Радиоспектроскопиялық әдістер

Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 10 бет
Таңдаулыға:

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

М. ӘУЕЗОВ атындағы ОҢТҮСТІК ҚАЗАҚСТАН МЕМЛЕКЕТТІК УНИВЕРСИТЕТІ

«ЖАРАТЫЛЫСТАНУ ҒЫЛЫМДАРЫ ЖӘНЕ педагогикаСЫ» ЖОҒАРЫ МЕКТЕБІ

«Химия» КАФЕДРАСЫ

МӨЖ №2

Баяндама

Тақырыбы: «Аспаптық әдістердің дамуы»

Орындаған: МЕП-20-4нк-1 топ магистрі Исмаил А. Т .

Қабылдаған: х. ғ. к. доценті Урмашев Б. А.

Шымкент, 2021 ж

Жоспар:

Кіріспе . . . 3

Негізгі бөлім . . . 4

1. Атомдық-эмиссиялық спектроскопия . . . 4

2. Атомдық-абсорциялық спектроскопия . . . 5

3. Ренгендік спектроскопия . . . 8

4. Радиоспектроскопиялық әдістер . . . 9

Қорытынды

Пайдаланылған әдебиеттер тізімі

КІРІСПЕ

Құрметті х. ғ. к., доценті Урмашев Багдаулет Амантаевич, сіздерге « Аспаптық әдістерінің дамуы» атты баяндаманы ұсынамын.

Заттардың физикалық қасиеттері әртүрлі аспаптар - «құралдар» арқылы өлшенетіндіктен, бұл талдау әдістері аспаптық әдістер деп аталады. Талдаудың спектрлік әдістеріне мыналар жатады: спектрдің әртүрлі аймақтарындағы заттың электромагниттік сәулеленудің сәулеленуін және жұтылуын зерттеуге негізделген спектроскопия (рентген және ультракүлгін спектроскопия, фотоколориметрия, спектрофотометрия, ИҚ спектроскопия) ; талдаудың оптикалық әдістері: нефелометрия, турбидиметрия, рефрактометрия, поляриметрия және т. б. 20 ғасырдың аяғында магниттік-резонанстық спектроскопияның дамуы ядролық магниттік резонанс (ЯМР) және электронды парамагниттік резонанс (ЭПР) әдістерінің пайда болуына әкелді.

Кез келген аспаптық әдіспен заттың сандық талдауы аналитикалық сигналдың анықталатын заттың концентрациясына тәуелділігіне негізделген. Аналитикалық сигналдың компонент мазмұнына тәуелділігі калибрлеу функциясы деп аталады.

Талдаудың барлық дерлік аспаптық әдістері екі негізгі әдістемені пайдаланады: тікелей және жанама өлшеу әдістері. Тікелей әдістерде аналитикалық сигналдың анықталатын заттың табиғатына және оның концентрациясына тәуелділігі қолданылады. Жанама өлшеу әдістерін аналитикалық реакция барысында жүйенің физикалық сипаттамаларын өлшеуге негізделген титрлеу әдістерін қарастыруға болады.

Аспаптық талдау әдістерінің артықшылықтарына мыналар жатады:

Анықталатын заттың төмен анықтау шегі (1-10-9 мкг) және төменгі шекті концентрациясы (10-12 г/мл дейін) ;
Жоғары сезімталдық;
Әдістердің жоғары селективтілігі (таңдаулылығы) ;
Талдаулардың қысқа ұзақтығы, оларды автоматтандыру және компьютерлендіру мүмкіндігі.

Әдістердің кемшіліктеріне мыналар жатады:

Кейде нәтижелердің өткізгіштігі классикалық химиялық әдістерді қолданған кездегіден нашар болып шығады;
Анықтау қателері 20% дейін болуы мүмкін, ал химиялық әдістердің қателігі 0, 1-0, 5%;
Қолданылатын жабдықтың күрделілігі, оның жоғары құны.

