Уф область спектра: 404 | Кубанский государственный университет

Содержание

Излучение в видимой и ультрафиолетовой областях спектра

Если анализируемой системе сообщать достаточную энергию, то электроны атомов переходят в возбужденное состояние и примерно через 10 с спонтанно возвращаются на нижележащие энергетические орбитали с эмиссией избыточной энергии в виде дискретных и характеристических для каждого вида атомов электромагнитных колебаний в видимой, ультрафиолетовой или рентгеновской областях спектра. При этом спектры носят линейчатый характер. При возбуждении валентных (оптических) электронов свободных атомов излучаемые линии расположены в видимой и ультрафиолетовой областях спектра. При возбуждении электронов внутренних орбиталей атома излучаются кванты с более жесткой энергией (рентгеновское излучение). Линейчатые рентгеновские спектры могут быть получены при облучении анализируемого вещества электронами (рентгеноспектральный метод анализа или более жесткими, чем излучаемые, рентгеновскими квантами (рентгенофлуоресцентный метод анализа). [c.8]

В практической спектрофотометрии измерения поглощения проводят в спектральной области, которую принято делить на 3 части ультрафиолетовая, видимая и инфракрасная области спектра. Единицей измерения длин волн в ультрафиолетовой части спектра в практической спектрофотометрии обычно служит нанометр (1 нм = 10 см). Ультрафиолетовая область спектра расположена в интервале длин волн 200— 400 нм, видимая область — в интервале длин волн 400—700 нм. Наконец, инфракрасная область спектра начинается примерно с 700 нм. В инфракрасной области спектра единицей измерения длин волн служит микрон (1 мк = 10- см). Очень часто инфракрасное излучение характеризуется волновым числом -V, у= 1Д (где X выражено в см), размерность V соответственно см Например, длина волны 2 лк соответствует волновому числу 5000 слг . Имеются специальные таблицы пересчета волновых чисел в длины волн. Наиболее доступная инфракрасная область расположена в интервале 0,7—20 мк, более длинноволновая область инфракрасного спектра малодоступна и практической спектрофотометрией пока не используется. [c.245]

Атомные спектры. Согласно модели Резерфорда, энергия атома должна уменьшаться непрерывно за счет излучения, образующего сплошной спектр. Однако экспериментально установлено, что все атомные спектры имеют дискретный (линейчатый) характер. Спектр служит одной из важнейших характеристик атома и отражает его внутреннее строение. На рис. 1.1 приведен линейчатый спектр водорода. В видимой области спектра атома водорода имеются только четыре линии, они обозначаются Н , Нр, Н , Н . В прилегающей к видимой ультрафиолетовой области имеется еще несколько линий, которые вместе с указанными четырьмя образуют серию линий. Волновые числа линий этой серии выражаются формулой [c.10]

Если уравнение (5-1) сопоставить с приведенными выше типичными значениями разностей энергий для соседних энергетических уровней, то станет видно, что излучение в ультрафиолетовой области спектра (Я,г 2000 А) будет давать фотоны достаточно большой энергии, чтобы вызвать типичные электронные переходы. В некоторых молекулах электронные уровни расположены так близко Друг к другу, что для электронного перехода достаточен даже видимый свет (А- 5000 А). В других молекулах эти уровни настолько удалены друг от друга, что необходимо излучение в недоступной области между ультрафиолетом и рентгеновским излучением. Инфракрасное излучение (Я= 1—20 л/с) будет давать фотоны, которые могут вызвать типичные колебательные переходы. Излучение с радиочастотами ( =1 мм—1000 м) даст фото- [c.91]

К оптическим и радиационным отнесены воздействия электромагнитными волнами с длинами менее 10 мм и потоками частиц больших энергий. Это соответствует спектру частот электромагнитных волн, начиная с Ш Гц, инфракрасной, видимой, ультрафиолетовой области и рентгеновскому излучению, кончая гамма-излучением с частотой 1015 Гц. [c.91]

Наибольшая интенсивность свечения для полимеров приходится на видимую часть спектра (Я = 450 550 нм) в широком интервале температур (от 77 до 350 КЬ Интенсивное излучение имеется и в ультрафиолетовой области спектра. Совпадение максимумов на кривой высвечивания облученного полимера с областями размораживания его молекулярной подвижности и со структурными переходами указывает на то, что рекомбинация зарядов при разогреве полимерного образца определяется не термическим высвобождением их из ловушек, а самой молекулярной подвижностью. Оценка оптическими методами глубины электронных ловушек в облученных полимерах показывает, что термическое высвобождение электронов из таких ловушек, какими являются для них связанные радикалы, может начаться лишь при очень высоких температурах 7 >500 К. [c.238]

Ультрафиолетовая область спектра примыкает к фиолетовому участку видимой области и продолжается в сторону коротких волн вплоть до рентгеновских лучей. В связи с некоторыми различиями в спектральных приборах и методах регистрации спектра ее разделяют на три участка область ближнего и среднего ультрафиолета (4000— 2300 A), область дальнего ультрафиолета (2300—1850 A) и область вакуумного ультрафиолета (1850—50 A), излучение в которой поглощается воздухом. [c.26]

Электронная спек-троскопия, как уже указывалось, это спектроскопия в видимой и ультрафиолетовой области спектра. Спектры испускания в этой области можно получить, нагревая вещество до высоких температур, при которых за счет термического возбуждения оказываются в достаточной мере заселенными электронно-возбужденные состояния частиц. При переходе частиц с более высокого в более низкое по энергии возбужденное или основное состояние испускаются кванты видимого или ультрафиолетового излучения. Поскольку при высоких температурах большинство молекул разлагается, спектры испускания исследуются преимущественно для некоторых простых достаточно прочных многоатомных частиц и атомов. Рассмотрим несколько подробнее вопрос о спектрах испускания атомов на примере атомов водорода. [c.150]

Б фосфоре часть энергии ионизирующего излучения затрачивается на возбуждение молекул (атомов), которые переходят в нормальное энергетическое состояние, испуская фотоны в видимой и ультрафиолетовой областях спектра. Регистрация этих фотонов проводится с помощью так называемого фотоэлектронного умножителя (ФЭУ). [c.338]

Некоторые типы разряда в водороде или других газах, которые дают сплошное излучение в широкой области спектра, главным образом за счет излучения, возникающего при нейтрализации ионов. Используя разряд в водороде и инертных газах, можно получить источники сплошного света для всех участков ультрафиолетовой области спектра, от видимой области до границы с рентгеновской. Газовый разряд в водороде дает сплошное излучение, которое начинается в видимой области (около 4800 А) и продолжается в ультрафиолете примерно до 1700 А. [c.300]

Приемники излучения. В качестве приемников излучения в спектрофотометрах для видимой и ультрафиолетовой областей спектра широко используются фотоэлементы и фотоумножители. В инфракрасной же области они не чувствительны и поэтому применяют тепловые приемники света. [c.303]

Спектрофотометрические методы анализа основаны на взаимодействии вещества с излучением ультрафиолетовой (УФ) и видимой областей электромагнитного спектра, а именно на избирательном поглощении излучения в этих областях спектра. Избирательность поглощения обусловлена частичной перестройкой электронного состояния вещества под влиянием излучения, переходами системы от одного энергетического уровня к другому. Интенсивность поглощения при электронных переходах для любой длины волны определяется вероятностью перехода и размером молекулы. Для возбуждения электронных уровней необходимо излучение УФ-участка спектра. Если электронные уровни молекул расположены достаточно близко друг к другу, то для осуществления перехода между ними достаточно воздействия излучения видимого участка спектра. [c.21]

Логарифм отношения концентраций кислоты и ее аниона нельзя непосредственно найти из потенциометрических измерений. Он может быть точно вычислен по данным спектрофотометрических определений, если протолитические формы поглошают излучение видимой или ультрафиолетовой области спектра. Подстановка (X. 125) в (X. 130) дает [c.658]

Отсюда ЯСНО, что энергия возбуждения каждой поглощающей частицы равна энергии кванта, соответствующей соотношению Планка (1.1) энергия возбуждения на моль частиц получается умножением энергии возбуждения одной молекулы на число Авогадро М. Между энергией и частотой существует линейное соотношение, так что частота является прямой характеристикой излучения. Однако на практике для видимой и ультрафиолетовой областей спектра широко применяется длина волны излучения. Поэтому выражение для молярной энергии возбуждения Е удобно записать, используя длину волны [c.13]

Применение абсорбционной спектрофотометрии в видимой и ультрафиолетовой областях спектра для методик количественного определения основано на том факте, что поглощаемость вещества обычно является константой, независимой от интенсивности падающего излучения, длины кюветы и концентрации, вследствие чего концентрация может быть определена фотометрически. [c.39]

Наибольшее значение имеют энергии электронных переходов (1—100 эВ) изменение эпергии электронов находит свое выражение в видимой и ультрафиолетовой областях спектра. Энергии колебательных переходов (Ю» —10 2 эВ) соответствует излучение (поглощение) в ближней инфракрасной области. Наименьшее значение имеют энергии вращательных переходов молекул (Ю З—10 эВ) им соответствует излучение или поглощение в дальней инфракрасной области или даже в области радиочастот (см. табл. 14). [c.162]

Видимый спектр — это лишь очень небольшая часть полного спектра электромагнитных волн. В верхней части рис. 19.6 показаны и другие области полного спектра. Обычные рентгеновские лучи имеют длину волны, примерно равную 100 пм. Еще более короткие волны у гамма-излучения, возникающего при радиоактивном распаде и под действием космических лучей. Ультрафиолетовая область спектра, не воспринимаемая глазом, — это световое излучение с несколько меньшей длиной волны, чем фиолетовый свет длины волн в инфракрасной области немного превышают длину волны красного цвета. За инфракрасной областью следует микроволновая область в сантиметровом диапазоне волн, за которой идет область более длинных радиоволн. [c.565]

Из всего спектра электромагнитного излучения глаз человека способен воспринимать лишь его небольшую видимую часть с длинами волн от 400 до 800 нм. Ультрафиолетовая область спектра простирается от 1 до 400 нм, однако, поскольку компоненты земной атмосферы поглощают излучение с длиной волны ииже 200 нм, под термином ультрафиолетовые лучи (или просто ультрафиолет ) обычно понимают излучение с длиной волны от 200 до 400 нм (более правильное название этой части спектра — ближняя ультрафиолетовая область). Для изучения области спектра от 1 до 200 нм необходимо использовать вакуумированные устройства, отсюда ее название область вакуумного ультрафиолетового излучения (или дальняя ультрафиолетовая область ). Солнечная радиация состоит в значительной степени [c.515]

Здесь V — напряженность поля, которое необходимо для того, чтобы прекратить фотоэлектрический ток. Опыт со всей убедительностью показывает, что для каждого металла существует характеристическая пороговая частота V,, и свет с меньшей частотой уже не может вызвать фотоэлектрического эффекта. Так, например, для щелочных металлов активным является видимый свет, но для большинства других элементов требуется излучение ультрафиолетовой области спектра (более высокой частоты). Электроны освобождаются одновременно с освещением, п их число пропорционально интенсивности света. При этом скорость электронов не зависит от интенсивности, а прямо пропорциональна квадратному корню пз частоты падающего света. Большинство такого рода фактов нельзя объяснить с точки зрения классической электромагнитной теории света, согласно которой между освещением и освобождением электронов должен проходить определенный промежуток времени, а скорость электронов должна быть пропорциональной интенсивности падающего света. Несоответствие классической теории с опытом привело Эйнштейна [16] к заключению, что фотоэлектрический эффект является [c.100]

Человеческий глаз чувствителен только к небольшой части полного электромагнитного спектра, к так называемой видимой области, длины волн которой лежат приблизительно между 400 и 750 ммк. Ультрафиолетовая область спектра распространяется от видимой области в сторону более коротких волн, сливаясь в конце концов (около 50 ммк) с областью мягкого рентгеновского излучения. Для деления на видимую и ультрафиолетовую области нет никаких других соображений кроме физиологических, поскольку их природа одинакова для обеих областей спектра характерно превращение поглощенной энергии излучения в энергию возбуждения электронов, достигающую максимального значения при ионизации, когда появляется свободный электрон и положительный молекулярный ион. Сама ультрафиолетовая область подразделяется (опять-таки из практических соображений) на две части — ближняя ультрафиолетовая область (190—400 ммк) и дальняя ультрафиолетовая область 190 ммк). Это подразделение связано с тем, что более коротковолновое излучение поглощается составными частями- атмосферы, вследствие чего измерения при длинах волн меньше 190 ммк необходимо производить в вакууме. [c.82]

Видимая и ультрафиолетовая области спектра. Авторы работы [35] ставили перед собой задачу идентификации спектра излучения в видимой и ультрафиолетовой областях, установления распределения по высоте пламени обнаруженных продуктов, а также по возможности выявления степени их участия в процессе горения. Исследование спектра пламени, образующегося при горении, производилось фотографическим и фотоэлектрическим методами [34]. [c.281]

Наиболее употребительным источником света является лампа накаливания с вольфрамовой нитью, длины волн излучения которой лежат в пределах 350—2000 нм. Этот источник света пригоден для большинства аналитических целей, так как позволяет производить измерения в ближайшей ультрафиолетовой, видимой, а также в ближней инфракрасной областях спектра. Для измерений в ультрафиолетовой области спектра от 210 до 400 нм применяют разрядную водородную (или дейтериевую) лампу. Важно, чтобы источник света давал непрерывный спектр по всей спектральной области, тогда с помощью диспергирующего устройства можно выделить любой участок спектра. [c.61]

И определенные длины волн отбираются с помощью призм или дифракционных решеток. Стекло можно использовать только в.видимой и ближней ультрафиолетовой областях спектра, но не в других, так как при других длинах волн оно обладает слишком сильным поглощением. В ультрафиолетовых спектрометрах призмы и кюветы обычно делаются из кварца, а в инфракрасной спектрометрии призмы изготовляются из каменной соли и аналогичных материалов. Обычно для сведения поглощения к минимуму вместо линз используются зеркала. В далекой ультрафиолетовой области воздух поглощается настолько сильно, что спектрометр должен быть откачан поэтому такая область называется вакуумным ультрафиолетом. Инфракрасные спектрометры должны быть тщательно осушены, так как влага не только растворяет поверхность призм из каменной соли, но и поглощает значительную долю излучения. При работе в микроволновой и радиочастотной областях нет необходимости в отборе длин волн, так как сам источник может быть построен так, что он дает монохроматическое излучение с любой желаемой длиной волны. [c.325]

Метод позволяет измерить поглощение света только для тех длин волн, для которых можно получить достаточно монохроматичное и сильное лазерное излучение. Кроме того, для регистрации голограмм должны быть подходящие материалы. Исследования в этих областях очень быстро развиваются, и сейчас уже практически доступны лазерные излучения любой длины волны в видимой и близкой ультрафиолетовой областях спектра. [c.334]

Образование комплексов фиксируется многочисленными физическими методами. Наиболее широкое распространение получили оптические методы исследования. Найдено, что образование комплекса, где имеет место перенос электрона, сопровождается появлением интенсивной полосы поглощения в видимой или ультрафиолетовой области спектра. Здесь имеется аналогия с возбуждением электрона отдельной молекулы квантом излучения, приводящим к внутримолекулярному переносу заряда, с той только разницей, что перенос уже частично имеет место в основном состоянии между компонентами комплекса и резко усиливается в возбужденном, вплоть до полного переноса электрона и ионизации комплекса. [c.10]

Проделав множество опытов. Прево высказал предположение о том, что всякое тело непрерывно испускает тепловые лучи, а взамен получает теплоту благодаря лучеиспусканию окружающих тел. Строго этот закон излучения был сформулирован только в 1859 г. немецким физиком Г. Р. Кирхгофом. В соответствии с законом Кирхгофа, излу-чательная способность любого тела пропорциональна его способности поглощать излучение. Это означает, что чем сильнее тело поглощает излучение от внешнего источника, тем в большей степени оно само способно к лучеиспусканию. Сильнее всего поглощает излучение (в любой области спектра-ультрафиолетовой, видимой или инфракрасной) так называемое абсолютно черное тело -этот термин тоже ввел в употребление Кирхгоф. Такое тело поглощает все падающие на него лучи и ничего не отражает. Коэффициент поглощения абсолютно черного тела при любой температуре равен единице (е= 1). [c.156]

Экспозиция я выражается в единицах люкс-с . Контрастность фотоэмульсии определяется наклоном характеристической кривой (см. рис. 71) в области нормальных почернений — прямолинейный участок кривой. Фактор контрастности фотопластинки у равен tg а. С повышением контрастности пластинки ее чувствительность Н обычно падает. Для более точных измерений рекомендуются фотопластинки с большими значениями 7. Фотоэмульсии имеют различную спектральную чувствительность, т. е. последняя зависит от длины волны падающего на нее излучения. В ультрафиолетовой области спектра используют фотопластинки спектральные , тип I или тип П. Для работы в области спектра 500,0—1000,0 нм эмульсию сенсибилизируют различными красителями. В желто-зеленой области видимого участка спектра применяются пластинки ортохром , для красной — панхром , для инфракрасной — инфрахром . [c.238]

Спектроскопические методы структурного анализа связаны с поглощением молекулами лучистой энергии. Обычно считают, что молекулы могут поглощать энергию в четырех областях электромагнитного спектра (рис. 6-1), в результате чего появляются так называемые вращатвльны , колебательно-вращательные, колебательные и электронные спектры. Для возбуждения электронов обычно требуется энергия порядка 1,5—8,0 эв, т. е. энергия, которая обусловливает излучение в видимой области или в близкой ультрафиолетовой области спектра, т. е. в границах длин волн от 1500 до 8000 А. Электронный спектр позволяет получить дан-пые о строении как основного, так и возбужденного состояний мо- [c.194]

Атомно-ионизационный метод анализа был бы невозможен без использования лазеров. Поскольку наиболее селективным методом ио1П1зации атомов является нх предварительный перевод в одно из возбужденных состояний и поскольку в видимой и ультрафиолетовой областях спектра лежат спектральные линии атомов многих элементов, то имеиио лазеры, генерирующие излучение в этих областях, являются неотъемлемой частью любого прибора для атомно-ионизационного метода. В основном это лазеры, работающие на органических красителях как активных средах. Непрерывная перестройка длины волны излучения, достаточная для достижения (во многих случаях) режима насыщения, сделала лазеры на органических красителях незаменимым средством селективного возбуждения атомов многих элементов. Существует много типов таких лазеров. Наиболее часто используемые лазеры имеют следующие xapaivTepH THKH область непрерывной перестройки от —300 до 800 нм, выходная мощность 1—20 кВт в линии генерации, ширина которой варьируется от 1 до 0,01 нм при длительности 7— 12 НС в случае лазерной накачки и 1—50 мс при ламповой накачке лазера на красителях. Следующей неотъемлемой частью установки является атомизатор, в качестве которого наиболее широко, как это уже упоминалось, используется пламя, а также электротермические атомизаторы с испарением находящихся в них образцов в вакууме. Находят применение и различного вида электротермические атомизаторы, работающие при атмосферном давлении. [c.185]

Фотометрический анализ — это группа методов аналитической химии, основанных на измерении поглощения электромагнитного излучения в видимой и ближней ультрафиолетовой области спектра растворами анализируемых веществ. Понижение интенсивности монохроматического излучения зависит от концентрации поглощающего вещества и толщины слоя раствора. Эта зависимость выражается законом Бугера (основной закон светопоглощен ия) [c.125]

Ультрафиолетовые спектры. Лигнин интенсивно поглощает излучение в УФ-области спектра, что обусловлено его ароматической природой. Наличие хромофоров с протяженной системой сопряженных двойных связей приводит также к поглощению и в видимой области спектра. УФ-спектры различных препаратов лигнина обычно очень похожие на рис. 12.1. а приведены типичные спектры хвойных и лиственных лигнинов. Спектральные кривые показывают сильный максимум поглощения при длине волны около 205 нм. Затем поглощение при увеличении длины волны уменьшается, кривые имеют ярко выраженное плечо при 230 нм, минимум около 260 нм и характерный максимум около 280 нм. Дальнейшее плавное снижение в сторону видимой области сопровождается появлением плеча при 300…360 нм. Размытый характер спектра в области электронных переходов объясняется наложением полос поглощения, обусловленных разнообразньши фенилпропановыми единицами. Делаются попытки выделить отдельные полосы поглощения, соответствующие определенным энергиям перехода электронов в отдельных конкретных структурах, с целью количественного анализа химического строения лигнина [29, 38]. [c.414]

Возможность использования фотохимических реакций в определенной степени зависит от доступности соответствующих реакционных сосудов и источников излучения. Инфракрасное излучение, помимо повышения температуры, оказывает очень слабое или совсем не оказывает влияния на химическую систему. Поглощение видимого света (в интервале длин волн приблизительно от 7000 до 4000 А) часто приводит к химическим изменениям. Ультрафиолетовое излучение возбуждает многочисленные фотохимические реакции возмолшость изучения этих реакций ограничивается использованием главным образом близкой ультрафиолетовой области спектра, которая распространяется приблизительно до 2000 А. Сравнительно мало работ проведено с использованием излучения в далекой ультрафиолетовой области, расположенной приблизительно от 2000 Л до начала рентгеновской части спектра. [c.216]

Сама окись углерода прозрачна вплоть до весьма далекой ультрафиолетовой области спектра, и, следовательно, возбудить реакции за счет поглощенного ею излучения можно только, используя кювету с окошками из флюорита или фтористого лития и специальные источники излучения, например ксеноновую дугу. Однако известны случаи, когда свободные радикалы, по-видимому, реагируют с окисью углерода. Например, при действии далекого ультрафиолета на смеси из этана и окиси углерода осуществлен синтез ацетона [222]. Другим подтверждением наличия реакции между свободными радикалами и окисью углерода может служить проведенное Кистяковским и Маршаллом [223] исследование фотолиза кетена в присутствии С Ю, где среди продуктов реакции обнаружен СНдС Ю. Реакции этого типа недостаточно изучены не исключено, что дальнейшее исследование таких систем может привести к интересным результатам. [c.271]

Избирательность фотохимической реакции может быть в ряде случаев значительно повышена использованием света определенной длины волны. Для выделения излучения с определенной длиной волны обычно применяют светофильтры, поглощающие излучение в других областях спектра. Для выделения нужной области из спектров излучения ртутно-кварцевых ламп применяют стеклянные, жидкостные и газообразные фильтры. Наиболее удобны в обращении стеклянные светофильтры Вуда [4181, представляющие собой черные стекла, прозрачные для ультрафиолетового излучения и непрозрачные для видимой области спектра. Кривые пропускания для некоторых стеклянных фильтров представлены на рис. 36. Для выделения излучения ртутно-кварцевых ламп применяются также комбинированные стеклянные фильтры. Характеристики этих фильтров приводятся в специальной литературе [55, 125]. [c.145]

Наиболее обычные источники излучения в спектрофотометре — лампа накаливания с вольфрамовой нитью, дейтериевая (водородная) или галогено-кварцеБая лампы. Поскольку каждый из этих источников генерирует излучение максимальной мощности в различных областях ультрафиолетового и видимого спектров, то в более совершенных спектрофотометрах можно найти две лампы, каждая из которых используется в соответствии с ее оптимальной областью спектра. Рас-сматривагмые источники испускают излучение в широкой области спектра, поэтому необходимо выделять определенный участок в их спектре ,ля освещения химической пробы. Для этой цели используется селектор частоты, такой как монохроматор или светофильтр. Приборы, в тюторых применяется монохроматор, называются спектрофотометрами. В отличие от них в фотометрах применяются абсорбционные либо интерференционные светофильтры для выделения необходимой длины волны. Фотометр, который работает только в видимой области,, часто называют колориметром. В нашем изложении будет принят термин спектрофотометр в общем случае для обозначения всех этих приборов, хотя в отдельных случаях следовало бы дать более правильное обозначение. [c.639]

Атомная флуоресценция Характеристическое излучение в нидимой или ультрафиолетовой областях спектра, испускаемое атомами определяемых элементов Резонансные линии, испускаемые возбужденными атомами в УФ и видимой областях спектра Интенсивность измеряется фотоэлектрическим детектором, ось которого располагается под прямым углом к возбуждающему пучку Высокоизбирательный и чувствительный метод, Требуется высокоинтенсивный источник возбуждения проба долж на быть в газообразном состоянии (например, в пламени) Определение Н очень низких концентраций ионов металлов (1 в аэрозоль) [c.22]

Значительная часть работ, в которых хемилюминесцентные методы использовались для исследования кинетики, посвящена реакциям, идущим при высоких концентрациях атомов и евободных радикалов. В этих реакциях свечение, как правило, возникает в результате рекомбинации атомов и свободных радикалов или в результате реакций присоединения активных частиц к молекулам. Тепловой эффект таких реакций обычно достаточно велик И выделяющаяся энергия соответствует энергии излучения в видимой или ультрафиолетовой областях спектра. Поскольку концентрации активных частиц высоки, реакции рекомбинации и присоединения идут с большими скоростями соответственно высока и интенсивность свечения, и ее измерение обычно не представляет каких-либо затруднений. [c.20]

Спектр видимого света составляет лишь небольшую часть полного спект-ра электромагнитных во.лн. Обычные рентгеновские лучи имеют длину волны, равную приблизительно 1 А. Излучение с более короткими длинами волн 1(0,1 0,01 0,001 А) — это гамма-лучи, образующиеся при радиоактивном распаде, а также под действием космических лучей (гл. XXXIII). Световое излучение в ультрафиолетовой области не воспринимается глазом это излучение характеризуется несколько более короткими длинами волн, чем длина волны фиолетового света, а инфракрасное излучение характеризуется несколько более длинными волнами, чем волны красного света. За этой областью идут области микроволнового излучения, представляющего собой радиоволны длиной приблизительно 1 см. [c.138]

СПЕКТР | Энциклопедия Кругосвет

Содержание статьи

СПЕКТР электромагнитного излучения, упорядоченная по длинам совокупность монохроматических волн, на которую разлагается свет или иное электромагнитное излучение. Типичный пример спектра – хорошо известная всем радуга. Возможность разложения солнечного света на непрерывную последовательность лучей разных цветов впервые экспериментально показал И.Ньютон в 1666. Направив на трехгранную призму узкий пучок света, проникавший в затемненную комнату через маленькое отверстие в ставне окна, он получил на противоположной стене изображение окрашенной полоски с радужным чередованием цветов, которая была названа им латинским словом spectrum. Проводя опыты с призмами, Ньютон пришел к следующим важным выводам: 1) обычный «белый» свет является смесью лучей, каждый из которых имеет свой собственный цвет; 2) лучи разных цветов, преломляясь в призме, отклоняются на различные углы, вследствие чего «белый» свет разлагается на цветные составляющие. Со временем ньютоновская интерпретация природы света завоевала всеобщее признание, поскольку хорошо согласовалась с экспериментальными данными, а сам эксперимент был принят учеными за основу научного подхода к изучению явлений природы.

Видимый свет – это лишь малая часть широкого спектра электромагнитного излучения, включающего радиоволновое, микроволновое, инфракрасное, видимое, ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучения. Каждый вид излучения представляет собой волну из взаимно перпендикулярных электрической и магнитной компонент, периодически меняющихся с определенными частотами (иначе говоря, волна имеет определенную длину). Волны, которые воспринимаются глазом человека, принадлежат видимой области; именно к ней в свое время относился введенный Ньютоном термин «спектр». В современной науке этот термин распространен на весь диапазон электромагнитного излучения.

Спектральные исследования сыграли ключевую роль в познании Вселенной. С их помощью удалось понять строение не только атомов и молекул, но и таких астрофизических объектов, как Солнце, звезды, планеты, и получить подробную информацию об их движении. Разработанная теория спектров и накопленные эмпирические данные позволили создать метод спектрального анализа для качественного и количественного определения состава химических веществ. См. также ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ; РЕНТГЕНОВСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ; СВЕТ.

Классификация спектров.

Все спектры делятся на два основных класса: спектры испускания (или эмиссионные) и спектры поглощения. Каждый класс, в свою очередь, подразделяется на непрерывные (сплошные), полосатые и линейчатые спектры. Поясним эту классификацию на примере видоизмененной схемы опыта Ньютона (которая, заметим, была применена лишь столетие спустя). Основное нововведение в этой схеме состояло в том, что круглое отверстие в ставне было заменено коллиматором – узкой щелью и линзой перед призмой. Вторая линза помещалась за призмой и предназначалась для проецирования спектра на экран, как это делал сам Ньютон в своих более поздних опытах. Если на щель простого спектроскопа (как теперь называется устройство, состоящее из щели, линз и призмы) направить свет от лампы накаливания, то на экране возникает непрерывный спектр со следующим порядком чередования цветов: фиолетовый, синий, голубой, зеленый, желтый, оранжевый и красный. Если же щель осветить пламенем, в которое внесена крупинка поваренной соли (хлорида натрия NaCl), то спектр будет фактически состоять из двух близко расположенных ярких желтых линий. Аналогично, если щель осветить красным светом неоновой рекламной трубки, то на экране появится ряд ярких красных линий. Здесь каждая линия – это изображение щели спектроскопа, образованное светом определенной длины волны, а полученный спектр называется линейчатым спектром испускания. Существуют спектры, состоящие из групп линий, расположенных настолько тесно, что каждая группа выглядит как узкий участок непрерывного спектра. Такие спектры называются полосатыми.

Линии Фраунгофера.

В 1802, изучая непрерывный спектр Солнца, У.Волластон заметил в нем множество тонких темных линий. Двенадцатью годами позже Й.Фраунгофер, заменив зрительную трубу в спектроскопе Волластона трубой теодолита, точно измерил угловое положение темных линий. В честь него эти линии теперь называются фраунгоферовыми линиями солнечного спектра. См. также СОЛНЦЕ.

Исследования Кирхгофа.

В 1859 Г.Кирхгоф сформулировал свой знаменитый закон, связывающий поглощение и испускание. Суть его заключается в том, что любое вещество хорошо поглощает излучение именно тех длин волн, которое само интенсивно испускает. На основании этого закона Кирхгоф следующим образом объяснил появление фраунгоферовых линий в непрерывном солнечном спектре. Газ, находящийся во внешних, наиболее холодных слоях солнечной атмосферы, избирательно поглощает из сплошного спектра ярко светящейся фотосферы Солнца излучение тех длин волн, которые соответствуют линиям испускания возбужденного газа. Поэтому на отдельных участках непрерывного солнечного спектра резко падает интенсивность и появляются темные линии.

Одно из самых важных открытий физической оптики состоит в том, что каждый атом и каждая молекула испускают характерный только для них линейчатый спектр. Многие исследователи, работавшие после Фраунгофера, были близки к этому открытию, но лишь Кирхгоф смог четко сформулировать его и применить на практике. Он понял, что характеристические спектры и закон, связывающий поглощение и испускание, позволяют спектральным методом определить химический состав солнечной атмосферы и, более того, что они являются универсальным инструментом, дающим возможность в лабораторных условиях обнаруживать и анализировать различные элементы (так, к примеру, были открыты рубидий и цезий). Его работы, выполненные совместно с Р.Бунзеном, заложили основы современной спектроскопии. См. также СПЕКТРОСКОПИЯ.

СПЕКТРАЛЬНЫЕ ОБЛАСТИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

В соответствии с длинами волн (l) весь спектр электромагнитного излучения условно делится на ряд частично перекрывающихся областей – от радиоволн на его длинноволновой границе до гамма-лучей на границе коротких волн. Однако такое деление отражает зависимость не только от l, но и от способов генерации и обнаружения соответствующего электромагнитного излучения. Например, нет никакого принципиального различия между микроволновым и инфракрасным излучением одинаковых длин волн, но если излучение генерируется электронным прибором, его называют микроволновым, а если оно испускается инфракрасным источником – инфракрасным.

Радиоволны.

Электромагнитное излучение с длинами волн примерно от 1 см до 30 000 м составляет радиоволновую часть спектра. Поскольку скорость любого электромагнитного излучения в вакууме составляет 300 000 000 м/с и равна произведению длины волны на частоту (c = ln), то радиоволновому интервалу соответствуют частоты примерно от 10 000 герц (Гц, 1Гц = 1 с^–1) до 30 000 мегагерц (МГц, 1МГц = 10⁶Гц). Излучение таких частот получают с помощью ламповых или полупроводниковых генераторов, а для регистрации применяют резонансные радиосхемы.

Радиоволны используются в основном в системах связи и навигации. В 1932 было открыто радиоволновое излучение нашей Галактики, что в значительной мере стимулировало рождение новой науки – радиоастрономии. Крупного успеха радиоастрономия добилась в 1951, когда были обнаружены радиоволны, испускаемые облаками межзвездного водорода на единственной частоте, отвечающей длине волны около 21 см. В лабораториях радиоспектроскопия широко применяется для исследования атомов и молекул. См. также РАДИОАСТРОНОМИЯ.

Микроволновое излучение.

Излучение с длинами волн примерно от 0,5 мм до 30 см (частотный интервал от 600 000 до 1000 МГц) относится к микроволновому диапазону спектра. Для генерации микроволнового излучения применяются специальные электронные лампы (клистроны). Бурное развитие микроволновая техника получила в период Второй мировой войны в связи с резко возросшими требованиями к эффективности средств связи и радиолокации. Микроволновое излучение естественных источников обусловлено главным образом вращением молекул, хотя известны и СВЧ-спектры атомов. Исследование микроволновых вращательных спектров молекул является одни из самых точных методов определения структуры молекул газа.

Инфракрасное излучение.

Инфракрасное (ИК) излучение было открыто английским астрономом В.Гершелем в 1800. Пользуясь простым термометром, он установил, что тепловое излучение имеет наибольшую интенсивность за пределами видимой области вблизи его красной границы. Инфракрасная область спектра начинается примерно от 0,8 мкм и простирается примерно до 1 мм. Ранее лабораторными источниками инфракрасного излучения служили исключительно раскаленные тела либо электрические разряды в газах. Сейчас на основе твердотельных и молекулярных газовых лазеров созданы современные источники инфракрасного излучения с регулируемой или фиксированной частотой. Для регистрации излучения в ближней ИК-области (до ~1,3 мкм) используются специальные фотопластинки. Более широким диапазоном чувствительности (примерно до 25 мкм) обладают фотоэлектрические детекторы и фоторезисторы. Излучение в дальней ИК-области регистрируется болометрами – детекторами, чувствительными к нагреву инфракрасным излучением.

ИК-аппаратура находит широкое применение как в военной технике (например, для наведения ракет), так и в гражданской (например, в волоконно-оптических системах связи). В качестве оптических элементов в ИК-спектрометрах используются либо линзы и призмы, либо дифракционные решетки и зеркала. Чтобы исключить поглощение излучения в воздухе, спектрометры для дальней ИК-области изготавливаются в вакуумном варианте.

Поскольку инфракрасные спектры связаны с вращательными и колебательными движениями в молекуле, а также с электронными переходами в атомах и молекулах, ИК-спектроскопия позволяет получать важные сведения о строении атомов и молекул, а также о зонной структуре кристаллов.

Видимая область.

Видимой области соответствует диапазон длин волн от 400 нм (фиолетовая граница) до 760 нм (красная граница), что составляет ничтожную часть полного электромагнитного спектра. Источниками видимого света в лаборатории обычно служат раскаленные твердые тела, электрический разряд и лазеры (обычно лазеры на красителях). Перестраиваемые лазеры на красителях позволяют перекрывать большие участки видимого спектра (например, краситель родамин 6G излучает в интервале 570–660 нм). Наиболее распространенными детекторами видимого излучения являются глаз человека, фотопластинки, фотоэлементы, фотоумножители. Видимые спектры связаны с квантовыми переходами внешних электронов атомов и молекул и содержат важнейшую информацию об их электронной структуре.

Ультрафиолетовое излучение.

Ультрафиолетовая (УФ) спектральная область была открыта в 1801, когда И.Риттер и У.Волластон, наблюдая солнечный спектр, обнаружили, что наибольшее почернение хлорида серебра вызывается излучением, более коротковолновым, нежели фиолетовое. К УФ-области относится излучение с длинами волн от 10 до 400 нм. УФ-излучение с длинами волн короче 185 нм поглощается воздухом, поэтому приборы для этого диапазона должны быть вакуумными. Поскольку лишь немногие из обычно прозрачных веществ остаются прозрачными для «вакуумного ультрафиолета», в таких приборах применяется отражательная оптика. Для регистрации ультрафиолетового излучения используются специальные фотопластинки и фотоэлектрические детекторы. Большинство УФ-спектров связано с квантовыми переходами внешних электронов атомов и молекул, поэтому УФ-спектроскопия применяется для исследования строения атомов.

Рентгеновское излучение.

В 1895 было сделано одно из самых важных открытий физики: В.Рентген, изучая электрические разряды в газах, заметил, что бумажный экран, подвергнутый специальной обработке, начинает светиться, если его поднести к работающей газоразрядной трубке, и сделал вывод, что свечение возникает под действием нового, неизвестного проникающего излучения, названного им X-лучами. Из дальнейших экспериментов выяснилось, что X-лучи – это электромагнитное излучение, длинноволновая граница которого перекрывается с вакуумным ультрафиолетом, а коротковолновая составляет малую долю нанометра.

Рентгеновское излучение с непрерывным спектром часто называют тормозным излучением, поскольку оно возникает при замедлении электронов, бомбардирующих анод рентгеновской трубки. См. также РЕНТГЕНОВСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ.

Гамма-излучение.

Гамма-излучение отличается от рентгеновского меньшей длиной волны (0,1–10^–6нм) и своим происхождением. Ядро, получив в результате ядерной реакции избыточную энергию, может оказаться в возбужденном состоянии. Возвращаясь в состояние с более низкой энергией, оно отдает избыточную энергию, испуская гамма-квант. Изучение спектров гамма-излучения позволяет получить важную информацию о строении ядер и ядерных взаимодействиях, подобно тому, как оптические спектры помогают понять строение атомов и молекул и действующие в них силы.

Светодиоды в коротковолновой области спектра

Развитие физики и технологии соединений A^IIIB^V — нитридов алюминия, индия и галлия (AlInGaN) — показало, как научные исследования и технологические разработки новых материалов, а также реализация приборов на их основе приводят к экономически эффективному внедрению этих результатов в промышленность [1, 2]. Наглядным примером здесь может служить применение светодиодов (СД) белого цвета свечения на основе гетероструктур GaN и его твердых растворов в общем освещении, которое за последние десять лет прошло путь от пробных проектов до широкого использования [3]. Кроме того, в последнее время СД проникли и стали активно применяться в специальных областях освещения, например в освещении растений [4], что дало развитие целому направлению в науке, получившему название агрофотоника.

В последнее десятилетие наблюдается также значительный прогресс в создании СД коротковолновой части спектра — ультрафиолетовых (УФ) и фиолетовых — и приборов на их основе. Данные СД разрабатываются на основе AlInGaN-гетероструктур. Исследования были направлены как на продвижение в более коротковолновую область, так и на увеличение мощности излучения этих СД. Развитие в этих направлениях обусловлено не только стремлением заменить традиционные для ультрафиолетового диапазона газоразрядные лампы, но и возможностью применения УФ-диодов в новых областях, таких как системы безопасности и связь с непрямой видимостью.

Перспективы применения светодиодов коротковолновой области спектра

В настоящее время актуальным является требование создания источников света с более короткими длинами волн в УФ-области, применение которых востребовано в таких направлениях, как, например, фотолитография, разработка датчиков обнаружения токсичных веществ, создание устройств с высокой плотностью хранения данных в оптическом диапазоне, биомедицинские исследования, очистка и стерилизация воды и воздуха. Современные тенденции в области миниатюризации устройств, обеспечения их максимальной энергоэффективности и безопасности для здоровья человека и окружающей среды требуют разработки принципиально новых видов источников излучения взамен традиционно используемых для УФ-диапазона газоразрядных ламп.

Спектральный диапазон УФ СД на основе гетероструктур AlInGaN лежит в пределах длин волн λ = 210–400 нм. Их внешний квантовый выход в длинноволновой части в настоящее время достигает 10–20% [5], а в более коротковолновой, вблизи длины волны 250–280 нм, он составляет порядка 0,5–2,0% [6]. Получается, что уровень выходной оптической мощности и внешний квантовый выход УФ СД падают при уменьшении длины волны, а для большинства важных практических применений необходимо увеличивать их мощность и эффективность. В связи с этим современные мировые проблемы разработок УФ СД заключаются в увеличении их эффективности и мощности излучения.

В настоящее время в мире достигнуты существенные успехи в области исследования и разработки УФ нитридных гетероструктур. Последние исследования показывают, что разработка данного направления является весьма многообещающей для создания УФ СД. А именно, увеличение эффективности может быть достигнуто путем дальнейшей оптимизации этих устройств: сокращением плотности дефектов и улучшением легирования слоев AlGaN с высоким содержанием Al. Необходимо также исследовать использование подложек из AlN, равно как и осуществлять поиск новых подложек. Другой важной проблемой является вывод света. Для решения этой задачи необходим поиск материалов, прозрачных вплоть до 200 нм и совместимых со структурами для СД. Важным направлением также является углубление понимания фундаментальных свойств твердых растворов AlGaN и свойств квантовых ям с высоким содержанием Al.

Для решения упомянутых проблем в настоящее время используется технология дискретной субмонослойной молекулярно-лучевой эпитаксии с плазменной активацией азота (Plasma Assisted MBE, PAMBE), которая показала свою применимость для выращивания слоев AlGaN высокого качества [7]. В этом режиме в светодиодных гетероструктурах выращиваются квантовые ямы шириной 1–3 нм, каждая из которых представляет собой сверхрешетку из нескольких, обычно от двух до шести, слоев GaN/AlGaN, с номинальной толщиной GaN-вставок менее одного монослоя. Процесс позволяет путем варьирования числа вставок и времени закрытия заслонки источника Ga изменять концентрацию Al в структуре до 30%. Данная технология позволяет реализовать как трехмерный механизм роста эпитаксиальных слоев при N-обогащенных условиях, так и двумерный механизм с атомарно-гладкой поверхностью в случае сильно Ga-обогащенных условий.

Однако остается еще достаточно трудностей, которые необходимо преодолеть на пути практического внедрения УФ-излучателей. Пи этом необходимо отметить, что многие ведущие компании — производители светодиодов в последние несколько лет активно занимаются решением описанных выше проблем. Результатом этого является появление в их линейке новых светодиодов в УФ-диапазоне спектра. Некоторые из них будут рассмотрены далее.

Мощные светодиоды УФ-диапазона компании SemiLEDs

Одной из компаний — производителей светодиодов, серьезно занимающейся в последние годы расширением своей линейки УФ СД, является SemiLEDs. До конца 2014 г. эта компания выпускала СД УФ-диапазона в линейке серии С35, например C35L-U-A (рис. 1) [8]. Данные СД перекрывали три диапазона длин волн: 390–400, 400–410 и 410–420 нм, номинальный рабочий ток составлял 350 мА, значения их мощности излучения при номинальном токе составляли от 320 мВт до, соответственно, 440, 480 и 520 мВт. Максимальный рабочий ток данных СД составлял 800 мА, а тепловое сопротивление (как и всех СД серии C35) не превышало 8°С/Вт. Угол светораспределения составлял 125° [8].

Рис. 1. Мощные УФ-светодиоды C35L-U-A компании SemiLEDs [8]

Примерно с начала 2015 г. компания SemiLEDs доработала данные приборы, выпустив серию УФ СД C3535U-UNx1. Они имеют идентичные размеры основания, однако являются более новой серией, которая, например, имеет модели с двумя значениями углов светораспределения — 125° (рис. 2) и 55° (рис. 3) [8]. Они перекрывают четыре диапазона длин волн: 380–390, 390–400, 400–410 и 410–420 нм, номинальный рабочий ток составляет 500 мА, значения их мощности излучения при номинальном токе составляют, соответственно, для первого из диапазонов от 560 до 750 мВт, для второго и третьего диапазонов — от 650 до 850 мВт, для четвертого диапазона — от 700 до 900 мВт [8]. Максимальный рабочий ток СД серии C3535U-UNx1 составляет также 800 мА. Тепловое сопротивление данных приборов, как и всех СД серии C35, не превышает 8°С/Вт [8].

Рис. 2. Мощные УФ-светодиоды серии C3535U-UNx1 с углом светораспределения 125° компании SemiLEDs [8]

Светодиоды серий C35L-U и C3535U-UNx1 изготавливаются на основании размером 3,45×3,45 мм [8]. Основания аналогичного размера и формы используются многими известными производителями, поэтому при разработке приборов для УФ-области спектра специалисты могут использовать стандартные печатные платы и менять только СД. Стоит также отметить, что наличие у СД серии C3535U-UNx1 двух вариантов углов светораспределения существенно облегчает работу разработчикам, позволяя использовать соответствующие типы данных СД в случаях, когда требуется более широкая или более узкая кривая светораспределения конечного прибора даже без использования вторичной оптики. Это является неоспоримым преимуществом данной серии СД, так как большинство линз для СД изготавливаются из полимерного материала, который может деградировать при длительном воздействии УФ-излучения.

Рис. 3. Мощные УФ-светодиоды серии C3535U-UNx1 с углом светораспределения 55° компании SemiLEDs [8]

Также новой серией УФ СД компании SemiLEDs является BC3535U-VNL1 (рис. 4) [8], которая начала выпускаться примерно с начала 2015 г. Данные СД перекрывают два диапазона длин волн: 365–370 и 370–375 нм, номинальный рабочий ток составляет 350 мА. Значения мощности излучения данных СД при номинальном токе составляют для обоих диапазонов от 60 до 120 мВт [8]. Максимальный рабочий ток СД серии составляет 500 мА, их тепловое сопротивление — примерно 20–22 °С/Вт. Угол светораспределения — 145° [8].

Рис. 4. Мощные УФ-светодиоды серии BC3535U-VNL1 компании SemiLEDs [8]

СД серии BC3535U-VNL1 также изготавливаются на основании размером 3,45×3,45 мм. Это означает, что при разработке приборов для УФ-области спектра можно использовать стандартные печатные платы и менять только СД [8].

Развивая линейку УФ СД, компания SemiLEDs занимает новые ниши их использования, укрепляя тем самым свои позиции на светодиодном рынке. Из приведенных характеристик видно, что, например, серия BC3535U-VNL1 перекрывает достаточно коротковолновый диапазон, тем самым позволяя расширить область применения УФ СД. СД данной серии, длина волны излучения которых, как уже отмечалось выше, лежит в диапазоне 365–375 нм, являются оптимальным вариантом для применения в приборах и системах проверки денежных знаков, в системах очистки и обеззараживания воды, например для бассейнов и аквариумов. Также они могут применяться в различных специальных решениях, требующих источников света в УФ-диапазоне, в том числе и в осветительных системах, где предполагается использовать несколько люминофоров, максимум спектра возбуждения которых лежит в УФ-области.

УФ- и фиолетовые светодиоды компании Lumileds

Другой компанией, активно развивающей свою линейку УФ СД, является компания Lumileds. На данный момент СД указанного диапазона представлены в сериях Luxeon Z и Luxeon Flip Chip [9].

СД серии Luxeon Z UV (рис. 5) имеют размеры корпуса 1,3×1,7 мм. Они перекрывают диапазон длин волн от 380 до 400 нм в УФ-области и от 400 до 430 нм в фиолетовой области видимого спектра. Номинальный ток данных СД — 500 мА, максимальное значение рабочего тока соответствует 1 А [9]. Тепловое сопротивление этих СД для УФ-диапазона составляет примерно 6 °C/Вт, а для фиолетового диапазона — порядка 4 °C/Вт. Видимый угол равен 125° [9].

Рис. 5. Мощный светодиод серии Luxeon Z UV компании Lumileds [9]

Мощность излучения УФ СД при номинальном токе в диапазоне длин волн 380–390 нм составляет 175–375 мВт, в диапазоне 390–400 нм — 330–525 мВт [9]. Мощность фиолетовых СД при номинальном токе — 435–675 мВт [9].

СД серии Luxeon Flip Chip UV (рис. 6) перекрывают диапазон длин волн 380–410 нм [9]. Они выпускаются в корпусе размерами 1×1 мм, что практически совпадает с размерами кристалла. Номинальный ток данных СД равен 500 мА, максимальное значение рабочего тока составляет 1 А [9]. Тепловое сопротивление данных светодиодов — 2 °C/Вт. Видимый угол — примерно 150° [9].

Рис. 6. Мощный светодиод серии Luxeon Flip Chip UV компании Lumileds [9]

Мощность излучения светодиодов Luxeon Flip Chip UV при номинальном токе в диапазоне длин волн 380–390 нм составляет 250–450 мВт, в диапазоне 390–400 нм — 450–650 мВт, в диапазоне 400–410 нм — 550–750 мВт [9].

Можно сделать вывод, что коротковолновые СД обеих серий имеют достаточно высокий внешний квантовый выход для данной области длин волн, что делает их достаточно перспективными для разработки изделий на их основе.

Заключение

Из вышесказанного следует, что продвижение светодиодов в коротковолновые, УФ- и фиолетовую области спектра является достаточно перспективным, поскольку обусловлено не только стремлением заменить традиционные для УФ-диапазона газоразрядные лампы, но и возможностью применения в новых областях, таких как системы безопасности и связь с непрямой видимостью. Это предположение также подтверждается тем, что ведущие компании, разрабатывающие СД в видимой области спектра, стали развивать и линейки УФ СД. Пока налажен выпуск СД в ближней УФ-области, но стоит еще раз подчеркнуть, что даже там заметно падение эффективности с продвижением в более коротковолновый диапазон, в особенности при больших токах. А нужно идти дальше, в область далекого УФ, до 260 нм. Исследования такой возможности ведутся по всему миру, и надо отметить, что и в России есть все возможности производства УФ-диодов. Результаты российских исследователей в данном направлении показывают, что для УФ СД можно создать конкурентоспособное отечественное промышленное производство. Оно не такое массовое, но это потребует совместной работы исследователей и разработчиков.

Литература

А. Н. Туркин. Полупроводниковые светодиоды: история, факты, перспективы // Полупроводниковая светотехника. 2011. № 5
А. Н. Туркин. Обзор развития технологии полупроводниковых гетероструктур на основе нитрида галлия (GaN) // Полупроводниковая светотехника. 2011. №
С. Маркова, А. Туркин. Актуальные направления применения мощных светодиодов // Полупроводниковая светотехника. 2016. №
С. Маркова, А. Туркин. Особенности применения светодиодов в растениеводстве // Полупроводниковая светотехника. 2017. №
Л. П. Авакянц, А. Э. Асланян, П. Ю. Боков, В. В. Волков, И. С. Матешев, А. Н. Туркин, А. В.Червяков, А. Э. Юнович. Люминесцентные и электрические свойства ультрафиолетовых и фиолетовых светодиодов из гетероструктур на основе нитрида галлия // Ученые записки физического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова. 2016. №
III-Nitride Ultraviolet Emitters. Technology and Application. Kneissl, J. Rass editors.
В. Н. Жмерик, А. М. Мизеров, Т. В. Шубина, А. В. Сахаров, А. А. Ситникова, П. С. Копьев, С. В. Иванов, Е. В. Луценко, А. В. Данильчик, Н. В. Ржеуцкий, Г. П. Яблонский // ФТП, Т. 42. В. 12. 2008.
А. Туркин. Новинки на рынке светодиодной продукции от компании SemiLEDs // Полупроводниковая светотехника. 2015. № 3
А. Туркин. Обзор новых продуктов в линейке мощных и сверхъярких светодиодов Lumileds // Полупроводниковая светотехника. 2016. № 5.

METTLER TOLEDO Весы для лаборатории, производства и торговли

Измерительные приборы — это оборудование, используемое для точного определения различных параметров исследуемых объектов. Наша компания занимается …

Измерительные приборы — это оборудование, используемое для точного определения различных параметров исследуемых объектов. Наша компания занимается производством и обслуживанием контрольно-измерительных приборов и весового оборудования для различных отраслей промышленности.

Предлагаем купить измерительные приборы для оптимизации технологических процессов, повышения производительности и снижения затрат. Точные инструменты позволят установить соответствие нормативным требованиям.

Мы осуществляем продажу измерительных приборов, предназначенных для исследовательской деятельности и научных разработок, производства продукции и контроля качества, логистики и розничной торговли. МЕТТЛЕР ТОЛЕДО предлагает следующие измерительные приборы для различных областей применения:

Лабораторное оборудование

Для научных и лабораторных исследований требуются высокоточные измерительные и аналитические приборы и системы. Они используются для взвешивания, анализа, дозирования, автоматизации химических процессов, измерения физических и химических свойств, концентрации газов, плотности, спектрального анализа веществ и рефрактометрии, химического синтеза, подготовки проб, реакционной калориметрии, анализа размеров и формы частиц. Специализированное программное обеспечение позволяет управлять процессами и получать наглядное отображение данных.

Лабораторное оборудование включают следующие системы:

Промышленное оборудование

Если вас интересуют промышленное измерительное оборудование, предлагаем купить подходящие системы для взвешивания, контроля продукции, решения логистических задач и транспортировки грузов. Используйте точные приборы для стандартного и сложного дозирования, взвешивания в сложных условиях и взрывоопасной среде. Обеспечьте точность результатов с помощью поверочных гирь и тестовых образцов. Подключение периферийных устройств к приборам позволит регистрировать результаты и параметры взвешивания. Программное обеспечение с понятным интерфейсом оптимизирует процессы посредством управления оборудованием с ПК.

Ассортимент промышленных контрольно-измерительных приборов и инструментов включает:

Весы для магазинов и оборудование для розничной торговли

В сфере розничной торговли продовольственными товарами необходимы измерительные приборы и оборудование для взвешивания и маркировки товаров. Используйте весы для решения типовых задач, печати чеков и быстрого взвешивания, разгружающего поток покупателей. В сложных ситуациях пригодятся специализированные весовые системы с нетребовательным обслуживанием и уходом. ПО и документация упростят настройку системы и обучение персонала.

Вниманию покупателей предлагаются следующее оборудование для торговли:

Как купить весы МЕТТЛЕР ТОЛЕДО?

Чтобы купить оборудование на нашем сайте, оформите запрос в режиме онлайн в соответствующем разделе. Уточните задачу, которая должна быть решена с помощью требуемого прибора. Укажите контактные данные: страну, город, адрес, телефон, e-mail, название предприятия. Заполненная форма направляется специалисту компании, который свяжется с вами для уточнения ключевых моментов.

Сеть представительств METTLER TOLEDO для обслуживания и сервисной поддержки распространена по всему миру. В России отдел продаж и сервиса расположен в Москве. Региональные представительства по продажам находятся также в Казани, Ростове-на-Дону, Самаре, Екатеринбурге, Красноярске, Уфе, Хабаровске, Новосибирске.

Отправьте отзыв, задайте вопрос специалисту, свяжитесь с конкретным отделом. Воспользуйтесь онлайн-формой обратной связи или позвоните по указанному телефону офиса в выбранном регионе. Консультанты ответят на каждое обращение и вышлют коммерческое предложение по индивидуальному запросу.

Ультрафиолет

УЛЬТРАФИОЛЕТ – ИЗЛУЧЕНИЕ ТЫСЯЧИ ПРИМЕНЕНИЙ

Ультрафиолетовая (УФ) область излучений, охватывает длины волн от 9 до 400нм.

УФ-излучение инициирует в облучаемом веществе фотохимические превращения за счёт способности активировать любые атомы (молекулы), с которыми взаимодействует, возбуждая в них электроны.

Человечество научилось применять УФ-излучение во многих областях жизнедеятельности.

УФ излучение подразделяют:

УФ-С — 120 -280 нм,

УФ-В — 280 -320 нм,

УФ — А — 320 -400нм.

Излучения области С обладают бактериальным действием. Их применяют для стерилизации воздуха и воды, для предохранения продуктов от порчи. Также излучения области С обладают свойством озонировать воздух. На использовании излучения этой области основано действие источников света — люминесцентных ламп.

Излучения области В (средней) оказывают на организм антирахитное действие, регулируют обмен веществ в живых организмах, благотворно действуют на рост домашней птицы и животных, обладают эритемным эффектом, т.е. способностью вызывать покраснение и загар человеческой кожи.

Излучения области А (ближней) широко применяются для люминесцентного анализа, для активации светящихся веществ в сигнальных, декоративных и других устройствах.

Однако, необходимо иметь в виду, что деление это не слишком строгое, так как свойства УФ-радиации, приписанные одной области, часто присущи и соседним областям, но в меньшей мере.

Ультрафиолетовое излучение лежит в основе принципов работы многих технических систем и технологических процессов, таких как:

Устройства для фотографирования и светокопирования;

Технологии отбеливания;

Системы для производства витамина Д из эргостерина;

Люминесцентные источники света;

Методики идентификации материалов при их сортировке по свойствам, чистоте и происхождению, например, в дефектоскопии — для обнаружения пор и трещин в отливках и сварных швах, в криминалистике — для выявления подделки денег, документов, так как небольшие изменения в сортах бумаги и красок проявляются в люминесценции, в искусствоведении — при исследовании и восстановлении старых картин и пергаментов.

Ниже мы кратко рассмотрим лишь некоторые аспекты УФ-излучения: его источники, приемники и отдельные вопросы взаимодействия с объектами живой природы.

Источники ультрафиолетового излучения (естественные и искусственные)

Раскалённый шар, находящийся в газообразном состоянии и называемый нами Солнцем, является естественным источником электромагнитных волн, доходящих до Земли.

Спектр излучения Солнца сплошной и, в общих чертах, совпадает со спектром излучения абсолютно черного тела, нагретого примерно до 5800К. Максимум излучения находится в синезеленой области спектра при 460 нм, что соответствует максимуму чувствительности зрения человека.

Солнечное излучение поглощается уже в наружных слоях Солнца (до Земли доходит примерно 0.132 Вт/см2). Далее солнечное излучение частично поглощается в земной атмосфере, основными компонентами которой являются азот и кислород в соотношении 4:1.

Коротковолновая часть (УФ) солнечного излучения обладает очень важной, с биологической точки зрения, способностью изменять газовый состав атмосферы. При взаимодействии с солнечным излучением преобладающая часть химических реакций происходит с кислородом О2. Молекулярный кислород легче всего диссоциирует при поглощении излучения в области 100-200нм, максимальной скорости распада соответствует высота примерно 100 км. Атомы, образовавшиеся в процессе фотораспада, обладают большой химической активностью и являются активными центрами цепных реакций, приводя к возникновению новых частиц, в частности, атомарный кислород может взаимодействовать с атомами и молекулами кислорода. В первом случае происходит рекомбинация и восстанавливается молекула О2. Для установившегося равновесия характерен баланс распада и рекомбинации. Спектр поглощения О2 состоит из серии полос, начиная с λ =193,5 — 202нм, сильнее поглощаются лучи с λ =186нм, поэтому коротковолновая область спектра солнечного излучения, доходящего до земной поверхности, укорачивается до λ = 200-220нм. В результате взаимодействия атомарного кислорода с молекулами О2 может образоваться молекула озона О3. Образующийся озон находится, в основном, на высоте 40-70 км, (в среднем -50км), толщина слоя примерно 3 мм. Излучение длин 175-290нм почти полностью поглощается в озоновом слое, который работает как фильтр, защищающий Землю от УФ излучения. Наименьшая наблюдавшаяся длина волны солнечного излучения на Земле составляет 286нм, она была выявлена в полярной области.

Начавшееся истощение озонового слоя будет существенно влиять на экологическую обстановку на Земле. Согласно оценкам, уменьшение среднего содержания озона на 5% увеличит падающую на Землю радиацию с длинами до 300нм на 10%, что может привести к 10% увеличению случаев рака кожи. Усиление УФ излучения отрицательно сказывается на адаптации и миграции, подавляет процессы размножения и развития всех форм жизни на Земле. Из 200 видов растений — 2/3 чувствительны к ультрафиолету, наиболее сильно — семейство тыквенных (огурцы, тыквы), бобовых (горох, соя), лучше всего переносят увеличение дозы УФ излучения подсолнечник, хлопчатник. УФ излучение прежде всего поражает икру и мальков, личинки креветок и устриц, крабов. Это весьма ощутимо для человечества, так как потребление рыбы в странах Европы составляет примерно 20%, а в странах Азии эта доля доходит до 70%. Отсюда видно, что возможное разрушение озонового слоя, который защищает все живое на Земле от губительного воздействия жесткой ультрафиолетовой радиации представляет собой глобальную проблему. Помимо способности изменять химический состав внешней среды, УФ является и ионизатором воздуха, вызывает ионизацию газов в верхних слоях атмосферы, что обуславливает ее высокую проводимость. Кроме того, ультрафиолет, проходя через земную атмосферу, встречает на своем пути твердые и жидкие поверхности (частички облаков, пыли, дыма) и вызывает фотоэлектрический эффект, выбивая электроны. Эти электроны, соединяясь с молекулами воздуха, создают отрицательные ионы, что также повышает проводимость верхних слоев атмосферы. Химическое и ионизирующее действие УФ радиации приводит к возникновению ядер конденсации в атмосфере, которыми обусловлены многие гидрометеорологические явления на Земле. Таким образом, с одной стороны, земная атмосфера служит фильтром, защищая Землю от высокоэнергетичных фотонов коротковолновой части солнечного спектра и существенно изменяет состав дошедшей до Земли радиации, с другой стороны, сама является результатом этого действия. По оценкам, УФ-поток, составляет не более 1.5% общей солнечной энергии, достигающей поверхности Земли. Кроме процессов поглощения, часть излучения при прохождении сквозь атмосферу, рассеивается молекулами воздуха и мелким частицами, взвешенными в нем. Рассеяние излучения зависит от длины волны, особенно этот эффект проявляется в ультрафиолетовой области спектра. Лучи отклоняются от первоначального направления, не теряя при этом своей энергии и достигают земной поверхности через излучение неба. Излучение неба оказалось практически постоянным до высот 3300м. Излучение неба составляет от 50 до 80% общего излучения Солнца и неба, поэтому даже в тени можно получить загар. Почти вся потребность человеческого организма в УФ-излучении все же покрывается за счет естественной радиации Солнца. Однако содержание УФ -лучей в солнечном спектре подвержено большим изменениям (сезонные колебания по интенсивности, широте местности, потери за счет запыленности воздуха, особенно в условиях промышленных городов), поэтому в целях профилактики и коррекции УФ-недостаточности и для исследовательских целей большую роль приобретают искусственные источники ультрафиолета.

Искусственные источники УФ.

Искусственные источники в ультрафиолетовой области спектра разделяют на температурные, газоразрядные и люминесцентные.

1. Температурным источником электромагнитного излучения является любое нагретое тело. Широко используемые лампы накаливания имеют температуру 2000-3000К, так что их излучение лежит, в основном, в инфракрасной области спектра, сравнительно небольшая доля его приходится на видимую область и совсем ничтожная—на ультрафиолетовую.

С повышением температуры источника происходит увеличение доли ультрафиолетовой составляющей. Большой мощностью УФ-потока обладает угольная дуга, благодаря более высокой температуре 4000К. В пламени кислородно-ацетиленовой или кислородно-водородной горелки достигается температура выше и твердые тела, нагретые им, могут излучать УФ. В плазменной горелке может быть достигнута температура свыше 6000К, в результате чего возникает интенсивное ультрафиолетовое излучение.

2. Газоразрядные источники являются наиболее распространенными в технике ультрафиолетовыми излучателями. Их спектр состоит преимущественно из линий (линейчатый спектр), причем значительная часть энергии излучения приходится на ультрафиолетовую область спектра. Газоразрядных излучателей сконструировано очень много, в основе действия их всех лежит один принцип, основанный на квантованности состояний электронов в атомах. С помощью электрического поля проводится возбуждение атома, т.е. электрон в атоме переводится в более высокое энергетическое состояние, после чего электрон спускается в более низкое энергетическое состояние, высвечивая разницу энергий состояний в виде фотона, как раз эта разница энергий в атоме соответствует энергиям ультрафилетового диапозона. Среди разрядов в газах и в парах металлов, применяющихся для получения УФ, разряд в парах ртути имеет наибольшее значение, так как он дает в УФ-спектре наибольшее количество интенсивных линий. В зависимости от давления паров ртути различают разряд низкого давления, происходящий при давлении 0.01-1мм.рт.ст. и разряд высокого давления, происходящий при давлении паров от 100 мм.рт.ст. до нескольких атмосфер. Спектры излучения высокого и низкого давлений содержат одни и те же линии, различаются лишь по интенсивности. Большая часть излучаемой энергии в ртутных лампах низкого давления приходится на λ 253.7нм, что почти соответствует максимуму бактерицидной эффективности, поэтому они используются для борьбы с микробами. Ртутные лампы высокого давления дают более интенсивные линии при длинах волн 254,297, 303, 313, 365нм , а линия 253.7 теряет свое превалирующее значение. Такие источники УФ используются в фототерапии кожных болезней и в промышленности — в фотохимических реакторах, в печатном деле. Среди других газоразрядных ламп чаще используются ксеноновые лампы высокого давления потому, что спектр их излучения близок к спектру Солнца над стратосферой. В люминесцентных лампах ультрафиолетовое излучение, генерируемое ртутным паром в инертном газе при низком давлении активирует люминесцентный материал (люминофор), покрывающий внутреннюю поверхность стеклянной трубки. Люминофор преобразует коротковолновое УФ излучение в длинноволновое или видимый свет в зависимости от используемого люминофора, от давления газа в лампе.

3. Люминесцентные источники делятся на: люминесцентные солнечные лампы и источники «черный свет». Люминесцентные солнечные лампы содержат люминофор, излучающий в основном при длине волны λ = 340нм. Диапазон длин волн генерируемого излучения лежит от 275 до 380нм. Этот источник эффективен с точки зрения «загара». Преимущество — возможность получения однородного поля значительной протяженности. В источнике «черного» света используемый люминофор излучает энергию в диапазоне 300-410нм с максимумом в области 350-365нм. Эти лампы используются для свечения люминесцентных красок и для фототерапии кожи с фотоактивными лекарственными веществами. Источники излучения в области УФ имеют либо линейчатый, либо смесь сплошного и линейчатого спектров. Из сложного излучения выделить излучение узкого спектрального состава удается с помощью фильтров. В УФ-области нейтральными фильтрами для ослабления излучения чаще всего служат тонкие слои платины на кварцевом стекле или металлические сетки.

3. Приемники ультрафиолетового излучения.

Биологическими приемниками УФ излучения могут быть все живые организмы.

4.Воздействие УФ на человека

Если говорить о лечебном действии солнечных лучей на организм человека, то указания о лечебном действии солнечного света можно найти еще у Геродота (484-425 гг. до н.э.). Первым врачом, рекомендовавшим применение солнечных ванн в лечебных и профилактических целях, считают Гиппократа.

Хотя основными приемниками излучения у человека являются кожа и глаза, но действие солнечной энергии на человека состоит из множества совокупно действующих факторов.

В настоящее время обычно выделяют следующие области применения УФ-радиации:

Бактерицидную. В воздухе обитаемых людьми помещений всегда присутствуют в значительном количестве болезнетворные микробы, находящиеся во взвешенном состоянии. Проникая в организм человека через дыхательные пути, они вызывают аэрогенные инфекционные болезни: грипп, пневмонию и т.д. Если рассматривать бактерии как своеобразный приемник излучения, то этот приемник обладает наибольшей чувствительностью в области 253,7 — 265,4 нм. Известно, что при воздействии излучения с λ =253.7нм и мощности 0.01вт в объеме воздуха 30м за 1минуту убывает 63% микробов, за 10 минут 99.99%. Изменения, происходящие под действием УФ-излучения в бактериях и низших организмах, проходят следующие три стадии: возбуждение и усиление движения, начало деструктивных изменений, смерть клетки в результате фотохимических процессов. Кривая бактерицидной эффективности УФ-излучения соответствует спектру поглощения нуклеиновых кислот, т.е. мишенью УФ являются молекулы ДНК. Бактерицидным эффектом УФ пользуются для санации и дезинфекции различных объектов внешней среды — воздуха, воды, пищевых продуктов и тары, хирургического оборудования. Роль УФ в борьбе с микробами не ограничивается только губительным действием на внешнюю среду, но проявляется и в повышении иммунологических свойств организма, так в облученных УФ-помещениях наряду с уменьшением количества бактерий воздуха, уменьшается тяжесть и средняя длительность заболевания находящихся там людей.

Эритемную. У млекопитающих действию УФ подвергаются, в первую очередь, глаза и кожа. Благодаря высокому содержанию поглощающих свет веществ (белки, нуклеиновые кислоты, пигменты), а также неоднородностям, кожа за счет поглощения, отражения и рассеивания ослабляет внешнее излучение. Самый верхний слой кожи — роговой слой- состоит из неживых клеток, не имеющих ядер и представляет собой, в значительной мере, мертвую ткань, лишенную собственного обмена веществ, но находящуюся в состоянии диффузионного обмена с расположенными глубже живыми слоями кожи.

Роговой слой неживых клеток служит фильтром, защищающим нижние живые слои от воздействия УФ-излучения длин волн меньше 200-210нм. Биологическое действие УФ на кожу проявляется в возникновении эритемы и пигментации. Ультрафиолетовая эритема определяется как покраснение кожи из-за расширения капилляров. В отличие от тепловой эритемы, возникающей вслед за интенсивным нагревом кожи, УФ -эритема проявляется по прошествии некоторого времени (латентный период). Интенсивность эритемы возрастает до некоторого максимального значения, а затем уменьшается. Прозрачность различных участков кожи зависит от толщины наружного рогового слоя: проникающие в него лучи с λ ∼ 200-250нм вызывают эритему, лучи с λ 250- 270нм проходят через зернистый слой, вызывая пигментацию и эритему, лучи с λ 270-320нм проникают до сосудистого слоя, вызывая обильную пигментацию и эритему, стимулируют работу жировых желез и нервных окончаний кожи, лучи с λ 320÷400нм 19 проходят через дерму, вызывая пигментацию. До подкожной клетчатки доходят лучи с λ 390-400нм, производя тепловой эффект и, вызывая покраснение кожи за счет переполнения кровью сосудистого слоя. Продолжительность латентного периода и характер изменения интенсивности покраснения во времени зависит от спектрального распределения энергии источника УФ излучения. между облучением и образованием эритемы. Эритема, вызванная УФ лучами, заканчивается пигментацией облученного участка кожи, т.е. загаром. Известно, что для образования минимально заметной эритемы, необходимо 4.8 мкал/см2 при 269.7нм. Частично загар связан с миграцией поверхностного меланина, находящегося в базальных клетках, в поверхностные слои кожи. В настоящее время распространена теория, что эти гранулы меланина служат защитным экраном от УФ излучения более важным, чем толщина ороговевшего слоя. Эритемная реакция кожи зависит от патологических процессов, происходящих в организме человека, резкое снижение фоточувствительности кожи наблюдается при гипертрофии, инфекционных заболеваниях. Изменение функционального состояния кожных рецепторов, поражение спинного мозга и т.д. изменяет эритемную реакцию. Так, облучение УФ во время наркоза дает резкое ослабление эритемы, повреждение спинного мозга влечет за собой угнетение эритемы ниже повреждения. В период развития и формирования эритемы наблюдается снижение порога болевой чувствительности, что позволяет применять её в качестве анальгезирующего средства. Разрушение большого количества живых клеток при УФ-облучении вызывает известное раздражение, так как разрушенные клетки должны быть удалены или восстановлены. В результате этого усиливается активность ферментов, гормонов, витаминов в слоях кожи, прилегающих к поверхности, т.е. усиливаются все обменные процессы. Таким образом, УФ эритема является сложным нервно- рефлекторным процессом, находящимся в зависимости как от периферической, так и от центральных отделов нервной системы. Все это является основанием широкого применения эритотерапии в клиниках внутренних и нервных заболеваний. С другой стороны, превышение безопасных доз УФ облучения приводит к злокачественным новообразованиям, к серьезнейшим заболеваниям глаз, кожи и других органов.

3 Антирахитную. Отсутствие солнечной радиации может привести к развитию патологического состояния, известного как «световое голодание» или недостаточность витаминов Д. При авитаминозе Д ухудшается фосфорно- кальциевый обмен, наблюдается снижение механической прочности костей, кариес зубов, склонность к костным переломам, у детей развивается рахит. При облучении λ 280 ÷ 302 нм в коже образуются витамины группы Д. Они оказывают существенное влияние на деятельность фермента фосфатазы, активируя её, что способствует мобилизации неорганического фосфора и связыванию кальция крови с фосфатами, которые откладываются в костях. Минимальное количество УФ, необходимое для поддержания физиологического уровня кальция и фосфора крови, составляет 1/8 — 1/9 эритемной дозы в день.

Действие УФ-излучения на органы зрения.

Визуальные рецепторы млекопитающих и человека не могут обнаружить УФ излучение из-за поглощения его в глазных тканях, прежде чем оно попадает на сетчатку. Ультрафиолетовое излучение λ < 300нм , в основном, поглощается роговой оболочкой и водянистой влагой, а в хрусталик попадает лишь незначительное количество радиации этого диапазона. Роговая оболочка глаза по-разному реагирует на УФ с длинами волн 220- 250нм и 250-310нм, так от λ 250нм симптомы глазного заболевания появлялись вскоре после воздействия УФ и через 14 часов возвращались к норме. Если длина волны < 250нм, то симптомы проявлялись через 9-11 часов после облучения и острота зрения была ниже нормы ∼ 24 часа после прекращения воздействия. Нарушения, вызываемые коротковолновой радиацией быстро устраняются, а длинноволновая вызывает более серьезную реакцию. Экспериментально определенный порог фотокератита для человека при λ 270 нм составляет 50 Дж/м 2 . Известно много случаев кератита роговой оболочки глаза, катаракты, обусловленных действием УФ-радиации, источниками которой были сварочная дуга, солнечный свет, отражение от снега и песка, пульсирующие ртутные лампы высокого давления

Перечисленные области воздействия не исчерпывают все возможности УФ излучения. Так, исследования последних лет показали, что УФ облучение крови приводит к фотомодификации поверхности клеток крови, их активации и освобождению из них биологически активных веществ, улучшению микроциркуляции крови. Эти эффекты положены в основу метода аутотрансфузии УФ-облученной крови (АУФОК), который имеет большие лечебные перспективы использования, в частности, при ишемической болезни сердца.

Механизм биологических реакций на УФ-воздействие сложен, многообразен, зависит от дозы, методики воздействия и складывается из целого ряда процессов. Различные аспекты биологического излучения приобретают в настоящее время особую актуальность, что связано как с опасностью начавшегося разрушения озонового слоя атмосферы, так и с большей изоляцией человека от окружающей среды.

Спектрофотометрия в уф-области

Явление ультрафиолетовой
спектроскопии было открыто Г. Стоксом
и У. Миллером в 1852 г. Официнальным
(фармакопейным), метод стал с 1968 г., он
включен также во все современные
фармакопеи.

Ультрафиолетовая
часть спектра простирается от 1 до 400
нм. Однако для получения области спектра
от 1 до 190-200 нм необходимо использовать
вакуумированные устройства, так как в
этой области поглощают компоненты
воздуха – кислород и азот. Поэтому эта
область электромагнитного излучения
называется “областью
вакуумного ультрафиолетового излучения”
или “дальней
ультрафиолетовой областью”.
Под термином “ультрафиолетовые
лучи” или
просто “ультрафиолет”
обычно понимают излучение с длиной
волны от 200-400 нм или 200-380 нм. Более
правильное название этой части спектра
— ближняя*
ультрафиолетовая область, именно
она является рабочей в современных
приборах – спектрофотометрах, позволяющих
проводить исследование растворов в
УФ-области.

В качестве источника
УФ-излучения обычно применяется
водородная
лампа
(электрическая дуга в атмосфере водорода
при низком давлении), которая дает
практически непрерывный спектр излучения
в области 190-360 нм.

Принцип получения
УФ-спектра заключается в следующем.
Излучение от источника попадает в
монохроматор, где свет разлагается
призмой и затем с помощью щели из
светового потока выделяется узкая
область. При вращении призмы световой
поток перемещается по отношению к щели,
что позволяет получать лучи света со
строго определенной длиной волны, обычно
с точностью ±0,5 нм. Монохроматическое
излучение проходит через кварцевую
кювету, содержащую раствор исследуемого
вещества в прозрачном для УФ-области
растворителей. При этом часть световой
энергии избирательно поглощается этим
веществом, а часть проходит через
анализируемый раствор. Интенсивность
прошедшего через кювету с раствором
светового потока измеряется с помощью
фотоэлемента, величина тока которого
пропорциональна интенсивности падающего
на него света. Ток усиливается и
регистрируется потенциометром,
одновременно такое же измерение проводят
с раствором сравнения (рис. 4).

В современных
регистрирующих приборах световой поток
делится на два одинаковых пучка, один
из которых проходит через исследуемый
раствор, а другой – через растворитель,
причем как уравнение интенсивностей
прошедших через кюветы световых потоков,
так и непрерывно изменение длин волн
производится автоматически.

Теоретические
положения, характеры спектров в
УФ-области, принцип их получения, стадии
анализа в УФ-спектрофотометрии сходны
с таковыми в видимой области и описаны
в предыдущем разделе. УФ-спектры могут
быть нарисованы “от руки” по полученным
значениям оптической плотности при
разных длинах волн, либо на регистрирующих
приборах записаны автоматичеси
самописцем.

Как и в случае спектра
в видимой области в УФ-спектре в
зависимости от природы вещества и
растворителя может наблюдаться один
или несколько максимумов поглощения,
каждый из которых соответствует
различным типам электронных переходов.
Как ранее было сказано, электронные
переходы (из основного состояния в
возбужденное) возникают вследствие
поглощения электромагнитного излдучения.

Природа основных и
возбужденных электронных состояний
различных химических соединений различна
и специфична для этих соединений, поэтому
разные химические соединения в общем
случае поглощают свет при разных длинах
волн, характерных для каждого соединения.
Если соединения содержат одинаковые
структурные фрагменты – хромофоры, то
в их электронных спектрах поглощения
наблюдаются полосы, обусловленные
поглощением хромофоров и расположенные
приблизительно в одной и той же области.

Каждая полоса в
электронном спектре поглощения
характеризуется не только положением
– длиной волны максимума (λ_max)
или минимума (λ_min)
и интенсивностью – величиной оптической
плотности.

УФ-светодиоды в сельском хозяйстве

За последнее десятилетие рынок ультрафиолетовых (УФ) светодиодов увеличился в пять раз и к 2025 году, согласно прогнозам, превысит $1 млрд. Ключевой тенденцией, которая, как ожидается, будет влиять на рынок, является возникновение новых областей применения таких устройств, например сельское хозяйство. Ультрафиолетовый свет, при подходящей частоте и дозе, может увеличить производство активных веществ в лекарственных растениях и традиционных культурах и способствовать поддержанию здоровой среды для роста растений. Но для того, чтобы воспользоваться преимуществами УФ-светодиодов в полной мере, при проектировании необходимо учитывать некоторые значимые аспекты.

Вследствие бурного роста, происходящего в тепличном и городском растениеводстве, светодиоды становятся привлекательными источниками света, прежде всего из-за их энергоэкономичности, однако достижения в области УФ-светодиодов позволяют получить дополнительные преимущества от УФ-А- и УФ-В-излучения. Доказано, что воздействие ультрафиолета приводит к увеличению активных веществ в лекарственных растениях, включая антиоксидантные свойства многочисленных растений и содержание ТГК (тетрагидроканнабинола) в конопле. Ультрафиолетовый свет также помогает поддерживать здоровую среду, подавляя плесень, ложную мучнистую росу и некоторых вредителей растений во всех случаях, когда необходима альтернатива химическим веществам из-за повышения устойчивости к фунгицидам. В то время как многие из распространенных светильников, используемых в тепличном сельском хозяйстве, имеют в спектре определенный (хотя и небольшой) уровень ультрафиолетового излучения, материалы линз блокируют большую, если не всю часть этого УФ-света. Поскольку цена УФ-светодиодов продолжает снижаться, улучшается возможность экономически эффективно включать в процесс выращивания растений целенаправленное облучение ультрафиолетом с требуемой длиной волны, правильной дозой и в соответствующий период жизненного цикла конкретных видов растений. Однако УФ-светодиоды по-прежнему необходимо применять в сочетании с подходящими линзами, которые могут пропускать УФ-излучение без риска деградации или разрушения линзы и/или самого светодиода.

Введение

История и длины волн Ультрафиолетовый (УФ) свет является основной частью электромагнитного спектра с длиной волны 10-400 нм (рис. 1), невидимой для человеческого глаза, хотя некоторые области УФ-излучения воспринимаются насекомыми и птицами. Большая часть ультрафиолетового спектра, включая весь экстремальный ультрафиолетовый (10-100 нм) и большую часть спектра с длиной волны менее 280 нм, поглощается атмосферой.

Рис. 1 Шкала видимого и ультрафиолетового излучения с диапазонами УФ-излучения

ем не менее по-прежнему важно понимать преимущества каждой области УФ-спектра, учитывая нашу способность искусственно воспроизводить эти длины волн.

Классификация УФ-спектра, использование и преимущества

•УФ-С (200-280 нм) — почти полностью поглощается земной атмосферой, обычно применяется для обеззараживания;

•УФ-В (280-320 нм) — приблизительно 95% УФ-В поглощается земной атмосферой. Широко известен в связи с повышенным риском развития рака кожи, однако также было обнаружено, что он имеет противомикробное действие, включая борьбу с сельскохозяйственными инфекциями и вредителями, такими как мучнистая роса и паутинные клещи; кроме того, он инициирует ответную реакцию растений, которые увеличивают производство флавоноидов и каннабиноидов;

•УФ-А (320-400 нм) — часто называемый черным светом, УФ-А имеет самую большую длину волны в УФ-спектре и считается наименее вредным. Он наиболее известен своим применением в УФ-отверждении, обнаружении подделок и судебной экспертизе, но также применяется в сельском хозяйстве из-за его способности запускать желаемые реакции у растений.

Последние достижения

В индустрии ультрафиолетового освещения в основном преобладают источники, отличные от светодиодов, обычно это ртутные лампы. Однако в последние годы наблюдается значительный прогресс УФ-светодиодов не только благодаря достижениям в производстве твердотельных УФ-устройств, но и в результате повышенного внимания к поиску более экологически чистых и энергосберегающих способов получения УФ-излучения.

Однако только недавно светодиоды смогли покрыть все диапазоны ультрафиолетового излучения. Светодиоды, излучающие ультрафиолет в верхней части диапазона УФ-А (390-420 нм), доступны с конца 1990-х годов, они, как правило, используются для обнаружения фальшивых купюр, проверки водительских прав и документов, а также в судебной экспертизе. Фактически на большой части рынка УФ-светодиодов преобладают такие применения, как отверждение красок, покрытий или адгезивов с помощью УФ-А-излучения в диапазоне 350-390 нм.

При переходе на более короткие длины волн — UV-В и UV-C — область применения меняется на дезинфекцию продуктов питания, воздуха, воды и поверхностей. Хотя УФ-излучение имеет долгую, хорошо известную историю обеззараживающего воздействия, светодиоды в этом диапазоне стали использоваться совсем недавно (первая коммерческая система обеззараживания воды на основе УФ-С-светодиодов введена в эксплуатацию в 2012 году). Для многих отраслей промышленности, таких как очистка воды, привлекательна не только экономия энергии, которую дают светодиоды; чрезвычайно маленькие размеры светодиодов делают их очень гибкими в использовании, включая возможность создания переносных систем дезинфекции. Благодаря этим достижениям за последнее десятилетие рынок УФ-светодиодов увеличился в пять раз, и прогнозируется, что к 2025 году вырастет до $1,3 млрд. Ключевая тенденция, которая, как ожидается, будет влиять на рынок, — это способность находить новые применения, включая изделия для солнечной энергетики, пищевую промышленность и производство напитков, а также сельское хозяйство. Однако по-прежнему необходимы дополнительные улучшения (особенно в том, что касается линз для этих изделий), позволяющие гарантировать, что технология может достичь желаемых результатов в каждой отрасли экономически эффективным образом.

Преимущества ультрафиолетового излучения для сельского хозяйства

С бурным развитием, происходящим в тепличном и городском сельском хозяйстве, растет стремление продолжать совершенствовать процесс выращивания растений экономически эффективным способом, который по-прежнему будет давать положительные результаты. Значительная часть существующих исследований по использованию светодиодов в сельском хозяйстве сосредоточена на длинах волн видимого света и спектра, который необходим растениям для различных процессов. В ходе масштабных исследований «NASA определило, что светодиодные светильники являются лучшими источниками света для выращивания растений как на Земле, так и в космосе». Фактически выполнена большая работа по изучению того, как различные длины волн влияют на рост растений. Эта информация позволит обеспечить дальнейшее развитие освещения со специализированным спектром, которое дает более высокие результаты в выращивании растений при меньших затратах энергии. Например, было определено, что красный свет (630-660 нм) необходим для роста стебля и увеличения размера листьев. Эта же длина волны регулирует периоды цветения и покоя.

В то время как первые светодиоды были далеки от того, чтобы удовлетворять потребности и растений, и самих растениеводов, самые современные светодиоды стали основой практичных решений для выращивания в помещениях, обеспечивая значительную экономию средств (при условии использования линз из правильного материала), особенно по сравнению с традиционными системами освещения, такими как натриевые газоразрядные лампы высокого давления (НЛВД).

Одновременно непрерывное улучшение УФ-светодиодов позволяет получать преимущества, которые дает ультрафиолетовый свет, особенно УФ-А и УФ-В, в процессе выращивания растений в помещении (рис. 2). Исследователи обнаружили, что в отсутствие ультрафиолетового света у некоторых видов растений могут «развиваться наросты на листьях и наблюдаться деформация тканей». Например, обычное стекло блокирует более 90% УФ-В излучения, поэтому выращивание растений в теплицах или других подобных средах без дополнительного освещения может иметь неблагоприятные последствия.

Рис. 2 УФ-излучение может увеличить количество активных веществ в лекарственных растениях, например повысить антиоксидантные свойства розмарина или уровень ТГК в конопле

Было также показано, что воздействие ультрафиолетового света приводит к увеличению производства активных веществ в лекарственных растениях, в частности к повышению антиоксидантных свойств многих растений или уровня ТГК в конопле. В растениях протекают химические процессы, при этом разные длины волн света вызывают определенные реакции, включая реакции на УФ-излучение, которые могут приводить к изменению формы растения и его химического состава. Однако, чтобы действительно понять все последствия, включая лучшие методы внедрения, эта область фотоники по-прежнему нуждается в проведении огромного объема исследований.

Одной из наиболее распространенных реакций растений на УФ-излучение является синтез и накопление УФ- поглощающих соединений. Эти соединения, в том числе фенольные вещества, действуют как солнцезащитный крем для растений, предотвращая повреждение из-за чрезмерного воздействия УФ- излучения. Однако фенольные соединения не только защищают растения, они полезны для здоровья человека, включая антиоксидантные свойства и профилактику различных хронических заболеваний,таких как некоторые виды рака и сердечно-сосудистые заболевания. Изучается воздействие ресвератрола, найденного в винограде и красном вине, на здоровье сердца, иммунную систему и даже функции мозга. Исследование розмарина показало, что общее содержание в нем фенольных соединений приблизительно удваивается при выращивании с использованием УФ-В-излучения. Аналогично увеличилось содержание эфирных масел при таком выращивании Mentha spicata (мяты).

Другой вид растений, известный увеличением лекарственных соединений под УФ-излучением, это конопля посевная. Исследования показали, что более высокие уровни каннабиноидов обнаружены у растений на самых низких экваториальных широтах и на больших высотах (на 32% больше на высоте 3350 м, чем на 1500 м). Было установлено, что эти регионы имеют более высокие уровни УФ-В. Последующие исследования показали, что облучение растений УФ-В повышает на 48% в тканях листьев и 32% в цветах уровень Д9-тетрагидроканнабинола (А9-ТГК), который имеет широкое лекарственное применение.

Ультрафиолетовый свет также помогает поддерживать здоровую среду, подавляя плесень, ложную мучнистую росу и некоторых вредителей растений во всех случаях, когда необходима альтернатива химическим веществам из-за повышения устойчивости к фунгицидам. УФ-поглощающие соединения, производимые растениями для их защиты от слишком большого количества УФ- излучения, также могут помочь в защите растений от инфекций, травм и некоторых вредителей. Эти соединения как будто изменяют «привлекательность» растений для вредителей.

Одной из основных угроз для производителей, выращивающих растения в помещениях, является мучнистая роса. Было доказано, что УФ-излучение значительно уменьшает поражение растений мучнистой росой, начиная от винограда, роз, огурцов, розмарина и заканчивая клубникой. Исследователи успешно уменьшили тяжесть поражения мучнистой росой на 90-99%, используя подходящие дозы УФ-В- излучения.

УФ-В-излучение доказало свою эффективность и для сокращения выживаемости и количества яиц паутинных клещей — вредителей, которые, как известно, разрушают целые посевы. В исследовании Ohtsuka и Osakabe менее 6% подвергшихся воздействию доз УФ-В личинок выжили на второй день, а на третий день эксперимента погибли все личинки.

Третьей серьезной угрозой является Botrytis cinerea, тип серой плесени, часто называемой серой гнилью, которая может поражать 200 различных видов, как правило, это фрукты или цветы, включая клубнику, виноград и коноплю. Этот вредитель заносится, как правило, с улицы, в помещение для выращивания растений он попадает по воздуху или на обуви и одежде. Борьба с этим вредителем может включать использование системы дезинфекции воздуха и/или дезинфекции пола. Исследования показали, что очищение от спор Botrytis cinerea наиболее эффективно происходит с помощью облучения УФ-С. Mercier и соавторы (2001) с дозами УФ-С 440-2200 Дж/м2 достигли уровня дезинфекции более 90 %.

За последние несколько десятилетий значительно увеличился объем данных, подтверждающих пользу УФ-излучения для защиты сельскохозяйственных культур от плесени, ложной мучнистой росы и других вредителей растений, а также способность повышать лекарственные свойства растений (рис. 3). Однако по-прежнему существуют серьезные проблемы с тем, как успешно внедрить УФ-излучение в помещения для выращивания растений.

Рис. 3 Мучнистая роса и клещи представляют серьезную угрозу для многих культур но их количество может быть существенно уменьшено с помощью УФ-излучения

Соображения по интеграции УФ в освещение для теплиц

Ультрафиолетовая светодиодная система должна учитывать специфические требования к дозе ультрафиолетового излучения, необходимой длине волны и размещению источника излучения относительно растений. Также следует помнить об отведении тепла, конструкции оптики, источнике питания и драйвере и, самое главное, о материале линзы.

Определение необходимой дозы и длины волны

При выращивании растений в помещениях важно определить спектр, который наилучшим образом отвечает потребностям растений, поскольку потребность в разных длинах волн зависит от того, на какой стадии роста находятся растения и какого они вида. Например, в видимом спектре небольшой процент зеленого света (до 24% для некоторых видов) может быть полезен для стимуляции роста растений, но исследования показали, что он видоспецифичен и доле свыше 50% может вызывать пагубные последствия. То же самое верно и при включении УФ-излучения в сельскохозяйственное освещение — надо четко понимать, в чем именно нуждаются растения.

В некоторых случаях может потребоваться интеграция источника УФ-излучения в первичный источник освещения. Например, ресвератрол, лекарственное вещество, производимое растениями в ответ на стресс, получается в ходе химической реакции, которая требует УФ-А- излучения с длиной волны ниже 360 нм. Производители, заинтересованные в повышении уровня специфических флавоноидов или каннабиноидов, скорее всего, захотят использовать УФ-А, УФ-В или их комбинацию для достижения необходимого эффекта.

Если производитель заинтересован в предотвращении заражения конкретными вредителями растений, таких как мучнистая роса и паутинные клещи, в борьбе с ними решающее значение может иметь дополнительное облучение конкретными дозами УФ-В-излучения. Для лечения Botrytis cinerea ультрафиолетовое излучение можно интегрировать в системы, предназначенные для дезинфекции воздуха помещений, или использовать в качестве отдельного дополнительного облучения, применяемого в рамках регулярных циклов лечения растений дозами УФ-С. Принимая во внимание различные потребности и применения УФ-излучения в сельском хозяйстве, важно сотрудничать с компаниями — изготовителями облучающих устройств, которые понимают тонкости применения УФ-излучения как для увеличения роста растений, так и для дезинфекции и борьбы с вредителями.

Измерение светового потока

Независимо от того, оцениваете ли вы светильник или отдельные светодиодные компоненты, общая методология включает сравнение значений потока излучения, указываемых различными производителями. Однако следует проявлять особую осторожность и убедиться, что вы действительно сравниваете одно и то же измерение по различным параметрам, и имейте в виду, что многие компании недостаточно раскрывают параметры испытаний, включая наиболее важный фактор, называемый расстоянием. Не контролируя различия в этих параметрах, сравнивать числа бессмысленно.

Кроме того, многие из датчиков, представленных на рынке, предназначены только для измерения конкретных частей электромагнитного спектра и могут не правильно измерять отдельные части спектра, нередко включающие дальнюю красную часть видимого спектра и дальнюю УФ-часть невидимого спектра. Так, при оценке параметров освещения с помощью плотности фотосинтетического фотонного потока (PPFD) важно понимать, что датчик будет давать результат, пропорциональный числу фотонов, без учета того, что фотоны разных длин волн несут разную энергию. Разные длины волн имеют неодинаковую ценность и привлекательность для выращивания растений, при этом часть спектра может оказаться за границами диапазона чувствительности фотометра.

Энергия каждого фотона обратно пропорциональна длине его волны. Чем короче длина волны, тем более энергетичным является фотон, чем длиннее длина волны, тем менее энергетичен фотон. Поэтому красный свет несет меньше энергии, чем желтый или зеленый, хотя и является более желательным для растений с точки зрения фотосинтеза и других химических процессов, происходящих в растении. Другими словами, светильники, излучающие много желтого и зеленого света, могут давать более высокие значения PPFD, но при этом они не могут производить свет, необходимый растениям.

Если оценивать только параметры УФ-освещения, следует отметить, что, хотя существует широкий спектр УФ- радиометров, предназначенных для измерения УФ-излучения, создаваемого традиционными широкополосными ртутными газоразрядными лампами, которые в первую очередь генерируют УФ-С, эти радиометры не смогут должным образом измерить УФ-излучение, создаваемое УФ-светодиодами, особенно если конструкция светильника предполагает несколько полос ультрафиолетового излучения, не совпадающих с целевым спектром используемого датчика. Многие производители УФ-светодиодных чипов будут измерять поток УФ-излучения светодиодов в интегрирующей сфере, также известной как сфера Ульбрихта, однако это измерение не даст ответа на вопрос, что на самом деле будут испытывать растения.

Влияние линз

При выборе светодиодного освещения для растений очень важно помнить, что, хотя растения не могут получить слишком много света, они, безусловно, могут получить слишком много тепла. В то время как светодиоды более эффективны, чем ртутные лампы, исследования показывают, что УФ-светодиоды преобразуют только 15-25 % входной мощности в излучение. Оставшаяся часть мощности превращается в тепло, поэтому отведение тепла должно стать существенным элементом системы.

Кроме того, когда светильники испускают излучение с длинами волн в областях спектра, не требуемых растениями, фотоны, не поглощенные растением, в конечном итоге преобразуются в тепло, нагревая окружающую среду, в результате требуются более высокие затраты на охлаждение — это и постоянное потребление электроэнергии, и расходы на инфраструктуру.

Подобно покрытиям теплиц, некоторые типы линз, такие как внешний стеклянный колпак натриевого газоразрядного светильника, фактически блокируют большую часть ультрафиолетового излучения, переводя его в тепло.

Другим важным фактором при использовании ультрафиолетовых или даже синих светодиодов является то, что с течением времени большинство материалов линз подвержено значительной деградации, а это приведет к снижению эффективности и даже может стать причиной поглощения существенного количества тепла и в конечном итоге способно уничтожить сам светодиод (рис. 4).Однако новые достижения, в частности запатентованная технология компании Violet Gro, позволяют сочетать источник ультрафиолетового излучения с особым классом прозрачного для ультрафиолета материала линз, не подверженного указанным негативным эффектам. Эта уникальная линза, имеющая непосредственный контакт с УФ-светодиодами, позволяет выводить больше ультрафиолетового излучения и направлять его на освещаемые объекты, увеличивая эффективность и уменьшая тепловую мощность. Это выгодно как для срока службы светодиодов, так и для значительного снижения требований к охлаждению в помещении для выращивания растений.

Рис. 4 Пример светодиодов, разрушенных из-за избыточного тепла внутри линзы

Что дальше

Поскольку стоимость УФ-светодиодов продолжает снижаться, резко возрастает возможность эффективно включать УФ-излучение в процесс выращивания растений с учетом выбора правильных длин волн, дозировки и нужного времени жизненного цикла конкретных видов растений. Это позволит провести дальнейшие исследования и разработку УФ-решений, в том числе определение оптимальных комбинаций ультрафиолетовых длин волн и доз для достижения желаемых эффектов для конкретных видов растений.

Независимо от желаемых результатов — роста растений или борьбы с вредителями — для эффективности и долговечности светильников УФ- светодиоды по-прежнему необходимо сочетать с соответствующей пропускающей ультрафиолет линзой, которая позволяет передавать УФ-излучение без риска деградации или разрушения линзы и самого светодиода.

Источник:
Журнал «Полупроводниковая светотехника»

Ультрафиолетовые волны

Ультрафиолетовый (УФ) свет имеет более короткие длины волн, чем
видимый свет. Хотя эти волны невидимы для человеческого глаза,
некоторые насекомые, например шмели, могут их видеть! (Изображение шмеля
любезно предоставлено Марком Кассино.)

Ученые разделили ультрафиолетовую часть спектра на три
регионы: ближний ультрафиолет, дальний ультрафиолет и крайний
ультрафиолет.Эти три региона отличаются тем, насколько энергичны
ультрафиолетовое излучение, а по «длине волны» ультрафиолетового света
что связано с энергией.

Ближний ультрафиолет, сокращенно NUV, — это свет, ближайший к
к оптическому или видимому свету. Крайний ультрафиолет, сокращенно EUV,
ультрафиолетовый свет наиболее близок к рентгеновским лучам и является самым энергичным из
три типа.
Дальний ультрафиолет, сокращенно FUV, находится между ближним
и крайние ультрафиолетовые области. Это наименее изученный из
три региона.

Наше Солнце излучает свет на всех длинах волн в электромагнитном поле.
спектра, но именно ультрафиолетовые волны ответственны за то, что
солнечные ожоги. Слева — изображение Солнца в крайнем ультрафиолете.
длина волны — 171 Ангстрем, если быть точным. (Ангстрем — это единица длины
равно 10 ^-10 метр.) Это изображение
был сделан спутником SOHO и показывает, как выглядело Солнце.
24 апреля 2000 г.

Хотя некоторые ультрафиолетовые волны от Солнца проникают в атмосферу Земли,
большинство из них заблокировано для проникновения различных газов, таких как озон.Несколько дней,
проходит больше ультрафиолетовых волн
наша атмосфера. Ученые разработали УФ-индекс, чтобы помочь людям
защитить себя от этих вредных ультрафиолетовых волн.

Как мы «видим» в ультрафиолетовом свете?

это
хорошо для людей, что мы защищены от слишком большого количества ультрафиолета
радиация, но это плохо для ученых! Астрономам приходится ставить
ультрафиолетовые телескопы на спутниках для измерения ультрафиолетового света от
звезды и галактики — и даже более близкие объекты, такие как Солнце!

Есть много разных спутников, которые помогают нам изучать ультрафиолет.
астрономия.Многие из них обнаруживают только небольшую часть
УФ-излучения.
Например, космический телескоп им. Хаббла наблюдает звезды и галактики в основном вблизи
ультрафиолетовое излучение.
Спутник НАСА Extreme Ultraviolet Explorer в настоящее время
исследуя крайнюю ультрафиолетовую вселенную. Международный
Спутник Ultraviolet Explorer (IUE) наблюдал
в дальнем и ближнем ультрафиолете более 17 лет.

Что нам показывает ультрафиолетовый свет?

Мы можем изучать звезды и галактики, изучая излучаемый ими ультрафиолетовый свет, но знаете ли вы, что мы можем даже изучать Землю?
Ниже необычный снимок — это снимок Земли, сделанный с лунного
обсерватория! На этом изображении в искусственных цветах показано, как
Земля светится в ультрафиолетовом (УФ) свете.

Камера / спектрограф в дальнем УФ-диапазоне
Эту фотографию сделал экипаж Аполлона-16, развернутый и оставленный на Луне.
Та часть Земли, которая обращена к Солнцу, отражает много ультрафиолетового света.
Еще интереснее сторона, обращенная от Солнца.
Здесь также видны полосы УФ-излучения. Эти полосы — результат
полярных сияний, вызванных заряженными частицами, испускаемыми Солнцем.
Они движутся к Земле по спирали вдоль силовых линий магнитного поля Земли.

Многие ученые заинтересованы в изучении невидимой вселенной
ультрафиолетовый свет, так как самые горячие и активные объекты в
космос испускает большое количество ультрафиолетовой энергии.

На изображении ниже показаны три разные галактики, сделанные в видимом диапазоне.
свет (три нижних изображения) и ультрафиолетовый свет (верхние
row), сделанное телескопом НАСА для получения ультрафиолетовых изображений (UIT) на
Миссия Астро-2.

Разница в том, как появляются галактики, составляет
из-за чего звезды светят ярче всего в оптическом и ультрафиолетовом
длины волн. Фотографии галактик, подобных приведенным ниже
показать в основном облака газа, содержащие недавно сформированные звезды
во много раз массивнее Солнца, которое сильно светится в ультрафиолете.Напротив, изображения галактик в видимом свете показывают в основном
желтый и красный свет старых звезд. Сравнивая эти
типы данных, астрономы могут
узнать о структуре и эволюции галактик.

[СЛЕДУЮЩАЯ БОЛЬШАЯ ДЛИНА ВОЛНЫ]
[СЛЕДУЮЩАЯ УКРАШЕННАЯ ДЛИНА ВОЛНЫ]

ВОЗВРАЩЕНИЕ К ЭЛЕКТРОМАГНИТНОМУ СПЕКТРУ

Ультрафиолетовые спектры — обзор

6 Химия комет

Общий химический состав комет кажется довольно однородным.Исключения из этого общего утверждения обсуждаются позже. В ультрафиолетовых спектрах комет (см. Рис. 30.22) преобладают линия водорода (H) Lyman- α при 121,6 нм и полосы гидроксила (OH) при 309,0 нм. Это, безусловно, согласуется с выводом о том, что ядро состоит примерно из 80–90% водяного льда, 10% оксида углерода (CO) и многих второстепенных компонентов.

РИСУНОК 30.22. International Ultraviolet Explorer Спектр кометы Галлея. (а) Спектр 9 марта 1986 г .: очень сильная линия около 1200 Å — линия Лаймана-α нейтрального водорода.(b) Spectrum, 12 сентября 1985 г. (c) Spectrum, 11 марта 1986 г.

Предоставлено П. Д. Фельдманом, Университет Джона Хопкинса.

В таблице 30.2 перечислены виды комет, которые наблюдались спектроскопически или измерялись на месте масс-спектрометрами на космических аппаратах. Список не исчерпывающий.

Предоставление подробного объяснения численности этих видов является сложной задачей и подвержено многим процессам в коме. Но, как утверждает У. Ф. Хюбнер, ситуация понятна, если предположить процесс конденсации в первичной солнечной туманности при температуре 30 К и солнечном содержании, за исключением H и N.Обилие водорода определяется способностью химически связываться с другими видами. Солнечная система теряет многое. Некоторое количество азота также теряется; например, когда образуется N ₂, азот находится в форме, которая не является химически активной. Газовая смесь, состоящая из C, O, Mg, Si, S и Fe в солнечных количествах с пониженным количеством H и N, может конденсироваться в молекулы при 30 К. Силикаты Fe ₂ SiO ₄ и Mg ₂ SiO ₄ образованы из Fe, Mg, Si и O.Затем остаток O переходит в H ₂ O и в соединения HCO и CO. Наконец, остаток C, N и S переходит в соединения HCNS.

Результатом этой довольно простой последовательности конденсации является материал, который, будучи сформирован в твердое тело, напоминает кометы. По массе относительное содержание H ₂ O: силикаты: углеродные молекулы плюс углеводороды составляет приблизительно 1: 1: 1. Также по массе соотношение лед: пыль примерно 1: 1.

Температура 30 K, использованная в предыдущем обсуждении, является не только подходящей температурой для последовательностей конденсации, но также согласуется с прямыми определениями внутренних температур кометных ядер с использованием отношения орто- до пара -водород (OPR ).Водород в воде (и некоторых других соединениях) может иметь вращение своих ядер в одном направлении ( орто, -вода) или в противоположном направлении ( параграф -вода). OPR зависит от температуры молекул воды во время образования, а OPR может быть изменен только с помощью химических реакций. Таким образом, лед может сублимироваться в подповерхностных слоях кометы и течь через кору в кому, сохраняя свой первоначальный OPR.

Инфракрасные измерения OPR для комет Галлея, Хейла – Боппа и LINEAR согласуются с внутренней температурой около 30 К.Эти результаты важны при обсуждении сценариев формирования. Для существования S ₂ в кометах может потребоваться такая низкая температура формации, как 15 К. Хотя точная температура остается неуверенной, требуются низкие температуры.

Монументальное исследование с использованием узкополосной фотометрии, дающее важные результаты для химического состава комет, было проведено астрономом М. Ф. А’Хирном. Стандартные методы использовались для характеристики 85 комет с фильтрами, которые перекрывали полосы излучения CN, C ₂, C ₃, OH и NH, а также отдельные области континуума.Как и в случае с ультрафиолетовыми результатами, описанными ранее, композиции на удивление однородны. За исключением каких-либо необычных событий, комета производит газ и пыль с орбиты на орбиту (и положение на орбите) по существу одинаково. Это подразумевает в основном однородный интерьер. Когда выборка комет была разделена на старые и новые кометы на основе их орбитальных свойств, различий в составе не было обнаружено.

Большинство доказательств предполагает химическую однородность комет.Тем не менее, были исключения из сходства композиций. Класс комет показывает обеднение в молекулах углеродной цепи C ₂ и C ₃ относительно CN. Комета Джакобини – Зиннера является прототипом этого класса. Почти все члены этого класса являются JFC, но не все JFC являются членами этого класса. Кроме того, могут быть некоторые различия в отношениях дейтерия к водороду, определенных для комет.

Ультрафиолетовая и видимая спектроскопия — Chemistry LibreTexts

В то время как взаимодействие с инфракрасным светом вызывает колебательные переходы молекул, более короткая длина волны, излучение более высокой энергии в УФ (200-400 нм) и видимом (400-700 нм) диапазонах Электромагнитный спектр заставляет многие органические молекулы претерпевать электронных переходов .Это означает, что когда энергия УФ или видимого света поглощается молекулой, один из ее электронов перескакивает с более низкой энергии на молекулярную орбиталь с более высокой энергией.

Электронные переходы

Давайте рассмотрим в качестве первого примера простой случай молекулярного водорода, H ₂. Как вы, возможно, помните из раздела 2.1A, картина молекулярных орбиталей для молекулы водорода состоит из одной связывающей σ MO и разрыхляющей σ * MO с более высокой энергией. Когда молекула находится в основном состоянии, оба электрона спарены на связывающей орбитали с более низкой энергией — это самая высокая занятая молекулярная орбиталь (HOMO).Антисвязывающая σ * -орбиталь, в свою очередь, является самой низкой незанятой молекулярной орбиталью (НСМО).

Если на молекулу воздействовать светом с длиной волны, равной Δ E, энергетической щели HOMO-LUMO, эта длина волны будет поглощена, и энергия будет использоваться для переноса одного из электронов из HOMO в НСМО — иными словами, от орбитали σ к орбитали σ *. Это называется переходом σ — σ * . Δ E для этого электронного перехода составляет 258 ккал / моль, что соответствует свету с длиной волны 111 нм.

Когда молекула с двойной связью, такая как этен (обычное название этилен), поглощает свет, она претерпевает переход π — π *. Поскольку π- π * энергетические щели уже, чем σ — σ * щели, этен поглощает свет с длиной волны 165 нм — более длинной волны, чем молекулярный водород.

Электронные переходы как молекулярного водорода, так и этена слишком энергичны, чтобы их можно было точно зарегистрировать стандартными УФ-спектрофотометрами, которые обычно имеют диапазон 220-700 нм.УФ-видимая спектроскопия становится полезной для большинства химиков-органиков и биологов при изучении молекул с сопряженными пи-системами. В этих группах энергетическая щель для π -π * переходов меньше, чем для изолированных двойных связей, и, таким образом, длина поглощаемой волны больше. Молекулы или части молекул, которые сильно поглощают свет в УФ-видимой области, называются хромофорами .

Давайте вернемся к МО-картине 1,3-бутадиена, простейшей сопряженной системы. Напомним, что мы можем нарисовать диаграмму, показывающую четыре МО Пи, которые возникают в результате объединения четырех атомных орбиталей 2p _z.Две нижние орбитали связывают, а две верхние — разрыхляют.

Сравнивая это изображение МО с изображением этена, нашего примера изолированной пи-связи, мы видим, что запрещенная зона ВЗМО-НСМО действительно меньше для сопряженной системы. 1,3-бутадиен поглощает УФ-свет с длиной волны 217 нм.

По мере того, как сопряженные пи-системы становятся больше, энергетическая щель для перехода π — π * становится все более узкой, и длина волны поглощенного света соответственно увеличивается.Поглощение из-за перехода π — π * в 1,3,5-гексатриене, например, происходит при 258 нм, что соответствует Δ E 111 ккал / моль.

В молекулах с протяженными пи-системами энергетическая щель ВЗМО-НСМО становится настолько малой, что поглощение происходит в видимой, а не в ультрафиолетовой области электромагнитного спектра. Бета-каротин с его системой из 11 сопряженных двойных связей поглощает свет с длинами волн в синей области видимого спектра, позволяя передавать другие длины волн видимого света, в основном в красно-желтой области.Вот почему морковь оранжевого цвета.

Конъюгированная пи-система в 4-метил-3-пентен-2-оне дает сильное УФ-поглощение при 236 нм из-за перехода π — π *. Однако эта молекула также поглощает на длине волны 314 нм. Это второе поглощение связано с переходом несвязывающего (неподеленная пара) электрона на кислороде до π * разрыхляющей MO:

Это называется переходом n — π * . Несвязывающие (n) МО имеют более высокую энергию, чем самые высокие связывающие p-орбитали, поэтому запрещенная зона для перехода n — π * меньше, чем у перехода π — π *, и, таким образом, пик n — π * находится на более длинная длина волны.Как правило, переходы n — π * слабее (меньше поглощается светом), чем переходы, обусловленные переходами π — π *.

Express A = 1.0 в единицах процента пропускания (% T, единица измерения, обычно используемая в ИК-спектроскопии (а иногда и в УФ-видимой области).

Вот спектр поглощения обычного пищевого красителя Red # 3:

Здесь мы видим, что расширенная система сопряженных пи-связей заставляет молекулу поглощать свет в видимом диапазоне. Поскольку λ _max из 524 нм попадает в зеленую область спектра, соединение выглядит красным нашим глазам.

Теперь взгляните на спектр другого пищевого красителя, синего # 1:

Здесь максимальное поглощение составляет 630 нм, в оранжевом диапазоне видимого спектра, и соединение выглядит синим.

Применение УФ-спектроскопии в органической и биологической химии

УФ-видимая спектроскопия имеет множество различных приложений в органической и биологической химии. Одним из основных из этих приложений является использование закона Бера-Ламберта для определения концентрации хромофора.Скорее всего, вы уже проводили эксперимент Пива — Ламберта в предыдущей химической лаборатории. Закон — это просто приложение наблюдения, что в определенных диапазонах поглощение хромофора на данной длине волны изменяется линейно с его концентрацией: чем выше концентрация молекулы, тем больше ее поглощение. Если мы разделим наблюдаемое значение A при λ _max на концентрацию образца ( c , в моль / л), мы получим молярную поглощающую способность или коэффициент экстинкции ( ε ), что является характеристическим значением для данного соединения.

ε = A / c

Поглощение, конечно, также будет зависеть от длины пути — другими словами, от расстояния, которое луч света проходит через образец. В большинстве случаев держатели образцов сконструированы так, что длина пути равна 1 см, поэтому единицы молярной поглощающей способности — моль * л ^-1 см ^-1. Если мы найдем значение e для нашего соединения при λ _max и измерим оптическую плотность на этой длине волны, мы сможем легко вычислить концентрацию в нашем образце.Например, для NAD ⁺ литературное значение ε при 260 нм составляет 18000 моль * л ^-1 см ^-1. В нашем спектре NAD ⁺ мы наблюдали A ₂₆₀ = 1.0, поэтому, используя уравнение 4.4 и решая для концентрации, мы находим, что наш образец имеет размер 5,6 x 10 ^-5 M.

Литературное значение ε для 1,3 -пентадиен в гексане составляет 26000 моль * л ^-1 см ^-1 при максимальном поглощении при 224 нм. Вы готовите образец и берете УФ-спектр, обнаруживая, что A ₂₂₄ = 0.850. Какая концентрация в вашем образце?

Основания ДНК и РНК являются хорошими хромофорами:

Биохимики и молекулярные биологи часто определяют концентрацию образца ДНК, принимая среднее значение ε = 0,020 нг. его λ _max 260 нм (обратите внимание, что концентрация в этом приложении выражается в массе / объеме, а не молярности: нг / мл часто является удобной единицей измерения концентрации ДНК при проведении молекулярной биологии).

50 мл водного образца двухцепочечной ДНК растворяют в 950 мл воды. Этот разбавленный раствор имеет максимальное поглощение 0,326 при 260 нм. Какова концентрация исходного (более концентрированного) образца ДНК, выраженная в мг / мл?

Шаблон: ExampleEnd

Поскольку коэффициент экстинкции двухцепочечной ДНК немного ниже, чем у одноцепочечной ДНК, мы можем использовать УФ-спектроскопию для мониторинга процесса, известного как плавление ДНК. Если короткий участок двухцепочечной ДНК постепенно нагревается, он начнет « плавиться » или распадаться на части при повышении температуры (вспомните, что две цепи ДНК удерживаются вместе определенным паттерном водородных связей, образованных « основанием »). -паривание ‘).

По мере плавления значение поглощения для образца увеличивается, в конечном итоге достигая высокого плато, когда вся двухцепочечная ДНК распадается на части или «плавится». Средняя точка этого процесса, называемая «температурой плавления», дает хорошее представление о том, насколько плотно две цепи ДНК способны связываться друг с другом.

Белки поглощают свет в УФ-диапазоне из-за присутствия ароматических аминокислот триптофана, фенилаланина и тирозина, которые являются хромофорами.

Биохимики часто используют УФ-спектроскопию для изучения конформационных изменений белков — того, как они меняют форму в ответ на различные условия. Когда белок претерпевает конформационный сдвиг (например, частичное разворачивание), результирующее изменение окружающей среды вокруг хромофора ароматической аминокислоты может вызвать изменение его УФ-спектра.

Спектрофотометры UV-Vis Часто задаваемые вопросы

Что такое свет?

Хотя обычно говорят, что свет является волной, в отличие от волн, возникающих на поверхности воды, для него не требуется среда.Как показано здесь, свет состоит из электрического поля и магнитного поля, которые пересекаются друг с другом под прямым углом при движении в вакууме. Расстояние между последовательными пиками электрического или магнитного поля и есть длина волны.

Почему важна длина волны света?

Чтобы ответить на этот вопрос, нам нужно знать некоторые важные характеристики света в целом. Любая волна — это, по сути, просто способ перемещения энергии из одного места в другое, будь то довольно очевидная передача энергии в волнах на море или в гораздо более трудных для представления волнах в свете.В случае волн на воде энергия передается за счет массового движения молекул воды; однако конкретная молекула воды не проходит через Атлантику или даже через пруд. В зависимости от глубины воды волны следуют примерно по круговой траектории от точки происхождения. По мере того, как они продвигаются к вершине круга, волна переходит в гребень; когда они снова спускаются, вы получаете желоб. Энергия передается относительно небольшими локальными движениями в окружающей среде.С волнами на воде довольно легко нарисовать диаграммы, чтобы показать, как это происходит с реальными молекулами. Со светом сложнее. Энергия света распространяется из-за локальных флуктуирующих изменений электрических и магнитных полей; отсюда «электромагнитное» излучение. (Вверху слева)

Если вы нарисуете луч света в форме волны, не слишком заботясь о том, что именно вызывает волну, расстояние между двумя гребнями называется длиной волны света. Это также может быть расстояние между двумя впадинами или двумя другими одинаковыми позициями на волне.Вы должны представить себе эти гребни волн движущимися слева направо. Если вы посчитали количество гребней, проходящих через определенную точку в секунду, у вас есть частота света. Он измеряется в том, что раньше называлось «циклами в секунду», но теперь называется герцами, Гц. Циклы в секунду и Герц означают одно и то же. Свет проходит через данное вещество с постоянной скоростью. Например, он всегда движется со скоростью примерно 3 x 108 метров в секунду в вакууме. На самом деле это скорость, с которой распространяется все электромагнитное излучение, а не только видимый свет.Существует простая связь между длиной волны и частотой определенного цвета света и скоростью света. (Внизу слева)

Это соотношение означает, что если вы увеличиваете частоту, вы должны уменьшать длину волны, и, конечно же, верно обратное. Если длина волны больше, частота ниже. Очень важно, чтобы вы чувствовали себя комфортно с соотношением частоты и длины волны. С каждой конкретной частотой света связана определенная энергия.Чем выше частота, тем выше энергия света. Свет с длинами волн от 380 до 435 нм рассматривается как последовательность фиолетовых цветов. Различные красные цвета имеют длину волны от 625 до 740 нм. У кого самая высокая энергия? Свет с наивысшей энергией будет светом с самой высокой частотой, то есть светом с наименьшей длиной волны. (Справа)

Как классифицируются световые волны различной длины?

Свет состоит из определенных типов электромагнитных волн.Электромагнитные волны имеют разные названия в соответствии с их длиной волны, как показано здесь, «свет» обычно относится к электромагнитным волнам в диапазоне, охватывающем инфракрасное и ультрафиолетовое излучение, но в некоторых случаях это относится только к видимому свету. Свет с длинами волн в диапазоне приблизительно от 400 до 800 нм называется «видимым светом» и представляет собой свет, который мы, люди, можем видеть невооруженным глазом. Например, свет с длиной волны 470 нм — синий, свет с длиной волны 540 нм — зеленый, а свет с длиной волны 650 нм — красный.Видимый свет можно охарактеризовать как вид света, с которым мы, люди, знакомы из-за нашей способности его видеть.

Какие области длин волн света используются?

В УФ / видимой / ближней ИК-спектроскопии используются ультрафиолет (от 170 до 380 нм), видимый (от 380 до 780 нм) и ближний инфракрасный (от 780 до 3300 нм). Нанометр (нм) равен 10 ^-9 метр. Большинство спектрофотометров сконфигурированы либо как инструменты УФ / видимого диапазона, которые покрывают диапазон длин волн от 190 до 900 нм (или 1100 нм), либо как инструменты УФ / видимого света / ближнего ИК-диапазона, которые покрывают диапазон длин волн от 175 до 3300 нм.

Люди хорошо знакомы с областью видимого света, так как это длины волн, которые может видеть человеческий глаз. На диаграмме «Видимый спектр» выше показано приближение к спектру видимого света. Порядок цветов в видимой области легко запомнить с помощью мнемоники Roy G Biv. Итак, от длинных волн к коротким — красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий, индиго, фиолетовый. Теперь мы должны поместить область видимого света в остальную часть электромагнитного спектра.Этот электромагнитный спектр не ограничивается цветами, которые вы видите. Вполне возможно, что длина волны будет короче фиолетового или длиннее красного. На приведенном выше рисунке показаны крайние значения ультрафиолета и инфракрасного излучения, но их можно распространить еще дальше на рентгеновские лучи и радиоволны, среди прочего. На диаграмме выше показано примерное положение некоторых из них на спектре.

Не беспокойтесь о точных границах между различными видами электромагнитного излучения, потому что границ нет.Как и в случае с видимым светом, один вид излучения переходит в другой. Просто помните об общей закономерности. Также имейте в виду, что энергия, связанная с различными видами излучения, увеличивается по мере увеличения частоты (или уменьшения длины волны).

Как работает «абсорбционная» спектроскопия?

Рассмотрим поглощение света веществом. Это тесно связано с квантовой механикой. Решение уравнений квантовой механики, которые относятся к электронам в атоме, дает модель, подобную показанной здесь, в которой электроны имеют дискретные энергетические состояния.E0 называется «основным состоянием», а E1, E2 и т. Д. — «возбужденными состояниями». Чтобы электрон переключился с E0 на E1, свет с энергией (E1 — E0) должен попасть на электрон. Это «поглощение» света. Электроны имеют определенные уровни энергии, а лучи ультрафиолетового и видимого света обладают способностью изменять энергетические состояния электронов.

Поскольку состояние с более высокой энергией, E1, нестабильно, электрон вскоре возвращается в основное состояние E0. Энергия, выделяемая при возвращении электрона из E1 в E0 (E1 — E0), преобразуется в тепло.Если по какой-то причине она не превращается в тепло, энергия выделяется в виде света. Явление излучения света хорошо известно как флуоресценция или фосфоресценция.

Что касается количественного измерения, выполняемого с помощью спектроскопии, следствием этого явления является то, что существует большое количество поглощения, если в растворе существует большое количество целевых молекул, и только небольшое количество поглощения, если имеется только небольшое количество молекул. целевых молекул. Определение количества и, следовательно, концентрации вещества по степени абсорбции является фундаментальным принципом количественного измерения.

Какую информацию выдает спектрофотометр?

Спектроскопия

UV / Vis обычно используется в аналитической химии для количественного определения различных аналитов, таких как ионы переходных металлов, сильно сопряженные органические соединения и некоторые биологические макромолекулы. Измерение обычно проводят в растворе. Растворы ионов переходных металлов могут быть окрашены (т. Е. Поглощать видимый свет), потому что d-электроны внутри атомов металла могут переходить из одного электронного состояния в другое.На цвет растворов ионов металлов сильно влияет присутствие других частиц, таких как определенные анионы или лиганды. Например, разбавленный раствор сульфата меди имеет светло-голубой цвет; добавление аммиака усиливает цвет и изменяет длину волны максимального поглощения (λmax). Органические соединения, особенно с высокой степенью конъюгации, также поглощают свет в УФ или видимой областях электромагнитного спектра. Растворителями для этих определений часто являются вода для водорастворимых соединений или этанол для органических растворимых соединений.Некоторые органические растворители могут иметь значительное УФ-поглощение; не все растворители подходят для использования в УФ-спектроскопии. Этанол очень слабо поглощает в более низких длинах волн ультрафиолета. Полярность растворителя и pH могут влиять на спектр поглощения некоторых органических соединений.

Выход спектрофотометра — это спектр (обычно). Спектр (множественные спектры) — это график, на котором отображаются значения прошедшего, поглощенного или отраженного света (ось Y) в зависимости от различных значений длины волны света (ось X).

Какие существуют режимы сбора данных типичного спектрофотометра?

Существует четыре основных режима сбора данных на типичном спектрофотометре УФ / видимой / ближней ИК-области. Ниже представлено главное меню инструментов Shimadzu.

1) Режим сканирования — наиболее часто используемый режим — сканирование по длине волны. Здесь длина волны сканируется, а значение ординаты записывается для получения спектра, как показано выше. Приборы сканируют от самой длинной волны к самой короткой.Это необходимо для уменьшения воздействия на образец ультрафиолетового излучения высокой энергии, которое может вызвать фоторазложение.

2) Квантовый режим — квантование обычно выполняется на основном пике образца. Данные могут быть собраны как по высоте пика, так и по площади. Закон Бера гласит, что поглощение пробы прямо пропорционально концентрации. Сначала измеряются стандарты, которые могут состоять из одной или нескольких различных концентраций. Затем концентрации стандарта анализируются и наносятся на график с использованием статистического анализа наименьших квадратов (см. Выше).Неизвестные образцы могут быть рассчитаны с помощью уравнения подбора линии. Если используется только один стандарт, предполагается линейность.

3) Фотометрический режим — Иногда сканирование длины волны не требуется, но необходимо собирать данные с несколькими прерывистыми длинами волн. Фотометрический режим позволяет определять и собирать таблицу длин волн. Этот процесс обычно выполняется для экономии времени, поскольку эта функция выполняется быстрее, чем сканирование по длине волны.

4) Режим Time Drive — в этом режиме собираются данные по ординате с фиксированной длиной волны как функция времени.Часто используется для кинетического анализа для исследования изменений образцов во времени.

Как спектрофотометр измеряет образец?

Для каждой длины волны света, проходящего через спектрометр, измеряется интенсивность света, проходящего через ячейку для образца. Интенсивность света, попадающего в образец, обычно обозначается как I ₀. Интенсивность света, проходящего через кювету с образцом и выходящего с другой стороны, обычно обозначается I ₁.Если мы теперь вычислим процент отношения этих двух значений (I ₁ / I ₀) * 100, мы получим значение процента передачи (% T). Значение% T является мерой света, который проходит через образец и попадает на детектор. Если I ₁ меньше, чем I ₀, то очевидно, что образец поглотил часть падающего света. Затем на компьютере выполняется простая математическая обработка, чтобы преобразовать это в так называемую оптическую плотность образца, обозначенную символом A (иногда абс).Поглощение — это мера количества света, который исчезает (взаимодействует) с образцом. Закон Бера-Ламберта (см. Выше) — это соотношение между оптической плотностью как функцией концентрации образца c, коэффициентом экстинкции образца a, длиной пути образца L, I ₀ и I ₁ определяется по формуле:

Для большинства недорогих спектрофотометров, которые вы встретите, поглощение колеблется от 0 до 3, но оно может быть выше, чем у более дорогих приборов. UV-3600i Plus и Solid Spec 3700i могут измерять до 8, а иногда и выше.Поглощение 0 означает, что образец не поглощает свет данной длины волны. Интенсивность света, входящего и выходящего из образца, одинакова, поэтому отношение I ₁ / I ₀ равно 1, поэтому -log ₁₀ из 1 равно нулю. Поглощение, равное 1, происходит, когда было поглощено 90% света на этой длине волны, что означает, что интенсивность составляет 10% от того, что было бы в противном случае. В этом случае I ₁ / I ₀ составляет 10/100 = 0,1) и -log ₁₀ из 0.1 равно 1.

Поглощение — это логарифмическая шкала, аналогичная шкале Рихтера, используемой для землетрясений. Увеличение на 1 единицу по шкале абсорбции означает уменьшение в 10 раз по шкале% T. Другое название, которое люди обычно используют для логарифмической связи (изменение в 10 раз), — это «порядок величины». Таким образом, прибор, который может измерять до 3 единиц поглощения, имеет диапазон значений 3 порядка. Помните также, что по мере уменьшения значения% T значение оптической плотности увеличивается. Выше представлена простая таблица, которая суммирует соотношение между% T и поглощением.

Что такое «молярная поглощающая способность»?

Итак, что насчет ξ (иногда обозначаемого a) в уравнении закона Бера? ξ — молярная поглощающая способность, также известная как коэффициент экстинкции образца. Это уникальная физическая константа химического состава образца, которая связана со способностью образца поглощать свет с заданной длиной волны. Подобно длине пути (b) и концентрации образца (c), ξ также прямо пропорционален поглощению.

Для начала переставим уравнение:

А = ξbc

до

ξ = A / bc

2) Квантовый режим — квантование обычно выполняется на основном пике образца.Данные могут быть собраны как по высоте пика, так и по площади. Закон Бера гласит, что поглощение пробы прямо пропорционально концентрации. Сначала измеряются стандарты, которые могут состоять из одной или нескольких различных концентраций. Затем концентрации стандарта анализируются и наносятся на график с использованием статистического анализа наименьших квадратов (см. Выше). Неизвестные образцы могут быть рассчитаны с помощью уравнения подбора линии. Если используется только один стандарт, предполагается линейность.

На словах это соотношение может быть выражено как «ξ» — это мера количества света, поглощенного на единицу концентрации »на определенной длине волны.Молярная поглощающая способность является константой для конкретного вещества, поэтому, если концентрация раствора уменьшается вдвое, поглощение уменьшается, а это именно то, что вы ожидаете. Соединение с высокой молярной поглощающей способностью очень эффективно поглощает свет с указанной длиной волны, и, следовательно, низкие концентрации соединения с высокой молярной поглощающей способностью могут быть обнаружены при более низких концентрациях. Кроме того, значение оптической плотности при заданной длине волны можно рассчитать, если вы знаете молярную поглощающую способность, длину пути и концентрацию.

Как использовать закон Бера-Ламберта для количественного анализа?

A = -log

₁₀ (I ₁ / I ₀) = a * b * c

А = а * б * в

Давайте посмотрим на закон Бера-Ламберта и исследуем его значение. Это важно, потому что люди, использующие закон, часто его не понимают, даже если уравнение, представляющее закон, является простым. До сих пор мы рассматривали только количество света, попадающего в образец и выходящего из него.Есть три других важных фактора, связанных с образцом, которые определяют оптическую плотность.

Эти факторы:

длина пути образца (обозначена b)
концентрация образца (обозначена буквой c)
— коэффициент экстинкции выборки (обозначен a). Иногда а также называют молярной поглощающей способностью.

Коэффициент экстинкции — это физическое свойство молекулярной связи (химическая структура) исследуемого соединения.Одна и та же молекула всегда будет иметь одно и то же значение a на указанной длине волны. Например, слабо поглощающий пик (связь n-pi *) может иметь значение только 1000; тогда как сильно поглощающий пик (связь пи-пи *) может иметь значения 600 000 значений, а может находиться в диапазоне от нескольких 100 до 1 000 000. Важной особенностью значения a является то, что оно является постоянным для уникального химического состава образца и будет изменяться только при изменении химического состава.

Причина, по которой мы предпочитаем выражать закон как оптическую плотность (а не% T) с помощью этого уравнения… A = a * b * c

объясняется тем, что оптическая плотность прямо пропорциональна другим параметрам, если соблюдается закон. Вывод:

если я удваиваю длину пути образца, я удваиваю значение оптической плотности и
, если я удваиваю концентрацию образца, я удваиваю значение оптической плотности.

Концентрация и длина пути линейно пропорциональны величине оптической плотности.

В чем разница между «количеством» и «концентрацией»?

В химии очень важно понимать разницу между количеством пробы и концентрацией пробы.Количество — это количество чего-либо; концентрация — это количество чего-то в объеме чего-то другого. Итак, 10 граммов сахара — это количество, а 10 граммов сахара, растворенные в 100 миллилитрах воды, — это концентрация. В химии количества обычно выражаются в молях; тогда как концентрации используют термин молярный. Моль чего-либо — это молекулярная масса соединения, выраженная в граммах. Итак, если молекулярная масса соединения 245, то один моль этого соединения будет 245 граммов.Одномолярный раствор будет 245 граммов, растворенных в одном литре растворителя (воды).

Почему количественный анализ всегда выполняется по абсорбции, а не по% передачи?

В качестве примера предположим, что у нас есть раствор сульфата меди (который выглядит синим, потому что имеет максимум поглощения при 600 нм). Мы смотрим, как изменяется интенсивность света, когда он проходит через раствор в кювете диаметром 1 см. Мы будем смотреть на уменьшение каждые 0.2 см, как показано на схеме выше. Закон Бера гласит, что доля света, поглощаемая каждым слоем раствора, одинакова. Для нашей иллюстрации предположим, что эта доля составляет 0,5 для каждого «слоя» 0,2 см, и рассчитаем таблицу данных (вверху справа).

Эти данные можно представить в виде графика, чтобы лучше увидеть взаимосвязь. Для% T график отображает кривую (вверху слева). Однако для оптической плотности соотношение представляет собой прямую линию (внизу слева). Это принципиальное отличие от% T. Ученые любят прямые линии, а не кривые.Почему? Потому что проще математически смоделировать прямую линию, чем кривую.

Уравнение A = abc говорит нам, что поглощение зависит от общего количества поглощающего соединения на пути света через кювету (внизу справа). Если мы построим график зависимости поглощения на длине волны пика от концентрации, мы получим прямую линию, проходящую через начало координат (0,0). Линейная зависимость между концентрацией и поглощением проста и понятна, поэтому мы предпочитаем выражать закон Бера-Ламберта, используя поглощение как меру поглощения, а не% T.Отсюда ясно, что можно было бы использовать оптическую плотность в качестве шкалы для любого УФ / видимого / ближнего ИК-диапазона, включающего количественный анализ. С оптической плотностью мы можем использовать спектроскопию, чтобы измерить, сколько чего-то присутствует.

Какие типы химии может измерять спектрофотометр в УФ / видимой области?

Здесь мы рассмотрим электронные переходы УФ / видимой области спектра. Этот высокоэнергетический свет по сравнению с ближним инфракрасным светом имеет достаточно энергии, чтобы вызвать электронные переходы.Эти типы переходов перемещают электроны с низких энергетических уровней в атоме или молекуле на более высокие энергетические уровни.

Сначала мы объясним, что происходит, когда органические соединения поглощают УФ или видимый свет, и почему длина волны поглощаемого света варьируется от соединения к соединению. Проще говоря, энергия света передается электронам, участвующим в химической связи. Это заставляет электроны продвигаться (перемещаться) на более высокий энергетический уровень; тем самым поглощая световую энергию.Эти энергетические уровни связаны со связывающими и антисвязывающими орбиталями сопряженных двойных и тройных атомов углерода или кольцевых систем ароматического бензольного типа в органических молекулах. Помните, что диаграмма выше не предназначена для масштабирования, она просто показывает относительное расположение различных орбиталей. Когда свет проходит через соединение, энергия света используется для продвижения электрона от связывающей или несвязывающей орбитали с более низкой энергией на пустые антисвязывающие орбитали с более высокой энергией.Возможные скачки электронов, которые может вызвать свет, показаны на этом рисунке слайдов (вверху справа).

Длина стрелки пропорциональна количеству энергии, необходимой для перемещения электрона между уровнями энергии. Итак, если у вас есть больший энергетический скачок, вы будете поглощать свет с более высокой частотой, что равносильно утверждению, что вы будете поглощать свет с более низкой длиной волны.

Аналогия с реальным миром: Продвижение электрона на более высокий энергетический уровень подобно подбрасыванию мяча в воздух.Энергия от мышц вашей руки (свет) передается (продвижение) мячу (электрону), заставляя его подниматься против силы тяжести (основное состояние). Затем мяч достигает определенной высоты (возбужденное состояние), которая определяется количеством усилия (длиной световой волны), которое вы использовали при броске. В двух словах, это процесс поглощения света, кроме! Шар (электрон) не просто зависает на более высоких уровнях энергии, он падает обратно на уровень земли, откуда он был первоначально продвинут.То же самое происходит с продвинутым электроном при отключении световой энергии. Электрон возвращается в основное состояние. Потенциальная энергия падающего электрона выделяется в виде тепла или может повторно излучаться в виде света (флуоресценция или фосфоресценция). Этот переизлученный свет можно изучить с помощью люминесцентной спектроскопии.

Наиболее важные скачки электронных орбиталей для УФ / видимой спектроскопии:
1) От пи-связывающих орбиталей к пи-антисвязывающим орбиталям (от π к π *)
2) От несвязывающих орбиталей к пи-антисвязывающим орбиталям (от n до π *)
3) От несвязывающих орбиталей к сигма антисвязывающим орбиталям (от n до σ *)

Это означает, что для поглощения света в области от 200 до 800 нм (где измеряются спектры) молекула должна содержать либо пи-связи, двойные связи, либо ароматические кольцевые системы) или атомы с несвязывающими орбиталями.Помните, что несвязывающая орбиталь — это неподеленная электронная пара, скажем, на кислороде, азоте или галогене. Группы в молекуле, которые поглощают свет, известны как хромофоры. Помимо органических молекул, могут поглощать как отдельные неорганические атомы, так и комплексы ионов металлов. Неорганические комплексы имеют тенденцию давать более острые спектральные пики с узкой полушириной полосы. Пример неорганического соединения редкоземельного элемента, оксида гольмия, показан внизу слева.

Какая связь между спектроскопией поглощения и полиароматической кольцевой структурой?

Есть много органических соединений, которые имеют системы сопряженных двойных связей (далее именуемые «сопряженные системы»), в которых каждая другая связь является двойной связью.Эти сопряженные системы имеют большое влияние на максимальную длину волны и интенсивность поглощения.

На верхнем рисунке показаны структуры бензола, нафталина и антрацена. На нижнем рисунке показаны спектры поглощения, полученные при растворении этих соединений в этаноле и анализе полученных растворов. Концентрации были отрегулированы так, чтобы интенсивности поглощения компонентов были примерно одинаковыми. На рисунке видно, что пиковые длины волн имеют тенденцию смещаться в длинноволновую область по мере увеличения размера сопряженной системы.

Почему же тогда максимальная длина волны имеет тенденцию смещаться в длинноволновую область по мере увеличения размера сопряженной системы? Рассмотрим связь между энергией света и движением электронов.

Свет проявляет свойства как волн, так и частиц (фотонов). Энергия одного фотона выражается как hc / λ, где h — постоянная Планка, c — скорость света, а λ — длина волны. Поглощение в ультрафиолетовой и видимой областях связано с переходом электронов.«Переход» относится к переключению электрона из одного состояния движения в другое. Состояние движения π-электронов в сопряженной системе изменяется легче, чем состояние σ-электронов, образующих молекулярные каркасы. Если фотон сталкивается с π-электроном, этот π-электрон легко переходит в другое состояние движения. Это верно, даже если фотон имеет лишь небольшое количество энергии. На π-электроны в относительно больших сопряженных системах легче воздействовать фотонами низкой энергии.Переход выражает способ поглощения энергии фотонов электронами. Если фотон имеет относительно небольшое количество энергии, значение hc / λ для этого фотона относительно мало, и, следовательно, значение λ относительно велико. λ наблюдается как длина волны поглощения, и поэтому, если имеется сопряженная система, пики имеют тенденцию появляться в областях, где λ велико, то есть в длинноволновой области.

Как пи-орбитальное сопряжение влияет на длину волны пика?

В таблице приведены длины волн пиков и молярные коэффициенты поглощения различных органических соединений.Молярный коэффициент поглощения — это показатель того, насколько сильно вещество поглощает свет. Чем больше его значение, тем больше поглощение. В более крупных сопряженных системах длины волн пиков поглощения имеют тенденцию смещаться в длинноволновую область, а пики поглощения имеют тенденцию к увеличению.

Какая связь между абсорбционной спектроскопией и сигма-орбитальной связью?

На верхнем рисунке показана структура пищевых красителей New Coccine (Red No.102) и бриллиантовый синий FCF (синий № 1), а на нижнем рисунке показаны их спектры поглощения. Пищевые красители, как правило, имеют большие сопряженные системы, подобные тем, которые показаны на рисунке, и поэтому их пиковые длины волн имеют тенденцию смещаться в длинноволновую область, а пики появляются в видимой области (от 400 до 700 нм). Поэтому они признаны цветами. Между прочим, цвет, который мы видим, — это цвет, который не поглощается веществом (который называется «дополнительным цветом»). Как показано на рисунке, New Coccine поглощает синий и зеленый свет в диапазоне от 450 до 550 нм, поэтому человеческий глаз видит дополнительный красный цвет.Brilliant Blue FCF поглощает желтый свет в диапазоне от 560 до 650 нм, поэтому синий виден человеческим глазом.

Какое влияние оказывают функциональные группы?

На пики поглощения также влияют функциональные группы. На верхнем рисунке показаны спектры поглощения бензола, фенола, который состоит из гидроксильной группы, связанной с бензольным кольцом, и п-нитрофенола, который состоит из гидроксильной группы и нитрогруппы, связанной с бензольным кольцом.Функциональные группы влияют на сопряженные системы, вызывая появление пиков поглощения на более длинных волнах, чем длина волны пика бензола, хотя они не выходят за пределы 400 нм и попадают в видимую область. Таким образом, на цвет органических соединений сильнее влияет размер конъюгированной системы.

Имеет ли значение размер молекулы, если это не пи-электроны?

На рисунках показаны спектры поглощения преднизолона, который используется в качестве фармацевтического средства, и бензола.Хотя преднизолон имеет большой молекулярный каркас, его сопряженная система мала, поэтому длины волн его пиков не сильно смещены в длинноволновую область, а его пики появляются примерно в том же положении, что и пики бензола.

Электронная теория химии в ближней инфракрасной области (БИК)?

Как видно из рисунка вверху, как средняя, так и ближняя инфракрасная области спектра имеют более длинные волны (более низкую энергию), чем УФ / видимый свет.Эта энергия настолько ниже, что от нее не возникает промотирования электронов. Но пока электроны не продвигаются, химические связи могут быть затронуты.

Энергетическая диаграмма выше показывает довольно большую разницу в энергии между связывающими электронными переходами по сравнению с деформирующими связь колебательными и вращательными уровнями энергии, вызванными средними инфракрасными частотами. Таким образом, инфракрасная спектроскопия дает информацию о том, какие атомы связаны с другими атомами в молекуле. Это очень полезно для идентификации и описания материалов.

Какие типы химии может измерять спектрофотометр в ближнем инфракрасном (NIR) диапазоне?

Ближний инфракрасный диапазон спектра является не чем иным, как «обертонным зеркалом» среднего инфракрасного диапазона. Ближний инфракрасный диапазон содержит ту же информацию, что и средний инфракрасный диапазон. Так зачем использовать регион NIR, если там нет новой информации? Обертоны обычно гораздо менее интенсивны по амплитуде, чем их первичные аналоги.Это еще один способ сказать, что их коэффициент экстинкции (молярная поглощающая способность) меньше. Итак, согласно закону Бера, это означает, что длина пути, используемого для ближней ИК-спектроскопии, может быть больше. Типичная длина пути MIR составляет порядка микрон, тогда как длина пути для NIR-спектроскопии находится в диапазоне миллиметров. Эта более длинная длина пути может быть полезна в определенных режимах определения характеристик материалов.

Интересным фактом БИК-спектроскопии является ее большая чувствительность к небольшим количествам воды или вообще к любой группе -ОН.Как видно из спектра справа, группа -ОН имеет три полосы в ближнем ИК-диапазоне около 1450 нм, 1900 нм и 2600 нм. Это может создать проблему для любого образца со значительным компонентом группы -ОН.

Центр прогнозирования климата — Стратосфера: УФ-индекс: Природа УФ-излучения

Природа УФ-излучения

Ультрафиолетовое (УФ) излучение — это определенная часть всего солнечного спектра.
длин волн Рис. 1. УФ-излучение может быть
далее подразделены на три части.УФ-С характеризуется длинами волн менее 280
нм. Хотя эта часть УФ-спектра очень опасна для растений и животных, она очень опасна.
полностью поглощается стратосферным озоном и не достигает поверхности земли. УФ-В
диапазоны длин волн от 280 до 320 нм. Озон поглощает большую часть более коротких волн
излучения, но это поглощение ослабевает по мере приближения к 320 нм. Растения и животные
особенно страдает эта часть УФ-спектра. Воздействие УФ-В на человека
покраснение кожи (эритема) и снижение синтеза витамина D в краткосрочной перспективе,
развитие рака кожи, катаракты и подавление иммунной системы в долгосрочной перспективе
срок.Длины волн УФ-А излучения находятся в диапазоне от 320 до 400 нм. Озон очень хорошо впитывает
мало этой части УФ-спектра. УФ-излучение необходимо людям для
синтез витамина-D; однако слишком много УФ-А вызывает фотостарение (уплотнение кожи),
подавление иммунной системы и, в меньшей степени, покраснение кожи, и
образование катаракты.

фигура 2
показывает график солнечной спектральной освещенности (мВт / м ² / нм) на поверхности от 290
до 400 нм для дня 172 года (22 июня) в солнечный полдень с общим количеством озона 300
Единицы Добсона (DU).Обратите внимание, что спектральная освещенность увеличивается на пять порядков.
от 290 до 400 нм. Хотя спектральная освещенность резко падает от 320
до 290 нм именно в этом диапазоне происходят наибольшие изменения в ответ на изменение
общего содержания озона в столбе или длины пути, который солнечный свет должен пройти через
атмосфера, чтобы достичь поверхности. Эти изменения значительны. Именно на этих длинах волн
что растения и животные наиболее чувствительны к воздействию УФ-излучения.Также показано в
Рисунок 1 представляет собой стандартный спектр действия эритемного (или солнечного) действия (McKinlay and Diffey,
1987), принятый Международной комиссией по охране окружающей среды (C.I.E.) как представитель
средняя реакция кожи в УФ-В и УФ-А областях спектра. Обратите внимание, как короче
длины волн более чувствительны по сравнению с более длинными волнами. Эритема
Спектр действия представляет собой совокупность измерений нескольких исследователей реакции
много различных типов кожи человека к УФ-излучению и не является репрезентативным для какой-либо одной кожи
тип.Термин «тип кожи» предназначен для обозначения не только естественной пигментации.
кожи, но также и вероятность ожога или загара.

Рисунок 3
показывает чистый результат применения спектра эритемного действия к спектру освещенности.
показано на рисунке 2. Обратите внимание, что пиковое значение составляет около 308 нм. Этот пик повышается (понижается) с
уменьшение (увеличение) количества общего озона в столбе. При интеграции в диапазоне
От 290 до 400 нм, результирующая эритематическая освещенность (мВт / м ²) или «доза
rate »указывает мгновенное количество УФ-излучения, повреждающего кожу.Эта доза
было замечено, что ставка изменяется примерно на 1,25 0,20% за одно процентное изменение в
общий озон в столбе (McKenzie, et al., 1991), концепция, известная как радиационное усиление
Фактор (РАФ). Приведенное выше значение RAF 1,25 было определено в Лаудере, Новая Зеландия (45S). Маккензи,
и другие. указывают на то, что это значение RAF имеет тенденцию к более высоким значениям в большем зените Солнца.
углы. Однако количество УФ-излучения, достигающего поверхности в эти большие солнечные
зенитные углы намного меньше, чем при меньших зенитных углах Солнца.

Значение «дозировки» может быть получено путем интегрирования мощности дозы за период времени (т.е. минута, час, день, год).
На рисунке 4 показано, как мощность дозы УФ-излучения меняется в течение дня. На рисунке 4 представлена типичная дневная кривая средневзвешенного УФ-излучения в середине лета.
мощности дозы при 20N, 40N и 60N с одинаковым количеством озона в воздухе. Обратите внимание
быстрый подъем (спад) в утренние (полуденные) часы. Однако во время
солнечный полдень (полчаса по обе стороны от солнечного полудня) кривая относительно пологая.Эта кривая становится более широкой и плоской с более низкими значениями полудня по мере приближения к
полюса и более узкие и более острые с более высокими значениями полудня по мере приближения к
тропики.

Интерпретация УФ-спектров | MCC Organic Chemistry

Когда молекула с двойной связью, такая как этен (обычное название этилен), поглощает свет, она претерпевает переход π — π *. Поскольку энергетические зазоры π- π * уже, чем зазоры σ — σ * , этен поглощает свет с длиной волны 165 нм — более длинной волны, чем молекулярный водород.

Электронные переходы как молекулярного водорода, так и этена слишком энергичны, чтобы их можно было точно зарегистрировать стандартными УФ-спектрофотометрами, которые обычно имеют диапазон 220-700 нм. УФ-видимая спектроскопия становится полезной для большинства химиков-органиков и биологов при изучении молекул с сопряженными пи-системами. В этих группах энергетическая щель для π -π * переходов меньше, чем для изолированных двойных связей, и, таким образом, длина поглощаемой волны больше. Молекулы или части молекул, которые сильно поглощают свет в УФ-видимой области, называются хромофорами .

Давайте вернемся к МО-картине 1,3-бутадиена, простейшей сопряженной системы (см. Раздел 2.1B). Напомним, что мы можем нарисовать диаграмму, показывающую четыре МО Пи, которые возникают в результате объединения четырех атомных орбиталей 2p _z. Две нижние орбитали связывают, а две верхние — разрыхляют.

Сравнивая это изображение МО с изображением этена, нашего изолированного примера пи-связи, мы видим, что запрещенная зона ВЗМО-НСМО действительно меньше для сопряженной системы. 1,3-бутадиен поглощает УФ-свет с длиной волны 217 нм.

По мере того, как сопряженные пи-системы становятся больше, энергетическая щель для перехода π — π * становится все более узкой, и длина волны поглощенного света соответственно увеличивается. Поглощение из-за перехода π — π * в 1,3,5-гексатриене, например, происходит при 258 нм, что соответствует Δ E 111 ккал / моль.

В молекулах с протяженными пи-системами энергетическая щель ВЗМО-НСМО становится настолько малой, что поглощение происходит в видимой, а не в ультрафиолетовой области электромагнитного спектра.Бета-каротин с его системой из 11 сопряженных двойных связей поглощает свет с длинами волн в синей области видимого спектра, позволяя передавать другие длины волн видимого света, в основном в красно-желтой области. Вот почему морковь оранжевого цвета.

Конъюгированная пи-система в 4-метил-3-пентен-2-оне дает сильное УФ-поглощение при 236 нм из-за перехода π — π *. Однако эта молекула также поглощает на длине волны 314 нм. Это второе поглощение связано с переходом несвязывающего электрона (неподеленной пары) на кислород до π * разрыхляющей МО:

Это называется переходом n — π * .Несвязывающие (n) МО имеют более высокую энергию, чем самые высокие связывающие p-орбитали, поэтому запрещенная зона для перехода n — π * меньше, чем у перехода π — π *, и, таким образом, пик n — π * находится на более длинная длина волны. В общем, переходы n — π * слабее (меньше поглощается света), чем переходы, обусловленные переходами π — π *.

Глядя на УФ-видимые спектры

Мы говорили в общих чертах о том, как молекулы поглощают УФ и видимый свет — теперь давайте рассмотрим некоторые реальные примеры данных спектрофотометра поглощения УФ и видимой области спектра.Базовая установка такая же, как и для ИК-спектроскопии: излучение с диапазоном длин волн направляется через интересующий образец, и детектор регистрирует, какие длины волн были поглощены и в какой степени произошло поглощение. Ниже представлен спектр поглощения важной биологической молекулы, называемой никотинамидадениндинуклеотидом, сокращенно NAD ⁺. Это соединение поглощает свет в УФ-диапазоне из-за наличия сопряженных пи-связывающих систем.

Вы заметите, что этот УФ-спектр намного проще, чем ИК-спектры, которые мы видели ранее: у него только один пик, хотя многие молекулы имеют более одного пика.Также обратите внимание, что в УФ-видимой спектроскопии принято показывать базовую линию внизу графика с пиками, направленными вверх. Значения длины волны на оси x обычно измеряются в нанометрах (нм), а не в см ^-1, как принято в ИК-спектроскопии.

Пики в УФ-спектрах имеют тенденцию быть довольно широкими, часто охватывая более 20 нм на половине максимальной высоты. Обычно есть две вещи, которые мы ищем и записываем в УФ-видимом спектре. Первая — это λ, _макс., — длина волны при максимальном поглощении света.Как видите, NAD ⁺ имеет λ _max _, = 260 нм. Мы также хотим записать, сколько света поглощается при λ, _max _. Здесь мы используем безразмерное число, называемое оптической плотностью , , сокращенно «А». Он содержит ту же информацию, что и число «процент пропускания», используемое в ИК-спектроскопии, только выраженное в несколько других терминах. Чтобы рассчитать оптическую плотность на заданной длине волны, компьютер в спектрофотометре просто измеряет интенсивность света на этой длине волны до , когда он проходит через образец (I ₀), делит это значение на интенсивность той же длины волны после он проходит через образец (I), затем берет журнал ₁₀ из этого числа:

A = лог I ₀ / I

Вы можете видеть, что значение поглощения при 260 нм (A ₂₆₀) составляет около 1.0 в этом спектре.

Пример

Решение

Показать ответ

Мы используем формулу: image125.png. Вспомните из школьной алгебры, что если y = log (x), то x = 10y, поэтому: image126.png. . . таким образом, интенсивность света, попадающего в образец (I0), в 10 раз превышает интенсивность света (на определенной длине волны), который выходит из образца и обнаруживается (I).Поскольку% T является обратной величиной этого отношения, умноженного на 100, мы находим, что A = 1.0 соответствует 10% пропусканию. E4.6: Используя ε = A / c, мы подставляем наши значения для ε и A и находим, что c = 3,27 x 10 ^-5 M, или 32,7 мМ.

Вот спектр поглощения обычного пищевого красителя Красный # 3:

А теперь взгляните на спектр другого пищевого красителя, синего # 1:

Пример 2

Насколько велик переход π — π * в 4-метил-3-пентен-2-оне?

Решение

Показать ответ

Мы находим, что фотоны света с длиной волны 470 нм имеют энергию 255 кДж / моль.

Пример 3

Какие из следующих молекул вы ожидаете, что они будут поглощать более длинные волны в УФ-области электромагнитного спектра? Поясните свой ответ.

Решение

Показать ответ

Молекула A имеет более длинную систему сопряженных пи-связей и, таким образом, будет поглощать на более длинной длине волны. Обратите внимание, что в молекуле B есть sp3-гибридизированный углерод, который изолирует две пи-связи от трех других.

Упражнение

Вопрос

Что из следующего показывает поглощение УФ-излучения в диапазоне 200–300 нм?

Решение

Показать ответ

B будет единственным показателем в этом диапазоне.

Авторы

УФ-видимая спектроскопия поглощения — теория

Теоретические основы

Введение

Многие молекулы поглощают ультрафиолетовый или видимый свет. Поглощение раствора
увеличивается с увеличением ослабления луча. Поглощение прямо пропорционально
длине пути b и концентрации c поглощающей
разновидность. Закон Пива гласит, что

A = ebc , где e
— константа пропорциональности, называемая абсорбционной способностью .

Различные молекулы поглощают излучение с разной длиной волны. Поглощение
спектр покажет ряд полос поглощения, соответствующих структурным
группы внутри молекулы. Например, поглощение, которое наблюдается в
УФ-область карбонильной группы в ацетоне имеет ту же длину волны, что и
абсорбция карбонильной группы в диэтилкетоне.

Для всестороннего обсуждения Закона Пива щелкните здесь

Электронные переходы

Поглощение УФ или видимого излучения соответствует возбуждению внешних
электроны.Можно рассмотреть три типа электронных переходов;

Переходы с участием p, s,
и n электронов
Переходы с участием электронов с переносом заряда
Переходы с участием d и f электронов (не рассматриваются в этом
Ед. изм)

Когда атом или молекула поглощают энергию, электроны переходят из своего основного состояния в возбужденное состояние. В молекуле атомы могут вращаться и колебаться относительно друг друга.Эти колебания и вращения также имеют дискретные уровни энергии, которые можно рассматривать как упакованные поверх каждого электронного уровня.

Поглощающие частицы, содержащие p, s и

n электронов

Поглощение ультрафиолетового и видимого излучения в органических молекулах ограничено определенными функциональными группами ( хромофоров, ), которые содержат валентные электроны с низкой энергией возбуждения. Спектр молекулы, содержащей эти хромофоры, сложен. Это связано с тем, что наложение вращательных и колебательных переходов на электронные переходы дает комбинацию перекрывающихся линий.Это выглядит как непрерывная полоса поглощения.

возможных электронных переходов p, s и n электронов;

s ® s

^* Переходы

Электрон на s-орбитали связи возбужден до
соответствующая разрыхляющая орбиталь. Требуемая энергия велика. Например,
метан (который имеет только связи C-H и может подвергаться только s
® s ^* переходы) показывает максимум поглощения при 125
нм. Максимумы поглощения из-за s ® s ^*
переходы не видны в типичном УФ-видимом диапазоне.спектры (200-700 нм)

n ® s ^* Переходы

Насыщенные соединения, содержащие атомы с неподеленными парами (несвязывающие электроны)
способны к переходам n ® s ^*.
Эти переходы обычно требуют меньше энергии, чем s ®
s ^* переходов. Они могут быть инициированы светом, длина волны которого
находится в диапазоне 150 — 250 нм. Количество органических функциональных групп с n
® s ^* пиков в УФ-области невелики.

n ® p ^* и p ® p ^* Переходы

Большая часть абсорбционной спектроскопии органических соединений основана на переходах
n или p электронов к p ^*
возбужденное состояние. Это связано с тем, что пики поглощения для этих переходов падают
в удобной для эксперимента области спектра (200 — 700 нм). Эти
переходам нужна ненасыщенная группа в молекуле, чтобы обеспечить p
электроны.

Молярная абсорбционная способность из n ® p ^*
переходы относительно низкие и составляют от 10 до 100 л моль ^-1 см ^-1
.p ® p ^* переходы обычно дают
молярная абсорбционная способность от 1000 до 10000 л · моль ^-1 см ^-1
.

Растворитель, в котором растворены абсорбирующие частицы, также оказывает влияние
по спектру видов. Пики, полученные от n
® p ^* переходы смещены в более короткие длины волн ( синий
shift ) с увеличением полярности растворителя. Это происходит из-за повышенной сольватации
неподеленной пары, что снижает энергию орбитали n .Часто (но
не всегда ), обратное (т.е. красное смещение ) видно для p
® p ^* переходы. Это вызвано привлекательной поляризацией.
силы между растворителем и поглотителем, которые снижают уровни энергии
как возбужденное, так и невозбужденное состояния. Этот эффект сильнее для возбужденных
состояние, и поэтому разница энергий между возбужденным и невозбужденным состояниями
немного уменьшается — в результате появляется небольшое красное смещение. Этот эффект также влияет
n ® p ^* переходы, но есть
затеняется синим смещением в результате сольватации неподеленных пар.

Заряд — Передача Поглощение

Многие неорганические вещества демонстрируют поглощение с переносом заряда и называются комплексами с переносом заряда . Чтобы комплекс демонстрировал поведение с переносом заряда, один из его компонентов должен обладать электронодонорными свойствами, а другой компонент должен иметь возможность принимать электроны. В этом случае поглощение излучения включает перенос электрона от донора на орбиталь, связанную с акцептором.

Молярная абсорбционная способность от поглощения с переносом заряда велика (больше
10000 л моль ^-1 см ^-1).

Пересмотрите свои знания

Теперь вы должны знать, почему молекулы поглощают излучение в УФ и видимом
светлые области и почему спектры поглощения выглядят именно так.

После короткой викторины мы рассмотрим практические аспекты UV — Vis.
спектроскопия, и глядя на приборы, необходимые для выполнения этой техники.

УФ-видим.
Автор alexxlabОпубликовано 02.05.197911.10.2021Рубрики Разное
Добавить комментарий Отменить ответ
Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *
Комментарий *
Имя *
Email *
Сайт

Навигация по записям
Предыдущая запись: Классификация сд 2 типа: Сахарный диабет: классификация, особенности, оценка риска и диагностика
Следующая запись: Кошку нарисовать детям: Страница не найдена — AmelicaAmelica
Искать:
Рубрики
1 месяц
2 месяц
3 месяц
4 месяц
Болезни
Детей
Ивл
Лечение
Неотложная
Разное
Семья
Советы
Главная
Карта Сайта
2024 © Все права защищены.