Σχολική εγκυκλοπαίδεια. Μέθοδος φασματικής ανάλυσης

Έχετε σκεφτεί ποτέ πώς γνωρίζουμε τις ιδιότητες των μακρινών αντικειμένων; ουράνια σώματα?

Σίγουρα γνωρίζετε ότι οφείλουμε τέτοιες γνώσεις στη φασματική ανάλυση. Ωστόσο, συχνά υποτιμούμε τη συμβολή αυτής της μεθόδου στην κατανόηση της ίδιας της. Η εμφάνιση της φασματικής ανάλυσης ανέτρεψε πολλά καθιερωμένα παραδείγματα σχετικά με τη δομή και τις ιδιότητες του κόσμου μας.

Χάρη στη φασματική ανάλυση, έχουμε μια ιδέα για την κλίμακα και το μεγαλείο του χώρου. Χάρη σε αυτόν, δεν περιορίζουμε πλέον το Σύμπαν στον Γαλαξία. Φασματική ανάλυσηΜας αποκάλυψε μια μεγάλη ποικιλία από αστέρια, μας μίλησε για τη γέννηση, την εξέλιξη και τον θάνατό τους. Αυτή η μέθοδος βρίσκεται κάτω από όλες σχεδόν τις σύγχρονες, ακόμη και μελλοντικές αστρονομικές ανακαλύψεις.

Μάθετε για το ανέφικτο

Μόλις πριν από δύο αιώνες, ήταν γενικά αποδεκτό ότι η χημική σύνθεση των πλανητών και των αστεριών θα παρέμενε για πάντα ένα μυστήριο για εμάς. Πράγματι, στο μυαλό εκείνων των χρόνων, τα διαστημικά αντικείμενα θα παραμένουν πάντα απρόσιτα για εμάς. Κατά συνέπεια, δεν θα πάρουμε ποτέ δείγμα από κανένα αστέρι ή πλανήτη και δεν θα μάθουμε ποτέ τη σύνθεσή του. Η ανακάλυψη της φασματικής ανάλυσης διέψευσε πλήρως αυτή την εσφαλμένη αντίληψη.

Η φασματική ανάλυση σάς επιτρέπει να μαθαίνετε εξ αποστάσεως πολλές ιδιότητες μακρινών αντικειμένων. Φυσικά, χωρίς μια τέτοια μέθοδο, η σύγχρονη πρακτική αστρονομία δεν έχει νόημα.

Γραμμές σε ένα ουράνιο τόξο

Οι σκοτεινές γραμμές στο φάσμα του Ήλιου παρατηρήθηκαν το 1802 από τον εφευρέτη Wollaston. Ωστόσο, ο ίδιος ο ανακάλυψε δεν ήταν ιδιαίτερα προσηλωμένος σε αυτές τις γραμμές. Η εκτεταμένη έρευνα και ταξινόμηση τους έγινε το 1814 από τον Fraunhofer. Κατά τη διάρκεια των πειραμάτων του, παρατήρησε ότι ο Ήλιος, ο Σείριος, η Αφροδίτη και οι τεχνητές πηγές φωτός έχουν το δικό τους σύνολο γραμμών. Αυτό σήμαινε ότι αυτές οι γραμμές εξαρτώνταν αποκλειστικά από την πηγή φωτός. Δεν επηρεάζονται από την ατμόσφαιρα της γης ή τις ιδιότητες του οπτικού οργάνου.

Η φύση αυτών των γραμμών ανακαλύφθηκε το 1859 από τον Γερμανό φυσικό Kirchhoff μαζί με τον χημικό Robert Bunsen. Καθιέρωσαν μια σύνδεση μεταξύ των γραμμών στο φάσμα του Ήλιου και των γραμμών εκπομπής ατμών διαφόρων ουσιών. Έτσι έκαναν την επαναστατική ανακάλυψη ότι κάθε χημικό στοιχείο έχει το δικό του σύνολο φασματικών γραμμών. Κατά συνέπεια, με την ακτινοβολία οποιουδήποτε αντικειμένου μπορεί κανείς να μάθει για τη σύνθεσή του. Έτσι γεννήθηκε η φασματική ανάλυση.

Κατά τη διάρκεια των επόμενων δεκαετιών, χάρη στη φασματική ανάλυση, πολλά χημικά στοιχεία. Αυτά περιλαμβάνουν το ήλιο, το οποίο ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά στον Ήλιο, έτσι πήρε το όνομά του. Ως εκ τούτου, αρχικά θεωρήθηκε ότι ήταν αποκλειστικά ηλιακό αέριο μέχρι που ανακαλύφθηκε στη Γη τρεις δεκαετίες αργότερα.

