Известно, что любая молекула в присутствии внешнего поля проявляет эффект, называемый эффектом Штарка (в присутствии электрического поля) или эффектом Зеемана (в присутствии магнитного поля). Этот эффект Зеемана или Штарка вызывает расщепление энергетических уровней молекул (электронных, колебательных или вращательных). Можно установить переходы между различными энергетическими уровнями, то есть молекула изменяется от одного энергетического состояния к другому при приложении энергетического излучения, эквивалентного разделению уровней, между которыми происходит изменение. Этот процесс известен как резонанс. Учитывая, что молекулы, с которыми должен происходить резонанс, проходят через фильтр, когда происходит явление резонанса в вышеупомянутых условиях, возникает отклонение от первоначальной траектории, и молекула следует по другой траектории, которую можно регулировать, изменяя интенсивность О.П. и Ос.П.Можно рассчитать оптимальные условия, необходимые для удаления этих молекул из текучей среды, которую следует удерживать в области действия данного эффекта. После захвата количества молекул, достаточного для достижения высокой концентрации, становится возможным их извлечение посредством использования отсасывающей системы. Применение этой системы можно повторять столько раз, сколько требуется в целях повышения выхода процесса фильтрования. На рисунке в ПРИЛОЖЕНИИ Бпредставлена схема экспериментальной установки для улавливания загрязняющих веществ, использующая эффект Зеемана. Система образована опорной стойкой S, имеющей форму полого цилиндра и поддерживающей металлическую поверхность Е2 цилиндрической формы.
От опорной стойки S внутрь цилиндра проходит стержень (изготовленный из электроизоляционного материала), который поддерживает два других металлических цилиндра Е1 и Е3, электрически изолированные друг от друга. Е1 и Е3 имеют одинаковый потенциал. Разность потенциалов, создающую однородное поле О.П., прикладывают между Е2 и областью, составляемой Е1 и Е3, при этом силовые линии поля начинаются от Е1 и Е3 и достигают Е2. В то же время прикладывают разность потенциалов между Е1 и Е3, так что эти два элемента ведут себя подобно антенне, излучающей осциллирующее поле Ос.П., перпендикулярное к О. П. При поддержании частоты колебаний Ос. П в резонансе с переходами, вызываемыми О.П. в предназначенных для фильтрования молекулах, указанные молекулы могут захватываться в области, близкой к разделителю между Е1 и Е3. При поддержании системы в активном состоянии концентрация этих молекул, вовлеченных в резонанс, увеличивается в области, заключенной между Е1 и ЕЗ. Отсасывающие клапаны V, расположенные вокруг S, периодически открывают. Выходное отверстие указанных клапанов соединено каналом с резервуаром, в котором хранят улавливаемые вещества.
3.3. Определение ртути в пробах сложного состава с применением эффекта Зеемана.
Эффект Зеемана часто используется в аналитических приборах для определения состава различных проб. Так, данный эффект применяется и в медицинских и экологических измерениях [8]. В частности, существует способ определения ртути в пробах сложного состава (моча, волосы, сточные воды, почвы, рыба) [8], заключающийся в следующем: пробу крови объемом 10 мкл помещают в нагреваемый до 1000oC атомизатор, где ртуть переходит в атомарное состояние. Атомизация осуществляется в потоке чистого кислорода для лучшего разложения сложной органической матрицы и уменьшения неселективного поглощения. Предел обнаружения — 50 нг/г.Следует отметить недостатки упомянутого способа: невозможность определения ртути в нефтях, что связано с недостаточно полным окислением углеводородов, входящих в состав нефти; малые навески пробы — 10 мкг (также из-за неполного окисления матрицы) и как следствие относительно высокие пределы обнаружения — 50 нг/г.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В работе рассматривается явление, основанное на эффекте Зеемана. Приводится краткая историческая справка исследования данного явления, в том числе исследования, являвшиеся предпосылками открытия, сделанного Зееманом. Также приводится подробное описание физических принципов, лежащих в основе эффекта Зеемана. Рассмотрены некоторые примеры практического применения эффекта Зеемана в современных разработках. Таким образом, можно считать, что поставленная цель достигнута, а задачи решены. Кроме того, полученные в ходе подготовки данной работы знания и навыки, будут полезны при написании выпускной квалификационной работы, а также в дальнейшей профессиональной деятельности.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Савельев И.
В. Курс общей физики: Учеб. пособие. В 3-х т. Т. 3. Квантовая оптика.
Атомная физика. Физика твердого тела. Физика атомного ядра и элементарных частиц. 3-е изд., испр.
— М.; Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987. — 320 с. Сивухин Д. А. Общий курс физики. Т.
5. Атомная и ядерная физика. М.: МФТИ, ФМЛ, 2002. — 784 с. Шпольский Э. В. Атомная Физика. Т.
1. М., 1994. — 990 с. Пупышев А. А. Атомно-абсорбционный спектральный анализ. М.: Техносфера, 2009 г., 784 стр. Ганеев А. А., Шолупов С. Е., Сляднев Н. М. Зеемановская модуляционная поляризационная спектроскопия как вариант атомно-абсорбционного анализа возможности: и ограничения//Журнал аналитической химии. 1996. Т.51, № 8. С.855−864.
http://www.findpatent.ru/patent/249/2 497 101.html.
http://www.findpatent.ru/patent/240/2 406 560.htmlZeeman effect mercury analyzer // Hitachi, Ltd, Tokio Japan, Catalog N EX-E483.ПРИРОЖЕНИЕ АПринцип работы атомно-абсорбционного спектрометра, основанного на эффекте Зеемана.
ПРИРОЖЕНИЕ БЭкспериментальная установка для улавливания частиц загрязняющих веществ, использующая эффект Зеемана.
