Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Взаимодействие с излучением

Билет 24.

1. Понятие спектра. Спектр испускания и поглощения. Спектральные закономерности.

2. Найдите смещение луча при прохождении его через плоскопараллельную пластинку из стекла с показателем преломления 1,55, если угол падения равен 45 градусам, а толщина пластинки 1 см.

Спектр — является совокупностью каждого из значений любой физической величины, которая характеризует систему либо процесс.

Зачастую используют определения частотного спектра колебаний (например, электромагнитных), спектра энергий, импульсов и масс частиц. Спектр может быть непрерывным и дискретным (прерывистым).

Оптические спектры — это спектры электромагнитных излучений в ИК, видимом и UF диапазонах длин волн. Оптические спектры делятся на спектры испускания, спектры поглощения (абсорбционные спектры), спектры рассеяния и спектры отражения.

Оптические спектры получают от источников света при разложении их излучения по длинам волн λ (либо частотам v=c/λ, либо волновым числам 1/λ = v/c, которые также обозначаются как v) при помощи спектральных приборов. Чтоб охарактеризовать распределение излучения по частотам, вводится спектральная плотность излучения I (v), которая равна интенсивности излучения I, которая приходится на единичный интервал частот (интенсивность излучения I является плотностью потока электромагнитного излучения, приходящегося на все частоты). Интенсивность излучения, которая приходится на маленький спектральный интервал Δv, равна I (v)Δv. Просуммировав подобные выражения по всем частотам спектра, получаем плотность потока излучения I.

Спектром испускания называют спектр, получаемый при разложении света, излученного самосветящимися телами.

Спектральный состав излучений различных веществ весьма различен. Но многочисленные наблюдения и фотографии спектров показывают, что все спектры испускания можно разделить на три сильно отличающихся друг от друга типа, которые определяются состоянием светящегося объекта.

1. Сплошные (непрерывные) спектры.

В сплошном спектре представлены все цвета (длины волн), причем переход от одного цвета к другому совершается постепенно (непрерывно)

Сплошные спектры излучаются раскаленными твердыми и жидкими веществами, а также газами, находящимися под большим давлением. Это указывает на то, что вид непрерывного спектра и сам факт его существования определяются не только свойствами отдельных излучающих атомов, но и в сильной степени зависят от взаимодействия атомов друг с другом.

2. Линейчатые спектры.

Линейчатым называют спектр, состоящий из отдельных резко очерченных цветных линий, отделенных друг от друга широкими темными промежутками. Каждая линия представляет собой изображение щели спектрографа в определенном узком интервале длин световых волн.

Такие спектры получаются от светящихся атомарных газов или паров. Линейчатые спектры обусловлены переходами валентных электронов возбужденных атомов на более низкие энергетические уровни.

3. Полосатые спектры.

Состоят из отдельных полос, разделенных темными промежутками. С помощью очень хорошего спектрального аппарата можно обнаружить, что каждая полоса представляет собой совокупность большого числа очень тесно расположенных линий.

Полосатые спектры излучаются отдельными возбужденными молекулами (молекулярный газ). Излучение вызвано как электронными переходами в атомах, так и колебательными движениями самих атомов в молекуле.

Спектры поглощения получают, пропуская свет от источника, дающего сплошной спектр, через вещество, атомы и молекулы которого находятся в невозбужденном состоянии.

Спектры поглощения твердых и жидких тел обычно имеют вид широких темных полос, закрывающих часть сплошного спектра источника, а в случае атомарных газов и паров они состоят из отдельных черных линий, видимых на фоне сплошного спектра.

Для спектров поглощения открыт закон обратимости спектральных линий Кирхгофа: линии поглощения соответствуют линиям испускания, т.е. атомы менее нагретого вещества поглощают из сплошного спектра как раз те частоты, которые они в других условиях испускают.