Τρεις τύποι φάσματος

Τι εξηγεί αυτή τη συμπεριφορά του φάσματος; Η απάντηση βρίσκεται στην κβαντική φύση της ακτινοβολίας. Όπως είναι γνωστό, όταν ένα άτομο απορροφά ηλεκτρομαγνητική ενέργεια, το εξωτερικό του ηλεκτρόνιο μετακινείται σε υψηλότερο ενεργειακό επίπεδο. Ομοίως με την ακτινοβολία - σε χαμηλότερο επίπεδο. Κάθε άτομο έχει τη δική του διαφορά στα ενεργειακά επίπεδα. Εξ ου και η μοναδική συχνότητα απορρόφησης και εκπομπής για κάθε χημικό στοιχείο.

Σε αυτές τις συχνότητες το αέριο εκπέμπει και εκπέμπει. Ταυτόχρονα, τα στερεά και τα υγρά σώματα, όταν θερμαίνονται, εκπέμπουν ένα πλήρες φάσμα, ανεξάρτητα από τη χημική τους σύσταση. Επομένως, το φάσμα που προκύπτει χωρίζεται σε τρεις τύπους: συνεχές, φάσμα γραμμής και φάσμα απορρόφησης. Κατά συνέπεια, ένα συνεχές φάσμα εκπέμπεται από στερεά και υγρά, και ένα φάσμα γραμμής εκπέμπεται από αέρια. Το φάσμα απορρόφησης παρατηρείται όταν η συνεχής ακτινοβολία απορροφάται από ένα αέριο. Με άλλα λόγια, οι πολύχρωμες γραμμές επάνω σκούρο φόντοτο φάσμα γραμμής θα αντιστοιχεί σε σκούρες γραμμές σε πολύχρωμο φόντο του φάσματος απορρόφησης.

Είναι το φάσμα απορρόφησης που παρατηρείται στον Ήλιο, ενώ τα θερμαινόμενα αέρια εκπέμπουν ακτινοβολία με γραμμικό φάσμα. Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι η φωτόσφαιρα του Ήλιου, αν και είναι αέριο, δεν είναι διαφανής στο οπτικό φάσμα. Παρόμοια εικόνα παρατηρείται και σε άλλα αστέρια. Αυτό που είναι ενδιαφέρον είναι ότι κατά τη διάρκεια του full ηλιακή έκλειψητο φάσμα του Ήλιου γίνεται γραμμωμένο. Πράγματι, σε αυτή την περίπτωση προέρχεται από τα διαφανή εξωτερικά στρώματα του.

Αρχές Φασματοσκοπίας

Η οπτική φασματική ανάλυση είναι σχετικά απλή στην τεχνική υλοποίηση. Το έργο του βασίζεται στην αποσύνθεση της ακτινοβολίας του υπό μελέτη αντικειμένου και στην περαιτέρω ανάλυση του προκύπτοντος φάσματος. Χρησιμοποιώντας ένα γυάλινο πρίσμα, το 1671 ο Ισαάκ Νεύτων πραγματοποίησε την πρώτη «επίσημη» αποσύνθεση του φωτός. Εισήγαγε επίσης τη λέξη «φάσμα» στην επιστημονική χρήση. Στην πραγματικότητα, ενώ τακτοποιούσε το φως με τον ίδιο τρόπο, ο Wollaston παρατήρησε μαύρες γραμμές στο φάσμα. Οι φασματογράφοι λειτουργούν επίσης με αυτήν την αρχή.

Η ελαφριά αποσύνθεση μπορεί επίσης να συμβεί χρησιμοποιώντας πλέγματα περίθλασης. Περαιτέρω ανάλυση του φωτός μπορεί να γίνει χρησιμοποιώντας μια ποικιλία μεθόδων. Αρχικά, χρησιμοποιήθηκε ένας σωλήνας παρατήρησης για αυτό και στη συνέχεια μια κάμερα. Σήμερα, το φάσμα που προκύπτει αναλύεται με ηλεκτρονικά όργανα υψηλής ακρίβειας.

Μέχρι στιγμής μιλούσαμε για οπτική φασματοσκοπία. Ωστόσο, η σύγχρονη φασματική ανάλυση δεν περιορίζεται σε αυτό το εύρος. Σε πολλούς τομείς της επιστήμης και της τεχνολογίας, χρησιμοποιείται φασματική ανάλυση σχεδόν όλων των τύπων ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων - από το ραδιόφωνο έως τις ακτίνες Χ. Φυσικά, τέτοιες μελέτες πραγματοποιούνται χρησιμοποιώντας μια ποικιλία μεθόδων. Χωρίς διάφορες μεθόδους φασματικής ανάλυσης, δεν θα γνωρίζαμε τη σύγχρονη φυσική, τη χημεία, την ιατρική και, φυσικά, την αστρονομία.

