Устройство спектральных приборов

Спектры атомов

Атомы разных элементов могут поглощать (абсорбция) или излучать (эмиссия) энергию. При поглощении энергии электроны атома переходят на более высокий энергетический уровень – возбуждаются, а при излучении возвращаются в нормальное состояние. Строение атомов каждого элемента уникально, поэтому каждый элемент характеризуется уникальным набором электронных переходов при поглощении или испускании энергии. Совокупность электронных переходов при излучении атомом энергии характеризуется атомным спектром. Каждому электронному переходу соответствует отдельная линия спектра.

Спектр (лат.) – набор простых колебаний, расположенных в определенном порядке. Спектры бывают непрерывные, линейчатые и полосчатые. Все эти спектры встречаются у нагретых тел и называются эмиссионными спектрами испускания. По спектрам поглощения и испускания можно определить природу вещества (качественный анализ), а по интенсивности спектральных линий – количество вещества (количественный анализ). Система, которой извне сообщено некоторое количество энергии, называется возбужденной. Такая система неустойчива и стремится быстро вернуться в исходное состояние с меньшей энергией. При этом система теряет квант (h ν) энергии. Этот процесс сопровождается выделением тепла, излучением определенной частоты, либо тем и другим одновременно. Наиболее часто наблюдается линия испускания, соответствующая переходу из первого возбужденного состояния в основное, т.е. в состояние с наименьшей энергией. Спектр поглощения вещества в видимой области (λ = 400-760 нм) и его цвет, воспринимаемый человеческим глазом, взаимосвязаны между собой. Цвет – свойство света вызывать определенное зрительное ощущение в соответствии со спектральным составом отражаемого или испускаемого излучения. Отдельные узкие участки спектра видимого излучения дают цветовое ощущение семи основных цветов и множества различных оттенков между ними (табл.)

Основной цвет	λ,нм
Красный Оранжевый Желтый Зеленый Голубой Синий Фиолетовый	760-650 650-600 600-560 560-490 490-450 450-420 420-400

Прибор для проведения спектрального анализа имеет следующие основные узлы: источник возбуждения, диспергирующий элемент, приемник света. В источнике возбуждения вещество атомизируется и возбужденные частицы испускают свет, который диспергирующим элементом разделяется в пространстве на отдельные составляющие, а приемник света их фиксирует. Кроме этого в приборе имеется оптическая система, предназначенная для получения параллельного пучка света, его фокусировки и т.д.

1. Источники возбуждения – переводят вещество из конденсированной фазы в парообразную и возбуждают вещество в этой фазе, путем сообщения ему энергии.

а) пламя – 900-3000^оС. Возбуждение термического характера. Определяет около 40 элементов.

б) дуга – до 7000^оС. Возбуждение за счет электрического разряда большой силы тока и небольшого напряжения. Дает спектры всех элементов. Их недостаток – чрезмерная яркость. Используется в качественном и полуколичественном анализе.

в) искра – от 7000 до 12000^оС. Возбуждение создается специальными искровыми генераторами. Дает четкие спектры всех элементов. Они неяркие, но стабильные. Используется в количественном анализе.

2. Диспергирующий элемент – разлагает излучение в спектр. Преобразует излучение в монохроматическое, т.е. разделяет на пучки с одинаковой длиной волны и фазой колебания. Это главная часть прибора, определяющая его аналитические возможности и основные характеристики: линейную дисперсию (отношение расстояния между спектральными линиями к разнице между длинами их волн) и разрешающую способность (способность давать раздельное изображение двух спектральных линий с близкими длинами волн). Обычно это призмы, дифракционные решетки, интерференционные устройства.

3. Приемники света – позволяют зафиксировать и визуализировать спектр. Это глаз наблюдателя, фотопластинка и фотоэлемент.

а) Фотопластинка имеет светочувствительный слой – кристаллы бромида серебра. При попадании на пластинку света происходит фотолиз соли с образованием серебра. AgBr + h ν → Ag + Br. Затем фотопластинку обрабатывают специальными веществами. В результате на пластинке проявляется изображение спектра.

б) Фотоэлемент – это устройство, преобразующее световую энергию в электрическую. Действие фотоэлемента основано на использовании фотоэффекта. При внешнем фотоэффекте поглощение света приводит к отрыву электрона с облучаемой поверхности. Внутренний фотоэффект характеризуется увеличением электрической проводимости под действием света. Важным свойством приемников света является их чувствительность – величина, обратная количеству освещения, необходимого для получения почернения, на 0.2 превышающего почернение вуали при освещении белым светом. Спектральная чувствительность – это функция зависимости чувствительности от длины волны S=f (λ).

Дата добавления: 2014-01-14