1. Когерентное излучение – плоско поляризованная, монохроматическая волна с плоским фронтом волны.

2. Когерентное излучение - набор фотонов, обладающих одинаковой энергией и поляризацией и двигающихся в одном направлении.

• Фермионы-микрочастицы, проявляющие крайний "индивидуализм" т.е. если какое-то энергетическое состояние уже занято, то никакая другая микрочастица того же типа не может попасть в это состояние. (названы в честь Ферми)

• Бозоны (в честь физика Бозе) - микрочастицы, способные заселять одно и то же состояние в неограниченном количестве. Вероятность их попадания в какое то состояние тем больше, чем больше таких же частиц уже находится в этом состоянии.

• Фотоны относятся к бозонам.

«Лазер - устройство, в котором химическая, электрическая, световая, тепловая энергия, преобразуется в энергию лазерного луча.

При этом часть энергии теряется, но полученная лазерная энергия обладает высокими качествами: высокая концентрация энергии (плотность мощности), возможность передачи на далекие расстояния.

Три составные части лазера

• 1. Активная среда.

• 2. Источник накачки (возбуждения)

• 3. Резонатор.

• Активная среда.

Активная среда в лазерах может быть твердой, жидкой и газообразной.

В АЭСА применяются твердотельные лазеры.

Активные центры.

Специально подобранные атомы, ионы, или молекулы, внедренные в активную среду.

Лазерный луч создается свечением активных центров.

ТВЕРДОТЕЛЬНЫЕ ЛАЗЕРЫ, ТЛ. Активная среда – стержень из вещества в твёрдом агрегатном состоянии.

Активная среда – алюмоиттриевый гранат («YAG», Y₃Al₅O₁₂).

Активные центры – атомы неодима (Nd), внедренные в кристаллическую решетку.

Длина волны лазерного луча - 1064 нм.(ИК).

Может работать как в непрерывном, так и в импульсном режиме с длительностью импульса до сотен наносекунд.

Имеется возможность получения гигантского импульса.

Для этого вместо одного из зеркал резонатора устанавливают непрозрачный затвор, преграждающий путь свету, например, откидывающуюся заслонку, или вращающееся зеркало с прорезью

В АЭСА используют Т.Л, которые генерируют монохроматический лазерный луч.

Лазерный луч образуется при переходе активных центров между двумя рабочими уровнями Е₁и Е₂

На активную среду направлен свет с Е_ф= hv=Е₃ - Е₁. При поглощении этого света активные центры переходят на уровень Е₃, с которого самопроизвольно (через 10^-8 с) переходят на уровень Е₂. На Е₂ они задерживаются на время 10^-3 с, так как переход Е₂-Е₁ запрещен правилами отбора. По отношению к E₁ на E ₂ возникает инверсная заселенность.

Под действием самопроизвольно испущенного фотона начинается вынужденное излучение. Один фотон вынуждает один активный центр совершить переход Е₂-Е₁. Появляется еще фотон, той же длины волны, фазы и направления движения.

Появляется лавина фотонов, находящихся в том же состоянии, что первичные фотоны.

Первичные фотоны могут двигаться в самых разных направлениях. Так же будут перемещаться и вторичные фотоны.

1. Пламя - источник света для АЭСА. Аналитические и спектральные характеристики. Области применения.

1. Техника безопасности при работе с источниками света.

1. Спектральные приборы

   1. Классификация спектральных приборов.

Спектральными называют приборы, в которых происходит разложение света по длинам волн и регистрация спектра.

Существует множество различных спектральных приборов, отличающихся друг от друга методами регистрации и аналитическими возможностями.

Существуют фильтровые и дисперсионные спектральные приборы.

В фильтровых - светофильтром

выделяется узкий диапазон

длин волн.

В дисперсионных - излучение источника разлагается по длинам волн в диспергирующем элементе - призме или дифракционной решетке.

Фильтровые приборы применяют только для количественного анализа, дисперсионные - для качественного и количествен

Различают визуальные, фотографические и фотоэлектрические спектральные приборы.

Стилоскопы - приборы с визуальной регистрацией,

Спектрографы - приборы с фотографической регистрацией.

Спектрометры - приборы с фотоэлектрической регистрацией .

Фильтровые приборы - с фотоэлектрической регистрацией.

В спектрометрах разложение в спектр - в монохроматоре, или в полихроматоре.

Приборы на базе монохроматора называются одноканальными спектрометрами.

Приборы на базе полихроматора – многоканальными спектрометрами.

Принцип действия спектрального прибора.

Свет от источника входит в спектральный прибор через узкую щель и от каждой точки этой щели в виде расходящихся пучков попадает на объектив коллиматора, который преобразует расходящиеся пучки в параллельные. Щель и объектив коллиматора составляют коллиматорную часть прибора. Параллельные пучки из объектива коллиматора попадают на диспергирующий элемент- призму или дифракционную решетку, где происходит разложение их по длинам волн. Из диспергирующего элемента свет одной длины волны, идущий от одной точки щели, выходит параллельным пучком и попадает на фокусирующий объектив, собирающий каждый параллельный пучок в определенной точке своей фокальной поверхности – на регистрирующем приборе. Из отдельных точек складываются многочисленные монохроматические изображения щели.

Если свет излучают отдельные атомы, то получается ряд отдельных изображений щели в виде узких линий - линейчатый спектр. Число линий зависит от сложности спектра излучающих элементов и условий их возбуждения. Если в источнике светятся отдельные молекулы, то близкие по длине волны линии собираются в полосы, образующие полосатый спектр.

1. Основные оптические детали спектрального прибора и принцип их действия.

   1. Дифракционная решетка – схема и принцип действия.

Дифракционная решетка – эффективный диспергирующий элемент в спектральных приборах

Разложение излучения в спектр с помощью дифракционной решетки основано на явлениях дифракции и интерференции.

Дифракция – огибание светом препятствий.

Наблюдается в случае, когда размеры препятствия соизмеримы с длиной волны света.

Наблюдается дифракция и в том случае, если параллельный пучок света отражается от зеркальной поверхности, размер которой сопоставим с длиной волны света.

Параллельный пучок света падает на экран с узкой щелью. Из щели свет выходит расходящимся пучком на угол дифракции - 2 j

Интерференция

Интерференция света - усиление или гашение его интенсивности в результате наложения электромагнитных волн с одинаковой длиной волны и амплитудой.

В место встречи волны приходят в одной фазе - интенсивность света увеличивается.

1. Основные оптические характеристики приборов: рабочая область, линейная дисперсия, разрешающая способность, увеличение, светосила. Разновидности схем спектральных приборов.

   1. Спектрографы – приборы с фотографической регистрацией спектра.

      1. Свойства фотографической пластинки: плотность почернения, разрешающая способность, контрастность, чувствительность, спектральная чувствительность.

Размер.

9 х 12 см (13 х 18 см)

Фотопластинка - стеклянная пластинка, на которую нанесена фотографическая эмульсия : равномерно распределенные кристаллы AgBr в тонком желатиновом слое.

Свет, действуя на эмульсию, способствует восстановлению серебра. При малой освещенности восстановление протекает медленно и, если время освещения мало, образуется «скрытое изображение» в виде мельчайших не видимых глазом частичек металлического серебра.

Чтобы скрытое изображение стало явным, надо пластинку поместить в раствор проявителя. Имеющиеся на засвеченных участках атомы серебра играют роль катализатора.

Проявитель способствует объединению мелких кристаллов металлического серебра в более крупные зерна. Размер зерен зависит от размера кристаллов бромида серебра в эмульсии и от состава проявителя.

Состав проявителя

Метол – 1 г.

2. Сульфит натрия (Na₂SO₃) – 26 г.

3. Гидрохинон – 5 г.

4. Сода (Na₂CO₃) – 22 г.

5. Бромид калия (KBr) – 1 г.

6. Вода - 1000 мл.

На освещенных участках восстановление идет быстрее.

Черные зерна восстановленного мелкокристаллического серебра остаются в желатиновом слое и образуют на засвеченных участках пластинки черный слой большей или меньшей плотности.

