Atomning nurlanish spekteri va ularning turlarini o'rganish

 

 

2.Spektr analizlarning ilm va texnikadagi o’rni

N.Bor (1885-1962) tajribada kuzatilgan vodorod atomi spektri va nurlanish kvanti tushunchalarini mohirlik bilan umumlashtirib, 1913 yilda atomning yangi tuzilish nazariyasini yaratdi. Bor nazariyasining asosini quyidagi ikkita postulat tashkil qiladi: 1. Statsionar holalar haqidagi postulat: atomda statsionar holatlar mavjud bo‘lib, bu holatlarga elektronlarning statsionar orbitalari mos keladi. Elektronlar faqat shu statsionar orbitalarda bo‘lib, hatto tezlanish bilan harakatlanganlarida ham nurlanish chiqarmaydilar. 2. Chatotalar haqidagi postulat: elektron bir statsionar orbitadan ikkinchisiga o‘tgandagina, energiyasi shu statsionar holatlardagi energiyalarning farqiga teng bo‘lgan foton chiqaradi(yoki yutadi): hν = En − Em bu yerda En va Em – mos ravishda elektronning n- va m-statsionar orbitalardagi energiyalari. Agar En > Em bo‘lsa, foton chiqariladi. Boshqacha aytganda, elektron katta energiyali holatdan kichik energiyali holatga o‘tadi. Agar En < Em bo‘lsa, foton yutiladi . Vodorod atomining nurlanish spektri Bor atom nazariyasi vodorod va vodorodga o`xshagan atomlar uchun mos keladi. Vodorodga o`xshash atomlar deganda bitta elektronini yo`qotgan geliy, ikkita elektronini yo`qotgan litiy tushuniladi. Chunki, bu atomlar yadrosi atrofida vodorodga o`xshab bittadan elektron aylanadi. Bor nazariyasi bunday atomlarning nurlanish spektrlarini, elektronlarning orbita radiuslarini va energiyalarini aniqlash imkonini beradi. Vodorod atomidagi elektronning bu hisoblab topilgan orbita radiusi birinchi Bor radiusi deb ham ataladi. Vodorod atomidagi elektron r1 = 0,528 dan kichik bo`lgan orbitada hech qachon aylanmaydi. Orbita radiusi formulasidan ko`rinib turibdiki, n ortgan sari orbita radiusi ham n ning kvadratiga mos ravishda ortib boradi. Elektron faqat orbita radiusi formulasi bilan aniqlanuvchi orbitalar bo`ylab aylana oladi. Vodorod atomidagi elektronning birinchi, ikkinchi va uchinchi Bor orbitalaridagi to`liq energiyasi E ni hisoblaylik. Energiyaning Joul birligini elektron -Volt (eV) birlikka o`tkazamiz. Emissiya spektrlari. Turli moddalardagi nurlanishning spektral tarkibi juda xilma-xil xususiyatga ega. Lekin barcha spektrlar uch turga bo'linadi: a) uzluksiz spektr; b) chiziqli spektr; c) chiziqli spektr. lekin) Uzluksiz (uzluksiz) spektr. akkor qattiq va suyuq jismlar va gazlar (yuqori bosimda) yorug'lik chiqaradi, ularning parchalanishi doimiy spektrni beradi, bunda spektral ranglar doimiy ravishda bir-biriga o'zgaradi. Uzluksiz spektrning tabiati va uning mavjudligi haqiqati nafaqat alohida nurlantiruvchi atomlarning xususiyatlari, balki atomlarning bir-biri bilan o'zaro ta'siri bilan ham belgilanadi. Har xil moddalar uchun uzluksiz spektrlar bir xil, shuning uchun ulardan moddaning tarkibini aniqlashda foydalanish mumkin emas. b) Chiziqli (atom) spektr. Noyob gazlar yoki bug'larning qo'zg'atilgan atomlari yorug'lik chiqaradi, ularning parchalanishi alohida rangli chiziqlardan iborat chiziqli spektrni beradi. Har bir kimyoviy element o'ziga xos chiziqli spektrga ega. Bunday moddalarning atomlari bir-biri bilan o'zaro ta'sir qilmaydi va faqat ma'lum to'lqin uzunlikdagi yorug'lik chiqaradi. Berilgan kimyoviy elementning izolyatsiyalangan atomlari qat'iy belgilangan to'lqin uzunliklarini chiqaradi. Bu yorug'lik manbasining kimyoviy tarkibini spektral chiziqlardan baholash imkonini beradi.ichida) Molekulyar (chiziqli) spektr.Molekulaning spektri bir uchi aniq, ikkinchi uchi xira boʻlgan koʻp sonli alohida chiziqlardan iborat. Chiziqli spektrlardan farqli o'laroq, chiziqli spektrlar atomlar tomonidan emas, balki bir-biriga bog'lanmagan yoki zaif bog'langan molekulalar tomonidan ishlab chiqariladi. Juda yaqin chiziqlar qatorlari spektrning alohida bo'limlarida guruhlangan va butun chiziqlarni to'ldiradi. 1860 yilda nemis olimlari G.Kirxgof va R.Bunsen metallar spektrlarini oʻrganib, quyidagi faktlarni aniqladilar:1) har bir metallning o'ziga xos spektri bor;2) har bir metallning spektri qat'iy doimiy;3) bir xil metallning har qanday tuzini o'choq oloviga kiritish har doim bir xil spektrning paydo bo'lishiga olib keladi;4) olovga bir nechta metallarning tuzlari aralashmasi kiritilganda, ularning barcha chiziqlari spektrda bir vaqtning o'zida paydo bo'ladi;5) spektral chiziqlarning yorqinligi elementning berilgan moddadagi konsentratsiyasiga bog'liq.Absorbsiya spektrlari. Agar uzluksiz spektr beradigan manbadan oq yorug'lik o'rganilayotgan moddaning bug'lari orqali o'tkazilsa va keyin spektrga parchalansa, u holda to'q rangli yutilish chiziqlari doimiy spektr fonida to'q rangli yutilish chiziqlari joylashgan joylarda kuzatiladi. o'rganilayotgan element bug'larining emissiya spektri bo'ladi. Bunday spektrlar atomik yutilish spektrlari deb ataladi. Atomlari hayajonlangan holatda bo'lgan barcha moddalar yorug'lik to'lqinlarini chiqaradi, ularning energiyasi to'lqin uzunliklari bo'ylab ma'lum bir tarzda taqsimlanadi. Yorug'likning moddaning yutilishi to'lqin uzunligiga ham bog'liq. Atomlar faqat ma'lum bir haroratda chiqarishi mumkin bo'lgan to'lqin uzunlikdagi nurlanishni o'zlashtiradi. Spektral tahlil. Dispersiya hodisasi fan va texnikada moddaning tarkibini aniqlash usuli ko`rinishida qo`llaniladi, uni spektral analiz deb ataladi. Bu usul modda tomonidan chiqarilgan yoki so'rilgan yorug'likni o'rganishga asoslangan. Spektral tahlil moddaning kimyoviy tarkibini o'rganish, uning spektrlarini o'rganishga asoslangan usul deb ataladi. Spektral apparatlar. Spektrlarni olish va o'rganish uchun spektral qurilmalar qo'llaniladi. Eng oddiy spektral asboblar prizma va difraksion panjaradir. Aniqroq - spektroskop va spektrograf. spektroskop Qurilma ma'lum bir manba tomonidan chiqariladigan yorug'likning spektral tarkibi vizual ravishda tekshiriladigan qurilma deb ataladi. Agar spektr fotografik plastinkada yozilgan bo'lsa, u holda qurilma chaqiriladi spektrograf. Spektral tahlilni qo'llash. Chiziqli spektrlar ayniqsa muhim rol o'ynaydi, chunki ularning tuzilishi bevosita atom tuzilishi bilan bog'liq. Axir, bu spektrlarni boshdan kechirmaydigan atomlar yaratadi tashqi ta'sirlar. Murakkab, asosan organik aralashmalarning tarkibi ularning molekulyar spektrlari bilan tahlil qilinadi. Spektral analiz yordamida murakkab moddaning tarkibidagi berilgan elementni, hatto uning massasi 10 -10 g dan oshmasa ham aniqlash mumkin.Bu elementga xos bo'lgan chiziqlar uning mavjudligini sifat jihatidan baholash imkonini beradi. Chiziqlarning yorqinligi (standart qo'zg'alish shartlariga muvofiq) u yoki bu elementning mavjudligini miqdoriy jihatdan baholashga imkon beradi. Spektral tahlil yutilish spektrlari yordamida ham amalga oshirilishi mumkin. Astrofizikada spektrlardan ob'ektlarning ko'pgina fizik xususiyatlarini aniqlash mumkin: harorat, bosim, tezlik, magnit induksiya va boshqalar. Spektral tahlil yordamida ular aniqlaydilar. Kimyoviy tarkibi rudalar va minerallar. Spektral analizni qo'llashning asosiy yo'nalishlari quyidagilardan iborat: fizikaviy va kimyoviy tadqiqotlar; mashinasozlik, metallurgiya; yadro sanoati; astronomiya, astrofizika; kriminalistika. Eng yangi yaratish uchun zamonaviy texnologiyalar qurilish materiallari(metall-plastmassa, plastmassa) kimyo, fizika kabi fundamental fanlar bilan bevosita bogʻlangan. Ushbu fanlar moddalarni o'rganish uchun zamonaviy usullardan foydalanadi. Shuning uchun spektral tahlil yordamida qurilish materiallarining kimyoviy tarkibini spektrlari bo'yicha aniqlash mumkin. Yaqinda o'rtoq Makeman spektral tahlil yordamida ma'lum bir tovush signalini uning tarkibiy yozuvlariga qanday ajratish mumkinligini tasvirlab berdi. Keling, tovushdan bir oz mavhumlik qilaylik va bizda spektral tarkibini aniqlamoqchi bo'lgan raqamlashtirilgan signal bor deb faraz qilaylik. Kesish ostida qisqa sharh raqamli heterodinlash yordamida o'zboshimchalik bilan signaldan harmonikani olish usuli va bir oz maxsus Furye sehri. Xo'sh, bizda nima bor. Raqamlangan signal namunalari bilan fayl. Ma'lumki, signal sinusoidlarning chastotalari, amplitudalari va boshlang'ich fazalari va, ehtimol, oq shovqin bilan yig'indisidir.Nima qilamiz. Quyidagilarni aniqlash uchun spektral tahlildan foydalaning:

signaldagi harmonikalar soni va har biri uchun: amplituda, chastota (keyingi o'rinlarda signal uzunligi bo'yicha to'lqin uzunliklari soni kontekstida), boshlang'ich faza;oq shovqin mavjudligi/yo'qligi, agar mavjud bo'lsa, uning RMS (standart og'ish);signalning doimiy komponentining mavjudligi / yo'qligi; bularning barchasi blackjack va rasmlar bilan go'zal PDF hisobotiga kiritilgan.Biz bu muammoni Java-da hal qilamiz.material Aytganimdek, signalning tuzilishi aniq ma'lum: bu sinusoidlar yig'indisi va qandaydir shovqin komponentidir. Tahlil qilish uchun shunday bo'ldi davriy signallar muhandislik amaliyotida kuchli matematik apparat keng qo'llaniladi, odatda deyiladi "Furye tahlili" . Keling, bu qanday hayvon ekanligini tezda ko'rib chiqaylik. Bir oz o'ziga xos, Furye sehri Yaqinda, 19-asrda frantsuz matematigi Jan Baptiste Jozef Furye ma'lum shartlarni (vaqt bo'yicha uzluksizlik, davriylik, Dirixle shartlarini qondirish) qanoatlantiruvchi har qanday funktsiyani keyinchalik uning nomini olgan qatorga kengaytirish mumkinligini ko'rsatdi. - Furye seriyasi .Muhandislik amaliyotida Furye qatoridagi davriy funktsiyalarning kengayishi, masalan, kontaktlarning zanglashiga olib kelishi nazariyasi masalalarida keng qo'llaniladi: sinusoidal bo'lmagan kirish harakati sinusoidallar yig'indisiga parchalanadi va kontaktlarning zanglashiga olib keladigan zaruriy parametrlari, masalan, hisoblab chiqiladi. , superpozitsiya usuli yordamida.Furye seriyasining koeffitsientlarini yozishning bir qancha usullari mavjud, ammo biz faqat mohiyatini bilishimiz kerak.Furye seriyasining kengayishi uzluksiz funktsiyani boshqa uzluksiz funktsiyalar yig'indisiga kengaytirish imkonini beradi. Va umumiy holatda, seriya cheksiz ko'p a'zolarga ega bo'ladi. Furye yondashuvining yana bir takomillashuvi o'z nomini ajralmas o'zgartirishdir. Furye konvertatsiyasi .Furye seriyasidan farqli o'laroq, Furye konvertatsiyasi funktsiyani diskret chastotalar bo'yicha emas (kengayish sodir bo'ladigan Furye qatorining chastotalar to'plami, umuman olganda, diskret), balki uzluksiz bo'lganlar nuqtai nazaridan parchalaydi.Keling, Furye seriyasining koeffitsientlari Furye konvertatsiyasi natijasi bilan qanday bog'liqligini ko'rib chiqaylik, aslida, spektr .Kichkina chekinish: Furye konvertatsiyasining spektri - umumiy holatda, tavsiflovchi murakkab funktsiya. murakkab amplitudalar mos keladigan harmonikalar. Ya'ni, spektr qiymatlari modullari mos keladigan chastotalarning amplitudalari va argumentlar mos keladigan boshlang'ich fazalar bo'lgan kompleks sonlardir. Amalda, alohida ko'rib chiqiladi amplituda spektri Va fazali spektr .Guruch. 1. Amplituda spektri misolida Furye qatori va Furye transformatsiyasining mos kelishi.Furye seriyasining koeffitsientlari diskret vaqtlarda Furye konvertatsiyasining qiymatlaridan boshqa narsa emasligini ko'rish oson. Biroq, Furye konvertatsiyasi vaqt bilan uzluksiz, cheksiz funktsiyani boshqa chastotali uzluksiz, cheksiz funksiya - spektr bilan taqqoslaydi. Agar bizda vaqt bo'yicha cheksiz funktsiya bo'lmasa, lekin uning faqat ba'zi qayd etilgan qismi, vaqt bo'yicha diskret bo'lsa-chi? Bu savolga javob Furye konvertatsiyasining keyingi rivojlanishi bilan beriladi - Diskret Furye transformatsiyasi (DFT) .Diskret Furye konvertatsiyasi signal vaqtida uzluksizlik va cheksizlik zarurati muammosini hal qilish uchun mo'ljallangan. Haqiqatan ham, biz cheksiz signalning bir qismini kesib tashlaganimizga ishonamiz va qolgan vaqt maydoni uchun bu signalni nolga teng deb hisoblaymiz. Matematik jihatdan bu shuni anglatadiki, f(t) funksiyasi vaqt ichida cheksiz bo'lgan holda, biz uni ba'zi w(t) oyna funksiyasiga ko'paytiramiz, u bizni qiziqtirgan vaqt oralig'idan tashqari hamma joyda yo'qoladi.Agar klassik Furye konvertatsiyasining "chiqishi" spektr - funksiya bo'lsa, diskret Furye konvertatsiyasining "chiqishi" diskret spektrdir. Va diskret signalning hisoblari ham kirishga beriladi.