Презентация на тему: ОСОБЕННОСТИ ПРОВЕДЕНИЯ ИЗОТОПНОГО АНАЛИЗА СПЕКТРАЛЬНЫМИ МЕТОДАМИ

ОСОБЕННОСТИ ПРОВЕДЕНИЯ ИЗОТОПНОГО АНАЛИЗА СПЕКТРАЛЬНЫМИ МЕТОДАМИ
Атомные эмиссионные спектры
ОСОБЕННОСТИ ПРОВЕДЕНИЯ ИЗОТОПНОГО АНАЛИЗА СПЕКТРАЛЬНЫМИ МЕТОДАМИ
ОСОБЕННОСТИ ПРОВЕДЕНИЯ ИЗОТОПНОГО АНАЛИЗА СПЕКТРАЛЬНЫМИ МЕТОДАМИ
ОСОБЕННОСТИ ПРОВЕДЕНИЯ ИЗОТОПНОГО АНАЛИЗА СПЕКТРАЛЬНЫМИ МЕТОДАМИ
ОСОБЕННОСТИ ПРОВЕДЕНИЯ ИЗОТОПНОГО АНАЛИЗА СПЕКТРАЛЬНЫМИ МЕТОДАМИ
ОСОБЕННОСТИ ПРОВЕДЕНИЯ ИЗОТОПНОГО АНАЛИЗА СПЕКТРАЛЬНЫМИ МЕТОДАМИ
ОСОБЕННОСТИ ПРОВЕДЕНИЯ ИЗОТОПНОГО АНАЛИЗА СПЕКТРАЛЬНЫМИ МЕТОДАМИ
Применение атомной спектроскопии для анализа ОЧВ
Атомный абсорбционный анализ
ОСОБЕННОСТИ ПРОВЕДЕНИЯ ИЗОТОПНОГО АНАЛИЗА СПЕКТРАЛЬНЫМИ МЕТОДАМИ
ОСОБЕННОСТИ ПРОВЕДЕНИЯ ИЗОТОПНОГО АНАЛИЗА СПЕКТРАЛЬНЫМИ МЕТОДАМИ
Молекулярная спектроскопия
ОСОБЕННОСТИ ПРОВЕДЕНИЯ ИЗОТОПНОГО АНАЛИЗА СПЕКТРАЛЬНЫМИ МЕТОДАМИ
Вращательные спектры
Электронно-колебательные спектры азота
ОСОБЕННОСТИ ПРОВЕДЕНИЯ ИЗОТОПНОГО АНАЛИЗА СПЕКТРАЛЬНЫМИ МЕТОДАМИ
ОСОБЕННОСТИ ПРОВЕДЕНИЯ ИЗОТОПНОГО АНАЛИЗА СПЕКТРАЛЬНЫМИ МЕТОДАМИ
Колебательная спектроскопия для определения изотопного состава воды
ОСОБЕННОСТИ ПРОВЕДЕНИЯ ИЗОТОПНОГО АНАЛИЗА СПЕКТРАЛЬНЫМИ МЕТОДАМИ
ОСОБЕННОСТИ ПРОВЕДЕНИЯ ИЗОТОПНОГО АНАЛИЗА СПЕКТРАЛЬНЫМИ МЕТОДАМИ
Область малых концентраций дейтерия (до 5 ат.%).
Область средних концентраций (5 – 15 ат. %)
Определение дейтерия в широкой области концентраций на ИК-Фурье спектрометре Thermo Scientific Nicolet iS10
ОСОБЕННОСТИ ПРОВЕДЕНИЯ ИЗОТОПНОГО АНАЛИЗА СПЕКТРАЛЬНЫМИ МЕТОДАМИ
ОСОБЕННОСТИ ПРОВЕДЕНИЯ ИЗОТОПНОГО АНАЛИЗА СПЕКТРАЛЬНЫМИ МЕТОДАМИ
Зависимость оптической плотности для линий поглощения, соответствующих деформационным колебаниям молекул воды, от концентрации дейтерия
ОСОБЕННОСТИ ПРОВЕДЕНИЯ ИЗОТОПНОГО АНАЛИЗА СПЕКТРАЛЬНЫМИ МЕТОДАМИ
1/28
Средняя оценка: 4.5/5 (всего оценок: 46)
Код скопирован в буфер обмена
Скачать (1177 Кб)
1

