72
Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk, terjesztésük nem megengedett. Az ábrák csak illusztrációs célokat szolgálnak. Mivel többnyire más szerzők műveiből származnak, olyan jelölések vagy állítások is előfordulhatnak bennük, amelyekkel a tantárgy oktatói nem teljesen értenek egyet.

Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,

Molekulaspektroszkopia segédábrák

Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,

terjesztésük nem megengedett.

Az ábrák csak illusztrációs célokat szolgálnak. Mivel többnyire más szerzők műveiből származnak, olyan jelölések vagy állítások is

előfordulhatnak bennük, amelyekkel a tantárgy oktatói nem teljesen értenek egyet.

Page 2: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,
Page 3: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,
Page 4: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,
Page 8: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,

"Heat“

Infrared radiation is popularly known as "heat" or sometimes "heat radiation," since many people

attribute all radiant heating to infrared light, but this is a widespread misconception. Light and

electromagnetic waves of any frequency will heat surfaces which absorb them. IR light from the sun

only accounts for 50% of the heating of the Earth, the rest being caused by visible light. Green (or even UV) lasers can char paper and incandescently hot objects

put out visible radiation. However, it is true that objects at room temperature will emit radiation mostly

concentrated in the 8-12 micron band (see black body).

Page 9: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,

Die Wellenlänge der Ultraviolettstrahlung reicht von 1 nm bis 380 nm.

Die Frequenz der Ultraviolettstrahlung reicht also von 789 THz (380 nm) bis 300 PHz (1 nm).

Die Energie eines einzelnen Lichtquants liegt im Bereich von ca. 3,3 eV (380 nm) bis ca. 1000 eV (1 nm). 1 eV = 1,602 176 462(63) · 10-19 JEin typisches Molekül in der Atmosphäre hat eine Bewegungsenergie (thermische Energie) von etwa 0,03 eV. Die Photonen von sichtbarem Licht (rot) haben eine Energie von etwa 2 eV.

Boltzman-Konstante 1,38 · 10-23 J K-1 8,62· 10-5 eV K-1

Plancksches Wirkungsquantum h 4,14 · 10-15 eV s

Die ultraviolette Strahlung wurde 1802 von Johann Wilhelm Ritter entdeckt.

Page 10: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,

Ultraviolet (UV) light is electromagnetic radiation with a wavelength shorter than that of visible light, but longer than soft X-rays. It can be subdivided into near UV (380–200 nm wavelength; abbrev. NUV), far or vacuum UV (200–10 nm; abbrev. FUV or VUV), and extreme UV (1–31 nm; abbrev. EUV or XUV).

When considering the effect of UV radiation on human health and the environment, the range of UV wavelengths is often subdivided into UVA (400–315 nm), also called Long Wave or "blacklight"; UVB (315–280 nm), also called Medium Wave; and UVC (< 280 nm), also called Short Wave or "germicidal".

Page 11: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,

Ordinary glass is partially transparent to UVA but is opaque to shorter wavelengths while

Silica or quartz glass, depending on quality, can be transparent even to vacuum UV wavelengths. Ordinary window glass passes about 90% of the light above 350

nm, but blocks over 90% of the light below 300 nm[1][2][3].

The onset of vacuum UV, 200 nm, is defined by the fact that ordinary air is opaque below this wavelength. This opacity is due to the strong absorption of light of these

wavelengths by oxygen in the air. Pure nitrogen (less than about 10 ppm oxygen) is transparent to wavelengths in the range of about 150–200 nm. This has wide practical

significance now that semiconductor manufacturing processes are using wavelengths shorter than 200 nm.

Page 12: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,
Page 13: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,
Page 14: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,

Copyrighted, 1998 - 2006 by Nick Strobel www.astronomynotes.com.

Page 15: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,

Copyrighted, 1998 - 2006 by Nick Strobel www.astronomynotes.com

Page 16: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,

Properties of Electromagnetic RadiationFig. 19-1, pg. 511 ”Plane-polarized electromagnetic radiation of wavelength , propagating along the x axis. The electric field of the plane-polarized light is confined to a single plane. Ordinary, unpolarized light has electric field components in all planes."

Page 17: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,

Regions ofElectromagnetic Spectrum

Page 18: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,
Page 19: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,
Page 20: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,

Attenuation of Light

Page 21: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,
Page 22: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,
Page 23: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,
Page 24: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,
Page 25: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,
Page 26: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,
Page 27: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,

Grating vs. Prism

Page 28: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,
Page 29: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,
Page 30: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,

Beer's LawInstrumental response

G = KP + K'

100% adjust, incident radiation

Go = 100 = KPo + 0.00

K = 100/Po

Page 31: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,

Spectronic 20

Page 32: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,

Double Beam Spectrometer

Page 33: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,

HP 8452a

Page 34: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,
Page 35: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,
Page 36: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,

Components of Optical Instruments

Fig. 7-2, pg. 145 ”(a) Construction materials

Page 37: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,

Components of Optical Instruments

Fig. 7-2, pg. 145 ”(b) wavelength selectors for spectroscopic instruments."

Page 38: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,

Components of Optical Instruments

Fig. 7-3, pg. 146 ”(a) Sources."

Page 39: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,

Components of Optical Instruments

Fig. 7-3, pg. 146 ”(b) detectors for spectroscopic instruments."

Page 40: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,

Properties ofElectromagnetic Radiation

Fig. 6-2, pg. 118 "Effect of change of medium on a monochromatic beam of radiation."

Page 41: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,

Properties ofElectromagnetic RadiationFig. 6-3, pg. 119 "Regions of the electromagnetic spectrum"

Page 42: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,

Absorption of Radiation

Fig. 6-19, pg.134 "Some typical ultraviolet absorption spectra."

Page 43: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,

Monochromator Slits

Construction of slits

Page 44: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,

Total Absorption

AT = A1 + A2 + A3 + An

AT = 1bc1 + 2bc2 + bc3 + nbcn

Page 45: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,

Analysis of Mixtures of Absorbing Substances

Selection of Wavelength

Fig. 14-14, pg. 345 "Absorption spectrum of a two-component mixture."

Page 46: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,

Real Deviations

non-monochromatic radiationFig. 13-4, pg. 305"Deviations Beer's Law with polychromatic light. Here, two wavelenghts or radiation 1 and 2 have been assumed for which the absorber has the indicated molar absorptivities."

Page 47: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,

Real Deviations

Fig. 13-5, pg. 306"The effect of polychromatic radiation upon the Beer's law relationship. Band A shows little deviation, because does not change greatly throughout the band. Band B shows marked deviations because undergoes significant changes in this region."

Page 48: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,

Real Deviations

stray light

Fig. 13-6, pg. 307

"Apparent deviation from Beer's law brought about by various amounts of stray radiation."

Page 49: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,

Single Beam vs. Double BeamFig. 13-12, pg. 315

"Instrument designs for photometers and spectrophotometers:

(a) single-beam design

(b) dual channel design with beams separated in space but simultaneous in time

(c) double-beam design in which beams alternate between two channels."

Page 50: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,

Types of TransitionsFig. 14-1, pg. 331 "Electron distribution in sigma and pi molecular orbitals."

Page 51: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,

Types of TransitionsFig. 14-2, pg. 331 "Types of molecular orbitals in formaldehyde."

Page 52: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,

Absorbing Species Containing , , and n

ElectronsFig. 14-3, pg. 331

"Electonic molecular energy levels."

n

Antibonding

Antibonding

Nonbonding

Bonding

Bonding

n

n

Page 53: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,

UV Spectra

Fig. 14-4, pg. 334 “Ultraviolet spectra for typical organic compounds.”

Page 54: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,

Visible Spectra

Fig. 14-5, pg 334 “Ultraviolet absorption spectra for 1,2,4,5-tetrazine (a.) in the vapor phase, (b.) in hexane solution, and (c.) in aqueous solution.”

Page 55: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,

Types of Transitions

Table 14-2, pg. 333 "Aborption Characteristics of Some Common Chromophores."

Page 56: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,

Types of TransitionsTable 14-3, pg. 355 "Effect of Multichromophores on Absorption."

Page 57: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,

Interferogram vs. Spectrum

Page 58: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,

Qualitative Analysis

Fig. 17-4, pg. 408 Group frequency and fingerprint regions of the mid-infrared spectrum.

Page 59: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,

Qualitative Analysis

Fig. 17-4, pg. 408 Group frequency and fingerprint regions of the mid-infrared spectrum.

Page 60: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,

Qualitative Analysis

Fig. 17-4, pg. 408 Group frequency and fingerprint regions of the mid-infrared spectrum.

Page 61: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,
Page 62: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,

Vibration Modes

Fig. 16-2, pg. 383 “Types of molecular vibrations. Note: + indicates motion from the page toward the reader; - indicates motion away from the reader.”

Page 63: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,

Potential Energy DiagramFig. 16-3, pg. 384 “Potential energy diagrams. Curve 1, harmonic oscillator. Curve 2, anharmonic oscillator.”

Page 64: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,

Infrared Sources

Most Common IR Sources

• Nernst glower– cylinder of rare-earth oxides

• glowbar– silicon carbide rod– 50mm long by 5mm diameter

• incandescent wire– nichrome wire

Page 65: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,

Infrared Detectors

• thermocouples

• pyroelectrics

Page 66: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,

Table 17-1, pg. 405Major Applications of Infrared Spectrometry

SpectralRegions

Type ofMeasurement

Type ofAnalysis

TypeSamples

Near-infrared Diffusereflectance

Quantitative Solid or liquidmaterials ofcommerce

Absorption Quantitative Gaseousmixtures

Page 67: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,

Table 17-1, pg. 405Major Applications of Infrared Spectrometry

SpectralRegions

Type ofMeasurement

Type ofAnalysis

TypeSamples

Mid-infrared Absorption Qualitative Pure solid,liquid, orgaseouscompounds

Quantitative Complexgaseous,liquid or solidmixtures

Chromatographic Complexgaseous,liquid, or solidmixtures

Page 68: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,

Table 17-1, pg. 405Major Applications of Infrared Spectrometry

SpectralRegions

Type ofMeasurement

Type ofAnalysis

TypeSamples

Mid-infrared Reflectance Qualitative Pure solidor liquidcompounds

Emission Quantitative Atmosphericsamples

Page 69: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,

Table 17-1, pg. 405Major Applications of Infrared Spectrometry

SpectralRegions

Type ofMeasurement

Type ofAnalysis

TypeSamples

Far-infrared Absorption Qualitative Pure inorgancior metalorganicspecies

Page 70: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,

Sample Techniques

film

smear

sample cell

gas cell

KBr pellet

Nujol mull

internal reflectance apparatus

Page 71: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,

Deuterium lamps are gas discharge lamps filled with Deuterium at carefully controlled pressures. They provide a line free continuous UV spectrum from 180nm to 370nm,

Tungsten Halogen lamps (TH) are compact gas filled filament lamps that provide a continuum output from 350nm to 1000nm.

Page 72: Molekulaspektroszkopia segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,

Emission spectrum of an ultraviolet deuterium arc lamp