Презентация на тему "Оптические методы анализа. Введение. Рефрактометрический анализ"

Содержание

• 
  Слайд 1

  «Оптические методы анализа. Введение.Рефрактометрический анализ».

  доцент кафедры ФХМСП Стасевич О.В. «Оптические методы и приборы контроля качества продукции»

• 
  Слайд 2

  План лекции

  Основные понятия физико-химических методов анализа. Основные принципы, общая характеристика и классификация оптических методов. Дуальная природа света и его взаимодействие с веществом. Рефрактометрический метод анализа.

• 
  Слайд 3

  Метод исследования

  Метод исследования – это определение принципов, положенных в основу исследования безотносительного к конкретному объекту и исследуемому веществу.

• 
  Слайд 4

  Чувствительность метода

  Выражается тем минимальным количеством вещества, которое можно обнаруживать или определять данным методом по данной методике.

• 
  Слайд 5

  Избирательность или специфичность

  Это характеристика, показывающая способность метода или методики обнаруживать или определять нужные компоненты без помех со стороны других компонентов, присутствующих в пробе.

• 
  Слайд 6

  Универсальность

  Возможность обнаруживать или определять многие компоненты.

• 
  Слайд 7

  Методика исследования

  Это подробное описание всех условий и операций проведения исследований определенного объекта.

• 
  Слайд 8

  Точность

  Оценивается: Правильностью (близостью результатов к истинному значению); Прецезионностью (близостью результатов, полученных в определенных условиях, к друг другу)

• 
  Слайд 9

  Экспрессность

  характеризует быстроту проведения анализа

• 
  Слайд 10

  ВВЕДЕНИЕ

  Оптические методы анализа основаны на измерении характеристик оптических свойств вещества (испускание, поглощение, рассеивание, отражение, преломление, дифракция, интерференция, поляризация света), проявляющихся при его взаимодействии с электромагнитным излучением.

• 
  Слайд 11

  Оптические методы анализа классифицируют на:

  Поляриметрические (в основе лежит явление вращения веществом плоскости поляризации светового потока); Рефрактометрические (в основе лежит явление преломление светового потока); Нефелометрические (в основе лежит явление рассеяния светового потока); Спектральные (в основе лежат явления, связанные с поглощением или излучением квантов). .

• 
  Слайд 12

  Свет

  Свет  имеет дуальную природу. Свет может рассматриваться либо как электромагнитная волна (изучает волновая оптика), скорость распространения в вакууме которой постоянна, либо как поток фотонов — частиц, обладающих определённой энергией, импульсом, собственным моментом импульса и нулевой массой (нулевой массой покоя) (изучает геометрическая оптика) . Свет представляет собой суммарное электромагнитное излучение множества атомов. Испускание кванта света происходит в результате перехода электрона из возбужденного состояния в основное. Электромагнитная волна, испускаемая в результате этого перехода, является поперечной, то есть вектора Е(электрического поля) и Н (магнитного поля) взаимно перпендикулярны и перпендикулярны направлению распространения.

• 
  Слайд 13

  Электромагнитная волна (волновая теория)

  Для описания поляризации будем рассматривать световой вектор Е, вектор напряженности электрического поля.

• 
  Слайд 14

  Волновые параметры

  длина волны λ- расстояние, проходимое волной за время одного полного колебания. Длину волны обычно выражают в нанометрах или в микрометрах ; частота ν- число раз в секунду, когда электромагнитное поле достигает своего максимального значения. Для измерения частоты используют герц; волновое число ν- число длин волн, укладывающихся в единицу длины: ν= 1/λ. Волновое число измеряют в обратных сантиметрах .

• 
  Слайд 15
  

  Врамкахволновой оптикирассматриваютсяэлектромагнитныеволны (ЭМВ), длиныволнкоторыхлежатвинтервале 10-4 – 10-9м.

  РИ (рентгеновское излучение); УФ (ультрафиолетовое излучение); В (видимый свет); ИК (инфракрасное излучение).

• 
  Слайд 16

  Общий спектр ЭМИ

• 
  Слайд 17

  Корпускулярная природа (свет испускается квантами (фотонами))

  Корпускулярная природа света характеризуется энергией квантов электромагнитного излучения. В системе СИ энергию измеряют в джоулях. Связь между волновой и корпускулярной природой света описывается уравнением Планка

• 
  Слайд 18

  Уравнение Планка

  (скорость света в вакууме)

• 
  Слайд 19

  Рефрактометрический метод анализа

  Рефрактометрия (от латинского refraktus – преломлённый и греческого metréō – мерю, измеряю) – это раздел прикладной оптики, в котором рассматриваются методы измерения показателя преломления света (n) при переходе из одной фазы в другую, или, иными словами, показатель преломления n – это отношение скоростей света в граничащих средах.

• 
  Слайд 20
  

  Вода преломляет свет сильнее, чем воздух; поэтому всякий предмет, находящийся в воде, кажется расположенным выше, чем он есть на самом деле. Луч АБ, выходя из воды, отклоняется от перпендикуляра ДБ. Если человек хочет попасть в рыбу, находящуюся под водой, он должен прицелиться не в рыбу, а ниже нее (рис. ниже).

• 
  Слайд 21

  1.1 Распространение света

  Под лучом понимают направление, по которому распространяется свет. Экспериментально установлено, что в вакууме и в однородной (газовой, жидкой или твёрдой) прозрачной среде (например, в воздухе при постоянном давлении, в воде или стекле) свет распространяется прямолинейно, и луч представляет собой прямую линию, началом которой является источник света.

• 
  Слайд 22

  Луч света

  Под лучом понимают направление, по которому распространяется свет. Экспериментально установлено, что в вакууме и в однородной (газовой, жидкой или твёрдой) прозрачной среде (например, в воздухе при постоянном давлении, в воде или стекле) свет распространяется прямолинейно, и луч представляет собой прямую линию, началом которой является источник света.

• 
  Слайд 23
  

  Под светящейся точкой понимают источник света, незначительными размерами которого можно пренебречь. Физически любой источник света обладает определёнными размерами, однако, если сравнить эти размеры с теми расстояниями, на которые распространяется действие света, то условно (без существенной погрешности) источник света принимают за точку. От светящейся точки света расходится во все стороны в виде пучка бесконечное число лучей, заполняющих всё окружающее пространство. Такой пучок называется неограниченным. Однако, если на пути такого пучка поместить диафрагму – непрозрачный экран с отверстием, то за диафрагмой свет будет распространяться уже как ограниченный пучок.

• 
  Слайд 24

  Дифракциея света

  Явление огибания световыми (звуковыми и т. д.) волнами встречающихся на пути препятствий называется дифракцией света и обусловлено его волновой природой. По этой причине нельзя выделить отдельный луч и в действительности существуют только пучки лучей.

• 
  Слайд 25

  Показатель преломления света (показатель рефракции)

  Если на пути светового пучка, распространяющегося в прозрачной однородной среде (например, в воздухе), встречается другая прозрачная однородная среда (например, стекло), то на границе раздела сред пучок света разделяется на два луча, из которых один луч входит в новую среду, изменяя своё направление (преломляется), а другой, отражаясь от поверхности раздела и изменяя своё направление, продолжает распространяться в первой среде. Луч при распространении в однородных средах, изменяя свою однонаправленность, сохраняет прямолинейность распространения и до, и после границы раздела

• 
  Слайд 26
  

  Угол αравен углу β, при этом изменятся скорость распространения луча в среде 2

• 
  Слайд 27

  Показатель преломления

  Изменение направления распространения света при его переходе из одной среды в другую характеризуется относительным показателем преломления среды 2 по отношению к среде 1, равным n21=v1/v2, Где v1 , v2 - скорости распространения световой волны в средах 1 и 2 соответственно.

• 
  Слайд 28

  Абсолютный показатель преломления

  Если световая волна переходит из вакуума (среда 1 вакуум) показатель преломления среды 2 называется абсолютным (это показатель преломления этой среды, измеренный относительно вакуума): n2=с/v2, С- скорость света в вакууме.

• 
  Слайд 29

  Относительный показатель преломления

  n21=v1/v2= с/n1 / с/n2= n2/n1= sinα/sinϒ При измерении показателей преломления жидких и твердых тел обычно определяются их относительные показатели преломления по отношению к воздуху. Для получения абсолютных показателей необходимо: nвещества=nвоздуха*n, nвоздуха=1,00027, а для газов – относительно вакуума

• 
  Слайд 30
  

  Если изменять угол падения луча α, то будет изменяться и угол преломления луча ϒ, но при этом всегда будет сохраняться неизменным отношение синуса угла падения луча к синусу угла преломления. Каждое индивидуальное химическое соединение имеет при постоянных условиях измерения строго определенное значение показателя преломления, величина которого обусловлена строением этого вещества и его специфическим взаимодействием с ЭМИ.

• 
  Слайд 31

  Законы преломления света формулируются следующим образом:

  − падающий и преломлённый лучи находятся в одной плоскости с нормалью к поверхности раздела, но расположены на противоположных сторонах от неё; − отношение синуса угла падения луча к синусу угла преломления для двух соприкасающихся однородных сред постоянно и не зависит от угла падения; − падающий и преломленный лучи взаимно обратимы, т.е., если луч, входя из одной среды в другую.

• 
  Слайд 32
  

  Очевидно, при переходе из более плотной среды (стекло, рис.) в менее плотную (воздух) луч удалится от нормали На свойствах света изменять свое направление при переходе из одной среды в другую построен ряд оптических приборов, в том числе и ружейный оптический прицел.

• 
  Слайд 33
  

  Если стекло плоское и стороны его параллельны (рис. выше), луч света АБ, входя в стекло, преломляется и приближается к перпендикуляру ДБ. Направление луча в стекле будет БВ. Выходя из стекла, луч света отклонится от перпендикуляра на ту же величину, на какую он отклонился, входя в стекло, но в противоположную сторону и таким образом примет свое прежнее направление ВГ. Если стороны стекла не параллельны, как это бывает в призме, то луч света, входя в стекло и выходя из него, отклонится оба раза в одну и ту же сторону и изменит свое направление, приблизившись к основанию призмы (рис. ниже). И чем больше преломляющий угол призмы, тем больше отклонится проходящий через нее луч.

• 
  Слайд 34

  Дисперсия света

  В то время как для любого монохроматического луча углы падения равны углам отражения, показатель преломления в одной и той же среде разный для каждой длины волны λ. Поэтому, если на поверхность раздела сред будет падать не монохроматический, а "белый" свет, то после преломления отдельные его составляющие будут отклоняться по-разному и иметь разные углы преломления при одном и том же угле падения. Наибольшее отклонение происходит у самых коротковолновых (фиолетовых) лучей, а наименьшее – у самых длинноволновых (красных) лучей, т. е. "белый" свет, переходя в более плотную прозрачную однородную среду, рассеивается или диспергирует.

• 
  Слайд 35
  

  Причиной дисперсии света является неодинаковая скорость распространения электромагнитного излучения различных длин волн в прозрачной однородной среде. Мерой дисперсии света служит разность между значениями показателя преломления, измеренным при различных длинах волн

• 
  Слайд 36

  Указывается в справочнике

  Показатель преломления в зависимости от условий его определения дополняется латинской буковой n с подстрочным и надстрочным индексами. Верхний индекс показывает температуру (в 0С), а нижний индекс – линии или длину волны (в нм), при которых производилось измерение. Обычно n определяют при указанных в табл. 1 длинах волн.

• 
  Слайд 37

  Обозначение показателя преломления от условий его определения

  В рефрактометрии часто используется показатель n∞, значение которого определяют экстраполяцией зависимости n = f(λ) до бесконечно больших длин волн.

• 
  Слайд 38

  Указывается в справочнике

  Как правило, приводится для D-линии натрия (λ=589,3 нм) при температуре (в °С), указанной верхним индексом. При отсутствии специальных указаний имеется ввиду комнатная температура. Пример: для глицерина n=1,472920 Либо nD20=1,4729