Негізгі бөлім

АТОМДЫҚ-ЭМИССИЯЛЫҚ СПЕКТРОСКОПИЯ

Атомдық-эмиссиялық спектроскопиясы, атом электр станциясы немесе атомдық эмиссиялық спектрлік талдау - газ фазасындағы бос атомдар мен иондардың сәулелену спектрлерін зерттеуге негізделген элементтік талдау әдістерінің жиынтығы.

1859 жылдан бастап Гейдельберг университетінде неміс физигі Г. Кирхгоф және химик Р. Бунзеннің еңбектерінің нәтижесінде аналитикалық әдіс ретінде атомдық- эмиссиялық спектроскопия дамыды.

Тарихы. Зерттеудің табыстылығына үлкен дәрежеде Р. Бунзеннің түпнұсқалық газ жанарғысының құрылуы ықпал етті. Ол мөлдір түссіз жалын берді, оның көмегімен сәуле шығару және жарықты жұтуға байланысты түрлі әсерлерді оңай зерттеу мүмкін болды. Ол тек аналитикалық химияны ғана емес, сонымен қатар органикалық химияны да, металлургияны да, химиялық технологияны да дамытуға үлес қосты. Кирхгофтың және Бунзеннің бірге жұмыс істеуі ерекше нәтижелі болды; бұл физик пен химик арасындағы тығыз ынтымақтастықтың алғашқы мысалы болған шығар. Бұл дуэтте Г. Р. Кирхгофф оптикаға, Р. В. Бунзен химияға жауап берді.

Бірлескен зерттеулерді бастаған Г. Кирхгоф пен Р. Бунзен ең алдымен жақсы спектроскоп жасады, содан кейін Г. Кирхгоф күн сәулесінің спектріндегі қарасызықтар - жарықтың атомдармен таңдамалы жұтылуымен байланысты сызықтарды зерттеуге көшті. Бір элементтің сәуле шығару және жұту спектрлерінің сәйкестігі дәлелденді.

Атомдық-эмиссиялық спектроскопиялық талдау процесі келесі негізгі буындардан тұрады:

Сынама дайындау ;
Талданатын үлгіні булану (егер ол газ тәрізді болмаса) ;
Диссоциация - оның молекулаларының атомизациясы;
Үлгі элементтерінің атомдары мен иондарының сәулеленуінің қозуы;
Қоздырылған сәулеленуді спектрге ыдырау;
Спектрді тіркеу;
Спектрлік сызықтарды анықтау - үлгінің элементтік құрамын белгілеу мақсатында (сапалық талдау) ;
Сандық анықталатын үлгі элементтерінің аналитикалық сызықтарының қарқындылығын өлшеу;
Калибрлеуге дейінгі белгіленген тәуелділіктерді пайдаланып элементтердің сандық мазмұнын табу.

2. АТОМДЫҚ-АБСОРБЦИЯЛЫҚ СПЕКТРОМЕТРИЯ

Атомдық абсорбциялық спектрометрия - аналитикалық химияда кең тараған сандық элементтік талдаудың аспаптық әдісі. Атомдық абсорбцияны анықтаудың заманауи әдістері периодтық жүйенің 70-ке жуық элементінің құрамын анықтауға мүмкіндік береді. Олардың тұздарының ерітінділеріндегі: жылы табиғи және ағынды сулар, ерітінділер-минерализациялар, технологиялық және басқа ерітінділер.