Опытами Ньютона было установлено, что солнечный свет имеет сложный характер. Подобным же образом, т. е. анализируя состав света при помощи призмы, можно убедиться, что свет большинства других источников (лампа накаливания, дуговой фонарь и т. д.) имеет такой же характер. Сравнивая спектры этих светящихся тел, обнаружим, что соответственные участки спектров обладают различной яркостью, т. е. в различных спектрах энергия распределена по-разному. Еще надежнее удостовериться в этом можно, если исследовать спектры при помощи термоэлемента.

Для обычных источников эти различия в спектре не очень значительны, однако их можно без труда обнаружить. Наш глаз даже без помощи спектрального аппарата обнаруживает различия в качестве белого света, даваемого этими источниками.

Еще значительнее различия, если источником света вместо раскаленного тела служит трубка, наполненная газом, светящимся под действием электрического разряда. Спектральные исследования света подобных источников показывают, что в их спектре имеются только отдельные более или менее узкие цветные участки.

Линейчатый спектр атома представляет собой совокупность большого числа линий, разбросанных по всему спектру без всякого видимого порядка. Однако внимательное изучение спектров показало, что расположение линий следует определенным закономерностям. Яснее всего, конечно, эти закономерности выступают на сравнительно простых спектрах, характерных для простых атомов. Впервые такая закономерность была установлена для спектра водорода.

В 1885 г. швейцарский физик и математик Иоганн Якоб Бальмер (1825—1898) установил, что частоты отдельных линий водорода выражаются простой формулой:

Спектры других атомов значительно сложнее, и распределение их линий в серии не так просто. Оказалось, однако, что спектральные линии всех атомов могут быть распределены в серии. Крайне важно, что сериальные закономерности для всех атомов могут быть представлены в форме, подобной формуле Бальмера, причем постоянная R имеет почти одно и то же значение для всех атомов.

Существование спектральных закономерностей, общих для всех атомов, указывало несомненно на глубокую связь этих закономерностей с основными чертами атомной структуры.

Билет 25.

1. Виды спектроскопии: атомно-абсорбционный анализ, атомно-эмиссионный анализ, молекулярный спектральный анализ и их применение в судебной экспертизе.

2. Чему равен угол отражения, если угол падения и угол отражения вместе образуют угол в 90 градусов?

Спектроскопические методы исследования базируются на использовании собственного излучения атомов и молекул исследуемого вещества — спонтанного (самопроизвольного) или вынужденного воздействием внешних источников — либо поглощения внешнего излучения атомами или молекулами.

Процесс практической реализации С. м. и. заключается в следующем: излучение исследуемого объекта, воспринимаемое оптическим (спектральным) прибором, развёртывается в спектр; состав изучаемой газовой среды или модели определяется по присутствующим в спектре атомным линиям и молекулярным полосам, соответствующим различным химическим элементам и соединениям; параметры среды или объекта определяются по абсолютной или относительной интенсивности спектральных линий, по их уширению и смещению. При реализации С. м. и. используются спектральные приборы, работающие в различных областях спектра (от УФ до ИК), самого разного назначения (спектрографы, спектрометры, интерферометры Фабри — Перо и другие). Погрешность определения исследуемых параметров в зависимости от условий эксперимента изменяется от 2—3% до 10—15%.

- Электронная Оже-спектроскопия (позволяет судить о химическом составе поверхностного слоя исследуемого вещества, а в ряде случаев также дает сведения о химических связях атомов в нем.)

- Масс-спектроскопия вторичных ионов (При этом методе происходит распыление поверхности исследуемого материала пучком ионов с последующим анализом продуктов распыления, а именно выбитых вторичных ионов. Вторичные ионы несут информацию о химическом составе 2-3 поверхностных атомных слоев в зоне зонда и исследуются посредством масс-спектрометра. Метод обладает высокой чувствительностью и позволяет определять все химические элементы, включая водород и гелий.)

