Spektroszkópia Analitikai kémiai vizsgálatok célja: a vizsgálati anyagban a kémiai elemek (fő, nyom), fázisok és izotópok minőségének és mennyiségének meghatározása Klasszikus módszerek minőségi mennyiségi - gravimetria - titrimetria Műszeres módszerek

Műszeres analitikai módszerek Múszeres anal m. Műszeres analitikai módszerek Színképelemzési módszerek (spektroszkópia) Elektrokémiai módszerek (pl. potenciometria, elektrogravimetria, konduktometria, coulo- metria, polarográfia.....) Termikus módszerek (pl. derivatográfia) Diffrakciós módszerek (pl. röntgen-, elektron-, neutron-diffrakció) Kombinált módszerek

Színképelemzési módszerek Ionsugárzás mérésén alapuló eljárások (tömegspektroszkópia /MS/) Elekromágneses sugárzás mérésén alapuló eljárások (XRF, OES, AAS, UV-VIS SP, IR ...)

Elektromágneses sugárzás hullám ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ részecske O O O O O O O O O O O rádió |mikro|infra|vis|uv | röntgen |gamma 10-6 10-4 10-2 100 3 102 105 E (eV) | | | | | | 30cm 0,3mm 10nm=100 Å 0,1 Å l 760-380 nm E = h . m = h . c/ l 1m = 106 mm = 109 nm = 1010Å

Elektromágneses sugárzás és anyag kölcsönhatása 1. Beeső sugárzás - rugalmas ütközés E1=E2 - rugalmatlan ütk. E1>E2 2. Visszavert sugárzás (reflexió) 3. Elnyelt sugárzás (abszorpció) 4. Átbocsátott sugárzás (transzmisszió) 1 2 4 3

EMS spektroszkópia - Elméleti- és gyakorlati (analitikai) spektroszkópia - A különböző spektroszkópiai módszerek fizikai alapja közös. - Az anyagi részecskék (atomok, ionok, molekulák) felépítésük által meghatározott diszkrét energiaállapotokban E = h . m (h = Planck állandó) létezhetnek. Meghatározott körülmények között (gerjesztés) elektromágneses sugárzást nyelnek el, vagy bocsátanak ki DE = h . m = h . c/ l, amely sugárzás hullámhossza (fekvenciája, energiája) jellemző az anyagi minőségre, az adott hullámhosszú sugárzás intenzitása pedig a vizsgált részecske mennyiségének jellemzője. A spektrum jellemző adatai tehát felhasználhatók az anyag kémiai összetételének minőségi és mennyiségi meghatározására, illetve szerkezetvizsgálatra.

Színképelemzési alapfogalmak: Alapállapot – gerjesztett állapot A + h . m A* Gejesztési energia, energiaelnyelés (abszorpció) Gerjesztett állapotok átlagos élettartama: atommag:10-10-10-14 s atomok, molekulák: 10-8 s Boltzmann eloszlás N* = No . g / Zo e - D E/kT Spontán emisszió A* A + h . m Indukált emisszió A* + h . m A + 2 h . m Kichhoff elv m 0,1 (abs) = m1,0 (em)

Energiaváltozások Kötési en. energia változás l-tartomány vizsg.módszer > 0.1 MeV atommag < 0,1Å gamma NAA. Mössbauer sp. 100-0,1 KeV atom belső, 0,1-2,5Å röntgen XRF zárt el. héj 2,5-100Å vákuum Rtg ------------------------------------------------------------------------------------------------------- 100-1,5 eV szabad atom 10-200nm vákuum UV külső és belső 200-380nm UV OES,AAS nem zárt el.héj 380-760nm VIS és LF --------------------------------------------------------------------------------------------------------- 10-1 eV molekula el.en. 200-760nm UV-VIS UV-VIS sp. 1- 0,1 eV mol. Rezgési en. 760nm-5mm IR IR sp. 0,1- 0,01eV mol. forgási en. 5- 300 mm távoli IR Rot.sp. 10-2-10-4 eV elektronspin 0,3mm- 30cm MH ESR 10-4-10-6 eV magspin > 30 cm RH NMR,NQR

23 A 11Na atom felépítése és fő gerjesztési energiái Mag: 1,36 Mev mag L M O-pálya K Belső elektron (zárt pálya) E=1,04 keV l=11,92 Å mag Külső elektron E=2,1 eV l =589,5 nm

Molekulák energiája, energiaváltozása E össz = E kin + E el + E vib + E rot + E E + EEH Energiaváltozás: UV-VIS tartomány: DEössz= D E el + DE vib + DE rot Infravörös tartomány: DEössz = DE vib + DE rot Mikrohullámú tartomány: DEössz = DE rot

Színkép A sugárzás energiájának intenzitáseloszlása a hullámhossz, (energia, frekvencia) függvényében

Színképek csoportosítása Eredetük szerint: mag-, atom-, molekula-színképek EMS hullámhossztartománya szerint: g, röntgen, optikai (ultraibolya, látható), infravörös, mikrohullámú, rádió-hullámú színképek Megjelenésük szerint: folytonos, vonalas és sávos színképek Az észlelés módja szerint: abszorpciós, emissziós

Színképek megjelenítése l folytonos l vonalas, fotografált vonalas, regisztrált l l sávos I