Физическое материаловедение Оптические методы исследования Качественный спектральный анализ

Физическое материаловедение Оптические методы исследования Качественный спектральный анализ

Эмиссионный спектральный анализ Этот вид анализа предполагает сжигание некоторого количества пробы Визуальный анализ Стилоскоп для полуколичественного анализа Фотографический анализ Спектр фотометрируется с помощью микрофотометра. Связь с концентрациями устанавливается градуировкой при помощи системы эталонов. Фотоэлектрический анализ Определение содержания элемента производится сравнением фототоков от 2 -х премников, освещаемых линиями аналитической пары.

Фотографические методы полуколичественного анализа Спектры сравнения При одинаковых условиях фотографируются спектры эталонов и проб Метод гомологических пар При помощи спектров эталонов подбираются гомологические пары, удовлетворяющие требованиям: і) в состав пары должны входить линии определяемого элемента и элемента сравнения, іі) линии должны иметь близкие потенциалы возбуждения, ііі) интенсивности линий пары должны быть равны при определенной концентрации примеси Метод исчезновения линий Проба фотографируется через 10 ступенчатый ослабитель, дающий ослабление линий в 1000 раз

Визуальный полуколичественный анализ Принцип стилоскопического анализа – визуальное сравнение яркостей линии анализируемой примеси с одной или несколькими линиями основы

Интенсивность спектральных линий Мощность спонтанного излучения Iik = Ni. Aikhνik ________ i Bki ______Aik_______k ________0 Распределение Больцмана Ni=gi /g 0 ∙ N 0 e-Ei/k. T g статистический вес - число различных состояний атома, имеющих одну и ту же энергию. (В разряде при атмосферном давлении заселение уровней подчиняется распределению Больцмана) Вероятность поглощения Bki Сила осциллятора Доля поглощенной энергии Bki= gi /gk ∙ c 3 /8πhν 3 ik ∙ Aik fki= gi /gk ∙ mc 3 /8π2 e 2ν 2 ik ∙ Aik Pki=Nk ∙ Bki ∙ ρik ∙ hνik , где ρik – плотность излучения. Эти выражения определяют самопоглощение линий в плазме разряда Aik и Bki – коэффициенты Эйнштейна для спонтанного испускания и поглощения

Зависимость интенсивности спектральных линий от концентрации атомов Iik = Ni. Aikhνik Это выражение справедливо при отсутствии самопоглощения Кривую разбиваем на участки, где ход кривой совпадат с касательной в середине каждого участка , тогда кривая может быть представлена как lg. I = a + b lg. NB с переменным значением b.

Зависимость относительной интенсивности линий аналитической пары от концентрации в пробе Выражение lg. I = a + b lg. NB дает связь интенсивности линии с концентрацией атомов в плазме разряда. Для случая относительной интенсивности R линий аналитической пары: lg. R = a’ + b· lg(NB/N 0) , если считать интенсивность I 0 линии сравнения и концентрацию N 0 атомов стандарта постоянными, а b одинаковым для обеих линий пары. Если установить регулярный режим поступления вещества пробы из электрода в газовую фазу N/N 0 = р · С/C 0 (C – весовая концентрация примеси, С 0 - весовая концентрация основы, тогда можно записать: lg. R = lga’’+ b· lg. C, R = a’’Cb b = 1 при отсутствии самопоглощения (при малых концентрациях)

Анализ сложных спектров Нахождение постоянных разностей частот 12= 1 - 2= 1‘- 2‘= TX 1 - TX 2 23= 2 - 3= 2‘- 3‘= TX 2 - TX 3 13= 4 - 5= 12 + 23 = TX 1 - TX 3 TX 1 – произвольное значение Определяем TX 2 и TX 3

Анализ спектра железа Fe

Анализ спектра железа

Анализ спектра железа

Диаграмма Гротриана для атома Fe Б. М. Смирнов Физика атома и иона

Сравнительный анализ спектров Cr A – Cr, B – нержавсталь, C - Ni Ni

Качественный анализ спектров А. А. Бабушкин и др. Методы спектрального анализа

Спектры железа и ванадия Fe V V добавляют в сталь для увеличения прочности при высоких температурах

Осветительные системы 1 – лампочка для подсветки концов электродов, 2 – линза, 3 – источник света, 4 – линза, 5 – диафрагма, которая вырезает среднюю зону из изображения источника, 6 -7 – вторая линза изображает на щели 8 отверстие линзы 4 8 – входная щель спектрального прибора, 9 – линза, которая дает увеличенное изображение диафрагмы 5 с соответствующей частью облака источника на объективе коллиматора 10 -11. Упрощенная схема: источник света на месте 5 -7, линза 9 даст изображение на объективе 10 -11.

Стилоскоп – автоколимационная схема

Стилоскоп

Сравнительный анализ Cr Cr повышает устойчивость стали к коррозии Fe

Данные к лабораторной работе на стилоскопе СЛ-11

Разрешающая способность спектрального прибора Критерий Рождественского: V=(Imax- Imin)/0. 5(Imax+ Imin) R = / При ширине действующего отверстия диспергирющей системы а угловое расстояние между близкими линиями = /a (положение первого дифракционного минимума) Для призменной системы i = /2, nsin /2 = sinr r = ( + )/2 a = CBcos ( + )/2 b/2 = CBsin /2 a= b/2·(cos ( + )/2)/ sin /2 R = bk·dn/d b - основание призмы k – число призм Угловое расстояние в единицах длин волн = · d /d R = a · d /d Для дифракционной диспергирующей системы а = Ndcos R = Nm N – число штрихов m – порядок спектра

Угловая дисперсия и линейная дисперсия для призменной диспергирующей системы sin(( + )/2) = nsin /2 d /d = 2 k · dn/d · sin ( /2)/cos (( + )/2) = 2 k/n · dn/d · tg(( + )/2) k – число призм При расположении спектра перпендикулярно оптической оси камерного объектива = 90° dl/ d = f · 2 k/n · dn/d · tg(( + )/2); d /dl – обратная линейная дисперсия

Угловая дисперсия и линейная дисперсия для приборов с дифракционными решетками d(sin + sin ) =m d - постоянная решетки, m - порядок спек d /d = m/dcos Для плоской решетки dl/d = fm/ dcos f - фокусное расстояние камерного объектива Для вогнутой дифракционной решетки e = 90° - dl · sin (90° - ) = dl · cos вместо f берем r‘ = R cos r‘ _ расстояние от решетки до спектра dl/d = m. R/ dcos dl/d = m. R/ d при 0

Литература: 1. А. А. Бабушкин, П. А. Бажулин, Ф. А. Королев, Л. В. Левшин, В. К. Прокофьев, А. Р. Стриганов, Методы спектрального анализа, Изд. Московского университета, 1962. 2. С. Э. Фриш, Оптические спектры атомов, ФМ, Москва, 1963. 3. М. А. Ельяшевич, Атомная и молекулярная спектроскопия, ФМ, Москва, 1963. 3. Б. М. Смирнов, Физика атома и иона, Энргоатомиздат, 1986.