Анотация: Приложение на спектралния анализ. Училищна енциклопедия

Емисионни спектри. Спектралния състав на радиацията за различните вещества има много разнообразен характер. Всички спектри обаче са разделени на три вида: а) непрекъснат спектър; б) линеен спектър; в) ивичест спектър.

а) Непрекъснат спектър. Нагретите твърди и течни тела и газове (при високо налягане) излъчват светлина, чието разлагане дава непрекъснат спектър, в който спектралните цветове непрекъснато преминават един в друг. Природата на непрекъснатия спектър и самият факт на неговото съществуване се определят не само от свойствата на отделните излъчващи атоми, но и от взаимодействието на атомите един с друг. Непрекъснатите спектри са еднакви за различните вещества и следователно не могат да се използват за определяне на състава на дадено вещество.

б) Линеен (атомен) спектър. Възбудени атоми на разредени газове или пари излъчват светлина, чието разлагане дава линеен спектър, състоящ се от отделни цветни линии. Всеки химичен елемент има характерен линеен спектър. Атомите на такива вещества не взаимодействат помежду си и излъчват светлина само при определени дължини на вълната. Изолираните атоми на даден химичен елемент излъчват строго определени дължини на вълните. Това ни позволява да преценим химическия състав на светлинния източник от спектралните линии.

V) Молекулен (ивичен) спектърСпектърът на една молекула се състои от голям брой отделни линии, сливащи се в ивици, ясни в единия край и размазани в другия. За разлика от линейните спектри, ивичните спектри се създават не от атоми, а от молекули, които не са свързани или са слабо свързани една с друга. Поредици от много близки линии са групирани в отделни части на спектъра и запълват цели ивици. През 1860 г. немски учени Г. Кирхоф и Р. Бунзен, изучавайки спектрите на металите, установяват следните факти:

1) всеки метал има свой собствен спектър;

2) спектърът на всеки метал е строго постоянен;

3) въвеждането на всякаква сол от същия метал в пламъка на горелката винаги води до появата на същия спектър;

4) когато в пламъка се въведе смес от соли на няколко метала, всичките им линии едновременно се появяват в спектъра;

5) яркостта на спектралните линии зависи от концентрацията на елемента в дадено вещество.

Абсорбционни спектри.Ако бялата светлина от източник, произвеждащ непрекъснат спектър, премине през парата на изследваното вещество и след това се разложи на спектър, тогава на фона на непрекъснатия спектър се наблюдават тъмни абсорбционни линии на същите места, където линиите на излъчване спектърът на парите на изследвания елемент ще бъде локализиран. Такива спектри се наричат спектри на атомна абсорбция.

Всички вещества, чиито атоми са във възбудено състояние, излъчват светлинни вълни, чиято енергия е разпределена по определен начин по дължини на вълните. Поглъщането на светлина от дадено вещество също зависи от дължината на вълната. Атомите абсорбират радиация само при тези дължини на вълните, които могат да излъчват при дадена температура.

Спектрален анализ.Явлението дисперсия се използва в науката и технологиите под формата на метод за определяне на състава на веществото, наречен спектрален анализ. Този метод се основава на изследването на светлината, излъчвана или абсорбирана от дадено вещество. Спектрален анализе метод за изследване на химичния състав на веществото въз основа на изследването на неговите спектри.

Спектрални устройства. Спектралната апаратура се използва за получаване и изследване на спектри. Най-простите спектрални устройства са призма и дифракционна решетка. По-точни са спектроскоп и спектрограф.

Спектроскопе устройство, което се използва за визуално изследване на спектралния състав на светлината, излъчвана от определен източник. Ако спектърът е записан на фотографска плака, тогава устройството се нарича спектрограф.

Приложение на спектралния анализ. Линейните спектри играят особено важна роля, тъй като тяхната структура е пряко свързана със структурата на атома. В крайна сметка тези спектри са създадени от атоми, които не изпитват външни влияния. Съставът на сложни, предимно органични смеси се анализира чрез техните молекулни спектри.

С помощта на спектрален анализ е възможно да се открие даден елемент в състава на сложно вещество, дори ако неговата маса не надвишава 10 -10 г. Линиите, присъщи на даден елемент, позволяват да се прецени качествено неговото присъствие. Яркостта на линиите дава възможност (при стандартни условия на възбуждане) да се прецени количествено наличието на определен елемент.

