химический каталог




СПЕКТРОСКОПИЯ ОТРАЖЕНИЯ

Автор Химическая энциклопедия г.р. Н.С.Зефиров

СПЕКТРОСКОПИЯ ОТРАЖЕНИЯ, раздел спектроскопии, изучающий закономерности отражения электромагн. излучения от различные сред. Лежит в основе методов исследования веществ по спектрам отражения.

Различают спектры внешний и внутр. отражения. Первые, в свою очередь, делятся на спектры зеркального отражения, когда падающий и отраженный лучи лежат в одной плоскости с нормалью к отражающей поверхности, а угол отражения равен углу падения, и спектры диффузного отражения, когда отраженные лучи рассеиваются по разным направлениям. Характер внешний отражения излучения определяется сротно-шением между длиной волны l падающего излучения и раз мерами неровностей отражающей поверхности. При неровностях, размеры которых меньше l, наблюдается зеркальное отражение, в остальных случаях-диффузное отражение (рассеянное излучение). Практически отраженное излучение имеет смешанный характер; при специально выбранных условиях преобладает вклад того или иного вида отражения. Зеркальное отражение получают с применением гладкой плоской поверхности, в частности при исследовании мол. структур слоев, нанесенных на различные подложки, при изучении явлений адгезии, адсорбции, электрокатализа, ингибирова-ния коррозии, а также при определении оптический постоянных (например, действительной и мнимой частей показателя преломления). В последнем случае измеряют отражат. способность вещества R(v) = I0/Iп, где I0 и Iп-интенсивности отраженного и падающего излучения соответственно для спектра с волновым числом l (v = 1/l). При этом пучок света должен; быть параллельным и падать на плоскую полированную поверхность образца. Если угол падения равен 0, то соотношение между показателем отражения и комплексным пока зателем преломленияопределяется формулой Френеля:


где f(v)-разность фаз отраженного и падающего пучков; = n(v) — ik(v), i-мнимая единица, n(v)-обычный показатель преломления, k(v)-так называемой показатель поглощения. При умножении этого уравения на комплексно-сопряженное получается выражение для отражат. способности:


Из приведенных уравений можно найти выражения для n(v) и k(v).

Разность фаз f(v) непосредственно из эксперим. данных определить нельзя. Для ее расчета выполняют ряд мат. преобразований.

Установив значения R, k, n и , можно определить диэлектрическая проницаемость анизотропных сред, которая в случае переменных электромагн. полей является комплексной величиной: и связана с комплексным показателем преломлениясоотношением Тангенс угла диэлектрическая потерь tgd равен отношению e:/e". Т. обр., для нахождения всех этих оптический постоянных достаточно измерить спектры отражения и определить величину R(v); все расчеты выполняют с помощью ЭВМ.

Зная оптический постоянные веществ, можно в спектрах отражения выделить смещение и искажение форм спектральных полос и изменение их интенсивности, вызванные не оптический эффектами, а изменениями структуры отражающей поверхности или химический реакциями. Так, например, при исследовании спектра отражения пленки из полиметилметакрилата, нанесенной на подложку из золота, полоса, соответствующая валентному колебанию С=О, оказывается смещенной в высокочастотную область (примерно на 10 см-1) и имеет асимметричную форму. Такие искажения возрастают при увеличении толщины пленки и уменьшении комплексного показателя преломления материала подложки. На искажение полос сильно влияет также угол падения излучения и поляризация падающего пучка. Для оценки искажений в спектрах отражения определяющую роль играет или действительная, или мнимая часть комплексного показателя преломления подложки в зависимости от оптический свойств последней. При использовании поляризованного излучения можно определить пространств. ориентацию молекул, образующих пленку на отражающей подложке, и характер их взаимодействие с подложкой. Однако необходимо предварительно тщательно учесть роль оптический эффектов в искажении спектров отражения.

Спектры, полученные при зеркальном отражении, представляют собой суперпозицию спектров отражения и пропускания. Обычно наилучшие результаты получают при угле падения излучения около 45° и при толщине покрытий около 0,01 мм. При малых толщинах пленок (0,01 мм) и угле падения 90° спектры отражения не может быть получены, так как образующаяся стоячая волна электрич. поля имеет на отражающей поверхности узел и молекулы вещества не могут взаимодействие с излучением. Кол-во отраженной энергии при скользящем падении луча может быть значительно больше, причем проникновение излучения будет более глубоким, т.е. будет исследоваться большая толщина образца.

Обычно при внешний отражении падающий луч проникает в образец на глубину 10-20 мкм. С использованием ИК фурье-спектрофотометров может быть исследованы-слои толщиной от 5 до 500 мкм при площади исследуемого образца до 1 мм2 за время от 2 до 30 мин. В случае металлич. поверхностей интенсивность спектров отражения может быть повышена путем использования излучения, поляризованного в плоскости, параллельной поверхности металла.