Φασματική ανάλυση στην αστρονομία

Όπως σημειώθηκε νωρίτερα, από τον Ήλιο ξεκίνησε η μελέτη των φασματικών γραμμών. Επομένως, δεν αποτελεί έκπληξη το γεγονός ότι η μελέτη των φασμάτων βρήκε αμέσως την εφαρμογή της στην αστρονομία.

Φυσικά, το πρώτο πράγμα που άρχισαν να κάνουν οι αστρονόμοι ήταν να χρησιμοποιήσουν αυτή τη μέθοδο για να μελετήσουν τη σύνθεση των αστεριών και άλλων διαστημικά αντικείμενα. Έτσι, κάθε αστέρι απέκτησε τη δική του φασματική τάξη, αντανακλώντας τη θερμοκρασία και τη σύνθεση της ατμόσφαιράς του. Έγιναν επίσης γνωστές οι παράμετροι της ατμόσφαιρας των πλανητών. ηλιακό σύστημα. Οι αστρονόμοι έχουν έρθει πιο κοντά στην κατανόηση της φύσης των νεφελωμάτων αερίου, καθώς και πολλών άλλων ουράνιων αντικειμένων και φαινομένων.

Ωστόσο, χρησιμοποιώντας τη φασματική ανάλυση, μπορείτε να μάθετε όχι μόνο για την ποιοτική σύνθεση των αντικειμένων.

Μετρήστε την ταχύτητα

Το φαινόμενο Doppler στην αστρονομία Το φαινόμενο Doppler στην αστρονομία

Το φαινόμενο Doppler αναπτύχθηκε θεωρητικά από έναν Αυστριακό φυσικό το 1840, από τον οποίο πήρε το όνομά του. Αυτό το αποτέλεσμα μπορεί να παρατηρηθεί ακούγοντας το σφύριγμα ενός διερχόμενου τρένου. Το ύψος του σφυρίσματος ενός τρένου που πλησιάζει θα είναι αισθητά διαφορετικό από αυτό ενός κινούμενου τρένου. Αυτός είναι περίπου ο τρόπος με τον οποίο αποδείχθηκε θεωρητικά το φαινόμενο Doppler. Το αποτέλεσμα είναι ότι, για τον παρατηρητή, το μήκος κύματος της κινούμενης πηγής παραμορφώνεται. Αυξάνεται καθώς η πηγή απομακρύνεται και μειώνεται καθώς πλησιάζει. Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα έχουν παρόμοια ιδιότητα.

Καθώς η πηγή απομακρύνεται, όλες οι σκοτεινές ζώνες στο φάσμα εκπομπής της μετατοπίζονται στην κόκκινη πλευρά. Εκείνοι. όλα τα μήκη κύματος αυξάνονται. Με τον ίδιο τρόπο, όταν πλησιάζει η πηγή, μετατοπίζονται στη βιολετί πλευρά. Έτσι έχει γίνει μια εξαιρετική προσθήκη στη φασματική ανάλυση. Τώρα, από τις γραμμές του φάσματος, ήταν δυνατό να αναγνωριστεί αυτό που προηγουμένως φαινόταν αδύνατο. Μετρήστε την ταχύτητα των διαστημικών αντικειμένων, υπολογίστε τις τροχιακές παραμέτρους διπλών αστεριών, την ταχύτητα περιστροφής των πλανητών και πολλά άλλα. Το φαινόμενο «κόκκινη μετατόπιση» έπαιξε ιδιαίτερο ρόλο στην κοσμολογία.

Η ανακάλυψη του Αμερικανού επιστήμονα Έντουιν Χαμπλ είναι συγκρίσιμη με την ανάπτυξη του Κοπέρνικου ηλιοκεντρικό σύστημαειρήνη. Μελετώντας τη φωτεινότητα των Κηφείδων σε διάφορα νεφελώματα, απέδειξε ότι πολλά από αυτά βρίσκονται πολύ πιο μακριά Γαλαξίας. Συγκρίνοντας τις ληφθείσες αποστάσεις με τα φάσματα των γαλαξιών, ο Hubble ανακάλυψε τον περίφημο νόμο του. Σύμφωνα με αυτό, η απόσταση από τους γαλαξίες είναι ανάλογη με την ταχύτητα απομάκρυνσής τους από εμάς. Αν και ο νόμος του διαφέρει κάπως από σύγχρονες ιδέες, η ανακάλυψη του Hubble διεύρυνε το εύρος του Σύμπαντος.

Φασματική ανάλυση και σύγχρονη αστρονομία

Σήμερα, σχεδόν καμία αστρονομική παρατήρηση δεν συμβαίνει χωρίς φασματική ανάλυση. Με τη βοήθειά του ανακαλύπτονται νέοι εξωπλανήτες και διευρύνονται τα όρια του Σύμπαντος. Φασματόμετρα μεταφέρονται σε ρόβερ και διαπλανητικούς ανιχνευτές του Άρη, διαστημικά τηλεσκόπια και ερευνητικούς δορυφόρους. Στην πραγματικότητα, χωρίς φασματική ανάλυση δεν θα υπήρχε σύγχρονη αστρονομία. Θα συνεχίζαμε να κοιτάμε το άδειο, απρόσωπο φως των αστεριών, για το οποίο δεν θα ξέραμε τίποτα.

Η φασματική ανάλυση είναι μια από τις πιο σημαντικές φυσικές μεθόδουςέρευνα ουσιών. Σχεδιασμένο για να προσδιορίζει την ποιοτική και ποσοτική σύνθεση μιας ουσίας με βάση το φάσμα της.

Οι χημικοί γνώριζαν από καιρό ότι οι ενώσεις ορισμένων χημικών στοιχείων, αν προστεθούν σε μια φλόγα, της δίνουν χαρακτηριστικά χρώματα. Έτσι, τα άλατα νατρίου κάνουν τη φλόγα κίτρινη και οι ενώσεις του βορίου την κάνουν πράσινη. Το χρώμα μιας ουσίας εμφανίζεται όταν είτε εκπέμπει κύματα συγκεκριμένου μήκους είτε τα απορροφά από πλήρες φάσμαλευκό φως πέφτει πάνω του. Στη δεύτερη περίπτωση, το χρώμα που είναι ορατό στο μάτι αποδεικνύεται ότι δεν αντιστοιχεί σε αυτά τα απορροφημένα κύματα, αλλά σε άλλα - επιπλέον, τα οποία, όταν προστεθούν σε αυτά, δίνουν λευκό φως.

Αυτά τα πρότυπα, που καθιερώθηκαν στις αρχές του περασμένου αιώνα, γενικεύτηκαν το 1859-1861. Οι Γερμανοί επιστήμονες G. Kirchhoff και R. Bunsen, οι οποίοι απέδειξαν ότι κάθε χημικό στοιχείο έχει το δικό του χαρακτηριστικό φάσμα. Αυτό κατέστησε δυνατή τη δημιουργία ενός τύπου στοιχειακής ανάλυσης - ατομικής φασματικής ανάλυσης, με την οποία είναι δυνατός ο ποσοτικός προσδιορισμός του περιεχομένου διάφορα στοιχείασε δείγμα ουσίας που αποσυντίθεται σε άτομα ή ιόντα σε φλόγα ή ηλεκτρικό τόξο. Ακόμη και πριν από τη δημιουργία μιας ποσοτικής έκδοσης αυτής της μεθόδου, χρησιμοποιήθηκε με επιτυχία για «στοιχειακή ανάλυση» ουράνιων σωμάτων. Η φασματική ανάλυση ήδη τον περασμένο αιώνα βοήθησε στη μελέτη της σύστασης του Ήλιου και άλλων άστρων, καθώς και στην ανακάλυψη ορισμένων στοιχείων, ιδιαίτερα του ηλίου.

Με τη βοήθεια της φασματικής ανάλυσης κατέστη δυνατή η διάκριση όχι μόνο διαφορετικών χημικών στοιχείων, αλλά και ισοτόπων του ίδιου στοιχείου, τα οποία συνήθως δίνουν διαφορετικά φάσματα. Η μέθοδος χρησιμοποιείται για την ανάλυση της ισοτοπικής σύνθεσης των ουσιών και βασίζεται σε διαφορετικές μετατοπίσεις στα ενεργειακά επίπεδα μορίων με διαφορετικά ισότοπα.

Οι ακτίνες Χ, που ονομάστηκαν από τον Γερμανό φυσικό W. Roentgen που τις ανακάλυψε το 1895, είναι ένα από τα μικρότερα τμήματα μήκους κύματος του πλήρους φάσματος ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, που βρίσκεται σε αυτό μεταξύ υπεριώδες φωςκαι ακτινοβολία γάμμα. Όταν οι ακτίνες Χ απορροφώνται από τα άτομα, διεγείρονται τα βαθιά ηλεκτρόνια που βρίσκονται κοντά στον πυρήνα και συνδέονται με αυτόν ιδιαίτερα σφιχτά. Η εκπομπή ακτίνων Χ από τα άτομα, αντίθετα, σχετίζεται με μεταβάσεις των βαθιών ηλεκτρονίων από τα διεγερμένα επίπεδα ενέργειας στα συνηθισμένα, ακίνητα.

