Viková, M. : ZÁŘENÍ II. Martina Viková. LCAM DTM FT TU Liberec, (hranol, mřížka) štěrbina. Přednášky z : Textilní fyzika

Transkript

1 Záření II Martina Viková LCAM DTM FT TU Liberec, kolimátor dalekohled štěrbina (hranol, mřížka)

2 SPEKTRA LÁTEK L I Zářící zdroje vysílají záření závislé na jejich chemickém složení a fyzikálních vlastnostech. Záření má různé druhy optických spekter. Soustava spektrálních čar daného prvku je pro každý prvek (atom) charakteristická jako otisk prstu každého člověka. Spektrum vysílaného zdroje získáme rozkladem na monochromátoru (obvykle optickém hranolu nebo optické mřížce).

3 SPEKTRA LÁTEK L II SPEKTRA LÁTEK L vznikají buď vyzařov ováním m světla (emisní spektra) nebo pohlcování světla (absorpční spektra). EMISNÍ SPEKTRUM Soubor frekvencí elektromagnetického záření vyzařovaného látkou rozdělení emisních spekter: a) Spojité spektrum b) Čárové spektrum c) Pásové spektrum

4 Spojité spektrum - obsahuje elektromagnetické vlny všech v vlnových délek d v určit itém m intervalu zdroj: : rozžhaven havené pevné a kapalné látky(např.. vlákno žárovky, roztavené kovy, ) Čárové spektrum - tvořen ené úzkými, navzájem oddělenými spektráln lními čárami o různr zné intenzitě zdroj: : výboj v plynu za snížen eného tlaku, jiskrový výboj

5 emisní spektrum vodíku emisní spektrum uhlíku emisní spektrum síry emisní spektrum sodíku

6 Vliv rozlišen ení spektrometru emisní spektrum sodíku

7 emisní spektrum směsi par kadmia, rtuti a zinku Pásové spektrum - tvořen ené pásy s množstv stvím m spektráln lních čar těsnt sné blízkosti, mezi nimiž jsou temné úseky zdroj: : zářícíz molekuly látekl

8 ABSORPČNÍ SPEKTRUM Soubor temných čar (pásů ve spojitém spektru světla), které vznikají při pohlcování záření látkou rozdělení absorpčního spektra: a) Čárové spektrum b) Pásové spektrum na rozdíl od emisních spekter nemusíme vzorek látky rozžhavit na velmi vysokou teplotu -sloučíme-li emisní a absorpční spektrum stejné látky, získáme spektrum spojité

9 SPEKTRUM SLUNEČNÍHO ZÁŘENZ ENÍ obsahuje velké množství absorpčních čar (kolem ) Fraunhoferovy čáry Temné čáry ve spektru slunečního záření, které vznikají absorpcí slunečního záření určitých vlnových délek při jeho průchodu chromosférou Slunce a atmosférou Země. Joseph Fraunhofer ( )

10 Absorpce elektromagnetického zářenz ení atmosférou Zemská atmosféra propouští v podstatě pouze radiové vlny a vizuální oblast spektra

11 Prostup světla látkoul při prostupu světla látkou prochází pouze jeho část nezměněná v původním směru; zbytek se může buď rozptýlit, nebo absorbovat. optické metody jsou založeny na interakci elektromagnetického záření s částicemi látky, kterou záření prochází.

12 Absorpce energie I h ν = E E h. c 2 1 = λ Závisí na typu přechodu do vyšších energetických hladin a odpovídajícímu rozsahu frekvencí absorbovaného záření. Rotační stav. Vibrační stav. Excitace valenčních elektronů.

13 Absorpce energie II Stav, kdy n = 1 je základní stav vodíku E1 = 13,6 ev je to záporně vzatá energie atomu vodíku. Energii 13,6 ev musíme atomu dodat, aby se ionizoval. Stavy s vyšší energií jsou excitované stavy vodíku.

14 Absorpce energie III U molekul je nutné brát v úvahu rovněž vibrační a rotační stupně volnosti těchto částic. Přechody elektronů jsou doprovázeny excitací vibračních a rotačních hladin molekuly. Výsledné absorpční spektrum je pásové.

15 SPEKTRÁLN LNÍ ANALÝZA metoda studia chemického ho složen ení látek, která je založena na poznatku, že e poloha čar ve spektru umožň žňuje přesnp esně určit obsah chemických prvků ve zkoumané látce - zjišťuje vlnové délky světla, které vyzařuje určitý zdroj. - používá: spektroskop rozloží složené světlo na jednotlivé barvy

16 Transmitance Transmitance T (propustnost) T = I / I o - má hodnoty od 0-1 (0 100%) T = 0 prostředí nepropouští světlo vůbec T = 1 prostředí propouští všechno světlo l I 0 I dl L

17 Bouguer-Lambert Lambertův zákon Transmitance di = k I λ λ 0λ dl di I 0λ λ = k λ dl Tloušťka

18 Beerův zákon di I 0λ λ = k ' λ dc Transmitance Koncentrace

19 Lambert-Beer Beerův zákon Základním vztahem pro absorpční fotometrii je zákon Lambert-Beerův. A = logt A = log10 εcl A = εcl A = absorbance ε = molární absorpční koeficient pro danou vlnovou délku c = koncentrace roztoku l = délka optické dráhy (tj. tloušťka vrstvy roztoku) Absorbance je přímo úměrná koncentraci c a tloušťce vrstvy l.