Спектрален анализ може също да се извърши с помощта на абсорбционни спектри. В астрофизиката много физически характеристики на обектите могат да бъдат определени от спектри: температура, налягане, скорост на движение, магнитна индукция и др. С помощта на спектрален анализ се определя химичният състав на рудите и минералите.

Основните области на приложение на спектралния анализ са: физични и химични изследвания; машиностроене, металургия; ядрена индустрия; астрономия, астрофизика; криминалистика.

Съвременните технологии за създаване на най-новите строителни материали (металпластмаса, пластмаса) са пряко свързани с такива фундаментални науки като химия и физика. Тези науки използват съвременни методи за изследване на веществата. Следователно спектралният анализ може да се използва за определяне на химичния състав на строителните материали от техните спектри.

Спектрален анализ

Спектрален анализ- набор от методи за качествено и количествено определяне на състава на обект, базиран на изследването на спектрите на взаимодействие на материята с радиацията, включително спектрите на електромагнитното излъчване, акустичните вълни, разпределението на масите и енергиите на елементарните частици, и т.н.

В зависимост от целите на анализа и видовете спектри се разграничават няколко метода за спектрален анализ. АтоменИ молекулярноспектралните анализи позволяват да се определи съответно елементният и молекулният състав на веществото. При емисионните и абсорбционните методи съставът се определя от емисионните и абсорбционните спектри.

Масспектрометричният анализ се извършва с помощта на масспектърите на атомни или молекулни йони и позволява да се определи изотопният състав на даден обект.

История

Тъмните линии в спектралните ивици са забелязани отдавна, но първото сериозно изследване на тези линии е предприето едва през 1814 г. от Джоузеф Фраунхофер. В негова чест ефектът е наречен "линии на Фраунхофер". Фраунхофер установи стабилността на позициите на редовете, състави таблица от тях (той преброи общо 574 реда) и присвои буквено-цифров код на всеки. Не по-малко важно е заключението му, че линиите не са свързани нито с оптическия материал, нито с атмосферата на земята, а са естествена характеристика на слънчевата светлина. Той открива подобни линии в изкуствени източници на светлина, както и в спектрите на Венера и Сириус.

Скоро стана ясно, че едни от най-ясните линии винаги се появяват в присъствието на натрий. През 1859 г. Г. Кирхоф и Р. Бунзен след поредица от експерименти заключиха: всеки химичен елемент има свой уникален линеен спектър и от спектъра на небесните тела могат да се направят изводи за състава на тяхното вещество. От този момент нататък в науката се появява спектралният анализ, мощен метод за дистанционно определяне на химичния състав.

За да тества метода, през 1868 г. Парижката академия на науките организира експедиция до Индия, където предстоеше пълно слънчево затъмнение. Там учените откриха: всички тъмни линии в момента на затъмнението, когато спектърът на излъчване замени спектъра на поглъщане на слънчевата корона, станаха, както беше предвидено, ярки на тъмен фон.

Постепенно се изясняваше същността на всяка от линиите и връзката им с химичните елементи. През 1860 г. Кирхоф и Бунзен откриват цезий чрез спектрален анализ, а през 1861 г. рубидий. А хелият е открит на Слънцето 27 години по-рано, отколкото на Земята (съответно 1868 и 1895 г.).

Принцип на действие

Атомите на всеки химичен елемент имат строго определени резонансни честоти, в резултат на което именно при тези честоти те излъчват или поглъщат светлина. Това води до факта, че в спектроскопа линиите (тъмни или светли) се виждат на спектрите на определени места, характерни за всяко вещество. Интензитетът на линиите зависи от количеството вещество и неговото състояние. При количествения спектрален анализ съдържанието на изследваното вещество се определя от относителните или абсолютните интензитети на линиите или лентите в спектрите.

Оптичният спектрален анализ се характеризира с относителна лекота на изпълнение, липса на сложна подготовка на пробата за анализ и малко количество вещество (10-30 mg), необходимо за анализ на голям брой елементи.

Атомните спектри (абсорбция или емисия) се получават чрез прехвърляне на веществото в състояние на пара чрез нагряване на пробата до 1000-10000 °C. Искра или дъга с променлив ток се използват като източници на възбуждане на атоми в емисионния анализ на проводими материали; в този случай пробата се поставя в кратера на един от въглеродните електроди. Пламъци или плазми от различни газове се използват широко за анализ на разтвори.

Приложение

Напоследък най-широко разпространени са емисионните и масспектрометричните методи за спектрален анализ, базирани на възбуждането на атомите и тяхната йонизация в аргонова плазма на индукционни разряди, както и в лазерна искра.