- Лазерный микрозондовый анализ (позволяет исследовать все виды материалов и анализировать как положительные, так и отрицательные ионы всех химических элементов, а также разрешать изотопы и идентифицировать органические радикалы. Недостатком метода является достаточно низкая точность определения количественного содержания элементов)

Еще один метод спектрального анализа – атомно-абсорбционная спектрометрия – представляет собой очень распространенный метод элементного анализа. Метод основан на измерении разности энергетических уровней валентных электронов, то есть по существу на тех же самых физических принципах, что и атомно-эмиссионная спектрометрия, но в атомной абсорбции используется не излучение, а поглощение световых квантов. В зависимости от своей природы атомы поглощают кванты определенной энергии причем, чем большую энергию поглощают электроны, тем на более отдаленные от ядра орбиты они попадают. Итак, если анализируемая проба переведена в атомарное состояние, то при прохождении света определенной длины волны поток квантов на выходе должен ослабеть. Положение полосы поглощения в спектре зависит от природы определяемых атомов, а уменьшение интенсивности поглощения – от количества этих атомов. В методе атомно-абсорбционной спектрометрии пробу надо предварительно испарить, а сухой остаток атомизировать. Естественно, что проще всего атомизация протекает при тепловом воздействии. Правда, температура в атомизаторах ниже, чем в источниках возбуждения атомно-эмиссионных спектрометров, что недостаточно для того, чтобы возбудить атомы. Этой цели служит внешний источник излучения. При сравнительно мягких температурных режимах атомизатора многие вещества не переходят в парообразное состояние и их приходится вначале превращать в такие химические соединения, которые легко поддаются атомизации. Чаще всего их предварительно растворяют и для анализа используют водные растворы. В атомно-абсорбционной спектрометрии используется пламенная и непламенная атомизация. В первом случае раствор вводят в пламя, во втором – пробы наносят на графитовые стержни, находящиеся внутри маленькой печи и нагревают. При пламенной атомизации продукты сгорания легко воспламеняемых смесей поднимаются в верхнюю часть языка пламени, то есть атомы определяемого элемента быстро выносятся на воздух. При использовании графитовых атомизаторов атомы поступают в почти закрытую камеру и находятся там довольно долго. Понятно, что именно второй способ атомизации позволяет анализировать очень малые пробы, поэтому он и нашел наиболее широкое применение в криминалистических лабораториях. Графитовый атомизатор освещается от внешнего источника световым потоком, направленным вдоль главной оси атомизатора. При прохождении пробы интенсивность светового потока уменьшается, так как атомы определяемого элемента поглощают свет определенной длины волны. Измерить уменьшение интенсивности при использовании белого света довольно сложно, потому что трудно точно оценить потемнение отдельной линии на общем светлом фоне. Однако можно пойти по другому пути и предварительно разложить белый цвет на отдельные компоненты, пропуская его, например через призму. После этого на образец можно направить только ту часть спектра, которая излучает линию, характерную для поглощения атомов определяемого элемента. Тем самым мы устраняем сразу два недостатка использования белого цвета. Во–первых, уменьшается время нахождения в атомизаторе испаренной пробы и тем самым снижается вероятность потери пробы при диффузии через концы трубки. Во– вторых, отпадает необходимость прибегать к высокоинтенсивным лампам, способным донести ослабленный абсорбцией сигнал до фотоприемника. Поиск источника освещения увенчался замечательным открытием: свет должен исходить от возбужденных атомов того самого элемента, который нужно обнаружить в пробе. Простым оказалось и техническое решение проблемы. Практически на любой элемент стали изготавливать свою собственную лампу с полным катодом. Внутри катодной полости, покрытой металлом или сплавом требуемого элемента, можно создать высоковольтный разряд; если на лампу подать напряжение, то атомы материала катода начнут излучать характеристические фотоны. Когда излучение пропускают через газообразную пробу, его интенсивность уменьшается, и по разности в интенсивностях определяют содержание элемента в пробе. Как и в других количественных методах, в атомно-абсорбционной спектрометрии широко используется построение градуировочных графиков по стандартным образцам.

