SPEKTROSKOPI (1) Elektromagnetisk strålning. Synligt ljus. Kemisk mätteknik CSL Analytisk kemi, KTH. Ljus - en vågrörelse

Storlek: px

Starta visningen från sidan:

Download "SPEKTROSKOPI (1) Elektromagnetisk strålning. Synligt ljus. Kemisk mätteknik CSL Analytisk kemi, KTH. Ljus - en vågrörelse"

Karl Viklund
för 8 år sedan
Visningar:

1 Kosmisk strålning Gammastrålning Röntgenstrålning Ultraviolet Synligt Infrarött Mikrovågor Radar Television NMR Radio Ultraljud Hörbart ljud Infraljud SEKTROSKOI () Kemisk mätteknik CSL Analytisk kemi, KTH Kemivärlden 5 Ljus - en vågrörelse Elektromagnetisk strålning Magnetiskt fält Elektriskt fält Utbredningsriktning Klassiska vågmodellen Kvantteori, energiknippen, fotoner c = ν λ, 8 m/s En foton har energin: E = h ν h = lancks konst 6,6 - Js c = νλ =. 8 m/s Gäller i vakum Brytningsindex η i ett förhållande mellan hastigheter η i = c/v i Det elektromagnetiska spektrumet Synligt ljus Frekvens [Hz] Ultraviolet Synligt Infrarött Våglängd [m] 6 8 Våglängd nm Observerad färg Absorberat ljus -5 Violett Gul-grön 5-8 Blå Gul 8-9 Blå-grön Orange 9-5 Grön-blå Röd 5-56 Grön urpurröd Gul-grön Violett Gul Blå Orange Blå-grön Röd Grön-blå E = hυ υ = c/λ

foton har energin: E = h ν h = lancks konst 6,6 - Js c = νλ =.

2 Absorption Excitation: M + M* Relaxion: M* M + värme eller fotokemiskt sönderfall eller sekundär strålning Emission Excitation Kort livstid (mikro - nano s) M* M + Emissionspektra linje,band,kontinuerliga Fluorescens, fosforescens Bohr-modellen för atomär spektroskopi Energinivådiagram-atomspektrum Grundtillstånd 6 S D / /,/ /,5/ Exciterade atomer 5 5s s s E = 5. ev ion Na 589 5p p p d d d Absorption Emission Fluorescens Våglängd, nm Energinivådiagram - molekyler IR-Spektrum Energi E E E IR VIS UV λ λ λ' λ'5 λ'' λ''5 Exciterat tillstånd Exciterat tillstånd Grundtillståndet Våglängd, µm

6 S D / /,/ /,5/ Exciterade atomer 5 5s s s E = 5. ev ion Na 589

3 UV-Vis Spektrum Emission av strålning.5... I = k *konc alt I = k *mängd E Våglängd, nm Linjäriteten bestäms av detektorns linjäritet Absorption av strålning Allt är icke önskad absorption M + M * b Kyvett med absorberande lösning T = %T = % A = - log T log = Reflektionsförluster i gränsytor Ljusspridningsförluster M * M + värme Reflektionsförluster i gränsytor Kvantitativ spektroskopi Avvikelser från Beers lag Beers lag: A = a b c A = ε b c b Transmittansen: T = en: A = - log T log = Om halten ges i t.ex. g/l - a har då enheten L/(g*cm) Om halten ges i molar - ε har då enheten L/(mol*cm) Verkliga avvikelser. Kemiska avvikelser. Instrumentella avvikelser. a resp. ε beror av vilket ämne det är och av våglängden

absorberande lösning T = %T = % A = - log T log = Reflektionsförluster i gränsytor Ljusspridningsförluster M * M + värme Reflektionsförluster i gränsytor Kvantitativ spektroskopi

4 Kemisk störning av Beers lag Instrumentell störning av Beers lag olykromatiskt ljus + - HIn H + In 5 Ka =. ε ε57 HIn In från olika komponenter i provet adderas. λ = nm λ = 57 nm B A Våglängd, nm Koncentration Koncentration, M 5 Ströljuseffekten Osäkerhet vid spektrofotometri %. % % 5 % Relativt koncentrationsfel, % Skalavläsning Detektorbrus Cellpositionering Koncentration Spektrofotometrisk instrumentering Strålningskällan Bredbandiga Smalbandiga, monokromatiska Strålningskälla rov Analysator Detektor Registrering Dator rinter x/t skrivare rovbehållaren Vilka krav ställs på den?

nm 6.5... B A 5 6 7 8 9 Våglängd, nm Koncentration Koncentration, M 5 Ströljuseffekten Osäkerhet vid spektrofotometri..6..8. %.

5 åfågelfjädrarna Kemivärlden 6 Olika dispersiva element Reflektionsgitter risma Icke linjär dispersion Temperaturkänslig Förstärkande interferens om skillnaden i väglängd mellan två strålar är en multipel av λ Gitter CB + BD = nλ r Linjär dispersion Överlagrade ordningar nλ =d(sin(i)+sin(r)) i A C d D B Första Andra ordningen ordningen Interferensfilter Val av bandbredd Vitt ljus ϕ Monokromator rocent transmittans Glas Dielektrikum Metall A B t λ 5 nm Interferensfilter Begränsat våglängdsband Väglängd genom dielektrikumet = t/cos ϕ nλ = t/cos ϕ tnär ϕ nm λ = λ η λ = tη/n Våglängd

i A C d D B Första Andra ordningen ordningen Interferensfilter Val av bandbredd Vitt ljus ϕ Monokromator rocent transmittans Glas Dielektrikum

6 Fotomultiplikator Kisel-fotodiod Metallkontakt Foton Hög känslighet vid låga ljusintensiteter Högt signal/brus förhållande Stötkänslig Katod Dynoder Anod Brett dynamiskt område Mycket högt signal/brus förhållande vid höga intensiteter Solid state V SiO p lager n lager Kisel Guldkontakt IR-detektorer Konventionell spektrofotometer Lägre energi än vid UV-vis kräver andra detektorer. Bygger på att värmeenergi omvandlas till elektrisk energi. Thermocouple, två konduktorer. Ferroelektriskt material, temperaturberoende polarisering. Fotokonduktiv detektor, halvledare påverkas. Monokromator Utgångsspalt Ljusspridande element Ingångsspalt Ljusdelare Lampa Referens rov Detektor Detektor Diod-array spektrofotometer Diod array detektor Ljus Gitter Spalt Lins rov Slutare Lins -dioders array Deuteriumlampa Wolframlampa Brett dynamiskt område Mycket högt signal/brus förhållande vid höga intensiteter Solid state Mångkanalsmätning Fotodiod Kapacitans Shift register Transistor switch Signal ut Avläsnings cykel

Bygger på att värmeenergi omvandlas till elektrisk energi. Thermocouple, två konduktorer. Ferroelektriskt material, temperaturberoende polarisering. Fotokonduktiv detektor, halvledare påverkas.

Relevanta dokument

Spektroskopi. Atomer. Breddning. Molekyler

Spektroskopi. Atomer. Breddning. Molekyler Spektroskopi Atomer Breddning Intensitet Naturlig energitillst. ändras, 0,1-1pm Doppler atom rör sig mot/fr det., 1-2 pm Kollision får/ger energi vid krock, 1-5 pm Våglängd, nm Molekyler Intensitet Absorbtion