Метод микроволновой спектроскопии наиболее пригоден для анализа газов и основан на взаимодействии электрического дипольного момента молекул с электрическим полем, создаваемым генератором СВЧ, в результате чего происходит поглощение энергии от генератора, что обнаруживается детектором. Поглощение имеет резонансный характер, поэтому по резонансной частоте можно проводить качественный анализ, а по амплитуде сигнала поглощения — количественный анализ. Наиболее перспективным диапазоном длин волн является 1—3 мм, в котором наблюдается резонансное поглощение энергии большинством веществ.

Электрооптические методы. Эти методы основаны на избирательном поглощении, излучении или рассеянии .компонентами анализируемого вещества светового излучения в видимом инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах длин волн. Успешному развитию электрооптических методов способствует применение лазерных источников излучения.

Метод инфракрасной спектроскопии (ИК). В этом методе используется избирательное поглощение различными веществами излучения в инфракрасной области спектра. Для анализа газов широкое распространение получила разновидность ИК-спектроскопии –

оптико-акустический метод, основанный на избирательном поглощении различными газами модулированного низкой частотой инфракрасного излучения и преобразовании возникающих акустических колебаний в электрические сигналы. Высокая чувствительность и избирательность метода обусловлены тему, что приемник излучения, прошедшего через анализируемую газовую смесь, заполнен именно тем газом, концентрация которого измеряется. Этот метод широко применяется для анализа большинства двухатомных газов и паров, которые имеют характерные полосы поглощения в инфракрасной области спектра (λ =0,74 мкм. . .2 мм). Для анализа О₂, N₂, Сl₂ и паров ртути используется избирательное поглощение этими веществами радиации в ультрафиолетовой области спектра.

Лазерное излучение по сравнению с другими позволяет на несколько порядков повысить чувствительность оптико-акустических анализаторов, что дает возможность применять их для исследования широкого класса веществ с коэффициентами поглощения 10^-10—10^-8

---

см, находящимися в различных агрегатных состояниях в диапазоне температур 2—1000 К.

ИК-оптико-акустическая спектроскопия может быть также успешно использована для определения концентрации твердых и жидких веществ на основе измерения объемного коэффициента поглощения непрозрачных материалов. На рис. 13 показана схема прибора для измерения концентрации сульфатов, которые играют значительную роль в загрязнении водной и воздушной среды. Прибор состоит из перенастраиваемого в диапазоне 9—11,5 мкм лазера 1 на изотопах ¹²СO₂ и ¹³СО₂ мощностью 10—500 мВт, анализатора спектра 2, прерывателя 3, рабочей камеры 4 с микрофоном 5, камеры сравнения б со стандартным образцом 7 и микрофоном 8, двух фазочувствительных детекторов 9, измерителя отношения 10 с дисплеем 11. Анализируемый твердый или жидкий образец помещается в акустически изолированную камеру 4, заполненную газом, и освещается прерываемым с частотой

1 0—10⁴ Гц излучением лазера. Возникающий оптико-акустический сигнал, детектируемый с помощью микрофона, пропорционален амплитуде колебаний температуры на поверхности образца, которая, в свою очередь, пропорциональна коэффициенту поглощения исследуемого вещества:




где J — интенсивность излучения на длине волны λ; f- частота прерывания излучения; ρ — плотность и С удельная теплоемкость исследуемого вещества.
При использовании электретных микрофонов и нерезонирующих кювет погрешность воспроизводимости результатов измерений при анализе твердых образцов составляет доли процента, а жидких образцов менее 2%. Порог чувствительности при анализе ионов SO₄ в водном растворе составляет 1—10 мг/л, что соответствует содержанию сульфата в незагрязненной воде.

Метод ИК-спектроскопии используется для измерения влажности, особенно в жидких средах. Метод позволяет измерять влажность от 3·10^-4% Используется область длин волн λ=0,83... 0,95 мкм.

