4.3. Спектрлердi зерттеу құралдары

Атомның (молекуланың ) энергетикалық кү йiнiң ө згерiсi жарық кванттарының (фотондардың ) шығ арылуы немесе жұ тылуымен қ абат жү редi. hv фотон энергиясы электромагниттiк тербелiстер шкаласындағ ы спектрлiк сызық орнын, ал фотон саны - оның интенсивтiгiн анық тайды. Спектрлiк приборлар (аспаптар) кө мегiмен спектрдi жә не спектрлiк сызық тардың интенсивтiгiн зерттеу арқ ылы атомдардың (молекулалардың ) энергетикалық кү йлерiжайында мол мә лiмет алуғ а жә не зат концентрациясын анық тауғ а болады.

Спектрлiк талдау зерттеулерiү шiн қ олданылатын эксперименттiк қ ондырғ ы ү ш негiзгi элементтен тұ рады: спектрдi қ оздыру кө зi, спектрлiк прибор, спектрдi тiркеушi бө лiк.

Талдау жасалатын зат спектрдiқ оздыру кө зiнде ә йтеуiр бiр амалмен бу кү йiне келтiрiледi жә не осы зат буы жарық шығ аратындай қ оздырылады.

Зат буынан шығ арылғ ан жарық спектрлiк қ ұ ралғ а бағ ытталады, мұ нда ол кең iстiк бойынша монохроматтық қ ұ раушыларғ а жiктелiп, толқ ын ұ зындық тары бойынша реттелiп орналасқ ан спектр алынады. Зерттелетiн зат спектрiн кө збен қ арауғ а, фотографиялық немесе фотоэлектрлiк тә сiлмен тiркеуге болады. Фотопластинкағ а тү сiрiлген спектр спектрограммадеп аталады.

Спектрдi қ оздыру кө зi. Атомдарды қ оздыру жә не иондау амалдары

Зерттелетiн зат атомдарының қ оздырылуы жә не иондануы бұ лардың жылдам электрондармен соқ тығ ысуы жә не де атомдардың электромагниттiк сә улемен ә серлесуi кезiнде iске асырылады.

Атомды қ оздыру ү шiн, яғ ни Е₀ негiзгi кү йде тұ рғ ан атомды қ айсыбiр Е₁ қ озғ ан кү йге дейiн, немесе оны Е₁ қ озғ ан кү йден жоғ арырақ қ озғ ан Е₂ кү йге дейiн ауыстыру ү шiн соқ тығ ысатын электронның Е_кин кинетикалық энергиясы (Е₁-Е₀) немесе (Е₂-Е₁) тиiстi шамалардан кем болмауы тиiс: Е_кин³ (Е₁-Е₀), Е_кин³ (Е₂-Е₁).

Атоммен соқ тығ ысқ анда, егер электронның Е_кин кинетикалық энергиясы берiлген элементтiң Е_и иондану энергиясына тең не одан артық (Е_кин> Е_и) болғ ан жағ дайда атомның иондануы мү мкiн.

Оптикалық спектрлердi қ оздыру ү шiн жалын, электрлiк доғ а, ұ шқ ын жә не басқ а электр разряды тү рлерi қ олданылады.

Бұ ларда электрондар бiрнеше мың тiптi бiрнеше он мың К температура қ абылдайды, ал зерттелетiн зат атомдық газғ а айналады. Электрондар бейберекет қ озғ алатындық тан, бұ лардың кинетикалық энергиясы болады (k- Больцман тұ рақ тысы). Осындай жағ дайда бө лшектер ә ртү рлi жылдамдық қ а ие болады: қ оздыруғ а қ абілетсiз баяу электрондар да, барлық элементтердiң атомдарын қ оздыру ү шiн жеткiлiктi, бiрнеше эВ энергиясы бар, ө те жылдам электрондар да болады. Температура ө скен сайын жеткiлiктi жоғ ары энергиялары бар электрондардың салыстырмалы саны арта тү седi, ал атомдарды қ оздыру ү шiн жеткiлiксiз энергия қ оры бар баяу электрондар ү лесi кемидi. Атомдардың қ оздыру энергиясы неғ ұ рлым жоғ ары болса, соғ ұ рлым электрондар температурасы жоғ ары болуғ а тиiс; бұ л осы процестiң тиiмдi ө туi ү шін қ ажет.