Тарихы. Атомдардың спектрлік жұтылу сызықтарын алғаш рет 19 ғасырдың басында ағылшын дәрігері және химигі Уильям Волластон, содан кейін неміс физигі Джозеф Фраунгофер Күн спектрін зерттеу кезінде ашты. Атом жұтылу және сәуле шығару спектрлерінің түрлері мен қыздырылған газдың химиялық құрамы арасындағы байланысты неміс ғалымдары Роберт Бунсен мен Густав Кирхгоф 1859-1861жж. Осы уақыттан бастап атомдардың эмиссиялық спектрлері әртүрлі құрамдағы және агрегаттық күйдегі үлгілердегі PSCE элементтерін сапалық және сандық анықтауда кеңінен қолданылады. Аналитикалық мақсатта атомдардың абсорбциялық (жұтылуы) спектрлері 1930-1940 жылдардан бастап жұлдызды атмосфералардағы кейбір элементтерді анықтау үшін, сонымен қатар әртүрлі үлгілердегі және үй-жайлардағы сынаптың құрамын анықтау үшін қолданыла бастады, бірақолар кең таралмады. ыңғайлы және жоғары сезімталдықты өлшеу схемасы болмағаны. 1955 жылы британдық-австралиялық физик Алан Уолш арнайы селективті шамдардан атом сызықтарының сәулеленуін жұту арқылы ацетилен-ауа жалынына шашылған ерітінділердегі элементтердің мөлшерін сандық анықтаудың қарапайым және оңай орындалатын әдісін ұсынды. Атомдық абсорбциялық спектрометрияның аналитикалық әдісінің негізі болып табылатын бұл әдіс болашақта әдістің дамуын алдын ала анықтады. 1962 жылы Уолш негізін қалаған Techtron компаниясы әлемдегі бірінші сериялық атомдық абсорбциялық спектрометр AA-2 шығарды. Алғашында жалын тозаңдатқыш ретінде қызмететті, бірақ 1960 жылдары Борис Львов пен Ганс Массман графит пешін пайдалануды ұсынды, кейінірекол AAS үшін өнеркәсіпте шығарыла бастады.

Атомдық абсорбциялық талдауға арналған құрылғылар - атомдық абсорбциялық спектрометрлер. Олар өлшеу жағдайларының қайталануын, үлгіні автоматты түрде енгізуді және өлшеу нәтижелерін тіркеуді қамтамасыз ететін дәлдігі жоғары автоматтандырылған құрылғылар.

Бұл құрылғының негізгі элементтері: талданатын заттың өзіне тән тар спектрлік сызығын шығаратын жарық көзі; берілген затты атомдық буға айналдыруға арналған тозаңдатқыш; заттың сипаттамалық аналитикалық сызығын оқшаулауға арналған спектрлік құрылғы және аналитикалық абсорбциялық сигналды анықтау, күшейту және өңдеу үшін қажетті электрондық жүйе .

Қолдану. Атомдық абсорбциялық спектрометрия әдістері дерлік кез-келген техникалық немесе табиғи объектіні талдауда қолданылады. Атомдық-абсорбциялық спектрометрия анықтаудың заманауи әдістері периодтық жүйенің 70-ке жуық элементінің мазмұнын анықтауға мүмкіндік береді. Техникалық объектілерден металдар, қорытпалар, кендерді гидрометаллургиялық өңдеу өнімдері және т. б. атомдық абсорбциялық спектрометрия арқылы талданады. Мысалы, алтында күміс, қорғасын және мыстың мөлшері анықталады, топырақта, тыңайтқышта, өсімдіктерде - мырыш, темір, магний, мыс және басқа элементтер. Бұл әдіс көбінесе клиникалық және әртүрлі биологиялық талдауларда (қан, қан сарысуы және т. б. ) қорғасынды, сынапты және висмутты анықтау үшін қолданылады .

3. РЕНТГЕНДІК СПЕКТРОСКОПИЯ

Рентгендік спектрлік талдау - үлгі арқылы өткен немесе шығарған рентген сәулелерінің спектрін зерттеуге негізделген элементтік талдаудың аспаптық әдісі.

Практикалық тұрғыдан алғанда, аналитикалық әдістерге практикалық тұрғыдан маңызды болып рентгендік флуоресценция, рентген сәулелену микроанализі (электронды зонд) және рентгендік фотоэлектронды спектроскопия жатады. Қатаң жіктеу басқа әдістерді, мысалы, сіңіруді қамти алар еді. Бұл әдістердің пайда болуы мен дамуы үшін фундаменталды жағдайлар болдығ яғни, рентген сәулелерінің ашылуы болды (В. К. Рентген, 1895) және Г. Мозлидің жұмыстары. Рентгендік спектроскопия заттың рентген сәулелерін шығарумен байланысты. Әдіске сай талдау жұтылу спектрлерін алу және олардың атомдардың, молекулалардың, сондай-ақ қатты денелердің электрондық энергетикалық құрылымын зерттеуге қолдану болып табылады. Рентгендік спектроскопияға рентген электрондық спектроскопия да жатады. 1913 ж. Г. Мозли кез келген элементтің реттік нөмірімен элементтің сипатталған сәулеленуіне сәйкес спектральды сызықтардың жиілігін байланыстыратын заң орнатты. Кейінгі жылы Мозли элементтің реттік нөмірі оның атом ядросының зарядына тең екенін көрсетті. Г. Мозли сынаманы рентгендік сәулелену спектрінде "элементтер-қоспалар" сипаттамалық сызықтарын пайдалана отырып, химиялық талдау жүргізуге болатынын түсінді. Ол қоспаларға негізделген сызықтардың болуы химиялық талдаудың қуатты әдісінің жасалуы мүмкін екенін жазды. Оның әдеттегі спектроскопиялық әдістерге қарағанда артықшылығы - спектрдің қарапайымдылығы және бір заттың екінші заттың сәулеленуін бүркемелеуі мүмкін емес. Бұл тіпті жетіспейтін элементтердің ашылуына әкелуі мүмкін, өйткені олардың сипаттамалық сызықтарының орналасуын болжау қиын болмайды. Осылайша, элементтердің периодтық жүйесінде, мысалы, No 43, 61, 72, 75-те бос орындар бар екендігі анықталды. 1923 жылы Д. Костер мен Д. Хевеши No72 элементтен күтілген сызықтарды табуға тырысты және оларды тауып, гафнийдіашты. 1925 жылы рений дәл осындай жолмен табылды.

Көп ұзамай американдық физик Л. С. Беркс рентгендік әдістердің тарихына арналған мақаласында Х. Мозлидің алғашқы басылымында элементтердің үздіксіз қатарының рентгендік спектрлерін көрсетуге арналған, қазіргі кезде рентгендік анализде қолданылатын барлық принциптер - толқын ұзындығы мен ядроның заряды арасындағы қарапайым байланыс, қарқындылық пен олардың арасындағы айқын байланыс қамтылған деп жазды. Осы жерге дейін қазақ тілідегі аудармасы тексерілді. Физикалық күйден немесе химиялық түрден толқын ұзындығының концентрациясы мен дерлік тәуелсіздігі.

Мозли заңы - химиялық элементтің сипаттамалық рентген сәулесі сызықтарының жиілігі сол химиялық элементтің атомдық нөмірімен (Z) мына сызықтық тәуелділік бойынша байланысады: мұндағы R - Ридберг тұрақтысы, Sn - экрандау тұрақтысы, n - бас кванттық сан. Мұны 1913 жылы ағылшын физигі Г. Мозли тәжірибе жүзінде ашты. Мозли диаграммасында (қараңыз сурет) жиіліктің квадрат түбірінің () Z-ке тәуелділігі бірнеше түзулерден (n=1, 2, 3, … мәндеріне сәйкес келетін К-, L-, M-, т. б. сериялардан) тұрады. Әрбір серия Z-тен Z+1-ге ауысуы кезінде мәні белгілі бір шамаға артып отырады. Осыған байланысты элементтерді Z-тің өсуіне сәйкес қатарға орналастыруға болады. Мозли заңы Z-тің мәні ядроның атомның массасы арқылы емес заряды арқылы анықталатындығын дәлелдеді.

Рентген сәулесін шығару әдістерін талдау кезінде қолдану. 1914 жылы Г. Мозли олардың сирек кездесетін жер элементтерінің концентрациясын анықтады. Бірақ бұл ұзақ уақытқа ұмытылды. Тек 1922 жылы А. Хаддинг (Швеция) рентгендік сәулелену туралы мақаласын жариялады, оның тақырыбында «сандық талдау» деген сөздер болды, бірақ автордың әдістің келешегіне қатысты ойлары тым оптимистік болмады. Т. Х. Эдди және К. Е. Лэби, Австралияда өнер көрсетті (1929 - 1930) ; олар индийдегі темірдің құрамын (3 10-4%), сондай-ақ қорғасынды және басқа да элементтерді анықтады. Әдістің болашағын бағалай отырып, авторлар оның минералдарға қарағанда қорытпаларды талдауға жарамдылығын атап өтті.

4. РАДИОСПЕКТРОСКОПИЯЛЫҚ ӘДІСТЕР

Радиоспектроскопия - 5·10-5-тен 10 м-ге дейінгі радио толқын диапазонындағы электромагниттік сәулелену спектрлерін зерттеуге негізделген затты зерттеу әдісі . Радиоспектроскопия әдістері заттардың геометриялық параметрлерін анықтау, олардың электрондық құрылымын орнату, химиялық реакциялардың кинетикасы мен механизмін зерттеу, сәулеленген қосылыстардың радиолиз өнімдерінің құрамы мен құрылымын зерттеу үшін қолданылады. Ең көп қолданылатын радиоспектроскопиялық әдістер магниттік радиоспектроскопия - ядролық магниттік резонанс (ЯМР) және электронды парамагниттік резонанс.

Ядролық магниттік-резонанстық спектроскопия. 1845 жылы М. Фарадей сәулелі энергия мен магнит өрісі арасында өзара әрекеттесулердің болуы мүмкін екенін айтты. 20 жылдан кейін Дж. Максвелл мұны теориялық тұрғыдан көрсетті. П. Зееман 1896 жылы атомдардың сәулелену сызықтарының магнит өрісінде бөлінуін сипаттады, бұл электрон спинінің болуын көрсетті. 1922 жылы О. Штерн мен В. Герлах бейтарап атомдардың өзінде «таза» магниттік моменті болатындығын, ал атом ядроларына жатқызылған магниттік моменттерді 1924 жылы В. Паули постулаттар арқылы көрсетті. Ол атомдық спектрлік сызықтардың гипер жіңішке құрылымы ядролық магниттік моменттің атомның электрондарының магниттік моменттерімен өзара әрекеттесуінің нәтижесі деп болжады. ОК 1927 жылы Д. Деннисон орто және пара-сутегін тапты, бұл жаңалық атом ядросының спинінің болуы туралы идеяны растады. 1930 жылы ядролық магниттік моменттер өте дәл өлшенді. Егер магниттік моменттері бар ядролар «айналса», онда статикалық магнит өрісі магнит өрісінің сызықтарына қатысты спин осінің прецессиясын тудыруы керек екендігі айқын болды. Бірақ егер бұл болжам дұрыс болса, онда белгілі бір жағдайларда резонанс әсері байқалуы керек.

Бірінші ЯМР спектрін И. А. Раби және оның әріптестері 1934 жылы олар LiCl -нің және NaF -нің молекулалық сәулелеріндегі 6Li, 7Li және 19F ядроларының резонанстық жұтылу қисықтарын алды. Сұйық және қатты күйдегі қоюландырылған фазалардағы ЯМР-ны алғашқы тікелей бақылауды 1945 жылы Станфорд университетінде Ф. Блох және Гарвард университетінде Э. Песелл бір мезгілде жүргізді. Олар іс жүзінде NMR әдісін жасаушылар болып саналады және дәл солар 1952 жылы Нобель сыйлығына ие болды. Бірақ бұл тек бастамасы ғана болды. Аппараттың ажыратымдылығы жоғарылағанда, олар химиялық ауысуды байқады.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.