Спектралния анализ е чувствителен метод и се използва широко в аналитичната химия, астрофизиката, металургията, машиностроенето, геоложките проучвания и други клонове на науката.

В теорията за обработка на сигнали спектралният анализ също така означава анализ на разпределението на енергията на сигнал (например аудио) по честоти, вълнови числа и т.н.

Вижте също

Фондация Уикимедия. 2010 г.

балти
Северен Хан

Вижте какво е "Спектрален анализ" в други речници:

СПЕКТРАЛЕН АНАЛИЗ- физически качествени методи. .и количества. определяне на състава във ва, въз основа на получаването и изследването на неговите спектри. Основа на S. a. спектроскопия на атоми и молекули, тя се класифицира според целта на анализа и видовете спектри. Atomic S. a. (ASA) определя... ... Физическа енциклопедия

Спектрален анализ- Измерване на състава на вещество въз основа на изследване на неговите спектри Източник... Речник-справочник на термините на нормативната и техническата документация

Спектрален анализ- виж Спектроскопия. Геологически речник: в 2 тома. М.: Недра. Редактирано от K. N. Paffengoltz и др. 1978 г. Спектрален анализ ... Геоложка енциклопедия

СПЕКТРАЛЕН АНАЛИЗ- Въведено от Бунзен и Кирхоф през 1860 г., химичното изследване на вещество чрез неговите характерни цветни линии, които се забелязват, когато се гледа (по време на изпаряване) през призма. Обяснение на 25 000 чужди думи... Речник на чуждите думи на руския език

СПЕКТРАЛЕН АНАЛИЗ- СПЕКТРАЛЕН АНАЛИЗ, един от методите за анализ, при който се използват спектри (виж Спектроскопия, спектроскоп), дадени от това или онова тяло, когато се нагряват! или при преминаване на лъчи през разтвори, даващи непрекъснат спектър. За… … Голяма медицинска енциклопедия

СПЕКТРАЛЕН АНАЛИЗ- физичен метод за качествено и количествено определяне на състава на веществото, извършвано с помощта на неговите оптични спектри. Има атомен и молекулярен спектрален анализ, емисионен (на базата на емисионните спектри) и абсорбция (на базата на спектрите... ... Голям енциклопедичен речник

Спектрален анализ- математико-статистически метод за анализ на времеви редове, при който редовете се разглеждат като сложна съвкупност, смес от хармонични трептения, насложени едно върху друго. В този случай основното внимание се обръща на честотата... ... Икономически и математически речник

СПЕКТРАЛЕН АНАЛИЗ- физически методи за качествено и количествено определяне на химикали. състав на всякакви вещества въз основа на получаване и изследване на техния оптичен спектър. В зависимост от естеството на използваните спектри се разграничават следните видове: емисии (емисия C ... Голяма политехническа енциклопедия

Спектрален анализ- I Спектрален анализ е физичен метод за качествено и количествено определяне на атомния и молекулярния състав на дадено вещество, основаващ се на изследване на неговите спектри. Физическа основа на S. a. Спектроскопия на атоми и молекули, нейните... ... Велика съветска енциклопедия

Спектрален анализ- Съдържанието на статията. I. Сияние на тела. Емисионен спектър. Слънчев спектър. Фраунхоферови линии. Призматични и дифракционни спектри. Цветно разсейване на призма и решетка. II. Спектроскопи. Наклонен и прав спектроскоп за директно виждане.… … Енциклопедичен речник F.A. Brockhaus и I.A. Ефрон

Въведение………………………………………………………………………………….2

Механизъм на излъчване…………………………………………………………………………………..3

Разпределение на енергията в спектъра……………………………………………………….4

Видове спектри………………………………………………………………………………………….6

Видове спектрални анализи…………………………………………………………7

Заключение…………………………………………………………………………………..9

Литература………………………………………………………………………………….11

Въведение

Спектърът е разлагане на светлината на нейните съставни части, лъчи с различни цветове.

Методът за изследване на химичния състав на различни вещества от техните линейни емисионни или абсорбционни спектри се нарича спектрален анализ.За спектрален анализ е необходимо незначително количество вещество. Неговата скорост и чувствителност направиха този метод незаменим както в лабораториите, така и в астрофизиката. Тъй като всеки химичен елемент от периодичната таблица излъчва линеен спектър на излъчване и абсорбция, характерен само за него, това дава възможност да се изследва химичният състав на веществото. Физиците Кирхоф и Бунзен първи се опитват да го направят през 1859 г., като построяват спектроскоп.Светлината преминава в него през тесен процеп, изрязан от единия ръб на телескопа (тази тръба с прорез се нарича колиматор). От колиматора лъчите падаха върху призма, покрита с кутия, облицована с черна хартия отвътре. Призмата отклони лъчите, които излизаха от процепа. Резултатът беше спектър. След това покриха прозореца със завеса и поставиха запалена горелка в процепа на колиматора. Части от различни вещества бяха въведени последователно в пламъка на свещта и те погледнаха през втори телескоп получения спектър. Оказа се, че нажежените пари на всеки елемент произвеждат лъчи със строго определен цвят, а призмата отклонява тези лъчи на строго определено място и следователно нито един цвят не може да маскира другия. Това доведе до извода, че е открит радикално нов метод за химичен анализ - чрез спектъра на дадено вещество. През 1861 г., въз основа на това откритие, Кирхоф доказва наличието на редица елементи в хромосферата на Слънцето, поставяйки основите на астрофизиката.

Механизъм на излъчване

Източникът на светлина трябва да консумира енергия. Светлината представлява електромагнитни вълни с дължина на вълната 4*10 -7 - 8*10 -7 м. Електромагнитните вълни се излъчват от ускореното движение на заредени частици. Тези заредени частици са част от атомите. Но без да знаем как е устроен атомът, нищо надеждно не може да се каже за механизма на излъчване. Ясно е само, че вътре в атома няма светлина, както няма звук в струната на пиано. Подобно на струна, която започва да звучи едва след като бъде ударена с чук, атомите раждат светлина едва след като са възбудени.

За да започне един атом да излъчва, към него трябва да се пренесе енергия. Когато излъчва, атомът губи енергията, която получава, а за непрекъснатото светене на веществото е необходим приток на енергия към неговите атоми отвън.

Топлинно излъчване.Най-простият и най-често срещаният вид излъчване е топлинното излъчване, при което енергията, загубена от атомите за излъчване на светлина, се компенсира от енергията на топлинното движение на атомите или (молекулите) на излъчващото тяло. Колкото по-висока е телесната температура, толкова по-бързо се движат атомите. Когато бързите атоми (молекули) се сблъскат един с друг, част от тяхната кинетична енергия се преобразува в енергия на възбуждане на атомите, които след това излъчват светлина.

Топлинният източник на радиация е Слънцето, както и обикновена лампа с нажежаема жичка. Лампата е много удобен, но евтин източник. Само около 12% от общата енергия, освободена от електрическия ток в лампата, се превръща в светлинна енергия. Топлинният източник на светлина е пламък. Зърната от сажди се нагряват поради енергията, отделена при изгарянето на горивото, и излъчват светлина.

Електролуминесценция.Енергията, необходима на атомите за излъчване на светлина, може да идва и от нетермични източници. По време на разряд в газовете електрическото поле придава по-голяма кинетична енергия на електроните. Бързите електрони изпитват сблъсъци с атоми. Част от кинетичната енергия на електроните отива за възбуждане на атоми. Възбудените атоми освобождават енергия под формата на светлинни вълни. Поради това изхвърлянето в газа е придружено от блясък. Това е електролуминесценция.

Катодолуминесценция.Светенето на твърдите тела, причинено от бомбардирането на електрони, се нарича катодолуминесценция. Благодарение на катодолуминесценцията екраните на електроннолъчевите тръби на телевизорите светят.

Хемилуминесценция.При някои химични реакции, които освобождават енергия, част от тази енергия се изразходва директно за излъчване на светлина. Източникът на светлина остава хладен (той е на стайна температура). Това явление се нарича хемиолуминесценция.

Фотолуминесценция.Светлината, падаща върху вещество, се отразява частично и частично се абсорбира. Енергията на погълнатата светлина в повечето случаи предизвиква само нагряване на телата. Въпреки това, някои тела сами започват да светят директно под въздействието на падаща върху тях радиация. Това е фотолуминесценция. Светлината възбужда атомите на веществото (увеличава вътрешната им енергия), след което те самите се осветяват. Например, светещите бои, които покриват много украси за коледно дърво, излъчват светлина, след като бъдат облъчени.