Спектрдi қ оздырудың қ андай кө зiн қ олдану атқ арылатын жұ мыстың нақ ты мақ сатына жә не жарық кө зiнiң бiзге қ ажеттi спектрдi шығ ару мү мкiндiгiмен анық талады.

Спектрлiк аспап. Атомдық спектрлiк талдау ү шін кө бiнесе дисперсиялық спектрлiк аспаптарқ олданылады, бұ лардың басты элементi- призма немесе дифракциялық тор.

Спектрограмманы қ арауғ а жә не сызық тардың ара қ ашық тық тарын ө лшеуге арналғ ан аспаптар, ө лшеуiш микроскоп

Спектропроектор (ПС-18, ДСП-1) экранында спектрограмманың ү лкейтiлген кескiнi алынады. 4. 2-суретте ДСП-1 спектропроекторының оптикалық схемасы келтiрiлген. Қ ыздыру лампасынан (1) жарық бiрдей екi шоқ қ а бө лiнiп тарайды. Ә рбiр жарық шоғ ы жарық тандырушы линзалар жү йесi (3), қ ызып кетуден қ орғ айтын (2) сү згi (фильтр) арқ ылы ө тiп спектр тү сірiлген фотопластинкағ а (4) тү седi. Объектив (5) жә не призма (6) спектрограмманың 20 есе ү лкейтiлген кескiнiн экранғ а (7) проекциялайды. Спектрограмманы зерттеу ү шін элементтердiң спектрлiк сызық тарының атласы қ олданылады. Экранғ а проекцияланғ ан спектрограммадағ ы темiр спектрiн планшеттегi темiр спектрiмен сә йкестендiрiп беттестiредi. Сызық тың толқ ын ұ зындығ ы атлас бойынша тiкелей анық талады.

Спектрлiк сызық тарғ а дә л ө лшеу жү ргізу ү шін МИР-12 ө лшеуiш микроскопы қ олданылады (4. 3 сурет).

Сызық тың орнын дұ рыс ө лшеу ү шін оны микроскоптың окулярында кө рiнетiн қ ылдар жү йесiне қ атысты орналастыра бiлу керек. Микроскоптардың ә р тү рінде қ ылдар ә р тү рлi орналасқ ан болады. 4. 4-суретте кескiнделгендей жү йе кө бiрек ұ шырасады. 4. 4-суретте микроскоптағ ы қ ылдар жү йесiне қ атысты сызық ты қ алай орналастыру керектiгi кө рсетiлген.

Сурет 4. 2 ДСП-1спектропроекторыа –сыртқ ы тү рі; б-оптикалық схемасы;

1-лампа; 2-конденсаторлар; 3-жылулық фильтр; 4-спектрограмма;

5-перде; 6-объектив; 7 –айна шеті бар призма; 8–экран[13, 14, 18, 19].

Микроскопты бiр бағ ытта жылжытып (бұ ранда басын айналдыру арқ ылы) оны ө лшенетiн жә не салыстыратын белгiлi сызық тарғ а («нормаль») туралап қ ою арқ ылы сызық тардың ара қ ашық тық тарын ө лшеу жү ргiзiледi

МИР – 12 (рис 4. 3. ) фотопластинка бекітілетін горизонтальорындық тан (1), арақ ашық тығ ы кө рсетілген миллиметрлік шкаладан (4) жә не барабаннан тұ рады (3). Барабанның бө лік қ ұ ны0, 01 мм, ө лшеу дә лдігі 0, 005 мм.

Сурет 4. 3. МИР-12 ө лшеуіш микроскопы[31]. Сурет 4. 4. Микроскоптың кө руаумағ ы

Темiр спектрiмен (салыстыру спектрi) танысу, спектрлiк сызық тарды тең дестiру

Темiр спектрiнде сызық жеткiлiктi кө п (кө рiнетiн жә не УК аймақ тарда ~ 4700) жә не фотографиялық тiркелген толқ ын ұ зындық тардың бү кіл диапазоны бойынша бұ лар бiркелкi дерлiк ү лестiрiлген. Ә рi темiр спектрi сызық тарының толқ ын ұ зындық тары қ ажеттi дә лдiкпен анық талғ ан. Сондық тан да спектрлiк талдау мә селелерiн шешкен кезде темiр спектрi басқ а элементтердiң спектрлiк сызық тарын тең дестiру ү шін тiрек ролiн атқ арады.

Спектрлiк сызық тарды тең дестiру (отождествление) ПС-18 немесе ДСП-1 спектропроекторында темiр спектрi атласы кө мегiмен жұ ргiзiледi. Атластарда [12, 20, 21] кескiнделген спектрлер ИСП-28 спектрографында [12, 20, 21] суретке тү сірiлiп (ДФС-8 спектрографында [21]) спектропроектор обьективiнiң 20^х- есе ү лкейтуiне сә йкес 20 есе ү лкейтiлген спектрлер. Сондық тан атлас планшеттерiндегi спектр спектропроектор экранында кө рiнетiн спектрмен дә л келедi.

Зерттелетiн спектрограмманы эмульсиясын жоғ ары қ аратып спектропроектордың пластинка қ оюғ а арналғ ан ү стелiне экрандағ ы спектрдiң ұ зын толқ ынды бө лiгi оң жақ қ а келетiндей етiлiп орналастырады. Обьективтi фокустау арқ ылы экрандағ ы спектр сызық тарының айқ ын кескiнi алынады.

Атлас 23 планшеттен [12] тұ рады ([21] -18 планшет). Ә рбiр планшетте темiр спектрiнiң белгiлi бө лiгi кескiнделген, осы спектрге қ атысты басқ а элементтердiң сипаттаушы сызық тарының орны жiң iшке тiк сызық тармен (штрихтармен) кө рсетiлген (4. 5-сурет). Ә рбiр сызық ү шін элемент символымен қ атар 0, 01 нм-ге дейiн ық шамдалғ ан толқ ын ұ зындық келтiрiлген, шартты бiрлiктерде сызық тың интенсивтігі (сезгiштiгi) кө рсетiлген. Сызық тардың сезгiштiгiн бағ алау ү шін он баллдық жү йе қ абылданғ ан (4. 3-кесте). Элемент концентрациясы 10% жә не бұ дан жоғ ары болғ ан жағ дайда спектрде пайда болатын кө рiнетiн сызық тардың интенсивтігі(сезгiштiгi) 1-ге тең деп, ал концентрация 0, 001% жә не бұ дан тө мен болғ ан жағ дайда спектрде пайда болатын сызық тардың сезгiштiгi 10 деп алынғ ан. Спектрограммада сызық тардың пайда болуы спектрдi алу жағ дайына елеулi тү рде тә уелдi болатындық тан атласта кө рсетiлген сезгiштiктiң бағ алануы бағ дарлық сипатта қ арастырылуы тиiс (4. 3-кесте).

Сурет 4. 5 Спектр сызық тарының атласы [32]

Планшетте темiр спектрiнiң тө менгi жағ ына толқ ын ұ зындық тар шкаласы келтiрiлген, бұ л спектрде бағ дарлануғ а жә не атласта келтiрiлмеген сызық тардың толқ ын ұ зындық тарын анық тауғ а мү мкіндік бередi. Планшеттерге тү сінік берiлген кiтапшада барлық сызық тар кесте тү рінде берiлген. Ә рбiр сызық ү шін қ оздыру энергиясы, интенсивтігі (сезгiштiгi) жә не атом немесе ион спектрiне жататындығ ы кө рсетiлген. Элементтердiң сезгiштiгi жоғ ары «соң ғ ы сызық тары» қ ою шрифпен бө лiнген.

Спектропроектор экранына спектрограмманың айқ ын кескiнi тү сірiледi. Атласпен жұ мыс iстеуге жә не спектрограмманы талдап шешуге кiрiсер алдында пластинканың дұ рыс орналасқ анына кө з жеткiзу керек жә не темiр спектрiнде тез бағ дарлануды ү йрену керек.

Спектрограмманы ық ылас қ ойып қ арап отырып бұ дан атлас планшеттерiнен оң ай есте сақ талатын сызық тар топтары iзделiп табылады. Мысалы, 8-планшетте [12](3- планшетте [20]) шартты тү рде «егiздер» деп аталатын топ сызық тарды. 4. 4а-сурет, ал 15-планшетте [12](10-планшетте [21])- тағ ы да бiр топ сызық тарды айтуғ а болады (4. 4б-сурет). Осы немесе басқ а есте сақ тауғ а оң ай сызық тар тобы есте жақ сы сақ талуы ү шін темiр спектрiн басынан аяғ ына дейiн тү гелдей бә рiн бiрнеше рет қ арап шығ ып, керектi сызық тарды ә рбiр қ арағ ан сайын тауып отыру керек. Сонымен темiр спектрiнде тез бағ дарлану ү шін спектрдiң ә р бө лiгiнен орналасуы жә не сыртқ ы тү рі есте оң ай сақ талатын сызық тар топтарының орналасуын жә не ерекше белгiлерiн бiлу жә не есте сақ тау керек. Осындай сызық тар топтарының кейбiреуiнiң сипаттамалары ә дебиетте [20]келтiрiлген.

4. 3. - кесте

Сызық тар интенсивтiгiнiң шкаласы

Интенсивтiк (сызық тық сезгіштігі)	Эталон (элемент концентрациясы белгiлi зат ү лгiсi) спектрiнде сызық тың пайда болатын элемент концентрациясы, %
	³ 10
2-3	10-1
3-5	1-0, 1
5-7	0, 1-0, 01
7-9	0, 01-0, 001
	< 0, 001

Сурет 4. 6Спектрлік сызық тардың атласы [4]

а) «егіздер» - сызық тары, б) «кө рінетін топ» - сызық тары

2-жаттығ у. Спектрлiк сызық тардың толқ ын ұ зындық тарын анық тау.

Спектрлiк сызық тардың толқ ын ұ зындық тарын анық тау ең дә л физикалық ө лшеулерге жатады. Спектрлiк сызық тардың толқ ын ұ зындық тарын 10^-4 нм-ге дейiнгi дә лдiкпен есептеуге мү мкіндік беретiн кө птеген ә р тү рлi тә сiлдер бар.

Спектрлiк прибордың дисперсиялық қ исығ ы бойынша немесе прибордың толқ ын ұ зындық тар шкаласын тiкелей пайдаланып толқ ын ұ зындық ты шамалап анық тауғ а болады.

Салыстыру спектрi. Спектроскопия практикасында толқ ын ұ зындық ты ө лшеу ү шін кө бiнесе спектр фотографиялық тiркелiнедi. Ө лшеулер ү шін салыстыру тә сiлi қ олданылады. Сонда толқ ын ұ зындық тары жоғ ары дә лдiкпен ө лшенген (нормальдар деп аталатын) сызық тары бар салыстыру спектрi сызық тарының аралығ ындағ ы ө лшенетiн сызық тардың толқ ын ұ зындық тарына интерполяция жасалады. Салыстыру спектрi ретiнде кө бiнесе бiрнеше жақ сы атластары шығ арылғ ан темiрдiң доғ алық спектрi алынады. Кейбiр жағ дайларда сынап, мыс, аргон, неон жә не басқ а элементтер спектрi пайдаланылады.