Первый слайд презентации: ОСОБЕННОСТИ ПРОВЕДЕНИЯ ИЗОТОПНОГО АНАЛИЗА СПЕКТРАЛЬНЫМИ МЕТОДАМИ

В основе спектральных методов анализа лежит использование способности атомов или молекул поглощать и испускать электромагнитное излучение. Характеристики электромагнитного излучения: Длина волны  [мкм, нм, м, Å]. Частота  [с -1 ]:, где с=3  10 8 м/с – скорость света в вакууме; Волновое число  [м -1, нм -1, см -1 ]: Энергия электромагнитного излучения: где h =6,63  10 -34 Дж  с – постоянная Планка. Спектры классифицируются: По природе вещества, взаимодействующего с электромагнитным излучением – на атомные и молекулярные. По характеру спектров – на абсорбционные и эмиссионные.

Изображение слайда
2

Слайд 2: Атомные эмиссионные спектры

Е n=1 n=2 n=3 n=4 Е ион =13,5 эВ 10,2 эВ  1  2 Серия Лаймана Серия Бальмера Спектр водорода Дальняя УФ область Видимая область Серия Лаймана: Серия Бальмера: Простейший случай данного метода – это атомный эмиссионный анализ водорода. Принимая планетарную модель строения атома, атом водорода можно представить как: 1s 2s 3s e n=1 n=2 n=3

Изображение слайда
3

Слайд 3

Длины волн имеют дискретный характер и подчиняются распределению Бальмера-Ридберга : n j, n i – уровень, с которого и на который переходит электрон соответственно; R – постоянная Ридберга. Постоянная Ридберга для бесконечно тяжелого ядра: е – заряд электрона, m е – масса покоя электрона, h =6,625 10 -34 Джс – постоянная Планка. Изотопный анализ методом атомной эмиссионной спектроскопии связан с существованием двух видов изотопических эффектов: изотопическое смещение, обусловленное различием объема ядер изотопов ( наблюдается главным образом в спектрах тяжелых элементов ( М > 80 ) и увеличивается с ростом массы ядра; изотопическое смещение, обусловленное различием масс изотопов.

Изображение слайда
4

Слайд 4

Модель Бора о совместном движении атомного ядра и электронной оболочки относительно неподвижного общего центра тяжести всей системы: М m е Центр масс  Система характеризуется приведенной массой : Подставим в уравнение постоянной Ридберга  вместо m e : Изменение постоянной Ридберга с изменением массы: R  = 1,0973731  10 -7 м -1 ; R Н = 1,09 6 7758  10 -7 м -1 ; R Не = 1,097 2 227  10 -7 м -1. Массовый изотопический эффект присущ любой спектральной линии атомов, но наиболее выражен для легких элементов. Уравнение Бальмера-Ридберга

Изображение слайда
5

Слайд 5

Относительное изотопическое смещение линий водорода : Изотопическое смещение для пары протий-дейтерий равно: для Н  -линии серии Бальмера для Н  -линии серии Лаймана Для изотопного анализа водорода используют серию Бальмера.

Изображение слайда
6

Слайд 6

Изотопическое смешение для некоторых атомов для Н  -серии Бальмера Для многоэлектронных атомов Хьюз и Эккарт обнаружили существование эффекта связи : Значение и знак «специфического» массового эффекта зависят от фазового соотношения между движением отдельных электронов. Пара изотопов Длина волны, , нм Изотопическое смещение, , нм экспериментальное теоретическое H – D 656,3 0,178 0,178 He 3 – He 4 501,6 0,0213 0,0227 Li 6 – Li 7 670,8 0,0160 0,0087 N 14 – N 15 963,0 0,0052 0,0025 Уравнение Бальмера-Ридберга справедливо только для водородоподобных атомов (атом содержит один электрон).

Изображение слайда
7

Слайд 7

Необходимая разрешающая способность в спектральных методах рассчитывается по формуле: Разрешающая способность приборов с дифракционной решеткой: где m – порядок спектра, N – количество штрихов, освещающихся анализируемым светом Пример: Для пары Н- D : Для пары 14 N - 15 N : ДСФ-8-3: дифракционная решетка 1800 штр./мм длиной 100 мм. Если m=1 Разрешение спектральных линий

Изображение слайда
8

Слайд 8

Разрешение спектральных линий Критерий Релея для двух спектральных линий: «Две ближайшие спектральные линии считают разрешенными, т.е. наблюдаются раздельно, если максимум интенсивности одной спектральной линии совпадает с минимумом интенсивности другой спектральной линии». Все эти спектральные пики разрешены.

Изображение слайда
9

Слайд 9: Применение атомной спектроскопии для анализа ОЧВ

С помощью атомной эмиссионной спектроскопии можно определять до 70 элементов. При элементном анализе уравнением Бальмера-Ридберга пользоваться нельзя, поэтому характеристики спектральных линий получают экспериментально. Простые спектры: щелочные металлы, Cu, Ag, Be, щелочноземельные металлы, Zn, Al, As, Ga и др. Сложные спектры: Ti, Zr, Hf, Cr, Mo, Mn, Re, Fe, Co, Ni и др.) Неметаллы: B, C, S, Se, P, I, Ge, Si.

Изображение слайда
10

Слайд 10: Атомный абсорбционный анализ

В этом методе свет от дискретного источника излучения, проходя через атомный пар вещества, поглощается в соответствии с законом Ламберта-Бугера –Бера и по степени ослабления излучения определяют концентрацию примеси (анализ веществ ОСЧ). Поглощение света селективно для каждого элемента и определяется расположением атомных уровней. Для каждого источника света метод является одноэлементным. Метод атомно-абсорбционной спектроскопии применяется также для анализа изотопов таких элементов, как, например, Li, B, Hg, U и др.

Изображение слайда
11

Слайд 11

Блок-схема атомно-абсорбционного спектрофотометра Источник монохром. света Моду-лятор Атомизатор и измеритель-ная кювета Моно-хроматор Преобразо-ватель сигнала Регистратор Источник света – высокочастотные газоразрядные трубки с внешними электродами или трубки с полым катодом. Модулятор – служит для того, чтобы приемник, настроенный на частоту модуляции, регистрировал только излучение от источника. Атомизатор – служит для создания атомного пара. Монохроматор (фильтр) – позволяет направлять в приемник сигнала свет с определенной длиной волны. Преобразователь сигнала – усиливает поступающий сигнал. Приемник сигнала (регистратор) – определяет отношение первоначального сигнала I 0 к интенсивности света, прошедшего через образец I. В качестве регистратора обычно используют фотоэлектронные умножители или полупроводниковые линейки.

Изображение слайда
12

Слайд 12

Преимущество атомно-абсорбционного метода для изотопного анализа состоит в том, что не нужен спектральный прибор с высокой разрешающей способностью, как в случае атомно-эмиссионного анализа. Для определения концентрации изотопа необходимо измерить поглощение света в области резонансной линии для смеси изотопов, находящихся в атомарном состоянии. Метод применяют, когда изотопическое смещение в резонансной линии больше ширины линии, излучаемой источником света и ширины абсорбционной линии. При создании поглощающего слоя с помощью разряда в полом катоде ширина линий находится в пределах 0,01 – 0,04 Å. Изотопный анализ этим методом возможен для H, He, Li, B, Hg, Th и U.

Изображение слайда
13

Слайд 13: Молекулярная спектроскопия

Молекулярные спектры не применяются для анализа веществ ОСЧ. Методы молекулярного спектрального анализа широко используются для качественного анализа, а также при изотопном содержании дейтерия в воде и N 15 в азоте. Изотопические эффекты в молекулярных спектрах обусловлены зависимостью энергии вращения и колебания от массы атомов, входящих в их состав.

