинутих частот складає спектр поглинання молекули (молекулярний абсорбційний спектр ). Збудження молекул іншими видами енергій, наприклад в плазмі, не викор
истовують, бо більшість речовин в цих умовах розпадається. Число енергетичних станів молекул велике, а енергії окремих переходів бувають настільки близькими, що розрізнити їх неможливо. Тому в молекулярних спектрах спектральні лінії з близькими частотами зливаються в одну смугу поглинання .
В молекулах, як і в атомах, не всі енергетичні зміни рівно вірогідні. Так, заборонені переходи більше ніж одного електрону за один акт, переходи зі зміною побічного квантового числа більш ніж на одиницю, переходи зі зміною спіну. Проте вірогідність заборонених енергетичних змін в молекулах трохи вище, ніж в атомах, наприклад зміна спіну.
Вірогідність поглинання фотонів визначає інтенсивність спектральних ліній, що складають смугу поглинання. Максимум смуги відповідає лінії з найбільшою інтенсивністю.
4 . Класифікація спектроскопічних методів аналізу
Методи спектроскопії можна класифікувати за рядом ознак.
1. За типом оптичних явищ розрізняють спектроскопію випускання, поглинання та розсіяння. Спектроскопію випускання, в свою чергу, поділяють на емісійну та люмінесцентну.
2. У відповідності до діапазонів енергії електромагнітного випромінювання спектроскопію поділяють на наступні основні види: γ–спектроскопію, рентгенівську спектроскопію, оптичну спектроскопію (до неї включають спектроскопію в УФ та видимій областях, а також ІЧ – спектроскопію), радіоспектроскопію (до неї включають мікрохвильову спектроскопію та власне радіочастотну спектроскопію).
3. За об’єктами, що вивчають, спектроскопію поділяють на ядерну, атомну та молекулярну, до ядерної спектроскопії (що включає, власно кажучи, α –, β – та γ – спектроскопію) належить аналітична месбауеровська спектроскопія. До атомної спектроскопії відносять атомно–емісійну, атомно–флуоресцентну, атомно–абсорбційну, рентгенофлуоресцентну, ЕПР та ЯМР – спектроскопію. До молекулярної спектроскопії належать електронна молекулярна абсорбційна спектроскопія (в УФ та видимій областях спектра), ІЧ– спектроскопія, спектроскопія комбінаційного розсіяння, мікрохвильова та люмінесцентна спектроскопія.
Класифікація спектроскопічних методів аналізу представлена на схемі 2.
5 . Оптичні методи аналізу
У фармацевтичній практиці найбільш уживаними є оптичні методи аналізу.