Και τα δύο επίπεδα μπορούν να έχουν μόνο αυστηρά καθορισμένες ενέργειες, ανάλογα με το φορτίο του ατομικού πυρήνα. Αυτό σημαίνει ότι η διαφορά μεταξύ αυτών των ενεργειών, ίση με την ενέργεια του απορροφούμενου (ή εκπεμπόμενου) κβαντικού, εξαρτάται επίσης από το φορτίο του πυρήνα και η ακτινοβολία κάθε χημικού στοιχείου στην περιοχή των ακτίνων Χ του φάσματος είναι ένα σύνολο κυμάτων χαρακτηριστικών αυτού του στοιχείου με αυστηρά καθορισμένες συχνότητες δόνησης.

Η φασματική ανάλυση ακτίνων Χ, ένας τύπος στοιχειακής ανάλυσης, βασίζεται στη χρήση αυτού του φαινομένου. Χρησιμοποιείται ευρέως για την ανάλυση μεταλλευμάτων, ορυκτών, καθώς και πολύπλοκων ανόργανων και στοιχειωδών ΟΡΓΑΝΙΚΕΣ ΕΝΩΣΕΙΣ.

Υπάρχουν και άλλοι τύποι φασματοσκοπίας που δεν βασίζονται στην ακτινοβολία, αλλά στην απορρόφηση των κυμάτων φωτός από την ύλη. Τα λεγόμενα μοριακά φάσματα παρατηρούνται, κατά κανόνα, όταν διαλύματα ουσιών απορροφούν το ορατό, το υπεριώδες ή το υπέρυθρο φως. Σε αυτή την περίπτωση, δεν συμβαίνει αποσύνθεση μορίων. Εάν το ορατό ή το υπεριώδες φως συνήθως δρα στα ηλεκτρόνια, αναγκάζοντάς τα να αυξηθούν σε νέα, διεγερμένα επίπεδα ενέργειας (βλ. Άτομο), τότε οι υπέρυθρες (θερμικές) ακτίνες, που μεταφέρουν λιγότερη ενέργεια, διεγείρουν μόνο δονήσεις διασυνδεδεμένων ατόμων. Επομένως, οι πληροφορίες που παρέχουν αυτοί οι τύποι φασματοσκοπίας στους χημικούς είναι διαφορετικές. Εάν από το υπέρυθρο (δονητικό) φάσμα μάθει κανείς για την παρουσία ορισμένων ομάδων ατόμων σε μια ουσία, τότε τα φάσματα στην υπεριώδη (και για έγχρωμες ουσίες - στην ορατή) περιοχή μεταφέρουν πληροφορίες για τη δομή της ομάδας που απορροφά το φως όπως ένα ολόκληρο.

Μεταξύ των οργανικών ενώσεων, η βάση τέτοιων ομάδων, κατά κανόνα, είναι ένα σύστημα ακόρεστων δεσμών (βλ. Ακόρεστοι υδρογονάνθρακες). Όσο περισσότεροι διπλοί ή τριπλοί δεσμοί σε ένα μόριο, εναλλασσόμενοι με απλούς (με άλλα λόγια, όσο μεγαλύτερη είναι η αλυσίδα σύζευξης), τόσο πιο εύκολα διεγείρονται τα ηλεκτρόνια.

Οι μέθοδοι μοριακής φασματοσκοπίας χρησιμοποιούνται όχι μόνο για τον προσδιορισμό της δομής των μορίων, αλλά και για τον προσδιορισμό της δομής των μορίων ακριβής μέτρησηποσότητα μιας γνωστής ουσίας σε διάλυμα. Τα φάσματα στην υπεριώδη ή ορατή περιοχή είναι ιδιαίτερα βολικά για αυτό. Οι ζώνες απορρόφησης σε αυτή την περιοχή παρατηρούνται συνήθως σε συγκέντρωση διαλυμένης ουσίας της τάξεως των εκατοστών και ακόμη και χιλιοστών του τοις εκατό. Μια ειδική περίπτωση μιας τέτοιας εφαρμογής της φασματοσκοπίας είναι η μέθοδος χρωματομετρίας, η οποία χρησιμοποιείται ευρέως για τη μέτρηση της συγκέντρωσης των έγχρωμων ενώσεων.

