Download

OPTIČKE METODE U ANALITIČKOJ HEMIJI






Advertisement
/ 57 []
Download Presentation
Comments
december
From:
|  
(1286) |   (0) |   (0)
Views: 404 | Added:
Rate Presentation: 0 0
Description:
Instrumentalna analiza , Profesor Hemije. OPTIČKE METODE U ANALITIČKOJ HEMIJI. Dr D. Manojlovi ć , Hemijski fakultet Beograd. Optičke metode hemijske analize se zasnivaju na međusobnoj interakciji elektromagnetnog zračenja i ispitivane supstance.
OPTIČKE METODE U ANALITIČKOJ HEMIJI

An Image/Link below is provided (as is) to

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use only and may not be sold or licensed nor shared on other sites. SlideServe reserves the right to change this policy at anytime. While downloading, If for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.











- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -




Slide 1

Instrumentalna analiza , Profesor Hemije

OPTIČKE METODE U ANALITIČKOJ HEMIJI

Dr D. Manojlović, Hemijski fakultet Beograd

Slide 2

Optičke metode hemijske analize se zasnivaju na međusobnoj interakciji elektromagnetnog zračenja i ispitivane supstance.

Njihova glavna karakteristika je univerzalnost.

Pomoću optičkih metoda se mogu analizirati metali, legure, gasovi, rude, minerali,biološke supstance, organska jedinjenja, zemljište itd.

Pored toga se mogu analizrati udaljeni izvorizračenja(Sunce, zvezde i sl.)

Slide 3

PODELA OPTIČKIH METODA

Spektroskopske:

Emisione

Apsorpcione

Nespektroskopske

Slide 4

Emisione metode:

-Spektrografija

-Plamena fotometrija

-Fluorimetrija

-Rendgenska spektroskopija

-Ramanska spektroskopija

-itd.

Slide 5

Apsorpcione metode:

-Kolorimetrija

-Spektrofotometrija

-AAS

-itd.

Nespektroskopske metode:

-Polarimetrija

-Refraktometrija

-Turbidimetrija

-Nefelometrija

-itd.

Slide 6

Kod emisionih metoda ispituje se elektromegnetno zračenjekoje emitujeispitivana supstanca koja se na pogodan način pobudi (ekscituje)

Kod apsorpcionih metoda ispituje se zračenjekoje je prošlo kroz analiziranu supstancu

Slide 7

Kod nespektroskopskih metoda mere se neki drugi parametri zračenja ko što su:

ugao rotacije ravni polarizovanog zračenja

–polarimetrija

indeksa prelamanja

–refraktometrija

intenzitet rasutog ili rasejnaog zračenja

–turbidimetrija i nefelometrija

Slide 8

ELEKTROMAGNETNO ZRAČENJE

Elektromagnetno zračenje ima talasna i čestična (korpuskularna) svojstva

Koda se razmatra prostiranjeovog zračenja u prostoru (prelamanje, difrakcija i interferencija) talasna priroda elektromagnetnog zračenja postaje znatno jasnija.

Slide 9

Kad se posmatra interakcija zračenja sa atomima i molekulima ispitivane supstance (apsorpcija ili emisija) onda moramo primeniti čestično (korpuskularno) razmatranje

Prema talasnoj slici elektromagnetno zračenje se predstavlja kao rasprostiranje oscilujućegelektričnog i magnetnog polja u prostoru.

Pri tome vektor električnog polja osciluje normalno na ravan magnetskog polja kao i na pravac prostiranja zračenja.

Slide 10

Skup svih tačaka koje osciluju u istoj fazi predstavljaju talasni front

Zamišljeni pravac normale na talsni front je zrak (svetlosni zrak)

Prostiranje talasa se često zbog jednostavnosti predstavlja pomoću zraka

Elektromagnetni talas: E vektor jačine električnog polja, H vektor jačinemagnetskogpolja

Slide 11

~

Elektromagnetsko zračenje se karakteriše, brzinom prostiranja c, talasnom dužinom  , frekvencijom , talasnim brojem  i energijom E.

Talasna dužina predstavlja najmanje rastojanje između dve tačke koje osciluju u istoj fazi.

Jedinica za talasnu dužinu u SI sistemu je metar (m) ali se mogo češće primenjujenanometar (nm).

Slide 12

Frekvencija,  predstavlja broj oscilacija u jedinici vremena.

Jedinica za merenje frekvencije je Hertz (Hz) i predstavlja jednu oscilaciju u jednoj sekundi.

Veza između talasne dužine i frekvencije data je relacijom:

C=2,9979·108m·s-1

Slide 13

~

Talasni broj, , predstavlja broj talasa na jedinici dužine, obično jedan centimetar.

Kao što smo naveli elektromagnetno zračenje ima i čestične (korpuskularne) osobine.

Prema korpuskularnoj teoriji svetlost se satoji od fotona koji se karakteristiše impulsom, spinom koji je jednak 1 i energijom E.

Slide 14

Energija fotona data je Planckovom formulom:

Slide 15

SPEKTAR ELEKTROMAGNETNOG ZRAČENJA

Spektar elektromagnetnog zračenja je podeljen na oblasti:

Slide 16

Podela je napravljena prema načinu dobijanja i detekciji zračenja pojedinih oblasti.

Energija zračenja pojedinih oblasti je znatno različita pa će prema tome biti i različite i promene koje se odigravaju pri interakciji zračenja pojedinih oblasti spektra sa atomima i molekulima ispitivane supstance.

Rentgensko zračenje: dovodi do promene energije elektrona koji se nalaze u unutrašnjim popunjenim orbitalama atoma i molekula.

Slide 17

UV (ultraljubičasto zračenje): dovodi do energetskih promena valentnih elektrona atoma ili molekula supstance

Vis (vidliva oblast spektra): dovodi do energetskih promena valentnih elektrona u atomima i molekulima supstance

IC (infracrveno zračenje): dovodi do promene oscilacija atoma i molekula supstance a zračenje daleke (IC) oblasti dovodi do promene energije rotacije molekula supstance

Zračenje u oblasti ultrakratkih i kratkih radio talasa dovodi do promene orjentacije spina elektrona(elektronska paramagnetna rezonanca) ili jezgra (nuklearna magnetna rezonanca)

Slide 18

X-Ray

Slide 22

PRELAMANJE I ODBIJANJE SVETLOSTI

Svetlost se u homogenoj sredini prostire pravolinijski

Brzina prostiranja svetlosti u optički ređim sredinama je veća nego u optički gušćim sredinama

Prilikom prelaska iz jedne sredine u drugu, na graničnoj površini svetlost se jednim delomodbija, a drugim delom prelama.

Slide 23

Prelamanje svetlosti na granici dveju sredina

Slide 24

Za odbijanje(refleksiju) i prelamanje (refrakciju) svetlosti važe Snellovi zakoni

Svetlost se sa glatkih površina odbija pod istim uglom pod kojim i pada na površinu

Pod upadnim, odnosno odbojnim uglom, podrazumeva se ugao između svetlosnog zraka i normale na površinu.

- Svetlost se prelama kad prelazi iz jedne sredine u drugu, u kojoj nema istu brzinuprostiranja kao u drugoj

Slide 25

- Zrak koji na graničnu površinu padne pod pravim uglom (upadni ugao je nula) ne menja pravac kretanja (ne prelama se)

- Pravci upadnog i prelomnog zraka kao i normala na površinu leže u istoj ravni

- Odnos sinusa upadnog i prelomnog ugla jednak je odnosu brzina prostiranja svetlosti u te dve sredine, odnosno relativnom indeksu prelamanja jedne sredine u odnosu na drugu, .

Slide 26

- Prilikom prelaska svetlosti iz optički gušće u optički ređu sredinu zrak se prelama od normale.

Pri nekom upadnom uglu i* prelomni ugao je

r= 90o. Ako svetlosni zrak padne na graničnu površinu pod uglom većim od ovog graničnog ugla neće prelaziti u drugu sredinu jer dolazi do totalne unutrašnje refleksije

Slide 27

Totalno unutrašnje odbijanje; i*-granični upadni ugao

Slide 28

Na pojavi totalne refleksije zasniva se primena povratnih prizmi, odnosno prizmi totalne refleksije.

Ove prizme mogu da skrenu zrak za 90° i 180° kao i da promene raspored zraka.

Slide 29

Prizme imaju veliku primenu jer uspešno zamenjuju ogledala

Prednost ovih prizmi nad metalnim površinama (ogledalima) je u tome što prizme odbijaju svu svetlost koja na njih padne (kod ogledla je koeficijent refleksijeuvek manji od jedinice).

Pored toga prizme su vremenski postojane jer kod ogledala dolazi do habanja metalnih površina

Slide 30

INTERFERENCIJA SVETLOST

Interferencija svetlosti je pojava međusobnog pojačavanja ili slabljenja svetlosti u slučaju kada se dva svetlosnazraka nađu u istoj tački u prostoru.

Pojava interferencije svetlosti može se javiti u trajnom obliku samo sa koherentnom svetlošću (svi zraci osciluju u istoj fazi).

Može se smatrati da je koherentna ona svetlost koja se dobija iz izvora malih dimenzija(tačkastog izvora) kada se posmatra na udaljenosti koja je velika u odnosu na dimenzije izvora.

