І. Характеристика і діапазони електромагнітного випромінювання
З курсу фізики відомо, що електромагнітне випромінювання має подвійну природу. Закономірності розповсюдження, дифракції та інтенференції випромінювання описуються хвильовою теорією, згідно з якою світло є електромагнітною хвилею. Закономірності випромінювання і поглинання описуються квантовою теорією, яка розглядає випромінювання як потік матеріальних частинок – фотонів.
З точки зору хвильової теорії електромагнітне випромінювання характеризується довжиною хвилі (λ) і частотою (ν), які пов'язані співвідношенням:
(2.1),
де с - швидкість розповсюдження електромагнітного випромінювання. У вакуумі с = 3∙108 м/с.
Довжина хвилі може вимірюватися в метрах, сантиметрах, міліметрах (1мм=10-3 м), а для коротких довжин хвиль в мікрометрах (мікронах, 1мкм=10-6 м), нанометрах (мілімікронах, 1нм=10-9 м), ангстремах (1 Å = 10-10 м). Частота вимірюється кількістю коливань за одну секунду, має розмірність с -1 і називається герц (Гц). Використовуються кратні величини: мегагерц (1мГц = 106 Гц), гігагерц (1гГц = 1012 Гц).
Величина, обернена до довжини хвилі пропорційна до частоти і називається хвильовим числом: N = n' = 1/l = n/с. Хвильове число показує кількість довжин хвиль, які вміщуються на довжині 1 см і має розмірність см -1.
Згідно корпускулярної теорії електромагнітне випромінювання характеризується певною енергією фотона (Е), яка вимірюється в джоулях (Дж). Зв'язок енергії фотона з хвильовими характеристиками електромагнітних коливань дається формулою Планка:
(2.2),
де h - постійна Планка (6,62 ∙ 10-34 Дж∙с).
Для 1 моля речовини:
E = 6,62∙10-34∙6,02∙1023∙ n = 3,99∙10-10∙ n (Дж/моль).
Таким чином l, n або E однозначно характеризують вид електромагнітного випромінювання. Знаючи одну з цих величин можна за формулами 2.1 і 2.2 розрахувати дві інші.
Електромагнітне випромінювання характеризується ще однією величиною – потужністю потоку випромінювання (Дж/с), яку називають інтенсивністю. З точки зору хвильової теорії інтенсивність визначається амплітудою електричного і магнітного полів певної частоти коливань. З точки зору корпускулярної теорії інтенсивність дорівнює кількості фотонів певної енергії, які випромінюються за секунду.
У залежності від механізму випромінювання електромагнітні коливання поділяються на діапазони (області), які відрізняються довжинами хвиль.
Таблиця 2.1.
Області випромінювання електромагнітних коливань (нм)
Ультрафіолетова
- Вакуумна
- Дальня
- Ближня
| 10 – 400
10 – 185
185 – 230
230 – 400
| Видима
- Фіолетовий
- Синій
- Голубий
- Зелений
- Жовтий
- Оранжевий
- Червоний
| 400 – 750
390 – 420
420 – 455
455 – 494
494 – 565
565 – 595
595 – 640
640 – 750
| Інфрачервона
- Ближня
- Дальня
| 750 – 106
750 – 25·103
25·103 – 106
|
Оптичні методи аналізу використовують електромагнітне випромінювання оптичного діапазону, яке охоплює довжини хвиль (1 - 1×105 нм) і складається з ультрафіолетової, видимої і інфрачервоної областей (табл. 2.1.). Це випромінювання пов'язане з процесами, які відбуваються з участю зовнішніх (оптичних, валентних) електронів атомів, і з просторовою будовою молекул.
Випромінювання, яке складається з електромагніних коливань певної довжини хвилі називається монохроматичним. У природі монохроматичне випромінювання зустрічається рідко. Зазвичай випромірювання складається з електромагнітних коливань різних довжин хвиль.
Сукупність довжин хвиль, частот або енергій фотонів, з яких складається випромінювання називається спектром.
Спектри бувають суцільні (безперервні), смугасті та лінійчасті. Випромінювання суцільного спектра складається з сукупності електомагнітних хвиль, довжини яких змінюються безперервно. Смугастий спектр складається з декількох смуг, в межах яких довжини хвиль змінюються безперервно, розділених інтервалами відсутності випромінювання. Лінійчасті спектри характеризуються сукупністю випромінювання певних довжин хвиль (рис. 2.1).
Рис. 2.1. Види спектрів випромінювання:
а - суцільний (безперервний), б - смугастий, в - лінійчастий.
Для хімічного аналізу використовуються закономірності як випромінювання електромагнітних хвиль об'єктом аналізу, так і взаємодії випромінювання від стороннього джерела з матеріалом об'єкту аналізу.
Дата добавления: 2015-10-11 | Просмотры: 445 | Нарушение авторских прав
|