Τα άτομα ορισμένων ουσιών είναι επίσης ικανά να απορροφούν ραδιοκύματα. Αυτή η ικανότητα εκδηλώνεται όταν μια ουσία τοποθετείται στο πεδίο ενός ισχυρού μόνιμου μαγνήτη. Πολλοί ατομικοί πυρήνες έχουν τη δική τους μαγνητική ροπή - σπιν, και σε ένα μαγνητικό πεδίο, πυρήνες με άνισο προσανατολισμό σπιν αποδεικνύονται ενεργειακά «άνισοι». Εκείνα των οποίων η διεύθυνση σπιν συμπίπτει με την κατεύθυνση του υπερτιθέμενου μαγνητικό πεδίο, βρίσκονται σε πιο πλεονεκτική θέση και άλλοι προσανατολισμοί αρχίζουν να παίζουν το ρόλο των «διεγερμένων καταστάσεων» σε σχέση με αυτούς. Αυτό δεν σημαίνει ότι ένας πυρήνας σε ευνοϊκή κατάσταση περιστροφής δεν μπορεί να μεταβεί σε κατάσταση «διεγερμένης». η διαφορά στις ενέργειες των καταστάσεων σπιν είναι πολύ μικρή, αλλά και πάλι το ποσοστό των πυρήνων σε μια δυσμενή ενεργειακή κατάσταση είναι σχετικά μικρό. Και όσο πιο ισχυρό είναι το εφαρμοσμένο πεδίο, τόσο μικρότερο είναι. Οι πυρήνες φαίνεται να ταλαντώνονται μεταξύ δύο ενεργειακών καταστάσεων. Και δεδομένου ότι η συχνότητα τέτοιων ταλαντώσεων αντιστοιχεί στη συχνότητα των ραδιοκυμάτων, είναι επίσης δυνατός ο συντονισμός - η απορρόφηση ενέργειας από ένα εναλλασσόμενο ηλεκτρομαγνητικό πεδίο με την αντίστοιχη συχνότητα, που οδηγεί σε απότομη αύξηση του αριθμού των πυρήνων σε διεγερμένη κατάσταση.

Αυτή είναι η βάση για το έργο των φασματόμετρων πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού (NMR), ικανών να ανιχνεύσουν την παρουσία αυτών των ουσιών σε μια ουσία. ατομικούς πυρήνες, το σπιν του οποίου είναι 1/2: υδρογόνο 1H, λίθιο 7Li, φθόριο 19F, φώσφορος 31P, καθώς και ισότοπα άνθρακα 13C, άζωτο 15Ν, οξυγόνο 17O κ.λπ.

Η ευαισθησία τέτοιων συσκευών είναι μεγαλύτερη, τόσο πιο ισχυρές είναι. μόνιμος μαγνήτης. Ανάλογα με την ένταση του μαγνητικού πεδίου, το συχνότητα συντονισμού, που απαιτείται για τη διέγερση των πυρήνων. Χρησιμεύει ως μέτρο της κατηγορίας της συσκευής. Τα φασματόμετρα μεσαίας κατηγορίας λειτουργούν σε συχνότητα 60-90 MHz (κατά την καταγραφή φασμάτων πρωτονίων). ψυχρότερα - σε συχνότητα 180, 360 και ακόμη και 600 MHz.

Τα φασματόμετρα υψηλής κλάσης - πολύ ακριβή και πολύπλοκα όργανα - καθιστούν δυνατή όχι μόνο την ανίχνευση και ποσοτική μέτρηση του περιεχομένου ενός συγκεκριμένου στοιχείου, αλλά και τη διάκριση των σημάτων των ατόμων που καταλαμβάνουν χημικά «άνισες» θέσεις στο μόριο. Και μελετώντας τη λεγόμενη αλληλεπίδραση spin-spin, η οποία οδηγεί στη διάσπαση των σημάτων σε ομάδες στενών γραμμών υπό την επίδραση του μαγνητικού πεδίου γειτονικών πυρήνων, μπορεί κανείς να μάθει πολλά ενδιαφέροντα πράγματα για τα άτομα που περιβάλλουν τον πυρήνα κάτω από μελέτη. Η φασματοσκοπία NMR σάς επιτρέπει να λαμβάνετε από 70 έως 100% των πληροφοριών που απαιτούνται, για παράδειγμα, για να καθορίσετε τη δομή μιας πολύπλοκης οργανικής ένωσης.