Светлината, излъчвана по време на фотолуминесценцията, като правило има по-голяма дължина на вълната от светлината, която възбужда сиянието. Това може да се наблюдава експериментално. Ако насочите светлинен лъч към съд, съдържащ флуоресцеит (органично багрило),

преминала през виолетов светлинен филтър, тази течност започва да свети със зелено-жълта светлина, т.е. светлина с по-голяма дължина на вълната от виолетовата светлина.

Явлението фотолуминесценция се използва широко във флуоресцентните лампи. Съветският физик С. И. Вавилов предложи покриване на вътрешната повърхност на газоразрядната тръба с вещества, способни да светят ярко под действието на късовълнова радиация от газов разряд. Флуоресцентните лампи са приблизително три до четири пъти по-икономични от обикновените лампи с нажежаема жичка.

Изброени са основните видове радиация и източниците, които ги създават. Най-често срещаните източници на радиация са термичните.

Разпределение на енергията в спектъра

На екрана зад пречупващата призма монохроматичните цветове в спектъра са подредени в следния ред: червено (което има най-голяма дължина на вълната сред вълните на видимата светлина (k = 7,6 (10-7 m и най-малък индекс на пречупване), оранжево, жълто , зелено, циан, синьо и виолетово (с най-късата дължина на вълната във видимия спектър (f = 4 (10-7 m и най-висок индекс на пречупване). Нито един от източниците не произвежда монохроматична светлина, т.е. светлина със строго определена дължина на вълната , Експерименти за разлагане на светлината в спектър с помощта на призма, както и експерименти за интерференция и дифракция.

Енергията, която светлината носи със себе си от източника, се разпределя по определен начин върху вълните с всякаква дължина, които образуват светлинния лъч. Можем също да кажем, че енергията се разпределя по честоти, тъй като има проста връзка между дължината на вълната и честотата: v = c.

Плътността на потока на електромагнитното излъчване, или интензитетът /, се определя от енергията &W, която се приписва на всички честоти. За да се характеризира честотното разпределение на радиацията, е необходимо да се въведе нова величина: интензитетът на единица честотен интервал. Тази величина се нарича спектрална плътност на интензитета на излъчване.

Плътността на спектралния радиационен поток може да се намери експериментално. За да направите това, трябва да използвате призма, за да получите радиационния спектър, например на електрическа дъга, и да измерите плътността на радиационния поток, попадаща в малки спектрални интервали с ширина Av.

Не можете да разчитате на окото си, за да оцените разпределението на енергията. Окото има селективна чувствителност към светлина: максималната му чувствителност се намира в жълто-зелената област на спектъра. Най-добре е да се възползвате от свойството на черното тяло да поглъща почти напълно светлина от всички дължини на вълната. В този случай радиационната енергия (т.е. светлината) причинява нагряване на тялото. Следователно е достатъчно да се измери телесната температура и по нея да се прецени количеството енергия, погълната за единица време.

Обикновеният термометър е твърде чувствителен, за да се използва успешно в такива експерименти. Необходими са по-чувствителни инструменти за измерване на температурата. Можете да вземете електрически термометър, в който чувствителният елемент е направен под формата на тънка метална плоча. Тази плоча трябва да бъде покрита с тънък слой сажди, който почти напълно абсорбира светлина с всякаква дължина на вълната.

Топлочувствителната пластина на устройството трябва да бъде поставена на едно или друго място в спектъра. Целият видим спектър с дължина l от червени до виолетови лъчи съответства на честотния интервал от v cr до y f. Ширината съответства на малък интервал Av. Чрез нагряване на черната пластина на устройството може да се прецени плътността на радиационния поток за честотен интервал Av. Премествайки плочата по спектъра, ще открием, че по-голямата част от енергията е в червената част на спектъра, а не в жълто-зелената, както изглежда на окото.

Въз основа на резултатите от тези експерименти е възможно да се построи крива на зависимостта на спектралната плътност на интензитета на излъчване от честотата. Спектралната плътност на интензитета на излъчване се определя от температурата на плочата, а честотата не е трудна за намиране, ако устройството, използвано за разлагане на светлината, е калибрирано, тоест ако се знае на каква честота съответства дадена част от спектъра. да се.

Нанасяйки по абсцисната ос стойностите на честотите, съответстващи на средните точки на интервалите Av, и по ординатната ос спектралната плътност на интензитета на излъчване, получаваме редица точки, през които можем да начертаем гладка крива. Тази крива дава визуално представяне на разпределението на енергията и видимата част от спектъра на електрическата дъга.

