Пређи на садржај

Апсорпциони спектар

С Википедије, слободне енциклопедије
Преглед апсорпције електромагнетног зрачења. Овај пример говори о општем принципу користећи видљиву светлост. Извор белог снопа - који емитује светлост више таласних дужина - фокусиран је на узорак (комплементарни парови боја су означени жутим испрекиданим линијама). Када досегну узорак, фотони који одговарају енергетском јазу присутних молекула (зелено светло у овом примеру) се апсорбују, чиме се побуђује молекул. Остали фотони преносе се нетакнути, и ако је зрачење у видљивој регији (400-700нм), боја узорка је комплементарна боја апсорбоване светлости. Упоређивањем пригушења пренесене светлости са упадним светлом може се добити спектар апсорпције.
Прва директна детекција и хемијска анализа атмосфере једне егзопланете 2001. године. Натријум у атмосфери филтрира звездану светлост ХД 209458, док гигантска планета пролази испред звезде.
Соларни спектаре са Фраунхоферовим линијама као што изгледа визуално.

Апсорпциони спектар материјала је фракција упадне радијације коју је материјал апсорбовао на распону фреквенција. Апсорпциони спектар је првенствено одређен[1][2][3] атомском и молекулском композицијом материјала. Постоји већа вероватноћа да ће до апсорпције радијације доћи на фреквенцијама које се поклапају са енергетском разликом између два квантно механичка стања молекула.[4][5] Апсорпција до које долази услед прелаза између два стања се назива апсорпционом линијом и спектар се типично састоји од мноштва линија.[6]

Фреквенције где се јављају апсорпционе линије, као и њихови релативни интензитети, првенствено зависе од електронске и молекулске структуре узорка. Фреквенције исто тако зависе од интеракција између молекула у узорку, кристалне структуре чврстог материјала, и неколико фактора окружења (е.г., температура, притисак, електромагнетно поље). Ширина и облик линија су првенствено зависни од спектралне густине или густине стања система.

Теорија[уреди | уреди извор]

Апсорпционе линије се типично класификују по природи квантно механичке промене индуковане у молекулу или атому. Ротационе линије се на пример јављају кад се ротационо стање молекула промени. Ротационе линије се типично срећу у микроталасном спектралном региону. Вибрационе линије кореспондирају применама вибрационих стања молекула и типично се налазе у инфрацрвеном региону. Електронске линије кореспондирају промени електронског стања атома или молекула и типично се налазе у видљивом или ултраљубичастом региону. Апсорпције X-зрака су повезане са побуђивањима унутрашњих љуски електрона у атомима. Те промене исто тако могу да буду комбиноване (е.г. ротационо-вибрациони прелази), што доводи до нових апсорпционих линија са комбинованом енергијом те две промене.

Енергија везана за квантно механичке промене првенствено одређује фреквенцију апсорпционе линије, мада фреквенција може да буде померена услед неколико типова интеракција. Електрична и магнетна поља могу да имају утицаја. Интеракције са суседним молекулима могу да узрокују померања. На пример, апсорпционе линије молекула у гасној фази могу да буду знатно померене кад тај молекул пређе у течно или чврсто стање и формира јаче интерације са суседним молекулима.

Ширина и облик апсорпционих линија су одређени инструментом који се користи за мерење, материјалом који апсорбује радијацију и физичким окружењем тог материјала. Уобичајено је да линије имају облик Гаусове или Лоренцове дистрибуције. Исто тако је уобичајено да се линије опосују само њиховим интензитетом и ширином уместо целокупног оглика.

Интегрисани интензитет — добијен путем интеграције површине испод апсорпционе линије — пропорционалан је количини присутне апсорбујуће супстанце. Интензитет је исто тако завистан од температуре супстанце и квантно механичких интеракције између радијације и апсорбера. Ова интеракција се квантификује путем момента транзиције и зависи од датог нижег стања са кога прелаз започиње, као и горњег стања.

Ширина апсорпционих линија се може одредити помоћу спектрометра. Спектрометар има наследно ограничење у погледу степена у коме може да одреди најужу могућу ширину линија. Ако је ширина већа од резолуционог лимита, онда је она првенствено зависна од околине апсорбера. Течни или чврсти апсорбер, у којима суседни молекули формирају јаке међусобне интеракције, имају тенденцију формирања ширих линија у односу на гасове. Повећање температуре и притиска апсорбујућег материјала исто тако има тенденцију проширивања линија. Такође се често догађа да је неколико суседних прелаза довољно међусобно близо да се њихове линије преклопе и да је резултирајућа линија стога још шира.

Релација са трансмисионим спектром[уреди | уреди извор]

Апсорпциони и трансмисиони спектри представљају еквивалентне информације и један се може израчунати из другог путем математичких трансформација. Трансмисиони спектар има максимални интензитет на таласним дужинама где је апсорпција најслабија, јер се више светлости преноси кроз узорак. Апсорпциони спектар ће умати свој максимални интензитет на таласним дужинама где је апсорпција најјача.

Релација са емисионим спектром[уреди | уреди извор]

Емисиони спектар гвожђа

Емисија је процес којим супстанца ослобађа енергију у облику електромагнетне радијације. До емисије може да дође на било којој фреквенцији на којој долази до апсорпције, и то омогућава да се апсорпционе линије одреде из емисионог спектра. Емисиони спектар типично има сасвим различит образац интензитета од апсорпционог спектра, тако да они нису еквивалентни. Апсорпциони спектар се може израчунати из емисионог спектра користећи одговарајуће теоретске моделе и додатне информације о квантно механичким стањима супстанце.

Релација са спектрима расипања и рефлекције[уреди | уреди извор]

Спектри расипања и рефлекције материјала су зависни од индејса рефракције[7][8] и апсорпционог спектра. У оптичком контексту, апсорпциони спектар се типично квантификује путем коефицијента екстинкције,[9] и коефицијенти екстинкције и преламања су квантитативно повезани путем Крамерс-Кронигове релације.[10][11][12] Стога се апсорпциони спектар може извести из спектра расипања или рефлекције. Ово обично захтева поједностављивање претпоставки или модела, па је изведени спектар апсорпције апроксимација.

Референце[уреди | уреди извор]

  1. ^ Модерн Спецтросцопy (Папербацк) бy Ј. Мицхаел Холлас. ISBN 978-0-470-84416-8.
  2. ^ Сyмметрy & Спецтросцопy: Ан Интродуцтион то Вибратионал анд Елецтрониц Спецтросцопy (Папербацк) бy Даниел C. Харрис, Мицхаел D. Бертолуцци. ISBN 978-0-486-66144-5.
  3. ^ Спецтра оф Атомс анд Молецулес бy Петер Ф. Бернатх. ISBN 978-0-19-517759-6.
  4. ^ Weinberg, S. (2002). The Quantum Theory of Fields. I. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-55001-7. 
  5. ^ Griffiths, David J. (2004). Introduction to Quantum Mechanics (2nd ed.). Prentice Hall. ISBN 978-0-13-111892-8. 
  6. ^ Rothman, L.S.; Gordon, I.E.; Babikov, Y.; Barbe, A.; Chris Benner, D.; Bernath, P.F.; Birk, M.; Bizzocchi, L.; Boudon, V.; Brown, L.R.; Campargue, A.; Chance, K.; Cohen, E.A.; Coudert, L.H.; Devi, V.M.; Drouin, B.J.; Fayt, A.; Flaud, J.-M.; Gamache, R.R.; Harrison, J.J.; Hartmann, J.-M.; Hill, C.; Hodges, J.T.; Jacquemart, D.; Jolly, A.; Lamouroux, J.; Le Roy, R.J.; Li, G.; Long, D.A.; et al. (2013). „Тхе ХИТРАН2012 молецулар спецтросцопиц датабасе”. Јоурнал оф Qуантитативе Спецтросцопy анд Радиативе Трансфер. 130: 4—50. Бибцоде:2013ЈQСРТ.130....4Р. ИССН 0022-4073. дои:10.1016/ј.јqсрт.2013.07.002. 
  7. ^ Хецхт, Еугене (2002). Оптицс. Аддисон-Wеслеy. ИСБН 978-0-321-18878-6. 
  8. ^ Аттwоод, Давид (1999). Софт X-раyс анд еxтреме ултравиолет радиатион: принциплес анд апплицатионс. стр. 60. ИСБН 978-0-521-02997-1. 
  9. ^ Дресселхаус, M. С. (1999). „Солид Стате Пхyсицс Парт II Оптицал Пропертиес оф Солидс” (ПДФ). Цоурсе 6.732 Солид Стате Пхyсицс. МИТ. Архивирано (ПДФ) из оригинала 24. 7. 2015. г. Приступљено 5. 1. 2015. 
  10. ^ Толл, Јохн С. (1956). „Цаусалитy анд тхе Дисперсион Релатион: Логицал Фоундатионс”. Пхyсицал Ревиеw. 104: 1760—1770. Бибцоде:1956ПхРв..104.1760Т. дои:10.1103/ПхyсРев.104.1760. 
  11. ^ Р. де L. Крониг (1926). „Он тхе тхеорy оф тхе дисперсион оф X-раyс”. Ј. Опт. Соц. Ам. 12: 547—557. дои:10.1364/ЈОСА.12.000547. 
  12. ^ Х. А. Крамерс (1927). „Ла диффусион де ла лумиèре пар лес атомес”. Атти Цонг. Интерн. Фисици, (Трансацтионс оф Волта Центенарy Цонгресс) Цомо. 2: 545—557. 

Литература[уреди | уреди извор]

Спољашње везе[уреди | уреди извор]

Апсорпциони спектар на Викимедијиној остави.
Преузето из „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Apsorpcioni_spektar&oldid=27674542”