АНОТАЦИЯ
Главната задача на учебника е да подпомогне обучението на студентите физици по спектрален анализ. В него е отразена съществената част на четените във Физическия факултет на Софийския университет лекции по техника на спектроскопията и молекулен спектрален анализ.
Учебникът може да се използува също и от студентите от други специалности на нашите висши учебни заведения, които изучават спектралния анализ, а също така може да служи като ръководство на работещите в тази област или на желаещите да навлязат в нея специалисти — химици, биолози, инженери, лекари и др.
*
СЪДЪРЖАНИЕ
Предговор 5
ЧАСТ I. ТЕХНИКА НА АТОМНАТА И МОЛЕКУЛНАТА СПЕКТРОСКОПИЯ И СПЕКТРАЛЕН АНАЛИЗ
УВОД. ОСНОВНИ ПОНЯТИЯ, ВЕЛИЧИНИ И ИЗМЕРИТЕЛНИ ЕДИНИЦИ В СПЕКТРАЛНИЯ АНАЛИЗ 9
§ 1. Енергетични нива и преходи 11
§ 2. Спектрални линии и спектър 13
§ 3. Оптическа област на електромагнитния спектър 16
§ 4. Величини, измервани в оптическата спектроскопия и спектралния анализ. Мерни единици 17
§ 5. Фотометрични величини и измерителни единици, използувани в атомната и молекулната спектроскопия и спектралния анализ 23
§ 6. Предмет и задачи на оптическата спектроскопия 26
§ 7. Раздели на оптическата спектроскопия 27
7.1. Атомна спектроскопия 27
7.2. Молекулна спектроскопия 30
§ 8. Общ вид на опитно получаваните оптически спектри 34
ГЛАВА 1. СПЕКТРАЛНИ УРЕДИ 37
§ 1. Обща схема и видове спектрални уреди 38
§ 2. Процеп 40
§ 3. Действие на спектралната призма 41
§ 4. Начини за постигане на по-голяма дисперсия при призмите 43
4.1. Материали за призмите 44
4.2. Ъгъл на пречупване и видове призми 46
4.3. Влияние на броя на призмите 48
4.4. Влияние на ъгъла на падане на светлината 49
§ 5. Действие на дифракционната решетка 49
§ 6. Видове фокусираща оптика и материали за нея 52
§ 7. Оптически схеми на призмени и дифракцноннн спектрални уреди 53
7.1. Оптически схеми на спектрографи 54
7.2. Оптически схеми на монохроматори 56
§ 8. Създаване на образа на спектралните линии и спектъра при спектралните уреди 57
8.1. Увеличение на фокусиращата част 57
8.2. Разпределение на осветеността в образа на процепа 58
8.3. Кривина на спектралните линии 58
8.4. Разположение на спектъра спрямо оптичната ос 60
8.5. Кривина на спектъра 62
8.6. Дължина на спектъра. Линейна дисперсия 63
8.7. Дифракционни явления при спектралните уреди 68
Дифракция върху процепа 69
Дифракция върху призмата .... 70
Зависимост на разпределението на интензивността на светлината в образа на процепа от геометричната му ширина 71
8.8. Разгръщане на спектъра и създаване на образа на спектралните линии при монохроматорите 72
§ 9. Разделителна способност на спектралните уреди 77
§ 10. Светлосила на спектралните уреди 82
§ 11. Осветяване на процепа 84
11.1. Осветяване на процепа при точков източник на светлина 84
11.2. Осветяване на процепа при обемен източник на светлина 88
§ 12. Интерференчни спектрални уреди 89
§ 13. Допълнителни устройства към спектралните уреди 93
13.1. Филтри за светлина 93
13.2. Поляризатори на светлина 98
ГЛАВА 2. ИЗТОЧНИЦИ НА СВЕТЛИНА 99 -
§ 1. Източници за възбуждане на атомни спектри 99
1.1. Пламък 99
1.2. Електрическа искра и дъга 100
1.3. Кух катод 101
§ 2. Източници за възбуждане на молекулни спектри 101
2.1. Източници за получаване на абсорбционни спектри 101
2.2. Източници за получаване на луминесцентни спектри и спектри на комбинационно разсейване на светлината 105
§ 3. Спектрални лампи 106
ГЛАВА 3. ФОТОГРАФСКА РЕГИСТРАЦИЯ И ИЗМЕРВАНЕ НА СПЕКТРИТЕ 107
§ 1. Спектралната фотоплака като детектор на светлина 107
1.1. Направа и действие на спектралните фотоплаки . 107
1.2. Фотографско почерняваме и измерването му 107
1.3. Характеристична крива на фотоемулсиите 112
1.4. Построяване на характеристичната крива 114
1.5. Фактори, от които зависи видът на характеристичната крива 120
1.6. Чувствителност и разделителна способност на фоЛшлаките. Спектрални фотоплаки, използувани у нас 123
Спектрална чувствителност 123
Сензитометрична чувствителност 125
Разделителна способност 125
Спектрални фотоплаки, използувани у нас 126
1.7. Отношение сигнал/шум при спектралните фотоплаки ' . . . 126
§ 2. Спектрографско измерване на дължини на вълната 130
2.1. Сравнителни спектри 130
2.2. Снимки за определяне на дължини на вълните 131
2.3. Уреди за разглеждане и измерване на спектрите 134
2.4. Методи за измерване на дължини на вълните 139
§ 3. Измерване на интензивности на спектрални линии при фотографска регистрация на спектрите 141
3.1. Определяне на относителни максимални интензивности 141
3.2. Определяне на абсолютни максимални интензивности 144
3.3. Определяне на интегрални интензивности 145
3.4. Методи за трансформиране на характеристичната крива 145
3.5. Трансформация 145
ГЛАВА 4. ДИРЕКТНО РЕГИСТРИРАНЕ И ИЗМЕРВАНЕ НА СПЕКТРИТЕ 148
§ 1. Характеристики на детекторите на светлина за директно измерване на спектрите '49
§ 2. Фотоелектрични детектори на светлина 150
2.1. Фотоклетки и фотоумножители 150
2.2. Фотосъпротивленпя 156
2.3. Фотоелементи 157
§ 3. Термични детектори на светлина 158
3.1. Термоелементи 158
3.2. Болометри 160
3.3. Пневматични детектори 160
§ 4. Спектрометри. Принцип на действие 161
4.1. Еднолъчеви неавтоматични спектрометри 161
4.2. Еднолъчеви автоматични спектрометри 164
4.3. Двулъчеви спектрометри ^0*.
§ 5. Еталониране на скалата за дължини на вълната ^4?'
§ 6. Еталониране на скалите за пропускливости и екстинкции ОШ*
§ 7. Грешки при измерване на пропускливости и екстинкции 170
§ 8. Сравняване на спектрографите и спектрометрите 172
Литература 175
ЧАСТ II. МОЛЕКУЛЕН СПЕКТРАЛЕН АНАЛИЗ
Раздел I
МОЛЕКУЛЕН АНАЛИЗ ПО СПЕКТРИТЕ НА ТРЕПТЕНИЕ
ГЛАВА 1. УВОД В ТЕОРИЯТА НА ИНФРАЧЕРВЕНИТЕ СПЕКТРИ И СПЕКТРИТЕ НА КОМБИНАЦИОННО РАЗСЕЙВАНЕ НА СВЕТЛИНАТА 179
§ 1. Механика на трептенията в молекулите 179
1.1. Произход на спектъра на трептение 179
1.2. Разделяне на въртенето и на трептението 180
1.3. Малки трептения в класическата механика. Нормални трептения . . . 182
1.4. Малки трептения в квантовата механика 187
§ 2. Симетрия на молекулите 189
2.1. Свойства на симетрия на молекулите 189
2.2. Точкови групи на симетрия 191
2.3. Симетрия на нормалните трептения 192
2.4. Типове симетрия 194
§ 3. Характеристичност на трептенията. Силов;; константи 196
3.1. Силови константи 196
3.2. Характеристични честоти 197
3.3. Характеристични интензивности. Характеристични линии 200
§ 4. Изотопен ефект 202
4.1. Използуване на изотопния ефект в молекулната спектроскопия .... 202
4.2. Правило за ограничаване изместването на честотата 203
4.3. Правило на произведенията 203
§ 5. Интензивност в спектрите на трептение на многоатолшите молекули . . . 204
5.1. Инфрачервени спектри на трептение 204
5.2. Спектри на комбинационно разсейване на светлината 207
5.3. Степен на деполяризация на линиите на комбинационно разсейване . 209
5.4. Валентнооптична теория на интензивностите в спектрите на трептение 211
§ 6. Влияние на междумолекулните взаимодействия върху трептенията на молекулите 213
6.1. Влияние на междумолекулните взаимодействия върху честотите на трептенията 213
6.2. Влияние на междумолекулните взаимодействия върху интензивностите на спектрите на трептение - 217
ГЛАВА 2. ТЕХНИКА НА ЕКСПЕРИМЕНТА И МЕТОДИ НА ИЗСЛЕДВАНЕ В ИНФРАЧЕРВЕНАТА СПЕКТРОСКОПИЯ 219
§ 7. Спектрофотометрични измервания и грешки 219
7.1. Грешки, свързани с кюветата 219
7.2. Грешки, свързани с нехомогенността на поглъщащото вещество . . . 221
§ 8. Измерване разпределението на енергията в инфрачервените спектри . . . 221
8.1. Апаратна функция на монохроматора 221
8.2. Намиране истинското разпределение на енергията в спектъра .... 223
8.3. Изчисляване на истинската интегрална интензивност 226
§ 9. Съвременни инфрачервени спектрофотометри 231
9.1. Спектрофотометър ИКС-14 231
9.2. Автоматичен инфрачервен спектрофотометър 11К-20 232
9.3. Спектрофотометър 1К-12 на Бекман .* 233
§ 10. Техника на приготвянето на образците за анализ 235
10.1. Физическо състояние на веществото 235
10.2. Кювети за газове 239
10.3. Кювети за течности 240
10.4. Техника на приготвяне на образци от твърди вещества 242
§ 11. Спектроскопия на нарушено пълно вътрешно отражение (НПВО). Техника и методи на изследване 244
11.1. Основи на спектроскопията на нарушено пълно вътрешно отражение 244
11.2. Елементи и уреди за спектроскопия на НПВО 250
11.3. Методи за изследване и приложение на спектроскопията на НПВО . 255
ГЛАВА 3. КАЧЕСТВЕН И КОЛИЧЕСТВЕН АНАЛИЗ ПО ИНФРАЧЕРВЕНИТЕ СПЕКТРИ 258
§ 12. Спектри на трептение на някои групи съединения 258
12.1. Нормални и разклонени парафинови въглеводороди 258
12.2. Олефипови въглеводороди 261
12.3. Ацетиленови въглеводороди 262
12.4. Ароматни съединения 202
12.5. Хидроксилни съединения 263
12.6. Карбонилни съединения 265
§ 13. Качествен анализ по инфрачервените спектри 265
§ 14. Количествен анализ по инфрачервените спектри на поглъщане 268
14.1. Основни положения 268
14.2. Анализ на еднокомпонентни системи 270
74.1. Анализ на многокомпонентни системи 273
ГЛАВА 4. ТЕХНИКА НА ЕКСПЕРИМЕНТА И МЕТОДИ НА ИЗСЛЕДВАНЕ В СПЕКТРОСКОПИЯТА НА КОМБИНАЦИОННО РАЗСЕЙВАНЕ НА СВЕТЛИНАТА 274
§ 15. Спектрални апарати 275
15.1. Качество на спектралните апарати 275
15.2. Спектрографи! . 276
15.3. Еднолъчеви спектрометри на КРС 276
§ 16. Източници за възбуждане на КРС 278
16.1. Живачни лампи с високо налягане 278
16.2. Живачни лампи с ниско налягане 279
16.3. Лазери 280
16.4. Съпоставяне на ефективността на възбуждане на КРС с живачни лампи с ниско налягане и с лазери с непрекъснато действие .... 291
§ 17. Осветители, съдове за разсейващи вещества 292
17.1. Осветители с живачни лампи 292
17.2. Съдове за разсейващи вещества при възбуждане с живачни лампи . 294
17.3. Начини на осветяване на пробата и съдове при лазерно възбуждане на спектри на КРС 296
§ 18. Измерване на параметрите на линиите от спектъра на КРС 298
18.1. Измерване на честотите на линиите 298
18.2. Измерване ширините на линиите 299
18.3. Измерване интензивностите на линиите 302
ГЛАВА 5. КАЧЕСТВЕН И КОЛИЧЕСТВЕН АНАЛИЗ ПО СПЕКТРИТЕ НА КРС 307
§ 19. Структурен анализ на въглеводороди 30А
19.1. Структурен анализ на парафини 307
19.2. Структурен анализ на нафтени 309
19.3. Структурен анализ на ненаситени въглеводороди 310
19.4. Характеристични" линии за различни групи от атоми и връзки . . . 312
§ 20. Качествен, подуколичествен и количествен анализ по спектрите на КРС . 312
20.1. Качествен анализ 312
20.2. Полуколичествен анализ 314
20.3. Количествен анализ 315
§ 21. Спектри на трептение на неорганични молекули 317
21.1. Увод 317
21.2. Двуатомни молекули 318
21.3. Триатомни молекули 318
21.4. Четириатомнн молекули 321
21 5. Петатомни молекули 324
21.6. Други неорганични молекули
Литература 32
Раздел II
МОЛЕКУЛНИ СПЕКТРАЛЕН АНАЛИЗ ПОСРЕДСТВОМ ЕЛЕКТРОННИ СПЕКТРИ НА ПОГЛЪЩАНЕ 329
ГЛАВА 1. ТЕОРИЯ НА ЕЛЕКТРОННИТЕ СПЕКТРИ НА МОЛЕКУЛИТЕ 329
§ 1. Електронни спектри на молекулите 329
§ 2. Теоретични основи на електронните спектри 337
§ 3. Класификация на електронните състояния . 338
§ 4. Правила на отбор и електронни преходи 341
ГЛАВА 2. ЕЛЕКТРОННИ СПЕКТРИ И ПРИЛОЖЕНИЕТО ИМ 314
§ 5. Хромофори 344
§ 6. Електронни спектри на алифатни съединения 349
§ 7. Електронни спектри на ароматни съединения 358
§ 8. Влияние на разтворителите върху електронните спектри 360
§ 9. Влияние на температурата върху електронните спектри 365
§ 10. Влияние на пространствените затруднения върху електронните спектри . 365
§ 11. Приложение на електронните спектри . 368
§ 12. Методи и апаратура за наблюдаване на електронните спектри 373
Литература 376
Раздел III
ОСНОВИ НА ЛУМИНЕСЦЕНТНИЯ СПЕКТРАЛЕН АНАЛИЗ
ГЛАВА 1. ОСНОВНИ ПОЛОЖЕНИЯ ОТ ФИЗИКАТА НА ЯВЛЕНИЕТО ЛУМИНЕСЦЕНЦИЯ 377
§ 1. Определение на луминесценцията 377
§ 2. Видове луминесцентни явления 379
§ 3. Неолтични преходи 383
§ 4. Продължителност на послгсветенето 386
§ 5. Енергетичен и квантов добив 390
§ 6. Поляризация на луминесцентното светене 392
§ 7. Закон на Стохс — Ломал 396
ГЛАВА 2. ОСНОВНИ ПОЛОЖЕНИЯ И МЕТОДИ НА ЛУМИНЕСЦЕНТНИЯ СПЕКТРАЛЕН АНАЛИЗ 397
§ 8. Луминесцентни спектрални методи 397
§ 9. Основни характеристики, използувани в луминесцентния спектрален анализ 398
§ 10. Фактори, влияещи на флуоресценцията на разтворите 403
§ 11. Луминесценцията и химическата структура на веществата 407
§ 12. Качествен луминесцентен анализ 411
§ 13. Количествен луминесцентен анализ 415
§ 14. Обекти на количествения и качествения луминесцентен анализ 419
§ 15. Възбуждане и регистрация на луминесценцията 421
Литература 427
Приложения 429