Применение в судебной экспертизе. Эмиссионный спектральный анализ и атомно-абсорбционная спектроскопия: - определение металлизации тела и одежды пострадавшего (трупа) в зоне воздействия металлического тупого твердого предмета; - идентификация тупых твердых (изделия из стекла) и крошащихся (кирпич, асфальт и др.) предметов по элементному составу микрочастиц, обнаруживаемых в зоне телесного повреждения; - установление факта причинения огнестрельных повреждений пулями специального назначения; - обнаружение на теле и одежде трупов металлизации от воздействия деталей транспортных средств; - др виды экспертных исследований, для производства которых необходимо применение эмиссионного спектрального анализа и атомно-абсорбционной спектроскопии.

Атомно-эмиссионная спектрометрия применяется как метод элементного анализа вещества. Принципиально метод основан на том, что измеряются спектры испускания (разность энергии электронов на энергетических уровнях, расположенных на периферии атома, то есть валентных электронов). Поскольку эти величины характеристические для каждого элемента, по положению линий в эмиссионных спектрах можно судить о составе исследуемого вещества. Известно, что при нагревании тела скорость перемещения (диффузии) отдельных компонентов увеличивается По мере увеличения температуры твердого тела, прежде всего, разрушается кристаллическая решетка, затем вещество переходит в жидкое состояние и, в конце концов, происходит испарение (переходит в пар). Что же произойдет при дальнейшем повышении температуры? Представим себе, танцевальные пары в переполненном зале вынуждены двигаться все быстрее и быстрее; столкновения станут неизбежны со всеми вытекающими последствиями. В паровой фазе также при нагревании, то есть при поступлении дополнительной энергии, молекулы вынуждены разрушаться, то есть диссоциировать на отдельные атомы. Энергию, сообщаемую атомам при многократных соударениях, прежде всего воспримут электроны, расположенные на внешних оболочках, то есть валентные электроны. Допустим, что после очередного удара валентный электрон поглощает дополнительную энергию. Если последняя достаточна для перехода электрона на незанятый электронный уровень с более высокой энергией, совершается соответствующий электронный переход, и атом оказывается в так называемом возбужденном состоянии. Возбужденное состояние атома неустойчиво, и рано или поздно электрон вновь возвратится на свою основную орбиту, и атом потеряет приобретенную энергию, испуская фотон (рис.6). Итак, энергия излучения (фотона) равна разности энергетических уровней двух электронных орбит, между которыми произошел переход, и, как мы уже говорили, эта величина зависит от природы атома. За исключением металлов, составляющих первую группу периодической системы, все атомы обладают несколькими валентными электронами, расположенными, как правило, на нескольких валентных электронных орбитах (уровнях). Таким образом, для переходов валентных электронов может быть использовано несколько орбит, и в зависимости от того, на какой энергетический уровень выйдет электрон при переходе атома в возбужденное состояние, меняется и энергия фотона, испускаемого при возвращении атома в основное состояние. Поэтому атом характеризуется не одной полосой испускания, а набором (спектром) этих полос. Энергия фотонов и длина волны излучаемого света связаны обратной пропорциональной зависимостью: чем выше энергия излучения, тем меньше длина волны. При переходах валентных электронов испускаются фотоны с длинами волн, соответствующими электромагнитному излучению в видимой или ультрафиолетовой области спектра. Длину волны, то есть энергию, излучения в видимой области можно оценить по получающейся окраске. При изучении спектров