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

Viková, M. : ZÁŘENÍ II

Záření II Martina Viková LCAM DTM FT TU Liberec, [email protected]

dale kohl

r o t á m koli (hranol, mřížka) štěrbina

Přednášky z : Textilní fyzika

ed


SPEKTRA LÁTEK 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).



SPEKTRA LÁTEK II SPEKTRA LÁTEK vznikají buď vyzařováním 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 Přednášky z : Textilní fyzika


Spojité spektrum - obsahuje elektromagnetické vlny všech vlnových délek v určitém intervalu zdroj: rozžhavené pevné a kapalné látky(např. vlákno žárovky, roztavené kovy,…)

Čárové spektrum - tvořené úzkými, navzájem oddělenými spektrálními čárami o různé intenzitě zdroj: výboj v plynu za sníženého tlaku, jiskrový výboj



emisní spektrum vodíku

emisní spektrum uhlíku

emisní spektrum síry

emisní spektrum sodíku



Vliv rozlišení spektrometru emisní spektrum sodíku



emisní spektrum směsi par kadmia, rtuti a zinku

Pásové spektrum - tvořené pásy s množstvím spektrálních čar těsné blízkosti, mezi nimiž jsou temné úseky zdroj: zářící molekuly látek



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 Přednášky z : Textilní fyzika


SPEKTRUM SLUNEČNÍHO ZÁŘENÍ obsahuje velké množství absorpčních čar (kolem 20 000)

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 (1787 – 1826) Přednášky z : Textilní fyzika


Absorpce elektromagnetického záření atmosférou • Zemská atmosféra propouští v podstatě pouze radiové vlny a vizuální oblast spektra



Prostup světla látkou

• 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.



Absorpce energie I

hν = E2 − E1 = h.c

Závisí na typu přechodu do vyšších energetických hladin a odpovídajícímu rozsahu frekvencí absorbovaného záření. – Rotační stav. – Vibrační stav. – Excitace valenčních elektronů.


λ


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. Přednášky z : Textilní fyzika


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. Přednášky z : Textilní fyzika


SPEKTRÁLNÍ ANALÝZA metoda studia chemického složení látek, která je založena na poznatku, že poloha čar ve spektru umožňuje přesně určit obsah chemických prvků ve zkoumané látce - zjišťuje vlnové délky světla, které vyzařuje určitý zdroj. - používá: spektroskop rozloží složené světlo na jednotlivé barvy



Transmitance Transmitance T (propustnost)

T = I / Io

- má hodnoty od 0 - 1 (0 – 100%) T = 0 → prostředí nepropouští světlo vůbec T = 1 → prostředí propouští všechno světlo

l I0

I

dl L Přednášky z : Textilní fyzika


Transmitance

Bouguer-Lambertův zákon

− dI λ = kλ I 0λ dl − dI λ = kλ dl I 0λ Tloušťka Přednášky z : Textilní fyzika


Beerův zákon

Transmitance

− dI λ ' = kλ dc I 0λ

Koncentrace Přednášky z : Textilní fyzika


Lambert-Beerův zákon Základním vztahem pro absorpční fotometrii je zákon Lambert-Beerův.

A = − log T

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. Přednášky z : Textilní fyzika


Stanovení obsahu látky ve vzorku s použitím 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 Přednášky z : Textilní fyzika


Absorbance vs. koncentrace



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



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 (kyveta)


detektor


Dvoukanálové spektrofotometry

Výhoda oproti jednokanálovým systémům: eliminace driftu světelného zdroje Přednášky z : Textilní fyzika


UV Záření a měření ochranných vlastností textilií I

Sluneční záření nemá pouze pozitivní účinky, může i škodit! Nárůst počtu onemocnění rakovinou kůže (melanom) Přednášky z : Textilní fyzika


UV Záření a měření 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%.)

Transmise: BAVLNA-průměrné hodnoty 25

Tλ

20

T%

15

10

5

0 280

300

320

340

360

380

400

nm bez úpravy Kachbrite-P slepa vzorka

kachbrite-Ba slepa vzorka Kachbrite-P 0,05%

Kachbrite-Ba 0,05% Kachbrite-P 0,1%

Kachbrte-Ba 0,1%



Infračervená spektroskopie (IČ, IR) I • záření infračervené oblasti (1000 - cca 20 000 nm) vyvolání přechodů vibračními a rotačními stavy molekul, charakteristické pásy pro jednotlivé funkční skupiny Celá infračervená oblast bývá rozdělena • blízká IR oblast (13000 - 4000 cm-1) NIR • střední IR oblast (4000 - 200 cm-1) MIR nejpoužívanější • vzdálená IR oblast (200 - 10 cm-1) FIR • analýza vibračních a rotačních stavů - informace o typech uskupení atomů v molekulách • IČ spektrum - charakteristické pro danou sloučeninu Přednášky z : Textilní fyzika


Infračervená spektroskopie (IČ, IR) II Molekula se může pohybovat různým způsobem: V prostoru určitým směrem a rychlostí translační pohyb, je spojen s kinetickou energií molekuly 1 2 1 1 1 mν = mxν 2 + m yν 2 + mzν 2 2 2 2 2 – existují 3 translační stupně svobody EK =

Rotace podle jisté vnitřní osy - rotační pohyb, spojen s kinetickou rotační energií – existují 3 rotační stupně svobody 1 1 1 2 2 EK = I xωx + I yω y + I zωz2 2 2 2 Přednášky z : Textilní fyzika


Infračervená spektroskopie (IČ, IR) III



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) - Rayleighův rozptyl - 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 Přednášky z : Textilní fyzika


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 Přednášky z : Textilní fyzika


IR a Ramanovo spektrum


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

Recommend Documents