Slide 32

POLARIZACIJA SVETLOSTI

Kao što je već navedeno svetlost predstavlja elektromagnetni talasčiji električni i magnetni vektor osciluju normalno na smer prostiranja.

Kod bele svetlosti, smer oscilacija se idealno nepravilno menja, tako da se nijednom smeru ne daje prednost i svi smerovi oscilacija su zastupljeni.

Kod polarizovane svetlosti postoje “povlašćeni” pravci oscilovanja

Slide 33

Kod linearno polarizovane svetlosti oscilacije se dešavaju samo u jednom smeru u ravni koja je normalna na smer oscilovanja

Projekcija oscilacija ovako polarizovane svetlosti je prava

Slide 34

Kod eleiptički odnosno cirkularno polarizovane svetlosti preovlađuju pojedini pravci oscilovanja, tako da projekcija odgovara elipsi odnosno krugu.

Svetlost može biti sastavljena od polarizovane i odprirodne komponenete.

Prirodna svetlost ima stepen polarizacije 0%, a potpuno polarizovana svetlost 100%.

Slide 35

Linearno polarizovana svetlost se praktično dobija refleksijom sa površine staklene ploče ili pomoću optičkih prizmi koje su napravljene od materijala koji pokazuje dvojno prelamanje – Nickolova prizma

Islandski kalcit, turmalin i korund su prirodni kristali koji razlažu svetlost na dva linearno polarizovana zraka (redovni i neredovni)

Ovi zraci osciluju u dve ravni koje su međusobno normalne i ako se pomoću zaklona ili na neki drugi način jedan zrak ukloni dobićemo samo drugi zrak.

Slide 36

Nickolova prizma-je načinjena od kosog paralelopipeda kristala islandskog kalcita koji je u ravni kraće dijagonale razrezan, izbrušen i zalepljen kanada balzamom(nD=1.54)

Radovan zrak se potpuno prelama(nD=1.66) i apsorbuje se na zatamljenom zidu, dok neredovan zrak ima manji indeks prelamanja (nD=1.49) od kanada balzama i zato prolazi kroz taj sloj, samo je malo paralelno pomeren.

Slide 37

DIFRAKCIJA SVETLOSTI

Pojava difrakcije (savijanja), kao i pojave interferencije i polarizacije karakteristične su za talasne procese

Difrakcija svetlosti je veoma složena pojava

Difrakcija se može shvatiti posmatranjem prostiranja svetlosti iz nekog izvora S kroz pukotinu a-b do ekrana (zaklona) K

Slide 38

Kada bi se svetlosni zraci prostirali pravolinijski iz izvora S ka pukotini a-b onda bi na zaklonu K trebalo da bude osvetljena samo površina AB, pri čemu tačke A i B leže na pravcima SaA i SbB

Ovo važi samo ako pukotina a-b ima dovoljnovelike dimenzije

Slide 39

Ako je otvor a-b 0,3 mm i manji javlja se otstupanje od pravolinijskog i na zaklonu K se svetlost se javlja i van područja AB (do tačke C i D).

Pri smanjenju linearnih dimenzija pukotine a-b ova pojava dolazi sve više do izražaja i svetlost se sve više širi oko otvora AB

Kad se otvor još više smanji dolazi do pojave interferencije svetlosti i dobija se difrakciona slika od niza koncentričnih krugova.

Slide 40

Ako je pukotina izdužna dobija se difrakciona slika od niza svetlih i tamih linija, ukoliko je svetlost monohromatska.

Ako se koristi polihromatska (bela) svetlost silka se sastoji od krugova ili linija različiteboje između kojih se javljaju tamne oblasti

Slide 41

Prema tome kod difrakcije polihromatske svetlosti dolazi do njenog razlaganja po pojedinim talasnim dužinama

Slide 42

IZVORI ZRAČENJA

Izvori zračenja su sastavni deo svakog aparata koji se koristi kod optičkih metoda

Izvor zračenja može imati standard za kalibraciju skale talasnih dužina ili energetske osteljivosti spektralnih aparata.

Prema tipu spektra koji emituju izvori zračenja se dele na:

- izvore koji emituju kontinualan;

- izvore koji emituju diskontinualan spektar.