испускания (эмиссионных спектров) к пробе необходимо подвести энергию, достаточную для того, чтобы разорвать связи между атомами, то есть атомизировать вещество, а затем возбудить образовавшиеся атомы. Испускаемые фотоны фокусируют, разделяют по энергиям и оценивают излучение по энергии при интенсивности (рис.7). Для получения энергии, необходимой для атомизации пробы и возбуждения образовавшихся атомов, можно использовать различные источники. При использовании высокотемпературных пламенных источников основную роль для возбуждения атомов играют многократные столкновения, о которых уже говорилось. В качестве источника возбуждения используют и дуговой разряд, то есть разряд между двумя электродами, один из которых содержит анализируемую пробу. При дуговом способе возбуждения атомы получают дополнительную энергию не только в результате столкновений, но и благодаря увеличению кинетической энергии электронов. В последние годы появились новые, в частности плазменные, эмиссионные источники. Высокочастотный плазменный «факел» по существу – это разряд в аргоновой атмосфере. Проба в виде аэрозоля поступает в высокотемпературное пламя разряда, а источником возбуждения служит высокотемпературная плазма, образованная ионами и электронами, возникающими при высокочастотных колебаниях поля. Находясь в возбужденном состоянии, атомы излучают свет разной длины волны. Для выделения характеристического излучения используют разные оптические приспособления, основанные на преломлении и фокусировке света. Если свет, выходя из узкой щели, встречает на пути стеклянную призму (углы призмы специально подбираются), то световой поток делится на отдельные компоненты, которые затем проектируются на экране в виде нескольких цветных линий (рис.8). В последнее время появились новые оптические устройства, основанные на совместном применении явлений дифракции и интерференции. Аналогичные результаты дает и использование оптических решеток с набором щелей (рис.9). Разложенный свет содержит собственные окрашенные возбужденные компоненты – фон спектра, на котором четко выделяются более яркие линии возбужденных атомов анализируемого вещества. При появлении метода атомно–эмиссионного анализа дифракционную картину регистрировали на фотопластинке. Этот способ регистрации спектров широко используется и в настоящее время. Спектр на проявленной фотопластинке представляет собой набор различных по интенсивности довольно четких темных линий (полос). Для того чтобы определить состав образца, необходимо полосы на спектре идентифицировать (отнести по длинам волн). Подобную задачу можно решить, совместив изображения на фотопластинке со шкалой длин волн, но на практике лучше всего зарекомендовал себя иной метод. На верхней или нижней части той самой фотопластинки, на которой записывают спектр анализируемой пробы, предварительно отпечатывают спектр металлического железа. Спектр железа содержит множество линий, и, зная их точное положение, можно легко провести градуировку полос в спектре объекта неизвестного состава. Фирмы, выпускающие детектирующие устройства к атомно–эмиссионным спектрометрам, поставляют фотопластинки с нанесенным на них спектром железа, где обозначены также положения характеристических линий некоторых других элементов. После необходимой обработки спектр с фотопластинки проецируется на небольшой экран и путем сравнения положений линий в спектрах железа и анализируемого образца проводится отнесение неизвестных линий. В последнее время для регистрации излучения применяются уже электронные устройства в комбинации с ЭВМ. Внедрение компьютеров позволяет использовать для идентификации вещества не только несколько отдельных характеристических линий, а весь спектр, разрешенный с точностью до нанометра.

Молекулярный спектральный анализ основан на изучении спектров электромагнитного излучения в инфракрасном, видимом и ультрафиолетовом диапазонах электромагнитных волн. При спектрофотометрическом анализе световой поток видимого или ультрафиолетового излучения от источника света через систему оптических зеркал попадает в монохроматор, где свет разлагается на отдельные компоненты, из которых выходная щель монохроматора в зависимости от угла поворота решетки выделяет свет определенной длины волны (близкого диапазона волн). Такой «профильтрованный» свет и попадает на образец. Путем поворота монохроматора можно добиться того, что на анализируемый образец. Путем поворота монохроматора можно добиться того, что на анализируемый образец будет попадать свет заданной длины волны. Интенсивность светового потока, проделавшего путь от источника излучения через монохроматор и образец, измеряется в фотоприемнике. По устройству спектрофотометры, работающие в видимой и ультрафиолетовой областях спектра, между собой почти не отличаются, однако для исследования в ультрафиолетовой области необходим особый источник излучения и специальные кварцевые кюветы, поскольку обычное стекло поглощает ультрафиолетовые лучи. Возможность применения явления поглощения света в количественном анализе основана на строгих математических зависимостях. На первом этапе работы со спектрофотометром необходимо обеспечить постоянную плотность светового потока, то есть качество источника излучения и всей оптической системы преобразований светового потока. Затем готовят «холостые пробы», которые по своему составу близки к анализируемым образцам, но не содержат даже следовых количеств определяемых компонентов. Интенсивность света, пропущенного холостым раствором, принимается за нулевое значение. Эта операция, получившая название установки нуля, очень важна, потому что свет определенной длины волны зачастую поглощает не один, а сразу несколько компонентов раствора. В этих случаях результаты анализов оказываются неточными, и чтобы уменьшить погрешности, приходится проводить довольно сложные расчеты и вносить затем соответствующие поправки. Таким образом, в ходе анализа на пути светового потока помещается, прежде всего «холостой» раствор, показание регистрирующего прибора выводится на нулевую отметку, затем на место «холостого» образца устанавливается анализируемый образец и регистрируется показание прибора. В современных спектрофотометрах такая двухступенчатая схема измерений заменена на одноступенчатую. Для этого свет, выходящий из монохроматора, делится на два потока, которые направляются на две кюветы (специальные емкости, в которые наливаются растворы для измерения) с растворами образца и «холостой» пробы. Детектор воспринимает сигналы от каждого светового потока, и, если плотности этих потоков между собой заметно отличаются, то часть светового потока начинают отсекать путем введения оптического клина. По мере того как толщина клина увеличивается, интенсивность потока света снижается, и, наконец, при определенном положении клина плотность обоих потоков становится одинаковой. Аналитику остается только зарегистрировать положение клина, которое зависит от поглощения анализируемого образца. Последнюю операцию – пересчет показаний детектора на концентрацию анализируемого компонента – выполняет микропроцессор. Молекула не является какой-то жесткой конструкцией. В то время пока электроны непрерывно вращаются по своим орбитам, атомы, объединенные в молекулу, также не статичны, а, как правило, совершают те или иные движения относительно друг друга. В двухатомных молекулах движения (называемые колебаниями) вдоль линии связи приводят к изменению расстояния между соседними атомами (валентные колебания), а в многоатомных и к изменению угла между соседними связями (деформационные колебания). Каждый атом колеблется с собственной частотой и амплитудой. Тепловая энергия, выделяющаяся при таких колебаниях, по своей величине соответствует излучению возбужденной молекулы в инфракрасной (ИК) области спектра. Это означает, что, поглотив энергию одного ИК-фотона, атомы, образующие химическую связь, начнут колебаться быстрее, а испустив энергию ИК-фотона, уменьшают частоту колебаний. Для атомов, входящих в молекулу, характерны движения еще одного вида – вращения атомов вокруг б-связи. Переходы между вращательными энергетическими уровнями сопровождаются меньшими изменениями энергий, чем между колебательными уровнями, и их можно наблюдать в дальней инфракрасной или микроволновой областях. Интерпретацию ИК-спектров чаще всего проводят, сопоставляя спектральную картину анализируемого вещества со спектрами ряда известных соединений. Возможность применения такого подхода основана на том, что одни и те же группы атомов, соединенные одинаковыми связями, обнаруживают одну и ту же характеристическую частоту колебаний в самых разных соединениях, и для каждого типа колебаний характерна своя энергетическая область. Спектроскописты научились довольно точно интерпретировать ИК-спектры и по появлению в спектре тех или иных полос могут установить присутствие определенных функциональных атомных групп в исследуемом образце. Существуют два основных способа идентификации химических соединений по ИК-спектрам. Первый из них – определение природы функциональных групп по положению полос в спектре и реконструкцией целой молекулы; это напоминает сборку отдельных деталей из кубиков в детской игре «Мозаика». Однако с увеличением числа атомных групп возрастает и число вариантов их сочленения, поэтому проводить идентификацию только по ИК-спектрам можно лишь в случае очень простых соединений. При изучении более сложного строения на помощь приходят другие методы анализа, в частности масс-спектрометрия. Другой способ идентификации – метод «отпечатков пальцев». С этой целью для спектра исследуемого вещества подыскивают «двойник» из набора спектров различных веществ в спектральном атласе. Подобным образом можно идентифицировать уже достаточно сложные молекулы, хотя данный метод эффективен только при использовании компьютера. Задача ЭВМ заключается в том, чтобы отобрать из памяти 2-3 спектра, наиболее близких к спектру исследуемого вещества, а окончательное решение вопроса о том, к какому из них ближе всего подходит полученный спектр, остается за исследователем.

