1 / 57

OPTIČKE METODE U ANALITIČKOJ HEMIJI

Instrumentalna analiza , Profesor Hemije. OPTIČKE METODE U ANALITIČKOJ HEMIJI. Dr D. Manojlovi ć , Hemijski fakultet Beograd. Optičke metode hemijske analize se zasnivaju na međusobnoj interakciji elektromagnetnog zračenja i ispitivane supstance.

december
Download Presentation

OPTIČKE METODE U ANALITIČKOJ HEMIJI

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Instrumentalna analiza , Profesor Hemije OPTIČKE METODE U ANALITIČKOJ HEMIJI Dr D. Manojlović, Hemijski fakultet Beograd

  2. Optičke metode hemijske analize se zasnivaju na međusobnoj interakciji elektromagnetnog zračenja i ispitivane supstance. Njihova glavna karakteristika je univerzalnost. Pomoću optičkih metoda se mogu analizirati metali, legure, gasovi, rude, minerali,biološke supstance, organska jedinjenja, zemljište itd. Pored toga se mogu analizrati udaljeni izvorizračenja(Sunce, zvezde i sl.)

  3. PODELA OPTIČKIH METODA Spektroskopske: Emisione Apsorpcione Nespektroskopske

  4. Emisione metode: -Spektrografija -Plamena fotometrija -Fluorimetrija -Rendgenska spektroskopija -Ramanska spektroskopija -itd.

  5. Apsorpcione metode: -Kolorimetrija -Spektrofotometrija -AAS -itd. Nespektroskopske metode: -Polarimetrija -Refraktometrija -Turbidimetrija -Nefelometrija -itd.

  6. Kod emisionih metoda ispituje se elektromegnetno zračenjekoje emitujeispitivana supstanca koja se na pogodan način pobudi (ekscituje) Kod apsorpcionih metoda ispituje se zračenjekoje je prošlo kroz analiziranu supstancu

  7. Kod nespektroskopskih metoda mere se neki drugi parametri zračenja ko što su: ugao rotacije ravni polarizovanog zračenja –polarimetrija indeksa prelamanja –refraktometrija intenzitet rasutog ili rasejnaog zračenja –turbidimetrija i nefelometrija

  8. ELEKTROMAGNETNO ZRAČENJE Elektromagnetno zračenje ima talasna i čestična (korpuskularna) svojstva Koda se razmatra prostiranjeovog zračenja u prostoru (prelamanje, difrakcija i interferencija) talasna priroda elektromagnetnog zračenja postaje znatno jasnija.

  9. Kad se posmatra interakcija zračenja sa atomima i molekulima ispitivane supstance (apsorpcija ili emisija) onda moramo primeniti čestično (korpuskularno) razmatranje Prema talasnoj slici elektromagnetno zračenje se predstavlja kao rasprostiranje oscilujućegelektričnog i magnetnog polja u prostoru. Pri tome vektor električnog polja osciluje normalno na ravan magnetskog polja kao i na pravac prostiranja zračenja.

  10. Skup svih tačaka koje osciluju u istoj fazi predstavljaju talasni front Zamišljeni pravac normale na talsni front je zrak (svetlosni zrak) Prostiranje talasa se često zbog jednostavnosti predstavlja pomoću zraka Elektromagnetni talas: E vektor jačine električnog polja, H vektor jačinemagnetskogpolja

  11. ~ Elektromagnetsko zračenje se karakteriše, brzinom prostiranja c, talasnom dužinom  , frekvencijom , talasnim brojem  i energijom E. Talasna dužina predstavlja najmanje rastojanje između dve tačke koje osciluju u istoj fazi. Jedinica za talasnu dužinu u SI sistemu je metar (m) ali se mogo češće primenjujenanometar (nm).

  12. Frekvencija,  predstavlja broj oscilacija u jedinici vremena. Jedinica za merenje frekvencije je Hertz (Hz) i predstavlja jednu oscilaciju u jednoj sekundi. Veza između talasne dužine i frekvencije data je relacijom: C=2,9979·108m·s-1

  13. ~ Talasni broj, , predstavlja broj talasa na jedinici dužine, obično jedan centimetar. Kao što smo naveli elektromagnetno zračenje ima i čestične (korpuskularne) osobine. Prema korpuskularnoj teoriji svetlost se satoji od fotona koji se karakteristiše impulsom, spinom koji je jednak 1 i energijom E.

  14. Energija fotona data je Planckovom formulom:

  15. SPEKTAR ELEKTROMAGNETNOG ZRAČENJA Spektar elektromagnetnog zračenja je podeljen na oblasti:

  16. Podela je napravljena prema načinu dobijanja i detekciji zračenja pojedinih oblasti. Energija zračenja pojedinih oblasti je znatno različita pa će prema tome biti i različite i promene koje se odigravaju pri interakciji zračenja pojedinih oblasti spektra sa atomima i molekulima ispitivane supstance. Rentgensko zračenje: dovodi do promene energije elektrona koji se nalaze u unutrašnjim popunjenim orbitalama atoma i molekula.