Slide 43

Kontinualni spektar je okarakterisan neprekidnom raspodelom energije u širokom intervalu frekvencijebez oštrih linija i traka

Diskontinualni spektar se sastoji od niza odvojenih, manje ili više oštrih linija i traka

Oštra granica između ove dve vrste izvora ne postoji jer ima izvora koji u jednoj oblasti talasnih dužina emituju kontinualni spektar a u drugoj diskontinualni (vodonična lampa)

Slide 44

Kod apsorpcionih metoda se uglavnom koriste izvori sa kontinualnim zračenjem, a kod emisionih izvori sa diskontinualnim zračenjem

Svi izvori zračenja krakterišu se spektralnom raspodelom energije zračenja i karakterom njene vremenske zavisnosti

Slide 45

IZVORI KONTINUALNOG ZRAČENJA

Primenjuju se dva tipa izvora kontinualnog zračenja:

termički izvorii

izvori sa električnim pražnjenjem

TERMIČKI IZVORI

U termičke izvore spadaju lampe sa zagrevanom niti, štapićem ili spiralom

Slide 46

Zagrevno telo je najčešće napravljeno od teško topljivih metala (W), njihovih legura ili oksida pojedinih metala

Usijana nit ovih lampi, koje se približno ponašajukao crno telo, emituju kontinualan spektar sa energetskom raspodelom koja je određena temperaturom tela

Slide 47

Maksimum emisije zračenja se pomera ka nižimtalasnim dužinama kada temperatura u usijanom telu raste

Prema Wienom zakonu pomeranja:

Slide 48

Spektralna raspodela zračenja crnog tela

po Planckovoj formuli

Slide 49

Energija zračenja koje emituje crno telo u jedinici vremena po jedinici površine data je Stefen-Boltzmanovim zakonom:

gde je-koeficijent proporcionalnosti, a za realna tela važi:

gde je -emisioni koeficijent (emisivnost) koji je za realna tela manji od jedinice

Slide 50

Od kontinualnih izvora zračenja široku primenu imaja volframova lampa (u vidljivoj i UV oblasti), Nernstov i globarštapić(u IC oblasti)

Volframova lampa se sastoji od evakuisanog staklenog balona ili balona sa inertnim gasom u kome se nalazi volframovo vlakno

Napajanje lampe se izvodi stabilizovanim naponom od 6 V i jačinom struje od 45 A, a usijano vlakno emituje zračenje u oblasti od 320 – 1100 nm

Slide 51

Nernstov štapić je cilindrični štapić veličine 30x(1-3) mm izrađen od smese ZrO2 (80%) i ThO2(10%) sa primesama drugih oksida (MgO, CaO)

Na kraju štapića se nalaze Pt-elektrode na koje se dovodi napon od 100 V

Na sobnoj temperaturištapić ima veliki otpor i napon od 100 V nije dovoljan da ga usija, pa se zbog toga prethodno zagreva do oko 1000 K kada mu se otpor znatno smanjuje i njegovo dalje zagrevanje se odvija na račun električne struje.

Slide 52

Radna temperatura mu je oko 1600 K

Globar štapić je napravljen od silicijum-karbida i u zavisnosti od namene njegove dimenzije variraju (u dužini od 25 do 100 mm a u prečniku od 0,8 do 5,0 mm)

Radni napon je od 30 -50 V, a jačina struje od 5-6 A

Ne zahtevaju prethodno zagrevanje zbog znatno manjeg otpora a radna temperatura im je obično oko 1300 K

Slide 53

Spektralna raspodela Nernstovog i globar štapića

Slide 54

Izvori kontinualnog zračenja sa električnim pražnjenjem

Gasnapražnjenja mogu imati kontinualni i diskontinualni spektar zračenja.

U ovu grupu spadaju vodonična i deuterijumska lampa koje se sastoje od kvarcne cevi napunjene vodonikom ili deuterijumom u kojima se izvodi pražnjenje pri pritisku od nekoliko milibara.

U spektroskopskoj praksi se primenjuju visokonaponske (2-3 kV i 1 A) niskonaponske lampe (220 V uz DC ili AC napajanje).

Slide 55

Niskonaponske su jednostavnije za upotrebu i daju intenzivnije spektre

Deuterijumske lampe imaju veći intenzitetkontinualnog spektra od vodoničnih lampi istih karakteristika

Opseg primene vodoničih lampi je od 200 do 380 nm, a deuterijumskih od 185 do 200 nm

Na većim talasnim dužinama vodonične lampe daju diskretan spektar i služe za proveru kalibracija skala talasnih dužina kod spektralnih aparata.

Slide 56

Deuterijumske lampe se koriste u atomskoj apsorpcionoj spektrofotometriji(AAS) za korekciju pozadinskog zračenja

Karakteristike izvora kontinualnog zračenja se menjaju sa promenom talasne dužine pa je za širu oblast neophodno koristiti različite izvore zračenja

U obalsti od 200-1000 nm koriste se vodonična i volframova lampa.


Copyright © 2014 SlideServe. All rights reserved | Powered By DigitalOfficePro