Билет 26.

1. Люминесцентный анализ, рентгеновский анализ, их использование в судебной экспертизе.

2. Найдите ФР плосковыпуклой линзы, для которой радиус кривизны сферической поверхности равен 80 см. Показатель преломления стекла равен 1,6.

Люминесцентный анализ - метод исследования различных объектов, основанный на наблюдении их люминесценции (См. Люминесценция). При Л. а. наблюдают либо собственное свечение исследуемых объектов (например, паров исследуемого газа), либо свечение специальных люминофоров (См. Люминофоры), которыми обрабатывают исследуемый объект. Аппаратура, применяемая для Л. а., содержит источник возбуждения люминесценции и регистрирующее устройство. Чаще всего возбуждают фотолюминесценцию объекта, однако в некоторых случаях наблюдают катодолюминесценцию, радиолюминесценцию и хемилюминесценцию. Фотовозбуждение обычно производится кварцевыми ртутными лампами, причём с помощью светофильтров из их спектра обычно вырезается ультрафиолетовая часть. Кроме ртутных ламп, в качестве источника света в Л. а. применяют ксеноновые лампы, искры в воздухе, лазеры. Регистрация люминесценции обычно осуществляется визуально или с помощью фотоэлектронных приборов, которые повышают точность Л. а.

При количественном и качественном химическом Л. а. регистрируется чаще всего самостоятельное свечение веществ. С помощью количественного химического Л. а. по интенсивности света люминесценции определяют концентрацию люминесцирующего вещества (при малых оптических толщинах его и концентрациях, меньших 10-4—10-5 г/см3). Чувствительность количественного Л. а. очень велика и достигает нескольких единиц на 10-10 г/см3 при обнаружении ряда органических веществ. Это позволяет использовать Л. а. для контроля чистоты веществ. Лучом газового лазера удаётся возбуждать люминесценцию отдельных изотопов и проводить, таким образом, изотопный Л. а.

Качественный химический Л. а. позволяет обнаруживать и идентифицировать некоторые вещества в смесях. В этом случае с помощью спектрофотометров изучают распределение энергии в спектре люминесценции веществ при низких температурах (см., например, Шпольского эффект) и в вязких растворах (маслах). Некоторые нелюминесцирующие вещества обнаруживают по люминесценции продуктов их взаимодействия со специально добавляемыми веществами.

Сортовой Л. а. позволяет по характеру люминесценции обнаруживать различие между предметами, кажущимися одинаковыми. Он применяется для диагностики заболеваний.

Иногда исследуемый объект, не обладающий собственной люминесценцией, подвергают предварительной обработке, заключающейся в добавлении спец. люминофора. При этом люминофор либо растворяется в исследуемой жидкости, либо адсорбируется на поверхности исследуемого объекта.

Л. а. находит применение также в криминалистике (для определения подлинности документов, обнаружения следов токсических веществ и т.п.).