20 Stanovení obsahu látky l ve vzorku s použit itím kalibračního grafu (křivky) Grafickým znázorněním Lambert-Beerova zákona je přímka, která prochází počátkem. Hodnota koncentrace c se vynáší jako nezávisle proměnná na osu x a absorbance A jako závisle proměnná na osu y. Absorpční koeficient ε je směrnicí přímky. Sestrojení kalibračního grafu připravit obvykle 5 7 standardních roztoků, které mají přesně známou koncentraci + roztok vzorku o neznámé koncentraci + slepý vzorek. změřit absorbance těchto roztoků při vhodné λ. sestrojit kalibrační křivku z naměřených hodnot. odečíst z této křivky koncentraci látky ve vzorku

21 Absorbance vs. koncentrace

22 Slepý vzorek je složen ze všech použitých rozpouštědel a činidel použitých při zpracování vzorku, chybí jen stanovovaná látka.

23 Schéma spektrofotometru Všechny fotometry a spektrofotometry sestávají ze tří základních částí: a) zdroj zářivé energie (VIS a UV) b) filtr nebo mřížka pro izolaci úzkého pásma světla o určité vlnové délce c) detektor měřicí zářivou energii propuštěnou vzorkem zdroj čočka štěrbina monochromátor Vzorek detektor (kyveta)

24 Dvoukanálov lové spektrofotometry Výhoda oproti jednokanálovým systémům: eliminace driftu světelného zdroje

25 UV Záření a měřm ěření ochranných vlastností textilií I Sluneční záření nemá pouze pozitivní účinky, může i škodit! Nárůst počtu onemocnění rakovinou kůže (melanom)

26 UV Záření a měřm ěření ochranných vlastností textilií II Pozor ochranný faktor SPF 30+ oproti SPF 15+ neznamená možnost dvojnásobné doby pobytu na slunci!!! (SPF 30+ pohlcuje 96% UV záření; SPF 15+ pohlcuje 93%.) 25 Transmise: BAVLNA-průměrné hodnoty T λ T% nm bez úpravy kachbrite-ba slepa vzorka Kachbrite-Ba 0,05% Kachbrte-Ba 0,1% Kachbrite-P slepa vzorka Kachbrite-P 0,05% Kachbrite-P 0,1%

27 Infračervená spektroskopie (IČ,, IR) I záření infračervené oblasti ( cca nm) - vyvolání přechodů vibračními a rotačními stavy molekul, charakteristické pásy pro jednotlivé funkční skupiny Celá infračervená oblast bývá rozdělena blízká IR oblast ( cm-1) NIR střední IR oblast ( cm-1) MIR nejpoužívanější vzdálená IR oblast ( cm-1) FIR analýza vibračních a rotačních stavů - informace o typech uskupení atomů v molekulách IČ spektrum - charakteristické pro danou sloučeninu

28 Infračerven ervená spektroskopie (IČ,, IR) II Molekula se může pohybovat různým způsobem: V prostoru určitým směrem a rychlostí - translační pohyb, je spojen s kinetickou energií molekuly EK = mν = mxν + myν + mzν existují 3 translační stupně svobody Rotace podle jisté vnitřní osy - rotační pohyb, spojen s kinetickou rotační energií existují 3 rotační stupně svobody EK = Ixωx + Iyωy + Izωz 2 2 2

29 Infračerven ervená spektroskopie (IČ,, IR) III

30 Ramanova spektroskopie při průchodu světla prostředím část světla rozptýlena (část absorbována, část beze změny projde) převážná část rozptýleného světla - rozptyl beze změny frekvence (vlnové délky) - Rayleighůvrozptyl - dokonale pružná srážka fotonu s molekulou - elastický rozptyl, nemění se frekvence v malé míře - rozptyl doprovázen změnou λ = Ramanův jev: - nepružná srážka fotonu s molekulou - foton část své energie předá nebo jistou energii přijme

31 ve spektru se objeví čáry s vyšší a nižší frekvencí než frekvence dopadajícího světla Ramanovy frekvence nezávisí na frekvenci dopadajícího záření (záleží na vzdálenosti vibračních a rotačních hladin v měřené látce) využití Ramanovy spektroskopie: strukturní analýza (potvrzení funkčních skupin) studium velikosti krystalů analýza znečištění životního prostředí (plyny) studium vesmíru (atmosféra vesmírných těles, povrch hornin) Raman. spektroskopie se doplňuje s IČ spektroskopií

32 IR a Ramanovo spektrum