Spektroskopia ATR.pdf

Spektroskopia ATR

w badaniach

skażenia środowiska

glebowego

SPIS TREŚCI

1. Spektroskopia ..............................................................................................................- 3 -

1.1 Podstawy teoretyczne spektroskopii...................................................................- 3 -

1.2 Podział technik spektroskopowych.....................................................................- 5 -

1.3 Spektroskopia w podczerwieni (IR)....................................................................- 5 -

2. Spektroskopia ATR.....................................................................................................- 7 -

2.1 Definicja..................................................................................................................- 7 -

2.2 Podstawy fizyko-chemiczne spektroskopii ATR ......................................................- 7 -

2.3 Metodologia pomiaru...............................................................................................- 9 -

2.4 Zastosowanie spektroskopii ATR...........................................................................- 12 -

3. Środowisko glebowe...................................................................................................- 14 -

3.1 Gleba.....................................................................................................................- 14 -

3.2 Zanieczyszczenia gleby..........................................................................................- 15 -

3.3 Zastosowanie spektroskopii ATR do badania skażenia środowiska glebowego ......- 16 -

4. Bibliografia ................................................................................................................- 18 -

- 2 -

1. Spektroskopia

1.1 Podstawy teoretyczne spektroskopii

Spektroskopia to nauka o powstawaniu i interpretacji widm powstałych w wyniku

oddziaływania wszelkiego rodzaju promieniowania na materię. Jednakże ta definicja nie

oddaje dokładnie znaczenia tego słowa. Spektroskopia zajmuje się badaniem i teoretycznym

wyjaśnieniem oddziaływania pomiędzy materią (atomy i cząsteczki) a promieniowaniem

elektromagnetycznym. W wyniku oddziaływania promieniowania elektromagnetycznego na

materię następuje zmiana energii wewnętrznej atomów zgodnie z zasadą zachowania energii:

E – zmiana energii

h – stała Plancka

v – częstotliwość

c – prędkość światła

λ – długość fali promieniowania

Na energię wewnętrzną składa się: energia kinetyczna ruchów translacyjnych cząsteczek,

energia ruchów obrotowych (rotacyjnych), energia drgań oscylacyjnych oraz energia

elektronów znajdujących się na orbitalach atomowych. Dodatkowo, jeśli cząsteczka znajduje

się w polu magnetycznym, należy uwzględnić energię związaną z ukierunkowaniem spinu

niesmarowanych elektronów lub jąder wykazujących właściwości magnetyczne ( 1 H, 13 C)

w stosunku do indukcji pola magnetycznego.

W wyniku oddziaływania promieniowania elektromagnetycznego cząsteczka

przyjmuje tylko ściśle określone poziomy energetyczne. Zmiana poziomów energetycznych

związana jest z pochłanianiem lub emisją charakterystycznego dla danego przejścia kwantu

energii. Zaabsorbowane (wyemitowane) może być tylko takie promieniowanie, którego

energia odpowiada różnicy poziomów energetycznych cząsteczki. Prawdopodobieństwo

każdego przejścia między poziomami energetycznymi cząsteczki opisane jest regułami

wyboru. Przejście elektronowe jest dozwolone gdy moment przejścia między stanami

elektronowymi, określający prawdopodobieństwo absorpcji (emisji) dopasowanego fotonu

jest różny od zera, gdy moment przejścia jest równy zeru - przejście jest wzbronione - czyli

nie zachodzi.

- 3 -

Fala promieniowania elektromagnetycznego oddziałuje na wszystkie formy energii

wewnętrznej (oprócz energii translacji – ze względu na jej małe kwantowanie) w zależności

od energii, jaką niesie promieniowanie.

Legenda:

 B - fale radiowe

 C - mikrofale

 D - podczerwień

 E - światło widzialne

 F - ultrafiolet

 G - promieniowanie rentgenowskie (X)

 H - promieniowanie gamma

 I - widmo światła widzialnego

Rys.1 Widmo promieniowania elektromagnetycznego

Gdy wzbudzeniu ulegną dwa rodzaje energii, na widmie pasma te nakładają się, co

komplikuje interpretację widma. Efekt ten związany jest z zasadą nieoznaczoności

Heisenberga (im krótszy czas życia cząsteczki, tym jej rozmycie większe – stąd nieostrość

widma wynikająca z rozmycia stanów energetycznych), zastosowaniem wiązki

niemonochromatycznej oraz z efektem Dopplera (różne postrzeganie promieniowania –

zwiększenie lub zmniejszenie energii – przez cząsteczki znajdujące się w ruchu termicznym.

Określenie „spektroskopia” funkcjonuje równocześnie jako ogólna nazwa wszelkich

technik analitycznych, które opierają się na generowaniu widm.

- 4 -

1.2 Podział technik spektroskopowych

Istniejące techniki spektroskopowe klasyfikuje się według kilku parametrów.

Pierwszy, główny, podział dzieli techniki spektroskopowe ze względu na badaną część

promieniowania:

 spektroskopia emisyjna – analiza promieniowania emitowanego przez próbkę,

 spektroskopia absorpcyjna – analiza promieniowania przechodzącego przez

próbkę, wnioski na podstawie zaabsorbowanej części promieniowania,

 spektroskopia rozproszenia – analiza promieniowania rozproszonego na

próbce.

Kolejny podział odnosi się do formy badanej energii (energia, długość fali, częstotliwość):

 NMR (spektroskopia jądrowego rezonansu magnetycznego)

 EPR (spektroskopia elektronowego rezonansu paramagnetycznego)

 spektroskopia elektronowa (UV-Vis)

 spektroskopia oscylacyjna (IR)

 spektroskopia rotacyjna (Raman)

1.3 Spektroskopia w podczerwieni (IR)

Spektroskopia w podczerwieni (IR od ang. Infra Red) wykorzystuje zakres

promieniowania elektromagnetycznego pomiędzy obszarem widzialnym a mikrofalowym o

częstotliwości 14300-200 cm -1 . Jest to tzw. zakres promieniowania podczerwonego, wśród

którego wyróżniamy:

 bliską podczerwień (14300-4000 cm -1 ),

 właściwa podczerwień (400-700 cm -1 ),

 daleka podczerwień (700-200 cm -1 )

Absorpcji promieniowania w tym zakresie odpowiadają przejścia oscylacyjne. Należy

zaznaczyć, iż w zakresie promieniowania w dalekiej podczerwieni obserwuje się przejścia

rotacyjne. Częstotliwość promieniowania podczerwonego ma zbliżoną wartość do

częstotliwości drgań cząsteczek. Promieniowanie przechodzące przez badaną próbkę jest

selektywnie pochłaniane w wyniku wzbudzania drgań w cząsteczkach. Absorpcji

promieniowania towarzysz zmiana energii oscylacyjnej cząsteczek. Ze względu na

skwantowanie energii promieniowania, absorpcja następuje tylko dla określonych wartości

- 5 -

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: