Tipuri de spectre

Tipuri de spectre

Totalitatea liniilor spectrale rezultate in urma tranzitiilor efectuate intre nivelele energetice ale unui sistem de microparticule se numeste spectru.

Clasificarea spectrelor :

a) Dupa forma:

spectre de linii

- spectre de benzi discrete

- spectre continue

Spectre de linii :sunt formate numai din linii izolate. Odata cu cresterea numarului electronilor din atom, respectiv a atomilor din constitutia unei molecule, numarul liniilor creste si diferenta dintre frecventele liniilor scade foarte mult.

Caracterul discret al liniilor este mai greu de pus in evidenta, fiecare structura de linii foarte apropiate fiind inregis-trate de spectrometru ca niste benzi.

In conditiile unei rezolutii mai reduse, structura fina se manifesta prin dantelarea unei benzi mai largi.

In conditii de rezolutie si mai defavorabile, se obtine doar infasuratoarea benzii.

Spectru tipic d elinii discrete care se inregistreaza pentru molecule mici(numar mic de atomi) si atomi sunt relativ usori, cu un numar mic de electroni.

Spectru de linii pentru molecule complexe ( numar relativ mare de atomi)si/sau atomi grei cu multi electroni.

Spectru complex de linii inregistrat cu un spectrometru cu rezolutie medie.

Spectru complex de linii inregistrat cu un spectrometru cu rezolutie scazuta.

Spectre de benzi discrete :sunt formate din benzi bine definite, mai mult sau mai putin inguste. Aceste spectre sunt specifice in general molecule-lor cu structura sim-pla, formate dintr-un numar mic de atomi.

Spectre de benzi continue : sunt formate din benzi foarte largi, specifice molecu-lelor complexe, formate dintr-un numar mare de atomi.

b) Dupa sensul tranzitiilor:

1. spectre de absorbtie

2. spectrele de emisie

Se studiaza de obicei la o temperatura la care substanta analizata este in echilibru termodinamic, respectiv cand distributia pe nivele energetice a microparticulelor din sistem verifica legea Maxwell -Boltzmann.

Se studiaza in general in conditii de neechilibru, microparticulele sistemului fiind aduse in prealabil in stari energetice superioare prin diverse metode de excitare( optice sau electrice).

Cazul cel mai uzual este cel al excitarii optice: substanta se iradiaza cu fotoni de energie

Un atom absoarbe aceasta energie trecand din starea inferioara Ei (care este in general starea fundamentala) in starea superioara excitata EJ .

Cum timpii de viata ai nivelelor excitate sunt foarte scurti, atomul excitat va ceda surplusul de energie.

Cedarea poate avea loc:     

neradiativ (transferul energiei de excitatie prin ciocnirea cu o alta microparticula din sistem)

prin radiatie de rezonanta (revenind in starea initiala prin emisia unui foton de aceeasi energie cu cel absorbit) .

Proces de dezexcitare radiative de rezonanta.

Printr-un proces nerezonant( revenind in starea initiala prin dezecitari intermediare).

Proces de dezecitare radiative de nerezonanta.

Procesele radiative nerezonante pot avea loc numai atunci cand intre nivelele energetice EJ si Ei exista cel putin un alt nivel de energie intermediar, de exemplu cum este nivelul EK .

Trecerea spre nivelul initial (dezexcitarea) poate sa nu aiba loc direct, ci trecand intermediar pe nivele excitate de energie mai joasa. In acest caz, in afara de emisia de rezonanta se mai emit si radiatii de frecvente mai mici decat cea a radiatiei incidente.

Studiul emisiilor nerezonante permite verificarea directa a valabilitatii schemelor nivelelor de energie calculate cu diferite modele teoretice.

c) Dupa proprietatile sistemelor atomice care le produc:

1. Spectre nucleare, datorate nivelelor de energie ale nucleelor atomilor si tranzitiilor dintre acestea.

2. spectre atomice, ce apar datorita nivelelor de energie ale atomilor si tranzitiilor dintre acestea.

3. spectre moleculare, care se datoreaza nivelelor ener-getice generate de rotatia si vibratia mole-culelor, interactiile mag-netice etc.

4. spectrele sistemelor condensate, datorate structurii cristaline sau legaturilor intermoleculare din lichide, substante amorfe.

Def: Spectrul este reprezentarea grafica a variatiei intensitatii benzilor de absorbtie sau de emisie functie de marimi caracteristice radiatiei incidente.

Spectrometrele traseaza automat si continuu acest grafic. Dupa tipul lor, ele furnizeaza spectre ce reprezinta dependenta transmisiei T, absorbtiei A sau extinctiei E functie de frecventa v, lungimea de unda sau numarul de unda       a radiatiei incidente.

Forma acestor spectre depinde atat de natura probei, cat si de concentratia acesteia. Daca spectrometrul este cuplat la un minicomputer, se poate calcula si trasa spectrul sub forma (v), sau ), a carui forma depinde numai de natura substantei analizate si este independent de concentratia probei.

In cazul reprezentarii pe ordonata a absorbtiei sau a transmisiei, la marirea concentratiei benzile mai intense 'cresc' mai putin decat atunci cand pe ordonata se reprezinta extinctia sau coeficientul de extinctie.

Radiatiile electromagnetice utilizate in spectroscopie au frecvente foarte mari, cuprinse intre 1 09 si 1018 Hz . Masurarea directa a frecventelor este imprecisa si grea, mai ales in domeniul frecventelor inalte.

Tehnica actuala permite determinarea lungimii de unda a unei radiatii cu multa acuratete. Reprezentarea spectrelor functie de lungimea de unda a radiatiei incidente prezinta insa dezavantajul ca aceasta marime este invers proportionala cu energia fotonilor implicati in interactia cu substanta.

Marimea care pastreaza precizia experimentala a determinarii lungimii de unda si este totodata direct      proportionala cu energia fotonilor, este numarul de unda. De aceea aceasta marime fizica este preferata pentru reprezentarea spectrelor.