Един от основните методи за анализ на химичния състав на веществото е спектралният анализ. Анализът на неговия състав се извършва въз основа на изследването на неговия спектър. Спектрален анализ – използва се в различни изследвания. С негова помощ е открит комплекс от химични елементи: He, Ga, Cs. в атмосферата на Слънцето. Освен Rb, In и XI се определя съставът на Слънцето и повечето други небесни тела.

Приложения

Спектрална експертиза, често срещана в:

металургия;
геология;
Химия;
минералогия;
астрофизика;
Биология;
медицина и др.

Позволява ви да намерите най-малките количества от установено вещество в изследваните обекти (до 10 - MS).Спектралния анализ е разделен на качествен и количествен.

Методи

Методът за установяване на химичния състав на веществото въз основа на спектъра е в основата на спектралния анализ. Линейните спектри имат уникална индивидуалност, точно като човешките пръстови отпечатъци или модела на снежинките. Уникалността на шарките върху кожата на пръста е голямо предимство за търсене на престъпник. Следователно, благодарение на особеностите на всеки спектър, е възможно да се установи химичното съдържание на тялото чрез анализ на химичния състав на веществото. Дори ако масата му на даден елемент не надвишава 10 - 10 g, с помощта на спектрален анализ той може да бъде открит в състава на сложно вещество. Това е доста чувствителен метод.

Емисионен спектрален анализ

Емисионният спектрален анализ е поредица от методи за определяне на химичния състав на дадено вещество от неговия емисионен спектър. Основата на метода за установяване на химичния състав на веществото - спектралното изследване - се основава на моделите в емисионните спектри и спектрите на абсорбция. Този метод ви позволява да идентифицирате милионни части от милиграм от дадено вещество.

Съществуват методи за качествено и количествено изследване, в съответствие с установяването на аналитичната химия като предмет, чиято цел е да се формулират методи за установяване на химичния състав на дадено вещество. Методите за идентифициране на вещество стават изключително важни в рамките на качествения органичен анализ.

Въз основа на линейния спектър на парите на всяко вещество е възможно да се определи кои химични елементи се съдържат в неговия състав, т.к. всеки химичен елемент има свой специфичен спектър на излъчване. Този метод за установяване на химичния състав на веществото се нарича качествен спектрален анализ.

Рентгеноспектрален анализ

Има друг метод за идентифициране на химикал, наречен рентгенов спектрален анализ. Рентгеновият спектрален анализ се основава на активирането на атомите на дадено вещество, когато то се облъчва с рентгенови лъчи, процес, наречен вторичен или флуоресцентен. Активирането е възможно и при облъчване с високоенергийни електрони; в този случай процесът се нарича директно възбуждане. В резултат на движението на електроните в по-дълбоките вътрешни електронни слоеве се появяват рентгенови линии.

Формулата на Wulff-Bragg ви позволява да зададете дължините на вълните на рентгеновото лъчение, когато използвате кристал с популярна структура с известно разстояние d. Това е основата на метода за определяне. Изследваното вещество е бомбардирано с високоскоростни електрони. Поставя се например върху анода на разглобяема рентгенова тръба, след което излъчва характерни рентгенови лъчи, които попадат върху кристал с известна структура. Ъглите се измерват и съответните дължини на вълните се изчисляват с помощта на формулата след фотографиране на получената дифракционна картина.

Техники

В момента всички методи за химичен анализ се основават на две техники. Или при физическия тест, или при химическия тест, сравнявайки установената концентрация с нейната мерна единица:

Физически

Физическата техника се основава на метода за съпоставяне на единица количество от компонент със стандарт чрез измерване на неговото физическо свойство, което зависи от съдържанието му в проба от веществото. Функционалната връзка „Наситеност на свойствата – съдържание на компонент в пробата“ се определя чрез проба чрез калибриране на средствата за измерване на дадено физическо свойство според инсталирания компонент. От калибровъчната графика се получават количествени зависимости, построени в координатите: „наситеност на физическо свойство - концентрация на инсталирания компонент“.

химически

Химическа техника се използва в метода за корелиране на единица количество от компонент със стандарт. Тук се използват законите за запазване на количеството или масата на компонента по време на химични взаимодействия. Химичните взаимодействия се основават на химичните свойства на химичните съединения. В проба от вещество се провежда химична реакция, която отговаря на определените изисквания за определяне на желания компонент, и се измерва обемът или масата, участващи в специфичната химична реакция на компонентите. Получават се количествени зависимости, след което се записва броят на еквивалентите на даден компонент за дадена химична реакция или законът за запазване на масата.