Ф отоколориметрический метод

---

, при котором концентрация определяется по интенсивности окраски анализируемого вещества или индикатора, взаимодействующего с исследуемым компонентом вещества. Метод широко применяется для измерения концентрации жидких и газообразных веществ в окрашенных средах. Существуют две разновидности метода: метод спектрального отражения, основанный на изменении светового потока, отраженного от поверхности индикатора, в результате селективной цветовой реакции между измеряемым компонентом и активным веществом индикатора, и метод селективного поглощения, основанный на изменении оптической плотности раствора, взаимодействующего с измеряемым компонентом. Отраженный от индикатора или прошедший через раствор световой поток обычно измеряется при помощи дифференциального фотоэлектрического детектора.

На рис. 14 показана схема фотоколориметрического газоанализатора, основанного на зависимости интенсивности окраски индикаторной ленты 1 от концентрации измеряемого компонента. В приборе использован метод сравнения светового потока лампы накаливания 2, отраженного от индикаторной ленты, с прямым световым потоком от той же лампы при помощи фотоэлементов Ф1 и Ф2 и цепи автоматического уравновешивания. Порог чувствительности газоанализатора 10^-5% объемных, основная погрешность ±10%. Продолжительность одного цикла измерения 2,5; 5 и 10 мин.

Ленточные газоанализаторы главным образом применяются для измерения микроконцентраций широкого класса газов (Сl₂, SО₂, Н₂S, NH₃, NО, NО₂ и др.), так как такие приборы обладают высокой чувствительностью, обусловленной возможностью накопления окрашенных веществ в течение некоторого времени (цикла измерения). Выбирая различные индикаторные вещества, реагирующие на определенный компонент газовой смеси, можно получить высокую избирательность.

В современных ленточных фотоколориметрах используют тестовые ленты, на которые наносятся десятки различных компонентов, что дает возможность одновременно определять концентрации большого числа компонентов анализируемого вещества. Изменение окраски ленты определяется фотометром, и путем сравнения со стандартными образцами получают информацию, по которой с помощью встроенного микропроцессора рассчитывается концентрация исследуемых компонентов.

Хемилюминесцентный метод анализа, являющийся интенсивно развивающейся разновидностью электрооптического метода, основан на измерении интенсивности оптического излучения, возникающего в результате реакции анализируемого компонента с хемилюминесцентным веществом. В качестве последнего, например, при определении концентрации оксидов азота используется озон:

---

NO+O₃→NO₂^*+O₂

В результате такой реакции молекулы диоксида азота переходят в возбужденное состояние и излучают кванты света:
NO₂^*→NO₂+hν

По интенсивности возникающего при этом светового излучения определяется концентрация оксидов азота в многокомпонентных смесях. Метод отличается высокой чувствительностью и избирагельносзъю.

Существует ряд электрооптических приборов для определения концентрации веществ, основанных на измерении прозрачности вещества (нефелометры), коэффициента преломления света (рефрактометры), угла вращения плоскости поляризации света (поляриметры). Нефелометры применяются для определения концентрации веществ в мутных средах (дымномеры, пылемеры, мутномеры), а рефрактометры и поляриметры — в прозрачных средах, например для анализа растворов органических веществ.

Д ля повышения точности измерения обычно используются двухлучевые фотометры с общим источником излучения, световой поток которого попеременно пропускается через исследуемый и образцовый растворы. При этом результатом измерения является отношение коэффициентов пропускания, поглощения, преломления и т. д. Такие приборы могут использоваться при сортировке различных веществ. Структурная схема двухлучевого фотометра показана на рис. 15. От источника света свет с помощью вибрирующего зеркала 2 и зеркал З и 4 попеременно пропускается через измерительную 5 и сравнительную б кюветы, а затем с помощью зеркал 7, 8 и 9 направляется в оптоэлектронный преобразователь 10, выходной сигнал которого поступает на измерительно-вычислительное устройство с цифровым отсчетом 11.

Метод электронной спектроскопии. Метод основан на «вырывании» связанных электронов с внешней валентной или внутренних оболочек атомов и измерении энергии испускаемых частиц, энергетический спектр которых несет информацию о структуре и химическом составе вещества. В качестве источников ионизации используются либо фотоны (фотоионизация), либо электроны. В зависимости от механизма ионизации и вида испускаемых частиц электронная спектроскопия разделяется на спектроскопию фотоэлектронов, рентгеновскую спектроскопию и Оже-спектроскопию.

Фотоионизация является одноступенчатым процессом, при котором вся энергия фотона идет на вырывание фотоэлектрона. При этом между энергией фотона hf, энергией связи Е

---

_c вырываемого электрона и измеряемой энергией испущенного фотоэлектрона Е_n существует простая зависимость:

hf =E_c+E_n

Рентгеновская и Оже-спектроскопия являются двухступенчатыми процессами с переходом электронов на внутренние оболочки, при которых испускается квант рентгеновского излучения или вторичный электрон (электрон Оже). для переходов с энергиями выше 10 кэВ преобладает рентгеновское излучение, при меньших энергиях имеют место Оже-процессы, что характерно для легких элементов, у которых энергия перехода гораздо ниже 10 юн.

Электронная спектроскопия даст возможность определить химические сдвиги, на основании которых можно проводить анализ молекулярного и элементного состава и концентрации различных веществ, достаточно большие сдвиги (свыше 10 эВ) обнаруживаются для всех элементов, что указывает на универсальность этого метода. Применяемая аппаратура включает в себя источник возбуждения, кювету для газообразных и твердых образцов, спектрометр и анализатор спектров с ЭВМ. Анализу обычно подвергается поверхностный слой образца толщиной примерно 2·10^-7 м (20 А). Достигнутое разрушение составляет 0,2 эВ в газах и 0,5 эВ в твердых веществах.

Радиоактивные методы. Эти методы основаны на различии в интенсивности излучения, поглощения или отражения рентгеновского и радиоактивного излучений компонентами анализируемого вещества. Определение состава и концентрации производится по спектрам собственного излучения вещества, по поглощению радиоактивного излучения, по спектрам вторичного излучения, возникающего при взаимодействии нейтронов, β- и

γ-излучений с веществом. Радиоактивные методы широко применяются для экспертного анализа многокомпонентных сред (например, руд), для анализа бинарных жидкостей, для определения концентрации тяжелых элементов в растворах, а также для измерения влажности грунтов, торфа и строительных материалов, для измерения примесей в сверхчистых веществах, для анализа оловосодержащих руд используется метод резонансного поглощения γ-квантов на ядрах ¹¹⁹Sn, входящих в состав SnО₂. Метод основан на использовании эффекта Мессбауэра и обеспечивает измерение концентрации олова в диапазоне 0,01—40% с погрешностью 0,01—40% в зависимости от измеряемой концентрации.

Для измерения влажности чаще всего используются метод ослабления β- и γ-излучений и нейтронный метод, основанный на способности ядер водорода, входящих в молекулы воды, замедлять быстрые нейтроны, превращая их в тепловые. Для исключения влияния непостоянства плотности вещества производится одновременное детектирование двух потоков медленных нейтронов с различными энергетическими спектрами. Применение микропроцессора для обработки получаемой информации и

---

Смотрите также файлы

• ысамерзімді жоспар 4саба Сабаты таырыбы Шеберге жргізілген жанама.docx

• Определение положения устойчивого равновесия Фамилия ио борисов И. П. группа 2383 Преподаватель Альтмарк А. М. Крайний рок сдачи идз 01. 04 Итоговый балл.pdf

• 628. в подмышечной впадине на уровне ключичногрудного треугольника стволы плечевого сплетения по отношению к подмышечной артерии располагаются.docx

• Реферат Пакт МолотоваРиббентропа и его инициаторы ученик 9б класса Котов Степан.docx

• Машинный код Языки программирования низкого уровня.docx