Самостійна робота студентів

БАЗОВИЙ КОНСПЕКТ ЗАНЯТТЯ

(№ 66-68, 6 годин)

ТЕМА: Аналіз по КР - спектрам

МЕТА:

1) Дидактична: познайомити студентів з теоретичними основами аналізу по КР спектрам, дати характеристику атомним спектрам, джерелам світла і атомізаторам.

2) Виховна: продовжувати розвивати логічне мислення студентів на прикладі схем аналізів, в яких рушійними силами є електромагнітне випромінення речовин.

3) Розвиваюча: продовжувати розвивати пізнавальні функції студентів: засвоєння нового матеріалу, вміння прогнозувати результати аналізу, відрізняти характеристичні спектри елементів та їх сполук.

ТИП ЗАНЯТТЯ: лекція

МІЖПРЕДМЕТНІ ЗВ’ЯЗКИ:

· Хімія;

· Аналітична хімія;

· Фізико-хімічні методи аналізу;

· Фізика.

ВНУТРІШНЬОПРЕДМЕТНІ ЗВ’ЯЗКИ:

· Тема: основні поняття про методи аналізів речовин;

· Тема: спектри та їх різновиди

· Тема: Будова атомів та молекул.

МАТЕРІАЛИ ТА ОБЛАДНАННЯ: Періодична система елементів Д.І. Менделєєва, опорний конспект лекції, індивідуальні картки, плакати,

МЕТОДИ ТА ЗАСОБИ НАВЧАННЯ: фронтальне опитування, розповідь викладача з елементами бесіди, самостійна робота студентів, розв’язування тесту.

ЛІТЕРАТУРА: Орешенков «Спектральний аналіз»

ПЛАН ЛЕКЦІЇ

1. Аналіз по КР-спектрам.

2. КР – спектрометри.

3. Якісний аналіз

САМОСТІЙНА РОБОТА СТУДЕНТІВ

1. Спектри комбінаційного розсіювання.

2. Аналіз по КР-спектрам.

3. Техніка безпеки

Комбінаційне розсіювання світла (ефект Рамана) - непружне розсіювання оптичного випромінювання на молекулах речовини (твердого, рідкого або газоподібного), що супроводжується помітною зміною частоти випромінювання. На відміну від релєєвського розсіювання, у разі комбінаційного розсіювання світла в спектрі розсіяного випромінювання з'являються спектральні лінії, яких немає в спектрі первинного (збудливого) світла. Число і розташування з'явилися ліній визначається молекулярною будовою речовини.

Рис. Атомно-силовий мікроскоп со спектрометром, які дозволяють вивчати комбінаційне розсіювання

Спектроскопія комбінаційного розсіювання світла (або романовська спектроскопія) – еективний метод хімічного раналізу, вивчення складу і будови речовин.

Явище комбінаційного розсіювання було відкрите в 1928 році

Мандельшпаком і Г.С. Ландзбергом при вивченні розсіювання в кристалі одночасно. В даний час широко використовується при розгляді проходження монохроматичного світла через речовини, що не поглинає його. Виявляється, що дуже невелика частина світлового потоку розсіюється по всім напрямкам, при чому велика частина розсіяного світла має ту ж саму частоту, що і світло, яке падає на речовину. Цей вид розсіювання світла вперше був описаний англійським фізиком Гелєєм і називався Гелєєвським розсіюванням. Але окрім частоти рівної частоті падаючого світла в розсіяному світлі є більші і менші частоти, які складають спектр комбінаційного розсіювання. Для спостереження розсіювання світла спектральний прилад найчастіше встановлюється таким чином, щоб головна оптична вісь була перпендикулярна напрямку світлового потоку, що випромінюється. В цьому випадку світло. Що проходить через речовину в прилад не потрапляє і в спектрі виявляється тільки частоти розсіяного світла.

Комбінаційного розсіювання спектроскопія (раманівська спектроскопія), розділ оптичної спектроскопії, який вивчає взаємодію монохроматичного випромінювання з речовиною, що супроводжується зміною енергії розсіяного випромінювання в порівнянні з енергією падаючого на об'єкт (збудливого) випромінювання. Комбінаційне розсіювання (КР) обумовлено непружними зіткненнями фотонів з молекулами (або іонами), в ході яких вони обмінюються енергією. По зміні енергії фотона можна судити про зміну енергії молекули, тобто про перехід її на новий енергетичний рівень. Схематично ці переходи показані на рис. 1. Молекула, яка перебуває у збудженому стані з енергією Е₀, під дією кванта з енергією hv₀ (h-постійна Планка, v₀-частота падаючого кванта) збуджується в проміжний (віртуальний) стан з енергією Eвіpт, звідки може або повернутися в початковий стан, важко зітхнувши квант hv₀ (релєєвськоє розсіювання), або перейти в стан Еi, важко зітхнувши квант h (v₀-v_i), що призводить до появи в спектрі розсіяного випромінювання ліній за частотами v₀-v_i (стоксово лінії). Якщо до поглинання фотона молекула перебувала в збудженому стані з енергією Ei, то після розсіювання світла вона може перейти як у вихідне, так і в основний стан E0, тоді енергія

Рис. 1. Схема енергетичних рівнів, що ілюструє основні принципи КР.

Спектр КР, як правило, представляє собою коливальний спектр. В області малих значень v_i можуть проявлятися переходи між обертальними рівнями (обертальні спектри КР), рідше електронні переходи (електронні спектри КР). Таким чином, частоти розсіяного світла є комбінаціями частоти збудливого світла і коливальних і обертальних частот молекул. При звичайній температурі стоксово лінії значно інтенсивніше антистоксових, оскільки більша частина молекул знаходиться в збудженому стані; при підвищенні температури інтенсивність антистоксових ліній зростає через часткового теплового заселення збуджених коливальних станів Ei. Інтенсивність стоксових ліній КР пропорційна (vo-vi) 4 при vo << vел (vел - частота електронного переходу), а при v0: vел різко зростає (резонансне КР). Для кожної конкретної лінії КР інтенсивність - функція поляризуемости молекул (a), на відміну від ІЧ поглинання, де інтенсивність - функція дипольного моменту молекули (m). Значення наведеної дипольного моменту визначається вираженням

де Е - напруженість електричного поля світлової хвилі, a, b, g поляризуємість I, II, III порядку. У разі звичайного КР другим і рештою членів розкладання можна знехтувати, однак при великих інтенсивностях збудливого світла вони мають важливе значення. Відмінності в фіз. природі процесів розсіювання та поглинання світла характеризують різні правила відбору. тобто одні й ті ж коливання проявляються або в ІЧ, або в КР спектрах або мають різну інтенсивність, наприклад, для молекул, що володіють центром симетрії, активні в спектрі КР коливання не проявляються в ІЧ спектрі і навпаки (правило альтернативного заборони); коливальна і обертальна частоти простих бездіпольних молекул (Н₂, О₂, N₂ і ін.), активні в спектрах КР, в ІЧ спектрах відсутні. Таким чином спектри ІЧ та КР доповнюють один одного. При КР відбувається зміна поляризації світла, що характеризується ступенем деполяризації r. При використанні для порушення лазера (рис. 2), випромінювання якого поляризоване в площині ху, r = Iz / Ix, де Iz і Ix - інтенсивності компоненту розсіяного світла, поляризованих в напрямку осей z і х відповідно. Для неповносимметричних коливань (хаотично орієнтир, молекул в газі або рідкій фазі) r = 0,75 (деполярізованними лінії в спектрі); для

Рис. 2. Спостереження спектра КР під кутом 90 ° при порушенні поляризованим світлом. повносимметричних коливань 0 [r [0,75 (поляризовані лінії), що дозволяє використовувати величину r для встановлення симетрії молекул.

При порушенні неполяризованим світлом для неповносимметричних коливань r = 0,86.