Дә л ө лшеулер ү шін екi спектр-ө лшенетiн жә не салыстырылатын спектрде-бұ лар жартылай немесе толық қ абаттасатындай етiлiп суретке тү сірiлуi тиiс. Осы мақ сатта прибордың саң ылауына тақ ап орналастырылатын Гартман диафрагмасы (4. 5-сурет) пайдаланылады. Диафрагма ойық тарының орналасуы бұ лар арқ ылы тү сірiлген спектрлер арасында ашық аралық қ алмайтындай, бiрiмен-бiрi жартылай қ абаттасатындай болуы тиiс. Егер зерттеу сипаты мү мкіндік берсе, онда салыстыру спектрiн зерттелетiн спектр ортасына беттестiрiп тү сірген ың ғ айлы болады. Кей жағ дайда салыстыру спектрi зерттелетiн спектрдiң екi жағ ына да тү сірiледi.

Толқ ынұ зындық тарын фотоэмульсиядағ ы ара қ ашық тық тар бойынша ө лшеу. Белгiсiз сызық тың толқ ын ұ зындығ ын анық тау ү шін осы сызық тың салыстыру спектрiндегi ең жақ ын екi немесе ү ш сызық қ а дейiнгi ара қ ашық тық тар ө лшенедi де интерполяциялық формулалар бойынша толқ ын ұ зындық есептелiнедi.

Сызық тық интерполяция. Аспаптың сызық тық дисперсиясы тұ рақ ты болғ ан жағ дайда сызық тың толқ ын ұ зындығ ын анық тау ү шін белгiлi екi сызық тың ара қ ашық тығ ын жә не бұ лардың бiреуiнен ө лшенетiн сызық қ а дейiнгi қ ашық тық ты ө лшеу жеткiлiктi.

Осы жағ дайда ө лшеу аспабының (МИР-12 микроскопы) толқ ын ұ зындық тары l₁ жә не l₂ белгiлi сызық тарғ а келтiрiлгендегi кө рсетуi (санауы)n₁ жә не n₂, ал ө лшенетiн l_хсызық қ а келтiрiлгендегi прибордың кө рсетуi (санауы)n_х болсын дейiк.

Сонда дисперсияның тұ рақ тылығ ы шартынан мына ө рнек алынады:

(4. 1)

осыдан

(4. 2)

Сурет 4. 7 Ө лшеуіш микроскоп арқ ылы толқ ын ұ зындық тың сызық тарын анық тау [4]

Дисперсияның тұ рақ ты болуы қ атаң болмайтындық тан l₁-l₂ интервалын мейлiнше кiшi етiп сайлап алу керек. Толқ ын ұ зындығ ы l_х сызық l₁- l₂ интервалы iшiнде жататындай болуы тиiс.

Сызық тық интерполяцияны дисперсия тұ рақ ты болатын жағ дайда ғ ана емес, дисперсияның l₁-l₂ бө лiгiнде ө згерiсiн елемеуге болатындай салыстыру сызық тары ө лшенетiн сызық қ а жақ ын орналасатын жағ дайда да қ олдануғ а болады.

Толқ ын ұ зындығ ын есептеудiң осы тә сiлi дифракциялық приборлар ү шін (мыс. ДФС-8) ә бден жарамды. Призмалық аспаптар ү шін (мыс. ИСП-28) бұ л ә дiстi егер (l₁-l₂) 5, 0 нм-ден аспайтын болса ғ ана қ олдануғ а болады.

Толқ ын ұ зындығ ын спектрлік сызық тардың атласы кө мегімен анық тау. Гартман диафрагмасы кө мегімен тү сірілген спектрограмманы (зат ү лгісінің спектрі темір спектрімен тү йістіріліп оның ү стің гі жағ ына тү сірілген) ү лкейтіп, егжей-тегжейлі зерттеу ү шін спектопроектор пайдаланылады. Спектропроектор экранына проекцияланғ ан спектрограммадағ ы темір спектрін планшеттегі темір спектрімен беттестіреді. Зерттелетін зат ү лгісі спектріндегі сызық тың толқ ын ұ зындығ ы атлас бойынша тікелей анық талады.

⇐ Предыдущая 7 8 9 10 111213 14 15 16 Следующая ⇒