устройства

Инструментите за анализ на физическия и химичен състав на дадено вещество са:

Газоанализатори;
Аларми за пределно допустими и взривоопасни концентрации на пари и газове;
Концентратори за течни разтвори;
Плътномери;
Солометри;
Влагомери и други устройства, подобни по предназначение и комплектност.

С течение на времето обхватът на анализираните обекти се увеличава и се увеличава скоростта и точността на анализа. Един от най-важните инструментални методи за установяване на атомния химичен състав на веществото е спектралният анализ.

Всяка година се появяват все повече и повече комплекси от инструменти за количествен спектрален анализ. Те също така произвеждат най-модерните видове оборудване и методи за запис на спектъра. Спектралните лаборатории се организират първоначално в машиностроенето, металургията, а след това и в други области на индустрията. С течение на времето скоростта и точността на анализа се увеличават. В допълнение, областта на анализираните обекти се разширява. Един от основните инструментални методи за определяне на атомния химичен състав на веществото е спектралният анализ.

Спектралният анализ е един от най-важните физични методи за изследване на веществата. Предназначен за определяне на качествения и количествения състав на вещество въз основа на неговия спектър.

Химиците отдавна знаят, че съединенията на някои химични елементи, ако се добавят към пламъка, му придават характерни цветове. Така натриевите соли правят пламъка жълт, а борните съединения го правят зелен. Цветът на дадено вещество възниква, когато то или излъчва вълни с определена дължина, или ги абсорбира от пълния спектър на падаща върху него бяла светлина. Във втория случай видимият за окото цвят се оказва, че съответства не на тези погълнати вълни, а на други – допълнителни, които при добавяне към тях дават бяла светлина.

Тези модели, установени в началото на миналия век, са обобщени през 1859-1861 г. Немски учени Г. Кирхоф и Р. Бунзен, които доказват, че всеки химичен елемент има свой характерен спектър. Това направи възможно създаването на вид елементен анализ - атомен спектрален анализ, с помощта на който е възможно да се определи количествено съдържанието на различни елементи в проба от вещество, разложено на атоми или йони в пламък или в електрическа дъга. Още преди създаването на количествена версия на този метод, той успешно се използва за „елементен анализ“ на небесни тела. Още през миналия век спектралният анализ помогна да се проучи съставът на Слънцето и други звезди, както и да се открият някои елементи, по-специално хелий.

С помощта на спектралния анализ стана възможно да се разграничат не само различни химични елементи, но и изотопи на един и същи елемент, които обикновено дават различни спектри. Методът се използва за анализ на изотопния състав на веществата и се основава на различни измествания в енергийните нива на молекули с различни изотопи.

Рентгеновите лъчи, кръстени на немския физик В. Рентген, който ги открива през 1895 г., са една от частите с най-къса дължина на вълната от пълния спектър на електромагнитните вълни, разположени в него между ултравиолетовата светлина и гама-лъчението. Когато рентгеновите лъчи се абсорбират от атомите, дълбоките електрони, разположени близо до ядрото и свързани с него особено здраво, се възбуждат. Излъчването на рентгенови лъчи от атомите, напротив, е свързано с преходи на дълбоки електрони от възбудени енергийни нива към обикновени, стационарни.

И двете нива могат да имат само строго определени енергии, в зависимост от заряда на атомното ядро. Това означава, че разликата между тези енергии, равна на енергията на погълнатия (или излъчения) квант, също зависи от заряда на ядрото и излъчването на всеки химичен елемент в рентгеновата област на спектъра е набор на вълни, характерни за този елемент със строго определени честоти на вибрации.

Рентгеновият спектрален анализ, вид елементен анализ, се основава на използването на това явление. Използва се широко за анализ на руди, минерали, както и на сложни неорганични и елементоорганични съединения.

Има и други видове спектроскопия, основани не на радиация, а на абсорбцията на светлинни вълни от материята. Така наречените молекулярни спектри се наблюдават, като правило, когато разтворите на вещества абсорбират видима, ултравиолетова или инфрачервена светлина; В този случай не се получава разлагане на молекули. Ако видимата или ултравиолетовата светлина обикновено действа върху електроните, карайки ги да се издигнат до нови, възбудени енергийни нива (виж Атом), тогава инфрачервените (топлинни) лъчи, които носят по-малко енергия, възбуждат само вибрации на взаимосвързани атоми. Следователно информацията, която тези видове спектроскопия предоставят на химиците, е различна. Ако от инфрачервения (вибрационния) спектър се научи за наличието на определени групи атоми в дадено вещество, то спектрите в ултравиолетовата (а за цветните вещества - във видимата) област носят информация за структурата на светлопоглъщащата група като дупка.

