Natura promieniowania elektromagnetycznego
Podręczniki:
1. R. M. Silverstein, G. C. Bassler SPEKTROSKOPOWE METODY
Promieniowanie elektromagnetyczne  jest to drganie pola
IDENTYFIKACJI ZWI
ZKÓW ORGANICZNYCH
elektrycznego, któremu towarzyszy drganie pola magnetycznego
2. Praca zbiorowa pod redakcją W. Zielińskiego i A. Rajcy METODY
c = 3×108 m/s
SPEKTROSKOPOWE I ICH ZASTOSOWANIE DO
IDENTYFIKACJI ZWI
ZKÓW ORGANICZNYCH
3. H. Gunter SPEKTOROSKOPIA MAGNETYCZNEGO REZONANSU
E
J
DROWEGO
H
4. Z. Kęcki PODSTAWY SPEKTROSKOPII MOLEKULARNEJ
5. R. A. W. Johnstone, M. E. Rose SPEKTROMETRIA MAS
Kolokwia:
E = Eo cos x
ROZWI
ZYWANIE WIDM  NMR 19 kwietnia 2010
IR 24 maja 2010
H = Ho cos x
złożone 7 czerwca 2010
TEORIA 14 czerwca 2010
gdzie: Eo, Ho amplitudy odpowiednich składowych
jeżeli
" liczba drgaÅ„ na 1s Ò! 
Długość fali promieniowania   jest odcinkiem drogi promieniowania,
na którym mieści się jeden okres drgania pola, czyli jedno drganie.
" promieniowanie przebędzie w ciągu 1s drogę c cm
½ = c/ [s-1 = Hz]
to
liczba falowa ½
½ =½/c
CzÄ™stość drgania ½  liczba drgaÅ„ przypadajÄ…ca na 1 s
ponieważ
c = ½
½ = c/ Ò! ½/c = 1/
to
1
_
½ = [cm-1]

1
W ośrodku materialnym
½Ä™!
c > u
to
c = ½ Ò! u =  ½
u“! oraz nÄ™!
ponieważ ½ nie zależy od Å›rodowiska  < 
Współczynnik załamania promieniowania n  stosunek prędkości
rozchodzenia się promieniowania w próżni do prędkości rozchodzenia się
promieniowania w ośrodku materialnym.
dyspersja współczynnika załamania
c
n = _
n = f(½) lub n = f()
u
gdzie:
u  szybkość rozchodzenia się promieniowania w ośrodku materialnym
c  szybkość rozchodzenia się promieniowania w próżni
Cechy jakościowe promieniowania:
Charakter korpuskularny promieniowania
" długość fali 
Wielkość pojedynczego kwantu energii promieniowania, tzw. fotonu,
" czÄ™stość drgaÅ„ na sekundÄ™ ½
_
określa zależność Plancka:
" liczba falowa, czyli czÄ™stość drgaÅ„ na cm ½
E = h½ E = h ×Å»#½ c
gdzie: h  uniwersalna stała fizyczna, tzw. stała Plancka
h = 6.62×10-34J×s
energia 1 mola fotonów = 1 einstein
Promieniowanie można podzielić na:
" polichromatyczne  występują fale o różnej długości, czyli o różnych częstościach
" monochromatyczne  fale o jednej długości
2
Cechy ilościowe promieniowania:
intensywność promieniowania I  energia przechodząca w
ciągu 1s przez 1 cm2 powierzchni prostopadłej do kierunku
biegu promieniowania (dla promieniowania
monochromatycznego intensywność promieniowania może być
rozumiana jako liczba fotonów przechodzących w ciągu 1s przez
1 cm2 powierzchni)
gÄ™stość promieniowania Á - energia (proporcjonalna do niej
liczba fotonów monochromatycznych) zawarta w 1 cm3
napromieniowanego układu
I = Á×c
Energia czÄ…steczek
translacyjna  energia związana z przemieszczaniem się całych cząsteczek
Zadania aparatury spektroskopowej:
w przestrzeni
faza gazowa i ciekła  ruch bezwładny i nieuporządkowany; cząsteczki zderzają się
wzajemnie i przekazujÄ… sobie energiÄ™ kinetycznÄ…
przeprowadzić analizÄ™ jakoÅ›ciowÄ… promieniowania (okreÅ›lić ½,Å»#½ oraz ) faza staÅ‚a  drgania czÄ…steczek wokół ich poÅ‚ożeÅ„ równowagi w sieci krystalicznej
rotacyjna  wynika z wirowania cząsteczki wokół własnej osi
przeprowadzić analizę ilościową promieniowania po oddziaływaniu z
molekułami  stwierdzone zmiany w promieniowaniu są wiernym odbiciem
cech molekuł
3
oscylacyjna  związana z osylacjami atomów cząsteczki wokół
położenia równowagi
Stopnie swobody osylacji
czÄ…steczki nieliniowe 3n  3  3 = 3n  6
energia elektronów  energia kinetyczna elektronów w cząsteczce
cząsteczki liniowe 3n  3  2 = 3n  5 oraz energia potencjalna przyciągania elektronów przez jądra i
odpychania ich przez sÄ…siadujÄ…ce elektrony.
