Pagina documente » Politehnica » Spectrofotometre. Aplicatii privind determinarea calitatii apelor si masurarea caracteristicilor spec

Despre lucrare

lucrare-licenta-spectrofotometre.-aplicatii-privind-determinarea-calitatii-apelor-si-masurarea-caracteristicilor-spec
Aceasta lucrare poate fi descarcata doar daca ai statut PREMIUM si are scop consultativ. Pentru a descarca aceasta lucrare trebuie sa fii utilizator inregistrat.
lucrare-licenta-spectrofotometre.-aplicatii-privind-determinarea-calitatii-apelor-si-masurarea-caracteristicilor-spec


Cuprins

CUPRINS
CAP.1 NOTIUNI TEORETICE DE SPECTROSCOPIE OPTICA 7
1.1 Introducere in Spectroscopia Optica 7
1.2 Spectre Atomice 10
1.2.2 Modelul atomic Sommerfeld-Bohr 13
1.2.3 Reguli de selectie 16
1.2.4 Spectre atomice cu mai multi electroni 16
1.3 Spectre Moleculare 17
1.3.1 Miscari si energii in molecula 17
1.3.2 Nivele si stari energetice moleculare 18
1.3.3 Popularea starilor energetice moleculare 19
1.3.4 Tranzitii radiative si neradiative 19
1.3.5 Spectrele moleculare 19
1.3.6 Tranzitii permise si tranzitii care apar in spectre 20
1.3.7 Spectre de rotatie ale moleculelor 21
1.3.8 Spectrele de vibratie ale moleculelor 23
1.3.9 Spectrele electronice ale moleculelor 26
1.3.9.1 Calculul nivelelor electronice ale moleculelor 26
1.3.9.2 Spectrele electronice ale moleculelor 27
1.4 Aparate Spectrale 29
1.4.1 Introducere. clasificare. componenta 29
1.4.2 Izvorul de radiatii 31
1.4.3 Reteaua de difractie 33
1.4.4 Caracteristici ale retelelor de difractie 36
1.4.5 Comparatia intre aparatele spectrale cu prisma si cu retea de difractie 38
1.4.6 Receptoare spectrale 40
1.4.6.1 Caracteristici 41
1.4.6.2 Receptoare fotoelectrice 42
1.5 Spectrofotometria de absorbtie in ultraviolet si vizibil. aplicatii 45
1.5.1 Introducere 45
1.5.2 Legile absorbtiei 46
1.5.3 Analiza calitativa moleculara. Aplicatii 47
CAP.2 PARAMETRII CARE DETERMINA CALITATEA APEI 49
2.1 Determinarea Azotitilor (STAS 8900/2 - 71) 49
2.2 Determinarea Fierului (STAS 8634 - 70) 51
CAP. 3 SURSE DE RADIATIE (UV - VIS - IR) DESCRIERE, CARACTERISTICI 54
CAP. 4 PROIECTAREA SCHEMEI OPTICE SI A COMPONENTELOR OPTICE 93
4.1 Stabilirea Schemei Optice A Monocromatorului 93
4.2 Calculul Oglinzii Reflector 96
4.3 Alegerea Si Calculul Unor Caracteristici Ale Condesorului 97
4.4 Analiza Aberationala 103
4.5 Calculul Oglinzilor Obiectiv Ale Monocromatorului 115
4.6 Alegerea Retelei De Difractie Cu Reflexie Si Calculul Unor
Caracteristici Ale Acesteia 116
4.7 Alegerea Detectorului De Radiatie 118
4.8 Proiectarea Sistemului Optic De Afisare A Lungimilor De Unda
in Intervalul 400...900 NM 120
CAP.5 ELEMENTE DE PROIECTARE MECANICA 122
CAP. 6 ELEMENTE DE CALCUL TEHNOLOGIC 128
6.1 Alegerea Semifabricatului: 128
6.2 Analiza Desenului 128
6.3 Alegerea Strunjirii: 129
6.4 Calculul Adaosurilor De Prelucrare 129
6.5 Itinerariul Tehnologic 130
6.6 Regim De Aschiere 135
6.7 Analiza Reperului Si Elaborarea Itinerariului Tehnologic 135
6.8 Adaosuri De Prelucrare Si Dimensiuni Intermediare 140
6.9 Regimul De Aschiere Si Normarea Tehnica 144
6.9.1 Pentru diametrul F6 144
6.9.2 Pentru diametrul F5 148
6.9.3 Pentru suprafetele frontale 153
BIBLIOGRAFIE 155

EXTRAS DIN DOCUMENT

?{p}

Proiect de diploma{p}

?CAP.1 NOTIUNI TEORETICE DE SPECTROSCOPIE OPTICA

1.1 Introducere in spectroscopia optica

Spectroscopia este ramura fizicii care se ocupa cu metodele de obtinere a spectrelor de emisie sau absorbtie, cu descrierea si interpretarea acestora, ca expresie a interactiunii radiatiei electromagnetice cu structurile materiale.

Radiatiile electromagnetice (undele electromagnetice) sunt campuri electro­magnetice variabile periodic in spatiu si timp, a caror propagare reprezinta un trans­port de energie.

Se numeste unda monocromatica unda caracterizata printr-o singura frecventa (sau o singura lungime de unda). Lungimea de unda ? si frecventa ? a unei radiatii monocromatice ce se propaga in vid este:

? = c/?.

Se numeste indice de refractie al unui mediu material raportul dintre viteza c de propagare a radiatiilor electromagnetice in vid si viteza v de propagare a radiatiilor in mediu respectiv n = c/v. Cum v depinde si de frecventa rezulta ca n e la randul lui functie de frecventa (sau de lungimea de unda) radiatiei.

Datorita dependentei indicilor de refractie de frecventa, o radiatie electromagnetica compusa poate fi separata in radiatiile componente monocromatice, fenomen ce poarta numele de dispersie. Dispersia luminii poate fi realizata si prin difractie.

Spectrul unei radiatii electromagnetice compuse e rezultatul descompunerii acesteia in radiatiile monocromatice cu ajutorul unui instrument ce produce dispersia. Cum de obicei radiatia patrunde si iese din instrument printr-o fanta dreptunghiulara ingusta, un spectru se prezinta ca o serie de imagini ale fantei (linii spectrale), formate din diferitele radiatii monocromatice din care era compusa radiatia incidenta, deci avand fiecare alta frecventa (lungime de unda). Deci spectrul unei radiatii e format din totalitatea frecventelor (lungimilor de unda) ale radiatiilor monocromatice care alcatuiesc acea radiatie.

În conceptia fizicii moderne, (Max Planck, 1900; Albert Einstein, 1905) energia radiatiilor electromagnetice e cuantificata, adica formata din cantitati elementare, numite cuante de energie sau fotoni.

Valuarea energiei unei cuante este:

E = h?,

unde h = 6,625 · 1034 J/s si se numeste constanta lui Planck.

Fotonul se manifesta ca o adevarata particula avand un impuls si o masa de miscare. El reprezinta cea mai mica cantitate de energie a unei radiatii de frecventa data, ce poate fi emisa ori absorbita de catre substanta. Plusul de energie radianta la o anumita frecventa e proportionala cu numarul de fotoni in unitate de timp.

Pentru a caracteriza o radiatie monocromatica elementara, in spectroscopie se folosesc marimile:

• energia h · ? [eV]

• frecventa ? [s–1]

• lungimea de unda ? [nm]

• numarul de unda |e| [cm–1]

Gama radiatiilor electromagnetice e foarte intinsa. În ordinea scazatoare a energiei fotonilor, ea cuprinde: radiatii ? (gamma), radiatii ?, radiatii ultraviolete (UV), radiatii infrarosii (IR), si undele radio.

Spectroscopia optica se ocupa cu studiul spectrelor radiatiilor din domeniile: ultraviolet, vizibil si infrarosu.

În ceea ce urmeaza vom numi domeniu optic intervalul ce cuprinde radiatiile UV, VIS si IR, iar prin termenul “lumina” vom subintelege radiatiile electromagnetice cuprinse in tot acest interval, nu numai pe cele din domeniul vizibil.

În domeniul optic, lumina este emisa si absorbita prin tranzitii intre stari energetice date de:

– structura invelisului electronic (in special periferic) al atomilor din molecula;

– modurile de vibratie unii fata de altii ale atomilor din molecule;

– modurile de rotatie ale moleculelor.

Spectrul radiatilor emise de un izvor luminos si care intre izvor si aparatul spectral ce produce dispersia, a strabatut un mediu transparent se numeste spectru de emisie al acelui izvor. Spectrele de emisie pot fi continue, compuse din radiatiile monocromatice care acopera toate frecventele posibile dintr-un interval spectral dat, sau discontinue, formate numai din linii spectrale separate (spectre de linii) sau din domenii spectrale mai inguste, numite benzi (spectre de benzi). Spectre continue dau izvoarele aduse la incandescenta prin incalzirea la temperatura ridicata (izvor de radiatii termice), spectre discontinue dau gazele si vaporii excitati prin incalzire (spectru de flacara) sau prin descarcare electrica (de arc, de scanteie). Gazele si vaporii atomici dau spectre de linii, asa-numitele spectre atomice. Gazele moleculare dau spectre de benzi (spatii moleculare).

Daca se foloseste un spectru continuu si intre izvor si instrumentul spectral se aseaza o substanta ce lasa sa treaca numai unele dintre radiatiile emise de izvor, la iesirea din aparatul spectral, din spectrul izvorului vor lipsi (sau vor fi slabite) unele radiatii. Se obtine astfel spectrul de absortie al substantei asezate intre izvor si aparat. Si spectrele de absortie pot fi spectre de linii sau de benzi.

Emisia unui faton se datoreaza tranzitiei atomului sau moleculei dintr-o stare initiala cu energie Ei intr-o stare finala cu o energie mai mica Ef. Frecventa radiatiei emise ori absorbite e data de relatia: ? = |Ei – Ef|/h

Emisia si absortia luminii sunt procese tipic cuantice, care se produc prin saltul electronului de pe un nivel pe altul, peste o cantitate finita de energie si prin variatii continue infinitezimale ale energiei electronului.

Analiza spectrala inseamna pe de-o parte stabilirea lungimilor de unda ale liniilor spectrale sau a intervalelor spectrale corespunzatoare banzilor si pe de alta parte stabilirea intensitatii linilor spectrale sau a distributiei intensitatii in benzi. Cunoas­terea linilor spectrale si a pozitilor si structurii benzii fie in emisie, fie in absortie, permite identificarea substantei emitatoare sau absorbante, ceea ce se numeste analiza calitativa. Stabilirea intensitati liniilor spectrale sau a benzilor permite sa se traga concluzii asupra concentratiei substantelor, deci se foloseste si analiza cantitativa.

1.2 Spectre atomice

Studiul fenomenelor interatomice si a structurii atomilor, necesar in vederea explicarii modului in care e emisa si absorbita lumina de catre atomi, se bazeaza pe principiile si metodele de calcul ale mecanicii cuantice.

Prin spectru atomic se intelege totalitatea lungimilor de unda ale radiatiei luminoase absorbite de atomii unui anumit element. Spectrele atomice se obtin cu elemente gazoase sau in stari de vapori, deoarece in aceste stari fizice atomii pot fi considerati liberi, nelegati intre ei prin forte de interactiune. Procesul care transforma elementul chimic sau un compus al sau in vaporii atomici respectivi, se numeste atomizare.

Spectrele atomice sunt formate din linii spectrale, care pot fi grupate in mod ordonat in serii spectrale, supuse unei legi (formule) bine determinate. De exemplu Balmer a descoperit o formula ce descrie seria de linii spectrale din domeniul vizibil al hidrogenului. Formula a fost extinsa apoi de Ritz si Rydberg pentru spectrul complet al hidrogenului, din ultravioletul indepartat pana in infrarosu.

Rydberg a aratat ca seriile de linii din spectrele altor elemente pot fi descrise prin diferenta dintre doi termeni spectrali. Expresia aproximativa pentru termenul de ordin ”n” al unei serii spectrale este: Tn = R / (n + a)2 , unde ”a” este constanta pentru toata suprafata respectiva. De aici principiul de Rydberg-Ritz: ”numerele de unda ale liniilor spectrale pot fi exprimate ca diferente dintre unii termeni astfel incat alte diferente intre acesti termeni dau de asemenea numere de unda ale altor linii din acelasi spectru ”.

Se obisnuieste sa se reprezinte grafic termenii spectrali prin drepte orizontale (nivele) astfel incat distanta masurata pe verticala dintre orice nivel si un anumit nivel de referinta (ales in mod convenabil) sa dea valoarea termenului spectral.

Liniile spectrale se reprezinta grafic prin linii verticale ce unesc doi cate doi termenii spectrali.Principiul de intercombinare permite transformarea valorilor masurate experimentalale numerelor de unda ale liniilor spectrale in valori ale termenilor spectrali (analiza termenilor).

Pentru explicarea modului in care iau nastere spectrele atomice s-au construit modele atomice, care trebuie sa reflecte proprietatile atomilor: dimensiuni mici, stabilitete mare in timp, neutralitate electrica si sa explice aparitia spectrelor atomice caracteristice fiecarui element, valenta chimica, originea legaturilor chimice si tabelul periodic al elementelor.

Modelul planetar simplu. Atomul se considera format dintr-un nucleu, cu sarcina electrca pozitiva,cu masa mare (aproximativ egala cu masa intregului atom) si cu dimensiuni mici, inconjurat de electroni, care se rotesc in jurul nucleului la distante relativ mari. Sarcina electrica pozitiva a nucleului e egala cu sarcina totala a electronilor atomului, adica cu Z |e| , unde Z e numarul electronilor din atom, iar |e| modulul sarcinii unui electron.

Vom considera cazul celui mai simplu atom, hidrogenul. Acest atom e alcatuit dintr-un nucleu (un proton) cu sarcina |e| si un electron cu sarcina – e. Electronul se misca in jurul nucleului pe o orbita circulara, astfel incat forta centrifuga e egala cu forta columbiana de atractie electrostatica.

sau