Spektroszkópia

1. Spektroszkópia Analitikai kémiai vizsgálatok célja: a vizsgálati anyagban a kémiai elemek (fő, nyom), fázisok és izotópok minőségének és mennyiségének meghatározása • Klasszikus módszerek • minőségi • mennyiségi - gravimetria - titrimetria • Műszeres módszerek

2. Múszeres anal m. Műszeres analitikai módszerek • Színképelemzési módszerek (spektroszkópia) • Elektrokémiai módszerek (pl. potenciometria, elektrogravimetria, konduktometria, coulo- metria, polarográfia.....) • Termikus módszerek (pl. derivatográfia) • Diffrakciós módszerek (pl. röntgen-, elektron-, neutron-diffrakció) • Kombinált módszerek

3. Színképelemzési módszerek • Ionsugárzás mérésén alapuló eljárások (tömegspektroszkópia /MS/) • Elekromágneses sugárzás mérésén alapuló eljárások (XRF, OES, AAS, UV-VIS SP, IR ...)

4. hullám ~ ~ ~~~ ~ ~ ~ ~ részecske O OO O O O O O OO O rádió |mikro|infra|vis|uv | röntgen |gamma 10-6 10-4 10-2 100 3 102 105 E (eV) |||||| 30cm 0,3mm 10nm=100 Å 0,1 Ål 760-380 nm E = h . m = h . c/ l 1m = 106mm = 109 nm = 1010Å Elektromágneses sugárzás

5. 1 2 3 4 Elektromágneses sugárzás és anyag kölcsönhatása • 1. Beeső sugárzás • - rugalmas ütközés E1=E2 • - rugalmatlan ütk. E1>E2 • 2. Visszavert sugárzás • (reflexió) • 3. Elnyelt sugárzás • (abszorpció) • 4. Átbocsátott sugárzás • (transzmisszió)

6. EMS spektroszkópia - Elméleti-és gyakorlati (analitikai) spektroszkópia - A különböző spektroszkópiai módszerek fizikai alapja közös. - Az anyagi részecskék (atomok, ionok, molekulák) felépítésük által meghatározott diszkrét energiaállapotokban E = h . m (h = Planck állandó) létezhetnek. Meghatározott körülményekközött (gerjesztés) elektromágneses sugárzást nyelnek el, vagy bocsátanak ki DE = h . m = h . c/ l, amely sugárzás hullámhossza (fekvenciája, energiája) jellemző az anyagi minőségre, az adott hullámhosszú sugárzás intenzitása pedig a vizsgált részecske mennyiségének jellemzője. A spektrum jellemző adatai tehát felhasználhatók az anyag kémiai összetételének minőségi és mennyiségi meghatározására, illetve szerkezetvizsgálatra.

7. Alapállapot – gerjesztett állapot A + h. m A* • Gejesztési energia, energiaelnyelés (abszorpció) • Gerjesztett állapotok átlagos élettartama: • atommag:10-10-10-14 s • atomok, molekulák: 10-8 s • Boltzmann eloszlás N*= No . g / Zo e - D E/kT • Spontán emisszióA* A + h . m • Indukált emisszió A*+ h . m A + 2 h . m • Kichhoff elvm 0,1 (abs) = m1,0(em) Színképelemzési alapfogalmak:

8. Energiaváltozások Kötési en. energia változás l-tartomány vizsg.módszer >0.1 MeV atommag <0,1Ågamma NAA.Mössbauer sp. 100-0,1 KeV atom belső, 0,1-2,5Å röntgen XRF zárt el. héj2,5-100Å vákuum Rtg ------------------------------------------------------------------------------------------------------- 100-1,5 eV szabad atom 10-200nm vákuum UV külső és belső 200-380nm UV OES,AAS nem zárt el.héj 380-760nm VIS és LF --------------------------------------------------------------------------------------------------------- 10-1 eV molekula el.en. 200-760nm UV-VIS UV-VIS sp. 1- 0,1 eV mol.Rezgési en. 760nm-5mm IR IR sp. 0,1- 0,01eV mol. forgási en. 5- 300 mm távoli IR Rot.sp. 10-2-10-4 eV elektronspin 0,3mm- 30cm MH ESR 10-4-10-6 eV magspin > 30 cm RH NMR,NQR

9. 23A 11Na atom felépítése és fő gerjesztési energiái Mag: 1,36 Mev mag L M O-pálya K Belső elektron (zárt pálya) E=1,04 keV l=11,92 Å mag Külső elektron E=2,1 eV l =589,5 nm

10. Molekulák energiája, energiaváltozása E össz = E kin + E el + E vib + E rot + E E + EEH Energiaváltozás: UV-VIS tartomány: DEössz= D E el + DE vib + DE rot Infravörös tartomány: DEössz = DE vib + DE rot Mikrohullámú tartomány: DEössz = DE rot

11. Színkép A sugárzás energiájának intenzitáseloszlása a hullámhossz, (energia, frekvencia) függvényében

12. Színképek csoportosítása • Eredetük szerint: mag-, atom-, molekula-színképek • EMS hullámhossztartománya szerint: g, röntgen, • optikai (ultraibolya, látható), infravörös, mikrohullámú, • rádió-hullámú színképek • Megjelenésük szerint: folytonos, vonalas és sávos • színképek • Az észlelés módja szerint: abszorpciós, emissziós • színképek

13. Színképek megjelenítése l folytonos l vonalas, fotografált l sávos vonalas, regisztrált l I