gdzie n  liczba atomów w cząsteczce
energia wewnÄ…trzjÄ…drowa  energia kinetyczna i potencjalna
nukleonów jądra cząsteczki
Schemat poziomów skwantowanej energii wewnętrznej
nw "E h½
jÄ…drowa
_ _
_
nn = exp[-kT ] = exp[- kT ]
energia wewnętrzna
Ew
Ew - En= "E = h½
En
nw
_
Gdy = 1 to "E=0 (½=0) lub T="
nn
oscylacyjna ½ nw
_
Gdy = 0 to "E=" (½=") lub T=0
J
nn
jÄ…drowa rotacyjna
translacyjna elektronowa
4
Naturalne przyczyny rozmycia pasm:
Kształt i szerokość konturu pasma
rozmycie skwantowanych poziomów energetycznych, między którymi
następuje emisyjne lub absorpcyjne przejście
Widmo idealne
zasada nieoznaczoności Heisenberga
"µ - szerokość poziomu energetycznego
Ä - czas życia czÄ…stki na danym poziomie energetycznym
Widmo rzeczywiste
"µÄ e"h/2Ä„
czÄ™stość ½0
Parametry pasma spektralnego
Naturalne przyczyny rozmycia pasm:
intensywność w maximum Imax
efekt Dopplera
intensywność integralna I"
½2 szerokość połówkowa "½1/2
+"
I" = +" Id½ I" = +" Id½
-" ½1
"½1/2
Imax
I"
5
Rodzaje spektroskopii
Rodzaje spektroskopii
3. wielkość fotonów promieniowania, które są emitowane, absorbowane lub
rozpraszane (zakres widma promieniowania elektromagnetycznego)
Spektroskopie dzieli siÄ™ w oparciu o kryterium
1. rodzaju energii cząsteczek, która na skutek kwantowania umożliwia
przejścia między poziomami energetycznymi
SPEKTROSKOPIA
" spektroskopia elektronowa
" spektroskopia oscylacyjna
radiospektroskopia mikrofalowa w podczerwieni w obszarze widzialnym
" spektroskopia rotacyjna (IR) i nadfiolecie
(UV-vis)
" spektroskopia elektronowego rezonansu paramagnetycznego
" spektroskopia jÄ…drowego rezonansu magnetycznego
jÄ…drowego rezonansu rotacyjna 
elektronowego
magnetycznego oscylacyjna elektronowa
rezonansu
(NMR) (Ramana) (Ramana)
paramagnetycznego
2. pochłaniania lub emisji fotonów przez substancję oddziaływującą
(EPR)
z promieniowaniem
" spektroskopia emisyjna 5  800 MHz 9.4  35 GHz 200  5000 cm-1
400  800 nm
100  400 nm
" spektroskopia absorpcyjna
" spektroskopia rozpraszania (Ramana)
6