Изображение слайда
14

Слайд 14

v=0, J= 0 J=1 J=2 J=3 v= 1, J= 0 3 Е полн =Е эл +Е кол +Е вр. Для молекулы водорода: Е эл =32,1 эВ, Е кол =0,27 эВ; Е вр =0,025 эВ. А – В АВ  А + В Е дис Е дис ’ r* (r*)’ v=0 v=1 r min r max r A-B Е v’=0 v’=1 Основное состояние Электронно-возбужденное состояние 1 2 Е эл определяет положение линии спектра в шкале длин волн, а Е кол и Е вр – тонкую и сверхтонкую структуру полос. Колебательно-вращательные – ИК область Электронно-колебательные спектры - УФ область Вращательные - микроволновая область. Колебательные спектры: Вращательные спектры: Энергетическая диаграмма двухатомной молекулы Молекула колеблется в пределах потенциальной ямы в диапазоне от r min до r max. На последнем уровне молекула диссоциирует на атомы.

Изображение слайда
15

Слайд 15: Вращательные спектры

Изотопическое смещение обусловлено тем, что вращательный момент молекулы зависит от ее приведенной массы: Для двух изотопозамещенных молекул с приведенными массами  1 и  2, используя модель жесткого ротатора, изотопическое смещение равно: где - разность волновых чисел; J ’ – вращательное квантовое число; h – постоянная Планка, с – скорость света в вакууме; r – межатомное расстояние Для двухатомной молекулы с массами атомов М 1 и М 2 приведенная масса рассчитывается по формуле: Изотопическое смещение во вращательных спектрах линейно возрастает с увеличением вращательного квантового числа J ’.

Изображение слайда
16

Слайд 16: Электронно-колебательные спектры азота

N – N r A-B Е Е дис v=0 v=1 N 2 Е дис ’ v’=0 v’=1 N 2 * ( эл ) Рассмотрим молекулу N 2 Е N 2 * ( эл) N 2 * (Эл) + N 2  2 N 2 (тепл.) N 2 * (Эл.) h  N 2 h  2 – 0 1 – 0 0 – 0 0 – 1 0 – 2 Молекулярный эмиссионный спектр 14 N 2 – 14 N 15 N : Атомный эмиссионный спектр 14 N- 15 N : Линия 2 – 0 : =2976 Å,  = 6,1 Å = 9630 Å,  = 0.052 Å

Изображение слайда
17

Слайд 17

Электронно-колебательный спектр азота (электронный переход 3  u -3  g )

Изображение слайда
18

Слайд 18

I 1ф I 2ф I 3ф I 4ф I 14 I 15 Вид окна программы « Mors »

Изображение слайда
19

Слайд 19: Колебательная спектроскопия для определения изотопного состава воды

Колебательная спектроскопия  ИК-спектроскопия. ИК-спектроскопия используется обычно в абсорбционном варианте. Молекулярная специфичность - за исключением оптических изомеров не существует двух химических веществ, обладающих одинаковыми спектрами. Предел обнаружения  4  10 -6 г. При анализе ОЧВ ИК-спектроскопия может использоваться только в сочетании с хроматографией, когда ИК-прибор выполняет роль детектора. ИК-спектроскопия - стандартный метод определения содержания дейтерия (ТУ).

Изображение слайда
20

Слайд 20

Реакция ГМИО воды: Н 2 О + D 2 O  2 Н DO Для двухатомной молекулы собственная частота колебаний равна: Для изотопозамещенных молекул k=const Замена атома протия на дейтерий приводит к уменьшению собственной частоты колебания связи Х – Н в раз. Для двухатомных и трехатомных молекул существует 3 вида колебаний:

Изображение слайда
21

Слайд 21

Частоты основных колебаний воды Изотопная разновидность воды Симметричные валентные колебания  1, см -1 Деформационные колебания  3, см -1 Антисимметричные валентные колебание  2, см -1 пар жидкость пар жидкость пар жидкость Н 2 О 3657 3260 1595 1645 3756 3400 HDO 2727 2500 1402 1460 3707 3400 D 2 O 2666 2189 1179 1220 2789 2500 Мол. доли H 2 O HDO D 2 O 1 0 100 D, ат. % ИК-спектры воды при разной концентрации дейтерия

