Атомдық-эмиссиялық спектрлердің теориялық негіздері

Атомдық-эмиссиялық спектрлердің теориялық негіздері.

Біздің атом құрылымы жайлы түсінігіміз көбінесе жарық спектрлерін оқып-үйренуімізге негізделген. Сыртқы электрондық қабықшалар туралы мәлімет оптикалық спектр арқылы алынады, ал оның ішкі құрылымы жайлы мәлімет рентген спектрі бойынша тұжырымдалады. Зат тек өзінің қозуына жеткілікті энергиянықабылдағанда ғана сәуле шығара бастайды, яғни қоздыру энергиясы сәуле шығару энергиясына айналады. Қозу көбінесе жоғарғы температурада өзіне жеткілікті үлкен кинетикалық энергиясы бар атомдардын соқтығысуы кезінде пайда болады. Алайда атомдар қозуы ол жарықты сіңірген атомдардың электрондарымен соқтығысуынан да туындайды. Қоздырылған атомдардың шығарған жарығының дисперсиялық (латыншада - дисперсия - таралу, бытырау) ыдырауы эмиссиялық (эмиссия - шығару, шашылу) спектр береді. Әрбір зат үшін бір мезгілде үш түрлі спектр байқалады: сызықша. жолақша, тұтас. Сызықшасы әр түрлі элементтердің атомдары мен иондардың ішіндегі электрондар ауысуы нәтижесінде туындайды. Жолақты спектрлер молекулаға тән және ол молекуладағы электрондық тербелмелі және айналу энергиясының өзгеріс нәтижесі болып табылады. Кейде жолақты спектр құрылымын анықтау қиын болғандықтан, оны тұтас спектр ретінде қабылдайды. Мұндай тұтас немесе үзіліссіз фон қыздырылған газдарда әркез болатын бос электрондардың өзге ион маңынан өткенде, онымен әсерлесіп, өз жылдамдығын өзгертуі нәтижесінде пайда болады. Бұл жарық энергиясының сәуле шығаруына келтіреді. Оң зарядталған ионның электронды кармауы да энергияның сәуле шығаруына келтіреді. Сәуле шығарған бос электрондар энергиясының басқа да мәндері болуы мүмкін, өйткені бұл жағдайда атомдық жүйеге тән белгілі бір кванттық деңгейге және оған сәйкес болатын сызықты спектр жоқ. Демек, әркез сызықты және жолақты спектрмен қатар бос электрондар тудыратын үздікті спектр де болады. Сонымен қатар тұтас спектрдің сәуле шығаруынын басқа да механизмі, айталық, жарық кезіндегі (электродтар бөлшегі) қызған қатты бөлшектердің жарқырауы болуы мүмкін. Тұтас спектр түрлі қыздыру құралдарынан туындауы ықтимал. Спектрлік талдауда атомдық, ал кейде молекулалық спектр жиі пайдаланылады. Ал тұтас спектрлер әрқашан да бөгет болады.Атомдар шығаратын сызықтық спектрде жіңішке спектр сызықтары серияларға топтастырылған. Бір серияның шегінде сызықтардың орналасуы белгілі бір заңдылыққа бағынады. Бірінші сериялы спектрлерін Бальмер (1885) сутек атомының спектрінен ашты. Жалпы алғандағы спектрлік сызықтың толқындық саны келесі қатынасқа бағынады:

мұндағы R₀ — Рндберг тұрақтысы; 
m және n - жай қатардағы бүтін сандар және n - m. Бір спектрлік серияның шегінде m - тұрақты сан және n-нің әрбір мәніне осы сериядағы бір сызық сәйкес келеді. Бұл эмпериялық тұрғыда сутек спектрінен табылған заңдылықты спектроскопиялық терм-Т деп аталатын түсінікте өрнектеуге болады:

Кез келген молекула, атом немесе иондар үшін спектрлік сызықтардың  толқындық саны екі спектроскопиялық терминнің айырмасы ретінде есептелінеді, әрбір атом көптеген серияларға жататын  термнің белгілі мәні болады. Екі  термнің айырмасы бір спектрлік  сызықтың толқындық санын анықтайды (мұны Ридберг-Ритцтің комбинациялық  принципі дейді). Берілген атомдар (иондар) не молекулалар үшін спектрлік сызықтың жиілігінен гөрі спектроскопиялық терм тән. Спектроскопиялық термнің физикалық  мәнін анықтағанда, жарық таралған кездегі атом энергиясының бір бөлігі сыртқа шығатын фотон энергиясына  айналатынын ескеру кажет. Кванттық теория бойынша атом энергиясының шығыны мынаған тең: ΔЕ = (Е₁ – Е₂). мұндағы Е₁және Е₂ - бастапқы күйдегі атомның (сәуле шығару алдында) және соңғы күйдегі (фотон бөлініп шыққаннан кейінгі) сәйкес энергиялары:

hv = Е₁ – Е₂; v = 1/λ = v/c; v = E_h/hc - E_k/hc,

мұндағы v - жиілік; λ - толқын ұзындығы; с - жарық толқынының таралу жылдамдығы, ол см/с-ка тең; h - Планк тұрақтысы; v - толқындық сан, ол әдетте кері сантиметрмен орнектеледі (см^-1).

Соңғы екі өрнекті былай  жазамыз:

E_h/hc = T_H және E_h/hc = T_K

Сөйтіп, спектроскопиялық терм белгілі бір күйдегі атомның (ионның, молекуланың) энергия өлшемі екен. Атом спектрлерінің сызықты болуы, атомның  сәуле шығару энергиясының сіңірілуі  басқаша емес, тек белгілі бір  мәнде ғана екенін көрсетеді. Бұдан  атомның кез келген мөлшерде энергияны  шығармайтыны, бөліп бермейтіні, энергиялық ауысу тек белгілі бір дискрентті мөлшерде ғана жүретіні шығады. Байқалатын спектрлік сызықтың атомда кездесетін екі күйдегі энергияның айырмасы екенін ескерген жөн. Бұл тәсілмен кванттық күйдегі абсолют мәнін анықтау  мүмкін емес. Осының салдарынан энергияны  белгілі бір күйден бастап есептеу  қабылданған, онда да бұл сәуле жарықтың шығарылуы мен сіңірілуіне себепші  оптикалық электронның атомнан  едәуір қашықтықта тұруына қарай  болады. Мұндай күй - нөлдік санақ нүктесі. Ол температурасы Т₀ = 0 ионданған күй энергиясына сәйкес. Кванттық механика бойынша атомдағы әрбір электронда n, i, m, s кванттық сандармен сипатталатын белгілі бір энергетикалық күй болады. Паули принципі бойынша атомда барлық кванттық саны бірдей екі электрон кездеспейді. Атомдағы барлық электрондардың жиынтығы олардын барлық күйін біртіндеп жазу арқылы сипаттайтын электрондық қабықша пішімін құрастырады. Мысалы, натрий атомының электрондық құрамы 1s²2s²2p⁶3s¹. Атомның бүкіл электрон жүйесіндегі энергия әрбір электронның кванттық санына сәйкес вектор қосындысы ретінде анықталатын L, S және I кванттық сандарымен сипатталады. Кез келген тұйықталған электрондық қабықша үшін (s², p⁶, d¹⁰, f¹⁴) жалпы орбиталдық момент L = 0. Әр түрлі мәндегі 0, 1, 2, 3... атомның энергетикалық күйі үлкен әріппен белгіленеді: S, P, D, F, Q… Спиндік момент қосындысының шамасы термнің қайталануын анықтайды, олардың мультиплеттілігі: r = 2S + 1. Атомдағы электрондар қабықшасының жалпы моменті ішкі кванттық санымен анықталады, ал оның өзі L мен S векторлар қосындысы: J = L + S Спектроскопиялық термді кванттық тұрғыдан түсіндіру спектрлік атом құрылымын зерттеуде маңызды құралға айналды.

Атомда негізгі күйдегі  электрондар мейлінше кіші энергияға  ие болады. Осындай ансамбльдегі атом жарық көзі (доға, ұшқын, жалын) арқылы іске асатын қоздырылған күйіне көшкенде, соқтығысу процестері нәтижесінде  бұл энергия барлық атомдар арасына  тарайды. Соқтығысу жүргенде атомнан  атомға ауысатын энергия мөлшері  кең аралықта өзгеруі мүмкін. Нәтижеде қарастырып отырған ансамбльдегі атомдардың әрқайсысы әр түрлі қоздырылған  күйде болады. Келесі энергияның шығуы  жоғары жатқан энергетикалық деңгейде ғана емес, кез келген төменгі энергетикалық  деңгейде жүруі мүмкін. Осы процестердің қорытындысында әр түрлі жиілікте жарықтың сәуле шығаруы болады. Сондықтан  да элементтің атомдық эмиссиялық спектрі  өте күрделі болуы мүмкін. Қоздырылған  күйде болатын атомдар санына қатынасы Больцман формуласымен есептеледі:

N(m)N(n) = g(m)g(n)exp[-(E_m-E_n)/kT]

мұндағы N(m), N(n) - n және m күйдегі  атомдар саны, g(m), g(n) қарастырылып отырған  күйдегі есептеулі салмақ, К - Больцман тұрақтысы.

Бұл теңдеуден жоғары қозу энергиясы термге ауысқанда, қозған атом саны күрт кемитін көрінеді. Мұнымен қатар, әдетте, осы термдерден сәуле шығару ықтималдылығы азаяды. Осыған сәйкес спектрлік сериядағы бірінші сызық әркез айқын да, оның сәуле шығару интенсивтілігі ең жоғары мәнде болады. Атомның ең төменгі күйімен байланысты спектрлік сериялардың бірінші сызығы сәуле шығару (резонанс сызықтары) спектрлеріндегі ең айқыны. Спектроскопияда сәуле шығарғанда жалпы соңғы, ал сіңіргенде басталу күйлері бірдей спектрлік сызықтарды бір серияға жатқызады.

Элементтердің өте аз мөлшердегі концентрациясын спектрлік анықтауда  спектрдегі барынша интенсивті сызық  ретінде резонансты сызықтардың  мәні ерекше. Алайда резонансты сызықтардың  бәрі пайдалануға қолайлы емес. Олардың  бір қатары спектрдің өте қиын, ал басқалары құрылғы аспап сезімталдығы жетіспейтін бөлікте орналасады. Бұл сызықтардың орнына шашырау  ықтималдығы төмен болатын және оны қоздыру үшін едәуір энергия  жұмсауға тура келетін басқаларды пайдаланады. Мұндайда анықталатын элементтердің  сезімталдығы айтарлықтай төмендейді.

 

Спектрлік талдау

зат құрамын сандық және сапалық жағынан анықтауда оның спектрлерін алу мен зерттеуге  негізделген физикалық әдіс. Спектрлік  талдаудың негізі – молекула және атомдар спектроскопиясы, оны талдау мақсаты және спектрлердің түрлері  бойынша топтастырады. Атомдық спектрлік  талдау үлгінің элементтік құрамын  атомдық жұтылу және шағылу спектрлері бойынша; молек. Спектрлік талдау –  заттың молекулалық құрамын молекулалық  жұтылу спектрлері бойынша анықтайды. Эмиссиялық -сәуле шығарудан бастап микротолқындарға дейінгі диапазондағы электрмагниттік сәулелер арқылы қоздырылған атомдардың, иондар мен молекулалардың сәуле шығару спектріне негізделген.gспектрлік талдау Абсорбциялық спектрлік талдау талданатын нысандардың (заттың атом, молекула, иондары) жұтылу спектрлері бойынша жүзеге асырылады. 

Өрістің Кванттық Теориясы

Өрістің Кванттық Теориясы– еркіндік дәрежесінің саны шексіз көп болатын физикалық жүйенің релятивистік кванттық теория. Өрістің кванттық теориясы элементар бөлшектер физикасының негізгі аппараты болып табылады. Бұл теорияда әрбір өрісті бөлшектер коллективімен, әрбір бөлшектер жиынтығын өріске теңеп сипаттайды. Осы бөлшектердің өзара әсерлесуінен жаңа бөлшектер туып немесе бөлшектер жойылып жатады. Ең алғашқы мұндай процеске электрмагнит өрісінің (оның бөлшектерінің) сәуле шығарып немесе жұтылуы жатады. Сондықтан алғашқы өрістің кванттық теориясын кванттық электрдинамика деп атады. Ол электрондар мен фотондардың әсерлесу теориясы. Өрістің кванттық теориясын жасаудағы алғашқы қадамның бірі Фермидің 1934 -ыдырау теориясы болды. Өрістің кванттық теориясында барлық физикалық өрістер бөлшектердің толқындық функциясынан құрылған операторлармен және солардың арасындағы орын ауыстыру қатынастарымен сипатталады. Бұл оператордан құралған бас бөлшектерbжылы құрған  энергиясы мен олардың әсерлесу энергия операторлары мынадай түрлендіруге инвариантты болу керек: 
1) Лоренц түрлендіруі; 
2) СРТ – түрлендіруі; 
3) колибрлік түрлендіруі; 
4) Эрмиттілігі. 
Теорияның негізгі теңдеулері көбінесе әсерлесу энергиясын бос бөлшектер энергиясынан өте аз деп есептейтін жуықтау теориясында ғана шешіледі. Бұл теория шашырау матрицасын кез келген жуықтауда есептеуге мүмкіндік береді. Бірақ, жоғары жуықтау мүшелерін есептегенде үлкен қиындықтар кездеседі. Ол мүшелердің қорытындылары шексізге ұмтылып, оның мағынасы жойылады. Қазіргі кезде ол қиындықтан шығу жолдары жасалды. Бұл әсіресе кванттық электрдинамикада іске асты. Бірақ бұл жол күшті әсерлесетін (нуклондар, мезондар) бөлшектердің динамик. қасиеті үшін тіптен үйлеспейтін болып шықты. Сондықтан өрістің кванттық теориясында да әзірге шешілмеген мәселелер бар. Сондықтан бұл теорияны толығымен құрылып бітті деп айтуға болмайды. Дегенмен Өрістің кванттық теориясында электр бөлшектердің қасиеті туралы көптеген жаңа, пайдалы қатыстар және тәжірибемен сәйкес келетін дәл есептеулер жасалды. Осы кезде бұл теорияның негізін құрайтын қағидалардың дұрыстығына дәл көз жеткізу қиын.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ХVІІІ БӨЛІМ

ОПТИКАЛЫҚ, ФОТОГРАФИЯЛЫҚ, КИНЕМАТОГРАФИЯЛЫҚ, ӨЛШЕУ, БАҚЫЛАУ, ДӘЛ ӨЛШЕУ, МЕДИЦИНАЛЫҚ НЕМЕСЕ ХИРУРГИЯЛЫҚ ҚҰРАЛ- ЖАБДЫҚТАР МЕН АППАРАТТАР; БАРЛЫҚ ТҮРДЕГІ САҒАТТАР; МУЗЫКАЛЫҚ АСПАПТАР; ОЛАРДЫҢ БӨЛІКТЕРІ МЕН КЕРЕК-ЖАРАҚТАРЫ  

 

90-ТОП

ОПТИКАЛЫҚ, ФОТОГРАФИЯЛЫҚ, КИНЕМАТОГРАФИЯЛЫҚ, ӨЛШЕУ, БАҚЫЛАУ, ДӘЛ ӨЛШЕУ, МЕДИЦИНАЛЫҚ НЕМЕСЕ ХИРУРГИЯЛЫҚ ҚҰРАЛ-ЖАБДЫҚТАР МЕН АППАРАТТАР; ОЛАРДЫҢ БӨЛІКТЕРІ МЕН КЕРЕК-ЖАРАҚТАРЫ 

 

Ескертпелер:

1. Аталған топқа:

а) қатты резеңкеден (4016 тауар позициясы), табиғи немесе композициялық былғарыдан (4204 тауар позициясы) немесе тоқыма материалынан (5911 тауар позициясы) тыс, вулканизацияланған резеңкеден дайындалған, машиналарда, құралдарда немесе басқа да техникалық мақсаттарда пайдаланылатын бұйымдар;

б) олардың ұстаушы бекiтушi органға мақсатты әсерi тек олардың иiлгiштiгі есебiнен ғана жүзеге асырылатын тоқыма материалдарынан жасалған ұстаушы белдiктер немесе өзге де ұстаушы бұйымдар (мысалы, жүктi әйелдерге арналған бандаждар, кеуде бандаждары, қарындарға арналған бандаждар, буындардың немесе бұлшық еттердiң бекiткiштерi) (XI бөлiм);

в) 6903 тауар позициясының отқа төзiмдi бұйымдары; зертханалық, химиялық немесе басқа да техникалық мақсаттарға арналған 6909 тауар позициясының қыш бұйымдары;

г) 7009 тауар позициясының оптикалық өңделмеген шыны айналары немесе оптикалық элементтер болып табылмайтын қымбат бағалы емес немесе қымбат бағалы материалдардан жасалған айналар (8306 тауар позициясы немесе 71-топ);

д) 7007, 7008, 7011, 7014, 7015 немесе 7017 тауар позицияларының тауарлары;

е) ХV бөлiмге 2-ескертпеде көрсетiлген қымбат бағалы материалдардан жасалған жалпы мақсаттағы бөлiктер (ХV бөлiм) немесе пластмассадан жасалған ұқсас тауарлар (39-топ);

ж) 8413 тауар позициясының өлшеу құралдары бар сорғыштары; өлшенетiн жүктiң ауырлық күшін iске қосатын есептеу немесе бақылау жабдықтары немесе таразыларға арналған жеке жеткiзiлетiн теңдестiргiштер (8423 тауар позициясы); көтерушi немесе тиеп-түсiргiш жабдықтары (8425-8428 тауар позициялары); қағаз бен картонды кесуге арналған машиналардың барлық түрлерi (8441 тауар позициясы); құралдардың көрсеткiштерiн есептеуге арналған оптикалық элементтерi бар құрылғыларды қоса алғанда (мысалы, «оптикалық» бөлгiш бастиектер), бiрақ өз бетiмен оптикалық құралдар болып табылатын қондырғыларды (мысалы, юстирлық телескоптар) қоспағанда; шот машиналары (8470 тауар позициясы); клапандар мен басқа арматура (8481 тауар позициясы); 8486 тауар позициясының машиналар мен аппаратурасы ( сенсибильденген жартылай өткізгіш материалдарға перде-суретті кескіндеу немесе салу үшін қолданылатын аппаратураны қоса алғанда);

з) велосипедтерде немесе моторлы көлiк құралдарында (8512 тауар позициясы) пайдаланылатын прожекторлар мен шамдар; 8513 тауар позициясының шағын электр шамдары; жазуға, дыбысты шығаруға немесе қайта жазуға арналған кинематографикалық аппараттар (8519 немесе 8520 тауар позициялары); дыбыстық бастиектер (8522 тауар позициясы); кадрлық бейнелеу бейнекамералары, өзге де жазғыш камералар және цифрлық камералар (8525 тауар позициясы); радиолокациялық аппаратура, радионавигациялық аппаратура немесе алыстан басқарылатын радиоаппаратура (8526 тауар позициясы); 8537 тауар позициясының цифрлық басқару аппараттары 8539 тауар позициясының бағытты сәулелiк герметикалық шамдары; 8544 тауар позициясының талшықтық-оптикалық кабельдері;