  17. UV (ultraljubičasto zračenje): dovodi do energetskih promena valentnih elektrona atoma ili molekula supstance Vis (vidliva oblast spektra): dovodi do energetskih promena valentnih elektrona u atomima i molekulima supstance IC (infracrveno zračenje): dovodi do promene oscilacija atoma i molekula supstance a zračenje daleke (IC) oblasti dovodi do promene energije rotacije molekula supstance Zračenje u oblasti ultrakratkih i kratkih radio talasa dovodi do promene orjentacije spina elektrona(elektronska paramagnetna rezonanca) ili jezgra (nuklearna magnetna rezonanca)

  18. X-Ray

  19. PRELAMANJE I ODBIJANJE SVETLOSTI Svetlost se u homogenoj sredini prostire pravolinijski Brzina prostiranja svetlosti u optički ređim sredinama je veća nego u optički gušćim sredinama Prilikom prelaska iz jedne sredine u drugu, na graničnoj površini svetlost se jednim delomodbija, a drugim delom prelama.

  20. Prelamanje svetlosti na granici dveju sredina

  21. Za odbijanje(refleksiju) i prelamanje (refrakciju) svetlosti važe Snellovi zakoni Svetlost se sa glatkih površina odbija pod istim uglom pod kojim i pada na površinu Pod upadnim, odnosno odbojnim uglom, podrazumeva se ugao između svetlosnog zraka i normale na površinu. - Svetlost se prelama kad prelazi iz jedne sredine u drugu, u kojoj nema istu brzinuprostiranja kao u drugoj

  22. - Zrak koji na graničnu površinu padne pod pravim uglom (upadni ugao je nula) ne menja pravac kretanja (ne prelama se) - Pravci upadnog i prelomnog zraka kao i normala na površinu leže u istoj ravni - Odnos sinusa upadnog i prelomnog ugla jednak je odnosu brzina prostiranja svetlosti u te dve sredine, odnosno relativnom indeksu prelamanja jedne sredine u odnosu na drugu, .

  23. - Prilikom prelaska svetlosti iz optički gušće u optički ređu sredinu zrak se prelama od normale. Pri nekom upadnom uglu i* prelomni ugao je r= 90o. Ako svetlosni zrak padne na graničnu površinu pod uglom većim od ovog graničnog ugla neće prelaziti u drugu sredinu jer dolazi do totalne unutrašnje refleksije

  24. Totalno unutrašnje odbijanje; i*-granični upadni ugao

  25. Na pojavi totalne refleksije zasniva se primena povratnih prizmi, odnosno prizmi totalne refleksije. Ove prizme mogu da skrenu zrak za 90° i 180° kao i da promene raspored zraka.

  26. Prizme imaju veliku primenu jer uspešno zamenjuju ogledala Prednost ovih prizmi nad metalnim površinama (ogledalima) je u tome što prizme odbijaju svu svetlost koja na njih padne (kod ogledla je koeficijent refleksijeuvek manji od jedinice). Pored toga prizme su vremenski postojane jer kod ogledala dolazi do habanja metalnih površina

  27. INTERFERENCIJA SVETLOST Interferencija svetlosti je pojava međusobnog pojačavanja ili slabljenja svetlosti u slučaju kada se dva svetlosnazraka nađu u istoj tački u prostoru. Pojava interferencije svetlosti može se javiti u trajnom obliku samo sa koherentnom svetlošću (svi zraci osciluju u istoj fazi). Može se smatrati da je koherentna ona svetlost koja se dobija iz izvora malih dimenzija(tačkastog izvora) kada se posmatra na udaljenosti koja je velika u odnosu na dimenzije izvora.

  28. POLARIZACIJA SVETLOSTI Kao što je već navedeno svetlost predstavlja elektromagnetni talasčiji električni i magnetni vektor osciluju normalno na smer prostiranja. Kod bele svetlosti, smer oscilacija se idealno nepravilno menja, tako da se nijednom smeru ne daje prednost i svi smerovi oscilacija su zastupljeni. Kod polarizovane svetlosti postoje “povlašćeni” pravci oscilovanja

  29. Kod linearno polarizovane svetlosti oscilacije se dešavaju samo u jednom smeru u ravni koja je normalna na smer oscilovanja Projekcija oscilacija ovako polarizovane svetlosti je prava

  30. Kod eleiptički odnosno cirkularno polarizovane svetlosti preovlađuju pojedini pravci oscilovanja, tako da projekcija odgovara elipsi odnosno krugu. Svetlost može biti sastavljena od polarizovane i odprirodne komponenete. Prirodna svetlost ima stepen polarizacije 0%, a potpuno polarizovana svetlost 100%.

  31. Linearno polarizovana svetlost se praktično dobija refleksijom sa površine staklene ploče ili pomoću optičkih prizmi koje su napravljene od materijala koji pokazuje dvojno prelamanje – Nickolova prizma Islandski kalcit, turmalin i korund su prirodni kristali koji razlažu svetlost na dva linearno polarizovana zraka (redovni i neredovni) Ovi zraci osciluju u dve ravni koje su međusobno normalne i ako se pomoću zaklona ili na neki drugi način jedan zrak ukloni dobićemo samo drugi zrak.

  32. Nickolova prizma-je načinjena od kosog paralelopipeda kristala islandskog kalcita koji je u ravni kraće dijagonale razrezan, izbrušen i zalepljen kanada balzamom(nD=1.54) Radovan zrak se potpuno prelama(nD=1.66) i apsorbuje se na zatamljenom zidu, dok neredovan zrak ima manji indeks prelamanja (nD=1.49) od kanada balzama i zato prolazi kroz taj sloj, samo je malo paralelno pomeren.

  33. DIFRAKCIJA SVETLOSTI Pojava difrakcije (savijanja), kao i pojave interferencije i polarizacije karakteristične su za talasne procese Difrakcija svetlosti je veoma složena pojava Difrakcija se može shvatiti posmatranjem prostiranja svetlosti iz nekog izvora S kroz pukotinu a-b do ekrana (zaklona) K

  34. Kada bi se svetlosni zraci prostirali pravolinijski iz izvora S ka pukotini a-b onda bi na zaklonu K trebalo da bude osvetljena samo površina AB, pri čemu tačke A i B leže na pravcima SaA i SbB Ovo važi samo ako pukotina a-b ima dovoljnovelike dimenzije

  35. Ako je otvor a-b 0,3 mm i manji javlja se otstupanje od pravolinijskog i na zaklonu K se svetlost se javlja i van područja AB (do tačke C i D). Pri smanjenju linearnih dimenzija pukotine a-b ova pojava dolazi sve više do izražaja i svetlost se sve više širi oko otvora AB Kad se otvor još više smanji dolazi do pojave interferencije svetlosti i dobija se difrakciona slika od niza koncentričnih krugova.

  36. Ako je pukotina izdužna dobija se difrakciona slika od niza svetlih i tamih linija, ukoliko je svetlost monohromatska. Ako se koristi polihromatska (bela) svetlost silka se sastoji od krugova ili linija različiteboje između kojih se javljaju tamne oblasti

  37. Prema tome kod difrakcije polihromatske svetlosti dolazi do njenog razlaganja po pojedinim talasnim dužinama

  38. IZVORI ZRAČENJA Izvori zračenja su sastavni deo svakog aparata koji se koristi kod optičkih metoda Izvor zračenja može imati standard za kalibraciju skale talasnih dužina ili energetske osteljivosti spektralnih aparata. Prema tipu spektra koji emituju izvori zračenja se dele na: - izvore koji emituju kontinualan; - izvore koji emituju diskontinualan spektar.

  39. Kontinualni spektar je okarakterisan neprekidnom raspodelom energije u širokom intervalu frekvencijebez oštrih linija i traka Diskontinualni spektar se sastoji od niza odvojenih, manje ili više oštrih linija i traka Oštra granica između ove dve vrste izvora ne postoji jer ima izvora koji u jednoj oblasti talasnih dužina emituju kontinualni spektar a u drugoj diskontinualni (vodonična lampa)

  40. Kod apsorpcionih metoda se uglavnom koriste izvori sa kontinualnim zračenjem, a kod emisionih izvori sa diskontinualnim zračenjem Svi izvori zračenja krakterišu se spektralnom raspodelom energije zračenja i karakterom njene vremenske zavisnosti

  41. IZVORI KONTINUALNOG ZRAČENJA Primenjuju se dva tipa izvora kontinualnog zračenja: termički izvorii izvori sa električnim pražnjenjem TERMIČKI IZVORI U termičke izvore spadaju lampe sa zagrevanom niti, štapićem ili spiralom

  42. Zagrevno telo je najčešće napravljeno od teško topljivih metala (W), njihovih legura ili oksida pojedinih metala Usijana nit ovih lampi, koje se približno ponašajukao crno telo, emituju kontinualan spektar sa energetskom raspodelom koja je određena temperaturom tela

  43. Maksimum emisije zračenja se pomera ka nižimtalasnim dužinama kada temperatura u usijanom telu raste Prema Wienom zakonu pomeranja:

  44. Spektralna raspodela zračenja crnog tela po Planckovoj formuli

  45. Energija zračenja koje emituje crno telo u jedinici vremena po jedinici površine data je Stefen-Boltzmanovim zakonom: gde je-koeficijent proporcionalnosti, a za realna tela važi: gde je -emisioni koeficijent (emisivnost) koji je za realna tela manji od jedinice

  46. Od kontinualnih izvora zračenja široku primenu imaja volframova lampa (u vidljivoj i UV oblasti), Nernstov i globarštapić(u IC oblasti) Volframova lampa se sastoji od evakuisanog staklenog balona ili balona sa inertnim gasom u kome se nalazi volframovo vlakno Napajanje lampe se izvodi stabilizovanim naponom od 6 V i jačinom struje od 45 A, a usijano vlakno emituje zračenje u oblasti od 320 – 1100 nm

More Related