Изображение слайда
22

Слайд 22: Область малых концентраций дейтерия (до 5 ат.%)

[D 2 O]  0. Аналитическая форма – HDO. Область высоких концентраций дейтерия ( > 98 ат.%).  1 = 2500 см -1 Для определения концентрации снимают калибровочную зависимость в координатах: Вследствие малой точности, уравнение Ламберта-Бугера-Бера не используют. [H 2 O]  0 Аналитическая форма – HDO.  3 = 34 00 см -1 Для определения концентрации дейтерия снимают калибровочную зависимость в координатах: Реакторная вода - 99,85 ат.% Содержание дейтерия в тяжелой воде: Исследования - 99,99 ат.% Улавливание нейтрино - 99,995 ат.% в узкой области [D]

Изображение слайда
23

Слайд 23: Область средних концентраций (5 – 15 ат. %)

Присутствуют 3 изотопные формы: H 2 O, HDO, D 2 O. Снимают спектр при  1 = 2500 см -1 (поглощение молекулами HDO и D 2 O ). Снимают спектр при  3 = 3400 см -1 (поглощение молекулами HDO и Н 2 O ). Решают систему уравнений: Вместо уравнения материального баланса можно использовать уравнение константы равновесия: Рассчитывают мольные, а затем – атомную концентрацию дейтерия.

Изображение слайда
24

Слайд 24: Определение дейтерия в широкой области концентраций на ИК-Фурье спектрометре Thermo Scientific Nicolet iS10

Разборная кювета Неразборная кювета Характеристики: Стандартный спектральный диапазон, см -1 - 7800-350; Разрешение, см -1 - 0,4; Линейность ординаты (ASTM E1421) - 0,1% T; Точность по волновому числу, см -1 - 0,01; СКО случайной составляющей погрешности установки волновых чисел, см -1 0,01

Изображение слайда
25

Слайд 25

Использование «особых» точек ИК-спектра для определения концентрации дейтерия в воде =2045 см -1 =2988,8 см -1 Толщина поглощающего слоя l = 0,006 мм Толщина поглощающего слоя l = 0,025 мм =2988,8 см -1 =2988,8 см -1 =2045 см -1 =2045 см -1

Изображение слайда
26

Слайд 26

Использование частот деформационных колебаний молекул воды для определения концентрации дейтерия Кювета l = 0,006 мм Кювета l = 0,025 мм 5 - Н 2 О  2 =1645 см -1; 6 - HDO  2 =1460 см -1 7 - D 2 O  2 =1220 см -1

Изображение слайда
27

Слайд 27: Зависимость оптической плотности для линий поглощения, соответствующих деформационным колебаниям молекул воды, от концентрации дейтерия

Относительная ошибка определения [D] : При  = 1645 см -1  отн  11 % При  = 1460 см -1  отн  11 % При  = 1220 см-1 отн3, 5 % Толщина поглощающего слоя l = 0,006 мм Толщина поглощающего слоя l = 0,025 мм  2 =1645 см -1  2 =1645 см -1  2 =1 460 см -1  2 =1 460 см -1  2 =1 220 см -1  2 =1 220 см -1 Относительная ошибка определения [D] : При  = 1645 см -1  отн  3, 6 % При  = 1460 см -1  отн 5,5% При  = 1220 см-1 отн5,9%

Изображение слайда
28

Последний слайд презентации: ОСОБЕННОСТИ ПРОВЕДЕНИЯ ИЗОТОПНОГО АНАЛИЗА СПЕКТРАЛЬНЫМИ МЕТОДАМИ

Блок-схема расчета концентрации дейтерия в воде по трем пикам деформационных колебаний молекул воды  - шаг приближения Относительная ошибка определения [D] :  отн 3%

Изображение слайда