OPTICKÁ EMISNÍ SPEKTROSKOPIE Dana Skácelová 1. 12. 2010

Elektromagnetické spektrum OES – UV až blízká IR oblast - nejrozšířenější diagnostická metoda pro nízkoteplotní plazma Spektrum – rozdělení intenzity elmag záření mezi jednotlivé vlnové délky

Spektrum

Spektrum Atomová spektra čárová každý prvek může emitovat nebo pohlcovat jen fotony o dané energii. tyto vlnové délky jsou charakteristické pro každý prvek Molekulová spektra pásová složitý elektronový systém rotace a vibrace molekul energie jednotlivých přechodů jsou velice blízko

Spektrum Vibrační pás s rozlišenou rotační strukturou Atomové čáry Spojité záření

Spektrální čára Záznam na fotografickou desku

Spektrální čára

Spektrální čára Záznam na CCD

Excitační teplota Za předpokladu lokální termodynamické rovnováhy je rozložení excitovaných stavů popsáno Boltzmannovým rozdělením: kde gm je statistická váha horního energ. stavu, Em excitační energie horní hladiny, Te excitační teplota, N je počet libovolně nabuzených stavů a  stavová suma základního stavu.

Intenzita spektrální čáry Je-li v určitém čase v horním kvantovém stavu m počet Nm atomů, je počet spontánních přechodů do nižšího stavu n dán výrazem Anm.Nm a energie vyzářená za sekundu je: kde Amn je Einsteinův koeficient spontánní emise. Z rovnice pyrometrické přímky získáme excitační teplotu, která reprezentuje teplotu elektronů.

Rotační teplota Předpoklad: dvoatomová molekula jako tuhý rotátor Možné energetické stavy dány: kde J je rotační kvantové číslo a I moment setrvačnosti systému. Intenzita rotační čáry v rámci jednoho vibračního pásu: kde konst. je konstanta pro danou rotační větev, J´,J´´ jsou rotační kvantová čísla horního a dolního stavu, SJJ relativní síla rotační čáry.

Vibrační teplota Předpoklad: dvoatomová molekula jako vibrující harmonický oscilátor Možné energetické stavy dány: kde  konst.,charakterizující vibrační přechod daného pásu a v vibrační kvantové číslo. Intenzita rotační čáry v rámci jednoho vibračního pásu: kde konst. je konstanta pro daný vibrační pás, v´,v´´ jsou vibrační kvantová čísla horního a dolního stavu, qvv relativní síla pásu.

Databáze www.nist.gov

Spectrum Analyzer

Šířka spektrální čáry Přirozené rozšíření – dáno Heissenbergovým principem neurčitosti, zanedbatelné ve srovnání s ostatními Dopplerovo rozšíření – nejdůležitější mechanismus, způsobeno pohybem částic směrem k nebo od pozorovatele Lorentzovo rozšíření – způsobeno interakcí emitovaných částic s ostatními Starkovo rozšíření – způsobeno Coulombovskými interakcemi mezi zářícím atomem a okolními nabitými částicemi Přístrojová funkce – způsobena konstrukcí a nastavením spektrometru

Šířka spektrální čáry HWHM (Half Width at Half Maximum) FWHM (Full Width at Half Maximum)

Koncentrace elektronů Nejčastěji ze spektrální čáry H , protože má největší rozšíření m…naměřená šířka spektrální čáry I…je přístrojová funkce D…Dopplerovo rozšíření …vlnová délka čáry H Tg…teplota neutrálního plynu

Spektrometr

Spektrometr K…počet vrypů na milimetr …vlnová délka n…difrakční řád Vstupuje polychromatický paprsek, a pod různými úhly vystupují paprsky monochromatické K…počet vrypů na milimetr …vlnová délka n…difrakční řád

KONEC Děkuji za pozornost