Федеральное Агентство по образованию Государственное Образовательное учреждение Высшего профессионального образования Ульяновский Государственные педагогический университет Имени И.Н.Ульянова Кафедра общей физики Студентка 4 курса Дневного отделения Физико-математического факультета Калачёва О.В. Определение концентрации атомов в газе методом атомно-абсорбционной спектроскопии Курсовая работа Научный руководитель: кандидат физико-математических наук, доцент Кудрявцев Ю Н. Ульяновск 2007 Оглавление: Введение… …… 1. Глава 1 Теория атомно-абсорбционных измерений 6 1.1 излучение и поглощения света… 6 1.2 понятие линии поглощения и коэффициента поглощения ……… .8 1.3 контур линии поглощения….10 1.4 связь между коэффициентом поглощения в центре доплеровской линии (k ) и концентрацией поглощающих атомов ( или давлением пара P)…2.Глава 2 Лазеры… 2.1 Принцип работы лазера…2.2 Описание работы гелий-неонового лазера… 2.3 Лазеры на органических красителях…3. Глава 3 Эксперимент… 30 заключение…34 Список литературы…1.ВВЕДЕНИЕ Открытие и история исследований атомной абсорб¬ции неразрывно связаны со всей историей спектроскопии и спектрального анализа.
В 1802 г. Волластон, воспро¬изведя опыт Ньютона по разложению сплошного сол¬нечного 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 обна¬ружил темные линии в спектре Солнца, которые и полу¬чили в честь него название фраунгоферовых. Происхождение темных линий было установлено лишь в 1859 г. Кирхгофом. Кирхгоф впервые сделал от¬четливый вывод о возможности определения химиче¬ского состава вещества по спектрам.
В совместных ра¬ботах с Бунзеном Кирхгоф дал многочисленные при¬меры применения спектров для определения щелочных металлов в пламени. Поэтому Бунзен и Кирхгоф спра¬ведливо считаются основоположниками спектрального анализа. В 1861 г. Кирхгофом была опубликована работа по спектральному анализу химического состава солнечной атмосферы, в которой он по совпадению линий испуска¬ния определенных элементов с фраунгоферовыми ли¬ниями солнечного спектра констатировал присутствие этих элементов на Солнце.
В результате важнейшей об¬ластью применения атомной абсорбционной спектроско¬пии становятся астрофизика и астрохимия, выясняющие химический состав, физическое состояние и характер движения небесных тел. Первые два десятилетия XX в. знаменуются значи¬тельными достижениями в области теории атомной аб¬сорбции. В этот период были установлены основные со¬отношения: связывающие величину поглощения с атом¬ными постоянными, сформулирована теория уширения линий с давлением, выведено соотношение для контура линии поглощения при суммарном действии не¬скольких 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 рас¬шифровке сложных спектров, так как в поглощении на¬блюдаются линии, начинающиеся только с низких энер¬гетических уровней.
Для астрофизических целей, исследования плазмы, выяснения особенностей строения атома важно знать продолжительности жизни возбужденных состояний ато¬мов 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 реги¬страции явления необходимы очень узкие спектральные линии.
Применение атомной абсорбции в аналитической хи¬мии начинается в сороковых годах и касается исключи¬тельно определения паров ртути в воздухе.
В 1954 г. появляется работа О. П. Бочковой посвященная применению атомной абсорбции для анализа газов. Этими единичными работами ограничивалось аналити¬ческое использование атомной абсорбционной спектро¬скопии вплоть до 1955 г. В 1955 г. Уолшем были выявлены наибо¬лее существенные преимущества абсорбционных методов перед эмиссионными, предложен рациональный способ регистрации атомной абсорбции и рекомендована схема установки для проведения анализов.
Работы по атомной абсорбционной спектро¬скопии 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 абсо¬лютных величин сил осцилляторов и ширины резонанс¬ных 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 He-Ne лазер, а в качестве вещества разряд Ne 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 (k ) и концентрацией поглощающих атомов . 4) Экспериментально вычислить концентрацию атомов и сравнить с теоретическим значением. ГЛАВА I
Поглощательные переходы (i k) из более низ¬кого в более высокое энерге... Коэффициент поглощения является основной харак¬теристикой, описывающей... 2. Слово "лазер" составлено из первых букв английской фразы:"Light amplif... рт.ст.) в смеси, то можно добиться заселенности одного или обоих уровн...
Активная среда Активная среда лазера на красителе состоит из раствора ... По самой природе красителя лазерное излучение является более длинновол... Тип источника накачки определяет не только спектральный диапазон генер... Главные направления кристалла ориентированы так, что пластина является... ГЛАВА 3 ЭКСПЕРИМЕНТ Схема опыта №2 Приборы: 1)Лазер гелий - неоновый 2...
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 B.C 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.