Спектры диффузного отражения обычно малоинтенсивны, т. к. удается собрать и направить в спектральный прибор только очень малую часть рассеянного (отраженного) излучения. Поэтому в этом случае необходимо применять ИК фурье-спектрофотометры, обладающие высокими светосилой и соотношением сигнал:шум (около 105). Получаемые при диффузном отражении спектры часто оказываются подобными спектрам пропускания. Исследуемыми образцами может быть массивные твердые тела, порошки (иногда содержащие различные наполнители - КВr, КСl, CsI, прозрачные в исследуемой области спектра), волокнистые (ткани, войлок) и ячеистые (например, электроды с различные наполнителями) материалы, пены, суспензии и аэрозоли, разрядные промежутки с электронными запалами для анализа возможных загрязнений и т.д. Перед исследованием твердый образец обычно натирают на наждачную бумагу на основе карбида кремния тонкого помола, спектр которого либо не проявляется в спектре исследуемого образца, либо может быть вычтен из полученного спектра и использоваться как спектр сравнения. Спектры отражения при диффузном рассеянии могут наблюдаться от достаточно малых кол-в вещества, например от пятен на хрома-тографич. пластине. Метод используют также для определения диэлектрическая свойств образцов.

Спектры внутреннег о отражения наблюдают, когда исследуемый образец находится в контакте с призмой из оптически менее плотного материала; излучение проходит сначала через призму и ее границу с образцом под углом, превышающим критический (т.е. угол падения, при котором преломление света в образец прекращается), а затем проникает в образец (на глубину до 1-2 мкм), где теряет часть своей энергии и отражается. Таким образом получаются спектры нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО). В качестве материала призм используют прозрачные в различные областях спектра материалы; в частности, кварц, оксиды цинка и магния, сапфир, кремний, фторид кальция, сульфид мышьяка, германий, Ge35Se50As15, селе-ниды мышьяка и цинка, хлориды натрия, калия и серебра, бромиды калия и серебра, теллурид кадмия, алмаз.

При интерпретации спектров НПВО следует иметь в виду, что интенсивности полос повышаются по мере увеличения длины волны, что обусловлено более глубоким проникновением в образец более длинноволнового излучения. Кроме того, искажения формы полос и их смещения может быть обусловлены дисперсией показателя преломления. Часто используют методику получения спектров многократно нарушенного полного внутреннего отражения (МНПВО), причем число отражений может быть 25 и более. Длина призмы, находящейся в контакте с исследуемым образцом, может достигать более 500 мм при толщине до 2 мм. Угол падения излучения на кристалл можно варьировать, при этом меняется число отражений и соответственно изменяется интенсивность спектра МНПВО. Используя призму из материала (например, германия) с высоким значением показателя преломления, при малом числе отражений можно получить хороший спектр МНПВО даже от резины с высоким содержанием сажи. Чем выше показатель преломления материала призмы, тем меньше глубина проникновения излучения в образец.

Метод МНПВО особенно полезен для качеств. анализа и успешно применяется для исследования поверхностей твердых тел и жидких образцов-водных растворов (объемом до !25 мкл), вязких и клейких веществ, паст, поверхностных покрытий, поверхностей полимерных соединений, слоистых пластиков, волокнистых и вспененных материалов, различные осадков и шламов и т.п. Качество получаемых спектров МНПВО сильно зависит от контакта между кристаллич. призмой и образцом. Вследствие мягкости или хрупкости материалов призм, используемых в этом методе, исследуемые твердые образцы должны иметь гладкую плоскую поверхность и не быть чрезмерно жесткими или шероховатыми.

Спектры отражения изучаются, как правило, в оптической (ИК, УФ и видимой) области с помощью спектрофотометров (см. Спектросротометрия), снабженных спец. устройствами. При исследовании зеркального отражения применяют обычно систему зеркал, которая отклоняет пучок излучения, направляет его на изучаемый объект и возвращает отраженное излучение вновь в спектральный прибор. Для наблюдения спектров НПВО используют такие же приставки, но с той разницей, что в этом случае излучение направляется на призму, находящуюся в контакте с исследуемым образцом. Для изучения спектров диффузного отражения обычно используют так называемой полую фотометрич. сферу, внутр. поверхность которой покрыта отражающим материалом, не поглощающим в исследуемой области спектра; для входа и выхода излучения и размещения образца в сфере предусматриваются соответствующие "окна".

СПЕКТРОСКОПИЯ ОТРАЖЕНИЯ о.-единств. метод получения количественное оптический характеристик веществ, для которых по тем или иным причинам (вследствие очень сильного поглощения, невозможности получить тонкие слои и т. п.) не м. б. получены спектры пропускания. Все физических тела, которые сами не излучают в видимой области спектра, могут наблюдаться вследствие характерного для них спектра отражения. СПЕКТРОСКОПИЯ ОТРАЖЕНИЯ о. применяют для определения оптический постоянных веществ, для исследования тонких пленок, в частности в оптический промышленности и микроэлектронике.

Литература: Ландсберг Г.С., Оптика, 5 изд., М., 1976; Пришивалко А.П., Отражение света от поглощающих сред, Минск, 1963; Харрик Н., Спектроскопия внутреннего отражения, пер. с англ., М., 1970; Прикладная инфракрасная спектроскопия, под ред. Д. Кендалла, пер. с англ., М., 1970; Борн М., Вольф Э., Основы оптики, пер. с англ., 2 изд., М., 1973; Раков А. В., Спектро-фотометрия тонкопленочных полупроводниковых структур, М., 1975.

Э.Г. Тетерин.

Химическая энциклопедия. Том 4 >> К списку статей


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]    [обратная связь]

 

 

Реклама
аренда проекционных экранов 8х6 проекторов
Рекомендуем фирму Ренесанс - кованые винтовые лестницы - оперативно, надежно и доступно!
стул самба gtp
дешовое хранение вещей

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(10.12.2016)