Метод и средства спектроскопических измерений

В свое время спектроскопическое разрешение в высоком диапазоне позволили изучить атомную структуру вещества.

1 метод: основан на явлении интерференции. Это один из самых старых методов, но применяется до сих пор. Рассмотрим интерфер – р Фабри – Перо. Любой спекспектометр характеризуется двумя важными величинами: разрешением и светосилой. Если Δλ наименьший интервал длин волн, при котором 2 линии одинаковой интенсивности с λ и λ+ Δλ фиксируется спектральным прибором по отдельности, то величину разрешающей способности прибора определяют как отношение λ/ Δλ.

Светосила характеризует максимально возможный поток излучения проходимый ч/з прибор при заданном протяженном источнике света. Интерфер – р Фабри – Перо состоит из плоско параллельного воздушного промежутка м/у 2 –мячастично отраженными параллельными кварцевыми пластинами. На внешней поверхности этих пластин обычно наносят просветляющий слой.

Лазерная спектроскопия насыщения. Пусть у нас в веществе есть два состояния 1 и 2 для всей совокупности одинаковых атомов. Энергия соответственно Е₁ и Е₂, а количество атомов в этих состояниях n₁ и n₂. Покоящие атомы используют излучение при частоте: ω₀=(Е₂ - Е₁ )/ Ћ

Пусть на атомы падает монохроматическое излучение частоты ω_L и волновым вектором K_L. Это излучение поглощается только теми атомами, которые имеют компоненту υ_K в направлении K_L. При частота с учетом доплеровского сдвига точно соответствует частоте покоящегося атома. В результате такого процесса поглощения количество атомов в первом состоянии n₁ со скоростью υ_K уменьшается, а соответственно количество атомов n₂ увеличивается.

Двухфотонная спектроскопия. Если две электромагнитные волны с частицами ω₁ и ω₂

и волновыми векторами k₁ и k₂ падают на ансамбль атомов существует вероятность перехода из невозбудимого состояния в возбудимое с одновременным поглощением двух фатонов. При этом должны выполняться законы сохраняя энергии и правила отбора. Правило отбора по орбитальному квантовому числу l имеет вид:

Δl= 0; ±2

Закон сохранения энергии принимает вид: Е₂ - Е₁ = Ћ(ω_{1 +} ω₂ ) – (k_{1 +} k₂) υ Ћ

Профиль поглощения как видно из этой записи определяется распространением атомов по скоростям. Если взять две волны с одинаковой частотой ω₁ = ω₂= ω, котор. проходит ч/з ансамбль атомов в противоположном направлении. То для всех атомов не зависимо от их υ будет выполняться условие резонанса для одновременного поглощения двух фотонов. Записанный нами закон сохранения энергии перейдет в простое выражение:

Е₂ - Е₁= 2 Ћ ω. Эта идея лежит в основе очень простого эксперимента по двухфотоной спектроскопии. Лазерный пучок проходя ч/з объект отражается от зеркала и снова проходит ч/з объект в обратном направлении.

Мёссбауэровская спектроскопия. Атомные ядра также могут поглощать или пропускать излучение при переходе из одного состояния в др. Энергия квантов этого излучения может достигать нескольких мего Эв. Т.е. это γ- излучение. Рассмотрим атомное ядро, которое использует квант электромагнитного излучения. Высокая энергия соответствует большему значению его импульса p. Поэтому из закона сохранения импульса следует, что ядро испустившее γ – квант приобретает большой импульс в противоположном направлении. Это эффект отдачи.

Электронная спектроскопия. Методы электронной спектроскопии позволяют получить информацию атомной и электронной структуры материалов для контроля их характеристик. Это не разрушающие методы. Падающая на систему или изучаемые ею кванты могут иметь энергию от оптической до рентгеновской области.

Рентгеновская эмисионная спектроскопия (Р.э.с). Основана на излучении эммисионных электронов, которые испускаются веществом при воздействии на атомы быстролетящих электронов, ионов, фотонов. Излучение возрастает вследствие перехода e м/у различными уровнями энергии атомов. Они определяются зарядом ядра, количеством e и их распределением по разрешенным состояниям. Разрешенные переходы определяются дипольными правилами отбора. По главному квантовому числу. Энергии уровней строго фиксированы в атоме. По интенсивности излучения соответствующих переходов можно определить сорт атомов, их количественное содержание в веществе. Главным достоинством рентгеновской ЭС является малая чувствительность к загрязнению поверхности, возможность охвата больших энергетических областей и всех возможных симметрий электрических состояний.

Фотоэмиссионая спектроскопия. Основоположником этого метода яв-ся Зигбан. Изначально он дал название метода e-ая спектроскопия для химического анализа, т.к метод был направлен на исследование химической связи в молекулах и твердых телах. Экспериментально было показано, что Е связи внутренних атомных уровней определяются кристаллическим строением и заряженностью атомов. Было обнаружено, что при переходе от одного химического соединения к другому происходит сдвиг спектра глубоколежащих электрических уровней. Это сдвиг назвали химическим. Его величина составляет от нескольких ЭВТ до десятков ЭВт/в.

Поиск по сайту: