Курсовая работа на тему: Определение концентрации атомов в газе методом атомно-абсорбционной спектроскопии

Введение

Открытие и история исследований атомной абсорбции неразрывно связаны со всей историей спектроскопии и спектрального анализа. В 1802 г. Волластон, воспроизведя опыт Ньютона по разложению сплошного солнечного 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 обнаружил темные линии в спектре Солнца, которые и получили в честь него название фраунгоферовых.

Происхождение темных линий было установлено лишь в 1859 г. Кирхгофом. Кирхгоф впервые сделал отчетливый вывод о возможности определения химического состава вещества по спектрам. В совместных работах с Бунзеном Кирхгоф дал многочисленные примеры применения спектров для определения щелочных металлов в пламени. Поэтому Бунзен и Кирхгоф справедливо считаются основоположниками спектрального анализа.

В 1861 г. Кирхгофом была опубликована работа по спектральному анализу химического состава солнечной атмосферы, в которой он по совпадению линий испускания определенных элементов с фраунгоферовыми линиями солнечного спектра констатировал присутствие этих элементов на Солнце. В результате важнейшей областью применения атомной абсорбционной спектроскопии становятся астрофизика и астрохимия, выясняющие химический состав, физическое состояние и характер движения небесных тел.

Первые два десятилетия XX в. знаменуются значительными достижениями в области теории атомной абсорбции. В этот период были установлены основные соотношения: связывающие величину поглощения с атомными постоянными, сформулирована теория уширения линий с давлением, выведено соотношение для контура линии поглощения при суммарном действии нескольких 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 расшифровке сложных спектров, так как в поглощении наблюдаются линии, начинающиеся только с низких энергетических уровней.

Для астрофизических целей, исследования плазмы, выяснения особенностей строения атома важно знать продолжительности жизни возбужденных состояний атомов 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 регистрации явления необходимы очень узкие спектральные линии.

Применение атомной абсорбции в аналитической химии начинается в сороковых годах и касается исключительно определения паров ртути в воздухе.

В 1954 г. появляется работа О. П. Бочковой посвященная применению атомной абсорбции для анализа газов. Этими единичными работами ограничивалось аналитическое использование атомной абсорбционной спектроскопии вплоть до 1955 г.

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

Работы по атомной абсорбционной спектроскопии 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 абсолютных величин сил осцилляторов и ширины резонансных 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 Не-Nе лазер, а в качестве вещества разряд Nе 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 (к) и концентрацией поглощающих атомов .

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

ГЛАВА I

Оглавление

- Введение.......3

- Глава 1 Теория атомно-абсорбционных измерений

- излучение и поглощения света

- понятие линии поглощения и коэффициента поглощения

- контур линии поглощения

- связь между коэффициентом поглощения в центре доплеровской линии к и концентрацией поглощающих атомов или давлением пара Р

- Глава 2 Лазеры

- Принцип работы лазера

- Описание работы гелий-неонового лазера

- Лазеры на органических красителях

- Глава 3 Эксперимент

- заключение34

- Список литературы35

Заключение

В данной работе было рассмотрено:

1.определение концентрации атомов в газе методом атомно-абсорбционной спектроскопии

2. проведён анализ основных приёмов и понятий атомно-абсорбционной спектроскопии

3. рассмотрены основные виды уширений

4. выведена связь между концентрацией атомов и коэффициентом поглощения в центре доплеровской линии.

По результатам эксперимента можно сделать вывод: моделирование атомно-абсорбционных измерений в варианте лазерной спектроскопии, то есть в качестве источника используется Не-Nе лазер, а в качестве вещества разряд Nе в лампе удалось. Зарегистрировано поглощение атомов и рассчитана концентрация атомов

экспериментальные

теоретические

значения.

Таким образом, цель поставленная в данной работе достигнута, задачи выполнены.

Список литературы

1. Бочкова О.П., Изв.АН СССР, сер. Физ., 2004-252 с.

2. Вайнштейн Л.А., Собельман И.И., Юрков Е.А. Возбуждение атомов и уширение спектральных линий. М.: Наука, 1979. 319с.

3. Веденеев В.И., Гурвич Л.В., Кондратьев В.Н. и др. Энергии разрыва химических связей. Потенциалы ионизации и сродство к электрону. М.: АН СССР, 1963. 215 с.

4. Герцберг Г. Теория атомных спектров, ИЛ, 1972.

5. Ельяшевич М.А., Атомная и молекулярная спектроскопия. Изд. 2-е.- М.: Эдиториал УРСС, 2001.-896 с.

6. Зоммерфельд А. Строение атома и спектры. Т. 1, 593 с.; 2, 694 с. М.: Гостехиздат, 2006.

7. Кондиленко И.И , П.А.Коротков. Введение в атомную спектроскопию. 1976.

8. Корлисс Ч., Бозман У. Вероятности переходов и силы осцилляторов 70 элементов. М.: Мир, 1968. 562 с.

9. Летохов В.С., Чеботаев В.П. Принципы нелинейной лазерной спектроскопии. М.: Наука, 1975. 279 с.

10. Львов Б.В., Оптика и спектроскопия 1975. 507 с.

11. Мурадов В.Г. Атомно-абсорбционная спектроскопия в термодинамических исследованиях. Ульяновск, 1975.72 с.

12. Островский Ю.И.,Пенкин Н.П., Оптика и спектроскопия 1961.-565 с.

13. Сандерс Дж. Основные атомные константы. М.: Госатомиздат, 1962. 76 с.

14. Собельман И.И. Теория атомных спектров, М., 1978.

15. Толанский С., спектроскопия высокой разрешающей сил, пер. с англ., ИЛ, М.,1955

16. Унзольд А., Физика звёздных атмосфер, пер. с нем., ИЛ, М.,1949-630 с.

17. Фриш С.Э., Оптические спектры, Физмтгиз, М.-Л.,2003

18. Шпольский Э.В. Атомная физика. Т.1. Введение в атомную физику. 7-изд. М.: Наука, 1984. 552 с.