Рефераты. Определение концентрации атомов в газе методом атомно-абсорбционной спектроскопии

Определение концентрации атомов в газе методом атомно-абсорбционной спектроскопии

2

Федеральное Агентство по образованию

Государственное Образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

Ульяновский Государственные педагогический университет

Имени И.Н.Ульянова

Кафедра общей физики

Студентка 4 курса

Дневного отделения

Физико-математического факультета

Калачёва О.В.

Определение концентрации атомов в газе методом атомно-абсорбционной спектроскопии

Курсовая работа

Научный руководитель: кандидат

физико-математических наук,

доцент Кудрявцев Ю Н.

Ульяновск 2007

Оглавление:

Введение……………………………………………………………..…….....3

1. Глава 1 Теория атомно-абсорбционных измерений..............................6

1.1 излучение и поглощения света……………………………………....6

1.2 понятие линии поглощения и коэффициента поглощения ……… .8

1.3 контур линии поглощения………………………………………….10

1.4 связь между коэффициентом поглощения в центре доплеровской

линии (k) и концентрацией поглощающих атомов

( или давлением пара P)…………………………………………14

2.Глава 2 Лазеры…………………………………………………………..16

2.1 Принцип работы лазера…………………………………………16

2.2 Описание работы гелий-неонового лазера……………………..22

2.3 Лазеры на органических красителях……………………………25

3. Глава 3 Эксперимент…………………………………………………..30

заключение…………………………………………………………………34

Список литературы…………………………………………………………35

1.ВВЕДЕНИЕ

Открытие и история исследований атомной абсорб-ции неразрывно связаны со всей историей спектроскопии и спектрального анализа. В 1802 г. Волластон, воспро-изведя опыт Ньютона по разложению сплошного сол-нечного спектра, впервые обнаружил, что если пучок солнечного света пропускать не через круглое отверстие в ставне, а через щель, то солнечный спектр оказывается пересеченным несколькими темными линиями. Однако это открытие не привлекло к себе внимания. Через 15 лет независимо от Волластона Фраунгофер снова обна-ружил темные линии в спектре Солнца, которые и полу-чили в честь него название фраунгоферовых.

Происхождение темных линий было установлено лишь в 1859 г. Кирхгофом. Кирхгоф впервые сделал от-четливый вывод о возможности определения химиче-ского состава вещества по спектрам. В совместных ра-ботах с Бунзеном Кирхгоф дал многочисленные при-меры применения спектров для определения щелочных металлов в пламени. Поэтому Бунзен и Кирхгоф спра-ведливо считаются основоположниками спектрального анализа.

В 1861 г. Кирхгофом была опубликована работа по спектральному анализу химического состава солнечной атмосферы, в которой он по совпадению линий испуска-ния определенных элементов с фраунгоферовыми ли-ниями солнечного спектра констатировал присутствие этих элементов на Солнце. В результате важнейшей об-ластью применения атомной абсорбционной спектроско-пии становятся астрофизика и астрохимия, выясняющие химический состав, физическое состояние и характер движения небесных тел.

Первые два десятилетия XX в. знаменуются значи-тельными достижениями в области теории атомной аб-сорбции. В этот период были установлены основные со-отношения: связывающие величину поглощения с атом-ными постоянными, сформулирована теория уширения линий с давлением, выведено соотношение для контура линии поглощения при суммарном действии не-скольких эффектов уширения, разработаны методы измерения атомной абсорбции.

Благодаря теоретическому обоснованию процессов абсорбции удалось получить количественные данные о солнечной и звездных атмосферах их химическом составе, температурах, электронных концентрациях и пр.

Абсорбционный метод нашел применение при рас-шифровке сложных спектров, так как в поглощении на-блюдаются линии, начинающиеся только с низких энер-гетических уровней.

Для астрофизических целей, исследования плазмы, выяснения особенностей строения атома важно знать продолжительности жизни возбужденных состояний ато-мов и эффективные сечения атомов при столкновении с молекулами постороннего газа. Измерения поглощения применяются также и при исследовании сверхтонкой структуры атомных линий и эффекта Зеемана, т. е. в тех случаях, когда для реги-страции явления необходимы очень узкие спектральные линии.

Применение атомной абсорбции в аналитической хи-мии начинается в сороковых годах и касается исключи-тельно определения паров ртути в воздухе.

В 1954 г. появляется работа О. П. Бочковой посвященная применению атомной абсорбции для анализа газов. Этими единичными работами ограничивалось аналити-ческое использование атомной абсорбционной спектро-скопии вплоть до 1955 г.

В 1955 г. Уолшем были выявлены наибо-лее существенные преимущества абсорбционных методов перед эмиссионными, предложен рациональный способ регистрации атомной абсорбции и рекомендована схема установки для проведения анализов.

Работы по атомной абсорбционной спектро-скопии проводятся не только в области ее применения для анализа элементарного состава вещества, но и в других направлениях: разрабатываются абсорбционные методы анализа газов, упрощенные методы определения изотопного состава элементов, ведутся измерения абсо-лютных величин сил осцилляторов и ширины резонанс-ных линий, коэффициентов диффузии паров элементов в инертных газах.

Цель данной курсовой работы является моделирование атомно-абсорбционных измерений в варианте лазерной спектроскопии, то есть в качестве источника используется He-Ne лазер, а в качестве вещества разряд Ne в лампе.

Задачи: 1) Проработать литературу по общей теории атомно-абсорбционной спектроскопии.

2) ознакомится с понятиями коэффициента поглощения, уширения контура линии.

3) Установить связь между коэффициентом поглощения в центре доплеровской линии (k) и концентрацией поглощающих атомов .

4) Экспериментально вычислить концентрацию атомов и сравнить с теоретическим значением.

ГЛАВА I

ТЕОРИЯ АТОМНО-АБСОРБЦИОННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ

1.1 ИЗЛУЧЕНИЕ И ПОГЛОЩЕНИЕ СВЕТА

Излучение и поглощение света связано с процессами перехода атомов из одного стационарного состояния в другое. Для стационарных состояний i и k с энергия-ми E и Eh в тех случаях, когда Eh>E переход i k ведет к поглощению света, а переход k i ведет к из-лучению света с частотой

= (1)

Согласно квантовой теории излучения Эйнштейна ме-жду уровнями i и k могут наблюдаться переходы трех типов:

1. Излучательные переходы (ki) из возбужденного в более низкое энергетическое состояние, происходящие самопроизвольно (спонтанно).

Поглощательные переходы (ik) из более низ-кого в более высокое энергетическое состояние, проис-ходящие вынужденно в результате воздействия внеш-него излучения с частотой vh i

Излучательные переходы (ki) из возбужденного в более низкое энергетическое состояние, происходящие вынужденно (индуцированно) в результате воздействия внешнего излучения той же частоты, что частота испускания

Таким образом, излучательные переходы ki вклю-чают два рода переходов: спонтанные переходы, проис-ходящие без какого-либо внешнего воздействия, и вы-нужденные переходы, происходящие под влиянием внешнего излучения. Поглощательные же переходы ik всегда происходят при воздействии внешнего излучения. По отношению к поглощению обратным процессом является не спонтанное испускание, а процесс выну-жденного испускания, выражающийся в усилении пучка света, проходящего через среду. Это явление, до недав-него времени рассматривавшееся как некий теоретиче-ский курьез, было реализовано в течение последних лет в системах оптических квантовых усилителей и генера-торов (лазеров).

Атомный аб-сорбционный спектральный анализ основан на явлении совершенно иного характера -- вынужденном процессе.

Метод атомно-абсорбционная спектроскопия основана на законе поглощения атомами исследуемого пара узких спектральных излучений

I=I (2)

Здесь I-интенсивность падающего излучения на поглощающий слой пара толщиной в интервале частот от до +d. I-интенсивность прошедшего излучения в том же интервале частот , k-коэффициент поглощения, который можно считать постоянным только для достаточно узкого спектрального интервала.

Существует три варианта метода атомно-абсорбционной спектроскопии:

1) с использованием источника линейчатого спектра.

2) с использованием источника сплошного спектра.

3) с одновременным использованием источников линейчатого и сплошного спектров.

Первый вариант получил название метода линейчатого поглощения. Второй-метода полного поглощения. Третий - комбинированного метода.

1.2 ПОНЯТИЕ ЛИНИИ ПОГЛОЩЕНИЯ И КОЭФФИЦИЕНТ ПОГЛОЩЕНИЯ

Страницы: 1, 2, 3, 4



2012 © Все права защищены
При использовании материалов активная ссылка на источник обязательна.