Основа метода проста. Образец бомбардируют рентгеновскими лучами, которые выбивают электроны из внутренних оболочек, и затем определяют энергию испускаемых фотонов. Известно, что высокоэнергетическое излучение может выбить электрон, занимающий внутреннюю электронную орбиту, расположенную вблизи атомного ядра. Если место выбитого электрона займет электрон, ранее находившийся на соседней оболочке, то за счет разности в энергиях двух электронов произойдет излучение рентгеновских фотонов. Среди излучений, сопровождающих переходы между различными электронными оболочками, рентгеновское излучение отличается наибольшей энергией, а рентгеновские лучи попадают в диапазон наиболее коротких волн электромагнитного спектра (5 – 0,01 нм). Испускание рентгеновских лучей связано с переходами электронов между внутренними оболочками, энергетические уровни которых не зависят от состояния валентных электронных оболочек. Это позволяет использовать рентгеноспектральный анализ для определения концентрации элементов, находящихся как в виде свободных атомов, так и входящих в состав молекул. Не отражается на ходе анализа и агрегатное состояние образца: метод пригоден для анализа газов, жидкостей и твердых тел. Отсутствие влияния свободных и связанных валентных электронов приводит к тому, что на электронные переходы, вызывающие испускание рентгеновских фотонов, не «накладываются» изменения состояния других электронных оболочек. В результате в рентгеновском спектре наблюдаются не размытые полосы, а дискретные линии. Для возбуждения образца используют высокоэнергетический источник, создающий пучок электронов, рентгеновских лучей или радиоактивное излучение. В отличие от атомно-эмиссионной спектрометрии в рентгеновской спектроскопии оптическими элементами являются не линзы, а система коллиматоров и кристалл-ионохроматор. Однако назначение этих элементов такое же, как и линз: сфокусировать излучение исследуемого образца в пучок и разделить его по длинам волн. Диспергирующее действие кристалла-монохроматора основано на дифракции рентгеновских лучей при взаимодействии с атомами, расположенными в строго определенных узлах кристаллической решетки. При дифракции рентгеновского излучения на кристаллографических плоскостях хорошо образованного кристалла в зависимости от угла падения лучей и ориентации плоскостей в пространстве излучение может усиливаться либо ослабляться. Поскольку в кристалле имеется очень много плоскостей, на которых и происходит дифракция, угол отражения рентгеновских лучей от кристалла будет изменяться в соответствии с длиной волны излучения. Как и в оптическом спектрофотометре, вращающийся монохроматор последовательно направляет лучи с различной длиной волны на детектор. Детектирующее устройство должно отвечать многим требованиям. Это связано с тем, что рентгеновское излучение имеет большую энергию, но низкую интенсивность. Невелика и вероятность того, что возбуждение под действием рентгеновского излучения приведет к выбиванию электрона из внутренней оболочки. Поэтому детектор должен регистрировать каждый рентгеновский фотон, испущенный образцом. Для детектирования применяют счетчики разной конструкции. Один из них – счетчик Гейгера – Мюллера. Он представляет собой цилиндрический катод, по оси которого протянута металлическая нить, образующая анод. Между катодом и анодом поддерживается разность потенциалов. Счетчик наполнен газом и в отсутствие заряженных частиц ток в цепи не проходит. Если, однако, через входное окошко в цилиндр попадает рентгеновский фотон, одна из молекул газа ионизируется. При некоторых условиях ионизации подвергается даже не одна, а сразу несколько молекул газа. Появление заряженных частиц приводит к падению разности потенциалов между электронами, в цепи возникает ток, величину которого легко измерить. Ионы, образованные при попадании заряженной частицы, притягиваются электродами и быстро нейтрализуются; между катодом и анодом вновь устанавливается первоначальная разность потенциалов, и ток прекращается до появления в пространстве между электродами следующего фотона.

Рентгеновский фазовый анализ все шире используется и при производстве трасологических, судебно-баллистических, физико-химических, инженерно-технических экспертиз.

Билет 27.

1. Колебания и волны. Спектр колебания.

2. Радиус вогнутого сферического зеркала равен 40 см. Предмет расположен в 30 см от зеркала. Найти положение изображения и увеличение зеркала. Построить изображение.

Билет 28.

1. Действия света на вещество. Фотоэлектрический эффект. Яркость источников и освещенных поверхностей. Световые измерения и измерительные приборы.

2. Оптическая сила линзы 2 дптр. Найти ФР.

Световая волна, падающая на тело, частично отражается от него, частично проходит насквозь, частично поглощается. В большинстве случаев энергия поглощенной световой волны целиком переходит во внутреннюю энергию вещ-ва,

1 23	Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: