- •Глава 1. Отбор и подготовка пробы к анализу
- •1.1. Отбор пробы
- •1.2. Отбор пробы газов
- •1.3. Отбор проб жидкостей
- •1.4. Отбор пробы твердых веществ
- •1.5. Способ отбора
- •1.6. Потери при пробоотборе и хранение пробы
- •1.7. Подготовка пробы к анализу
- •Глава 2. Статистическая обработка результатов
- •2.1. Погрешности химического анализа. Обработка результатов измерений
- •2.2. Систематическая ошибка
- •2.3. Оценка точности и правильности измерений при малом числе определений
- •2.4. Доверительный интервал и доверительная вероятность (надежность)
- •2.5. Аналитический сигнал. Измерение
- •Глава 3. Спектральные методы исследования веществ
- •3.1. Абсорбционная спектроскопия
- •3.1.1. Фотометрический анализ
- •3.1.1.1. Выбор длины света и светофильтра в фотометрическом анализе
- •3.1.1.2. Основные приемы фотометрического анализа
- •3.1.1.3. Анализ смеси окрашенных веществ
- •3.1.1.4. Аппаратура, используемая в анализе
- •3.1.1.5. Нефелометрия и турбидиметрия
- •3.1.2. Атомно-абсорбционная спектроскопия
- •3.1.2.1. Основы метода
- •3.1.2.2. Аппаратура, используемая в анализе
- •3.2. Эмиссионный спектральный анализ
- •3.2.1. Происхождение эмиссионных спектров
- •3.2.2. Источник возбуждения
- •3.2.3. Качественный анализ
- •3.2.4. Количественный анализ
- •3.2.5. Схема проведения аэса
- •3.2.6. Аппаратура, используемая в анализе
- •3.2.6.1. Принцип работы универсального стилоскопа
- •3.2.6.2. Принцип работы спектрографа
- •3.2.6.3. Принцип работы микрофотометра
- •3.3. Фотометрия пламени
- •3.3.1. Чувствительность анализа
- •3.3.2. Количественное определение элементов
- •3.3.3. Измерение интенсивности излучения
- •3.3.4. Методы определения концентрации растворов в фотометрии пламени
- •3.4. Методы колебательной спектроскопии. Ик-спектроскопия и спектроскопия комбинационного рассеяния
- •3.4.1. Основы методов
- •3.4.2. Спектры ик и комбинационного рассеяния (кр)
- •3.4.3. Аппаратура, используемая в анализе
- •3.5. Люминесцентный анализ
- •3.5.1. Классификация и величины, характеризующие люминесцентное излучение
- •3.5.2. Основы метода
- •3.5.3. Аппаратура, используемая в анализе
- •3.6. Рентгеновская спектроскопия
- •3.6.1. Основные методы
- •3.6.1.1. Взаимодействие рентгеновского излучения с веществом
- •3.6.1.2. Рентгеновский спектр
- •3.6.2. Рентгено-эмиссионный анализ
- •3.6.2.1. Качественный анализ
- •3.6.2.2. Количественный анализ
- •3.6.2.3. Аппаратура
- •3.6.3. Рентгенофлуоресцентный анализ
- •3.6.3.1. Основные виды рентгенофлуоресцентного анализа
- •3.6.3.2. Аппаратура метода
- •3.6.4. Рентгено-абсорбционный анализ
- •3.6.5.1. Основы метода
- •3.6.5.2. Аппаратура
- •3.7. Радиоспектроскопические методы
- •3.7.1. Основы метода
- •3.7.2. Электронный парамагнитный резонанс
- •3.7.3. Ядерно-магнитный резонанс
- •3.7.3.1. Основы метода
- •3.7.3.2. Аппаратура
- •3.7.4. Ядерный квадрупольный резонанс
- •3.7.5. Другие методы радиоспектроскопии
- •3.8. Ядерная спектроскопия
- •3.8.4. Нейтронная спектроскопия
- •3.9. Лазерная спектроскопия
- •3.10. Электронная спектроскопия
- •3.10.1. Фотоэлектронная спектроскопия
- •3.10.2. Спектроскопия характеристических потерь энергии электронов
- •3.11. Вакуумная спектроскопия
- •3.12. Ультрафиолетовая спектроскопия
- •Глава 4. Масс-спектрометрический метод анализа
- •4.1. Принцип действия масс-спектрометра
- •4.2. Виды масс-анализаторов
- •4.3. Элементный анализ
- •4.4. Интерпретация масс-спектров
- •Глава 5. Хроматографические методы
- •5.1. Классификация хроматографических методов
- •5.2. Хроматографические параметры
- •5.3. Теория хроматографического разделения
- •5.4. Теория теоретических тарелок
- •5.5. Кинетическая теория хроматографии
- •5.6. Аппаратура
- •5.7. Качественный анализ
- •5.8. Количественный анализ
- •5.9. Газовая хроматография
- •5.9.1. Газотвердофазная хроматография
- •5.9.2. Газожидкостная хроматография
- •5.10. Жидкостная хроматография
- •Глава 6. Электрохимические методы
- •6.1. Основные понятия электрохимии
- •6.1.1. Электрохимическая ячейка и ее электрический эквивалент
- •6.1.2. Индикаторный электрод и электрод сравнения
- •6.1.3. Гальванический элемент
- •6.1.4. Электрохимические системы
- •6.1.4.1. Равновесные электрохимические системы
- •6.1.4.2. Неравновесные электрохимические системы
- •6.2. Потенциометрия
- •6.2.1. Прямая потенциометрия (ионометрия)
- •6.2.2. Потенциометрическое титрование
- •6.2.3. Аппаратура
- •6.3. Кулонометрия
- •6.3.1. Прямая кулонометрия
- •6.3.2. Кулонометрическое титрование
- •6.4. Вольтамперометрия
- •6.4.1. Амперометрическое титрование
- •6.4.2. Титрование с двумя индикаторными электродами
- •6.5. Кондуктометрический метод анализа
- •Глава 7. Методы термического анализа
- •7.1. Термогравиметрия и дтг
- •7.2. Метод дифференциального термического анализа
- •7.3. Дифференциальная сканирующая калориметрия
- •7.4. Дериватография
- •7.5. Дилатометрия и другие термические методы анализа
- •Глава 8. Дифракционные методы анализа
- •8.1. Основы теории дифракции
- •8.2. Методы дифракционного анализа
- •Глава 9. Микроскопические методы анализа
- •9.1. Световая микроскопия
- •9.2. Электронная микроскопия
- •9.2.1. Растровая электронная микроскопия
- •9.2.1.1. Аппаратура метода рэм
- •9.2.1.2. Использование вторичных и отраженных электронов в рэм
- •9.2.1.3. Типы контраста в растровой электронной микроскопии
- •9.2.1.4. Выбор условий работы рэм и подготовка образцов
- •9.2.1.5. Объекты исследования и их подготовка
- •9.2.2. Просвечивающая электронная микроскопия
- •9.2.2.1. Общая характеристика пэм
- •9.2.2.2. Аппаратура метода
- •9.2.2.3. Разновидности метода пэм
- •9.3. Сканирующие зондовые методы исследования
- •9.3.1. Сканирующая туннельная микроскопия
- •9.3.2. Атомно-силовая микроскопия
- •9.3.3. Магнитосиловая зондовая микроскопия
- •9.3.4. Сканирующая микроскопия ближней оптической зоны
- •Глава 3. Спектральные методы исследования веществ .................................................................................................... 25
- •Глава 4. Масс-спектрометрический метод анализа ....................................................................................................................... 152
- •Глава 6. Электрохимические методы .............................. 193 6.1. Основные понятия электрохимии .............................................. 194
3.8.4. Нейтронная спектроскопия
Нейтронная спектроскопия – совокупность исследований энерге- тической зависимости различных процессов взаимодействия нейтронов с атомными ядрами и свойств образовавшихся возбуждѐнных состояний ядер. Специфическая особенность взаимодействия нейтронов с ядрами связана с отсутствием заряда, отсюда и протекание реакции при низких энергиях нейтронов менее 1 МэВ.
Образующееся после захвата нейтрона высоковозбужденное (резо- нансное) состояние ядра нестабильно (время жизни примерно 10
-15 с):
ядро распадается с испусканием нейтрона (резонансное рассеяние нейтронов) или γ-кванта (радиационный захват). Значительно реже ис- пускаются α-частица или протон. Для некоторых очень тяжѐлых ядер (например, U, Pu) происходит также деление возбуждѐнного ядра на 2–3 осколка.
Нейтронная спектрометрия охватывает исследования зависимости эффективного поперечного сечения взаимодействия нейтронов с атом- ными ядрами от энергии нейтронов. Эффективное поперечное сечение характеризует вероятность перехода системы двух сталкивающихся ча- стиц в результате их рассеяния в определѐнное конечное состояние. Эффективное поперечное сечение σ равно отношению числа dN таких переходов в единицу времени к плотности nv потока рассеиваемых ча- стиц, падающих на мишень (к числу частиц, проходящих в единицу
125
времени через единичную площадку, перпендикулярную к их скорости v):
n dN
, (3.78)
где n – плотность числа падающих частиц. Таким образом, эффективное поперечное сечение имеет размерность площади.
Эффективные сечения измеряются с помощью нейтронного спек- трометра: сцинтилляционного спектрометра нейтронов с кристаллом стильбена и спектрометра нейтронов по времени пролета. Первый ис- пользуют для измерения спектров быстрых нейтронов, второй – для изучения спектра медленных нейтронов. Основными элементами спек- трометра являются источник И моноэнергетических нейтронов с плавно изменяемой энергией и детектор Д нейтронов или вторичного излуче- ния. Полное сечение Г определяется из отношения отсчѐтов нейтронно- го детектора Д с мишенью М, расположенной на пути пучка и вне пучка (рис. 3.64).
Рис. 3.64. Схемы нейтронных спектрометров: а – с моноэнергетическим ис-
точником И; б – с кристаллическим монохроматором на канале ядерного реакто- ра; Д – нейтронный детектор; М – поглощающая или рассеивающая мишень;
К – коллиматор
В области энергии менее 10 эВ в качестве нейтронного источника иногда используются кристаллические нейтронные монохроматоры, ко- торые устанавливаются на канале ядерного реактора и выделяют пучки нейтронов с определѐнной энергией (рис. 3.64, б). Поворачивая кри- сталл, изменяют энергию нейтронов. Для энергии более 30 кэВ обычно используют ускорители, в которых моноэнергетические нейтроны обра- зуются в результате ядерных реакций.
126
Существует прямой метод определения скорости нейтрона путем измерения времени пролета нейтроном определенного пути. Этот метод особенно пригоден в спектрометрии медленных нейтронов. Спектр нейтронов оценивают также с помощью пороговых индикаторов и по- роговых камер деления.
После захвата нейтрона ядро переходит в высоковозбужденное со- стояние, ниже которого обычно расположено множество других состоя- ний. Его распад с испусканием γ-квантов может происходить многими путями через различные промежуточные уровни, что приводит к тому, что полная радиационная ширина для каждого резонанса является усреднѐнной по большому числу путей распада (и, следовательно, мало изменяется от резонанса к резонансу и плавно меняется от ядра к ядру). Полная радиационная ширина при переходе от средних ядер к тяжѐлым изменяется в диапазоне 0,5–0,02 эВ. Спектр γ-лучей распада нейтрон- ных резонансов даѐт информацию о распадающемся состоянии (спин, чѐткость, набор парциальных ширин). Энергии отдельных γ-переходов позволяют определить энергии нижележащих уровней, а интенсивности γ-переходов – спин, чѐтность, природу уровня.
Анализ экспериментальных данных позволяет определять такие характеристики резонанса, как энергия, полная и парциальные ширины, спин и чѐтность резонансных состояний ядер.
Данные нейтронной спектроскопии важны для ядерной физики, ре- акторостроения (сведения о взаимодействии нейтронов с делящимися материалами, а также материалами конструкции и защиты реакторов). Данные нейтронной спектроскопии используются для определения эле- ментного и изотопного состава образцов без их разрушения. В астрофи- зике они необходимы для понимания распространѐнности элементов во Вселенной.
Методы нейтронной спектроскопии нашли применение в исследо- ваниях структуры твѐрдых тел и жидкостей, а также динамики различ- ных процессов (например, колебаний кристаллической решѐтки).
Контрольные вопросы
1. Методы ядерной спектроскопии. 2. На каком явлении основана γ-резонансная спектроскопия? 3. Параметры мессбауэровских спектров. 4. Исследование возбужденных состояний ядер методами нейтронной
спектрометрии. 5. Эффекты сверхтонких взаимодействий. 6. Вероятность эффекта Мессбауэра.
127
7. Мессбауэровская спектроскопия как метод исследования поверхно- стей.
8. Информация, получаемая из спектров α-частиц. 9. Понятие изомерного сдвига. 10. Зная изомерные сдвиги в мессбауэровском спектре, что можно ска-
зать о природе молекул?