Не подвергшиеся восстановлению кристаллы AgBr удаляются с пластинки действием фиксирующего раствора (закрепителя). В результате на пластинке образуется черное изображение спектра на прозрачном, почти бесцветном фоне.

В процессе фиксирования черное изображение спектров оказывается на практически бесцветном прозрачном фоне.

После фиксирования пластинку следует в течение 1 мин. тщательно промыть под струей холодной воды, затем высушить и только после этого можно приступить к расшифровке спектрограмм.

1. Характеристическая кривая фотографической пластинки.

   1. Фотометры и спектрометры - приборы с фотоэлектрической регистрацией. Одноканальные и многоканальные спектрометры. Фотоэлементы ФЭ, фотоэлектронные умножители ФЭУ. ПЗС линейки и матрицы. Визуальные приборы - стилоскопы и стилометры

1. Теоретические основы атомно-абсорбционного. ААСА

   1. Атомные спектры поглощения.

ОСНОВНОЙ ЗАКОН ААСА –ЗАКОН БУГЕРА-ЛАМБЕРТА-БЕРА

Атомно-абсорбционный анализ – анализ по атомным спектрам поглощения.

Анализируемый образец-- Атомизатор -- Атомный пар

Поглощая фотоны атомы возбуждаются, а в непрерывном спектре появляются линии поглощения.

В условиях ААСА большинство атомов на уровне E₀.

В спектре поглощения только резонансные линии.

При температурах 5000, 7000 К в спектрах поглощения появляются и нерезонансные линии.

Закон Бугера-Ламберта

Коэффициент абсорбции К_y–основная характеристика линии поглощения.

l –толщина поглощающего слоя

Закон Бугера-Ламберта-Бера

Этапы проведения ААСА

1. Последовательное испарение и атомизация стандартных и анализируемых образцов. (СО и АО).

2. Облучение светом атомного пара СО и АО.

3. Разложение света, прошедшего через атомный пар, в спектр.

4. Измерение интенсивности аналитической линии в спектрах СО и АО до и после прохождения света через их атомный пар.

5. Расчет абсорбционности.(Оптической плотности).

6. Построение градуировочного графика.

7. Расчёт градуировочного уравнения.

8. Нахождение концентрации определяемого элемента в анализируемых образцах.

9. Математическая обработка результатов анализа.

1. Основной закон ААСА – закон Бугера -Ламберта и Бера.

1. действия атомно-абсорбционного спектрофотометра.

1. Принципиальная схема АА-спектрофотометра.

1. Атомизаторы и распылители. Комбинированные атомизаторы: пламя - капсула, пламя - лодочка.

Источники просвечивающего излучения – лампа с полым катодом, лампа непрерывного спектра.

Атомизатор - одна из главных частей АА-спектрометра. В нем происходят процессы, определяющие метрологические характеристики метода анализа:

• плавление

• испарение

• атомизация

• возбуждение Нет

• ионизация атомов

Методы Регистрации

1. визуальный - приемником излучения является глаз человека - используется в спектральных приборах: стилоскопах и стилометрах.

2. фотографический - приемником излучения является фотопластинка; используется в спектральных приборах: спектрографах.

3. фотоэлектрический - приемником излучения является фотоэлемент или другие устройства. Используется в фотометрах, спектрофотометрах, квантометрах и т.д.

СХЕМА МОНОХРОМАТОРА

S _вых - Выходная щель

Назначение: выделить из спектра излучение одной длины волны

Для регистрации спектра с помощью монохроматора нужно на выходную щель последовательно выводить излучение разных длин волн. Этот процесс называется сканированием.

Сканирование можно осуществлять двумя способами:

1. - поворот диспергирующего элемента относительно неподвижной щели.

2. - перемещение выходной щели вмести с приемником излучения относительно неподвижного спектра (неподвижного диспергирующего элемента)

П ри фотоэлектрической регистрации спектр можно построить вручную по точкам, построив график в координатах аналитический сигнал - длина волны.

Спектр можно записать автоматически с помощью “самописца”, или сохранить в виде файла с помощью компьютера, а затем воспроизвести на экране монитора или распечатать на принтере.