Сред органичните съединения основата на такива групи като правило е система от ненаситени връзки (виж Ненаситени въглеводороди). Колкото повече двойни или тройни връзки в една молекула, редуващи се с прости (с други думи, колкото по-дълга е веригата на конюгиране), толкова по-лесно се възбуждат електроните.

Методите на молекулярната спектроскопия се използват не само за определяне на структурата на молекулите, но и за точно измерване на количеството на известно вещество в разтвор. Спектрите в ултравиолетовата или видимата област са особено удобни за това. Лентите на поглъщане в тази област обикновено се наблюдават при концентрация на разтворено вещество от порядъка на стотни и дори хилядни от процента. Специален случай на такова приложение на спектроскопията е колориметричният метод, който се използва широко за измерване на концентрацията на оцветени съединения.

Атомите на някои вещества също са способни да абсорбират радиовълни. Тази способност се проявява, когато дадено вещество се постави в полето на мощен постоянен магнит. Много атомни ядра имат свой собствен магнитен момент - въртене, а в магнитно поле ядрата с неравномерна ориентация на въртене се оказват енергийно „неравномерни“. Тези, чиято посока на въртене съвпада с посоката на приложеното магнитно поле, се оказват в по-благоприятна позиция, а други ориентации започват да играят ролята на „възбудени състояния“ по отношение на тях. Това не означава, че ядрото в благоприятно спиново състояние не може да премине в „възбудено“ състояние; разликата в енергиите на спиновите състояния е много малка, но все пак процентът на ядрата в неблагоприятно енергийно състояние е относително малък. И колкото по-мощно е приложеното поле, толкова по-малко е то. Изглежда, че ядрата осцилират между две енергийни състояния. И тъй като честотата на такива трептения съответства на честотата на радиовълните, е възможен и резонанс - поглъщането на енергия от променливо електромагнитно поле със съответната честота, което води до рязко увеличаване на броя на ядрата във възбудено състояние.

Това е основата за работата на спектрометрите за ядрено-магнитен резонанс (ЯМР), способни да откриват наличието в дадено вещество на онези атомни ядра, чийто спин е равен на 1/2: водород 1H, литий 7Li, флуор 19F, фосфор 31P, като както и изотопи на въглерод 13C, азот 15N, кислород 17O и др.

Колкото по-мощен е постоянният магнит, толкова по-висока е чувствителността на такива устройства. Резонансната честота, необходима за възбуждане на ядра, също се увеличава пропорционално на силата на магнитното поле. Той служи като мярка за класа на устройството. Спектрометрите от среден клас работят на честота 60-90 MHz (при запис на протонни спектри); по-хладни - на честота 180, 360 и дори 600 MHz.

Спектрометрите от висок клас - много точни и сложни инструменти - позволяват не само да се открие и количествено измери съдържанието на определен елемент, но и да се разграничат сигналите на атоми, заемащи химически "неравномерни" позиции в молекулата. И чрез изучаване на така нареченото спин-спин взаимодействие, което води до разделянето на сигналите на групи от тесни линии под въздействието на магнитното поле на съседните ядра, човек може да научи много интересни неща за атомите около ядрото под проучване. ЯМР спектроскопията ви позволява да получите от 70 до 100% от необходимата информация, например за установяване на структурата на сложно органично съединение.

Друг вид радиоспектроскопия - електронният парамагнитен резонанс (EPR) - се основава на факта, че не само ядрата, но и електроните имат спин 1/2. EPR спектроскопията е най-добрият начин за изследване на частици с несдвоени електрони - свободни радикали. Подобно на ЯМР спектрите, ЕПР спектрите позволяват да се научи много не само за самата "сигнална" частица, но и за природата на атомите около нея. Инструментите за EPR спектроскопия са много чувствителни: за запис на спектъра обикновено е напълно достатъчен разтвор, съдържащ няколкостотин милионни от мола свободни радикали на литър. А устройство с рекордна чувствителност, наскоро създадено от група съветски учени, е в състояние да открие наличието само на 100 радикала в проба, което съответства на тяхната концентрация от приблизително 10 -18 mol/l.