Ένας άλλος τύπος ραδιοφασματοσκοπίας - ο παραμαγνητικός συντονισμός ηλεκτρονίων (EPR) - βασίζεται στο γεγονός ότι όχι μόνο οι πυρήνες, αλλά και τα ηλεκτρόνια έχουν σπιν 1/2. Φασματοσκοπία EPR - Ο καλύτερος τρόποςμελέτες σωματιδίων με ασύζευκτα ηλεκτρόνια - ελεύθερες ρίζες. Όπως τα φάσματα NMR, τα φάσματα EPR καθιστούν δυνατό να μάθουμε πολλά όχι μόνο για το ίδιο το σωματίδιο «σηματοδότη», αλλά και για τη φύση των ατόμων που το περιβάλλουν. Τα όργανα φασματοσκοπίας EPR είναι πολύ ευαίσθητα: για την καταγραφή του φάσματος, ένα διάλυμα που περιέχει αρκετές εκατοντάδες εκατομμυριοστά του mol ελεύθερων ριζών ανά λίτρο είναι συνήθως αρκετά αρκετό. Και μια συσκευή με ευαισθησία ρεκόρ, που δημιουργήθηκε πρόσφατα από μια ομάδα σοβιετικών επιστημόνων, είναι ικανή να ανιχνεύσει την παρουσία μόνο 100 ριζών σε ένα δείγμα, η οποία αντιστοιχεί στη συγκέντρωσή τους περίπου 10 -18 mol/l.

ΦΑΣΜΑΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ, μέθοδος ποιότητας. και ποσότητες. ορισμοί σύνθεση, με βάση τη μελέτη των φασμάτων εκπομπής, απορρόφησης, ανάκλασης κ.λπ. Υπάρχουν ατομικές και μοριακές φασματικές αναλύσεις, τα καθήκοντα των οποίων είναι ο προσδιορισμός του αντιστ. στοιχειακή και μοριακή σύνθεση της ουσίας. πραγματοποιείται με φάσματα εκπομπής, ή διεγερμένη αποσύνθεση. μέθοδοι, φασματική ανάλυση απορρόφησης - με βάση ηλεκτρομαγνητικά φάσματα απορρόφησης. ακτινοβολία από τα αντικείμενα που αναλύθηκαν (βλ.). Ανάλογα με το σκοπό της μελέτης, τις ιδιότητες της αναλυόμενης ουσίας, τις ιδιαιτερότητες των χρησιμοποιούμενων φασμάτων, την περιοχή μήκους κύματος και άλλους παράγοντες, την πορεία της ανάλυσης, τον εξοπλισμό, τις μεθόδους μέτρησης των φασμάτων και τη μετρολογία. τα χαρακτηριστικά των αποτελεσμάτων ποικίλλουν πολύ. Σύμφωνα με αυτό, η φασματική ανάλυση χωρίζεται σε έναν αριθμό ανεξάρτητων. μεθόδους (βλ., ειδικότερα,).

Συχνά, η φασματική ανάλυση νοείται μόνο ως φασματική ανάλυση ατομικής εκπομπής (AESA) - μια μέθοδος που βασίζεται στη μελέτη των φασμάτων εκπομπής ελεύθερων ουσιών. και στην αέρια φάση στην περιοχή μήκους κύματος 150-800 nm (βλ.).

Κατά την ανάλυση στερεάΜέγιστη. Συχνά χρησιμοποιούνται τόξα τόξων (μόνιμα και εναλλασσόμενο ρεύμα) και εκκενώσεις σπινθήρα που τροφοδοτούνται από ειδικά σχεδιασμένο. σταθεροποιητής γεννήτριες (συχνά ελεγχόμενες ηλεκτρονικά). Έχουν δημιουργηθεί επίσης γεννήτριες γενικής χρήσης, με τη βοήθεια των οποίων λαμβάνονται εκκενώσεις ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΟΙ ΤΥΠΟΙμε μεταβλητές παραμέτρους που επηρεάζουν την αποτελεσματικότητα των διεργασιών διέγερσης των υπό μελέτη δειγμάτων. Ένα στερεό ηλεκτρικά αγώγιμο μπορεί να χρησιμεύσει άμεσα ως τόξο ή σπινθήρα. μη αγώγιμα στερεά και τοποθετούνται σε εσοχές άνθρακα της μιας ή της άλλης διαμόρφωσης. Στην περίπτωση αυτή, τόσο ο πλήρης (ψεκασμός) της αναλυόμενης ουσίας και της κλασματικής τελευταίας όσο και η διέγερση των συστατικών πραγματοποιούνται σύμφωνα με τις φυσικές τους ιδιότητες. και χημ. St. you, που σας επιτρέπει να αυξήσετε την ευαισθησία και την ακρίβεια της ανάλυσης. Για να ενισχυθεί η επίδραση της κλασματοποίησης, εφαρμόζεται ευρέως στην αναλυόμενη ουσία, προάγοντας τον σχηματισμό εξαιρετικά πτητικών ενώσεων υπό συνθήκες τόξου άνθρακα υψηλής θερμοκρασίας [(5-7)·10 3 K]. (, κ.λπ.) καθορισμένα στοιχεία. Για γεωλογική ανάλυση. Σε αυτή τη μορφή, χρησιμοποιείται ευρέως η μέθοδος ψεκασμού ή εμφύσησης ενός τόξου άνθρακα στη ζώνη εκκένωσης.

Κατά την ανάλυση, μαζί με τις εκκενώσεις σπινθήρα διαφόρων τύπων, χρησιμοποιούνται επίσης πηγές φωτός εκκένωσης λάμψης (Λαμπτήρες Grim, κοίλη εκκένωση). Έχουν αναπτυχθεί συνδυασμοί. αυτοματοποιημένη πηγές στις οποίες χρησιμοποιούνται λαμπτήρες εκκένωσης πυράκτωσης ή ηλεκτροθερμικοί λαμπτήρες για ψεκασμό. αναλυτές, και για να ληφθούν φάσματα, για παράδειγμα, πλασματόνια υψηλής συχνότητας. Σε αυτή την περίπτωση, είναι δυνατό να βελτιστοποιηθούν οι συνθήκες και οι διεγέρσεις των στοιχείων που προσδιορίζονται.

Κατά την ανάλυση υγρών διαλυμάτων, τα καλύτερα αποτελέσματα επιτυγχάνονται όταν χρησιμοποιούνται πλάσματρον υψηλής συχνότητας (HF) και υπερυψηλής συχνότητας (μικροκύματα) που λειτουργούν σε αδρανείς συνθήκες, καθώς και με φωτομετρία φλόγας. ανάλυση (βλ.). Για να σταθεροποιηθεί η θερμοκρασία εκκένωσης στο βέλτιστο επίπεδοεισάγονται, για παράδειγμα, εύκολα ιονιζόμενες ουσίες. . Χρησιμοποιείται με ιδιαίτερη επιτυχία μια εκκένωση HF με επαγωγική σύζευξη δακτυλιοειδούς διαμόρφωσης (Εικ. 1). Διαχωρίζει τις ζώνες απορρόφησης ενέργειας ραδιοσυχνοτήτων και φασματικής διέγερσης, γεγονός που καθιστά δυνατή τη δραματική αύξηση της απόδοσης διέγερσης και της αναλογίας χρήσιμης αναλυόμενης ουσίας. σήμα προς θόρυβο και έτσι επιτυγχάνονται πολύ χαμηλά όρια ανίχνευσης για ένα ευρύ φάσμα στοιχείων. Η ζώνη διέγερσης εγχέεται χρησιμοποιώντας πνευματικούς ή (λιγότερο συχνά) ψεκαστήρες υπερήχων. Όταν αναλύεται χρησιμοποιώντας HF και πλασματόνια μικροκυμάτων και φωτομετρία φλόγας, σχετίζεται. τυπική απόκλισηείναι 0,01-0,03, το οποίο σε ορισμένες περιπτώσεις επιτρέπει τη χρήση AESA αντί για ακριβή, αλλά πιο εργατικά και χρονοβόρα χημικά. μεθόδους ανάλυσης.

Για μείγματα απαιτείται ειδικός εξοπλισμός. εγκαταστάσεις κενού? τα φάσματα διεγείρονται χρησιμοποιώντας εκκενώσεις ραδιοσυχνοτήτων και μικροκυμάτων. Λόγω των εξελίξεων, αυτές οι μέθοδοι χρησιμοποιούνται σπάνια.

Ρύζι. 1. HF plasmatron: 1-εξερχόμενος φακός. Ζώνη διέγερσης 2 φάσματος. 3-ζώνη απορρόφησης ενέργειας HF. 4-θερμότητα. επαγωγέας; Είσοδος 5 ψύκτη ( , ); Είσοδος 6-σχηματισμού πλάσματος (); 7-εισαγωγές ψεκασμένο (φέρον αέριο-αργό).

Κατά την ανάλυση υψηλόςκαθαρότητας, όταν είναι απαραίτητο να προσδιοριστούν στοιχεία των οποίων η περιεκτικότητα είναι μικρότερη από 10 -5 -10%, καθώς και κατά την ανάλυση τοξικών και ραδιενεργών ουσιώνπροεπεξεργασμένο? Για παράδειγμα, τα στοιχεία που προσδιορίζονται διαχωρίζονται μερικώς ή πλήρως από τη βάση και μεταφέρονται σε μικρότερο όγκο διαλύματος ή προστίθενται σε μικρότερη μάζα μιας ουσίας που είναι πιο βολική για ανάλυση. Για τον διαχωρισμό των συστατικών, χρησιμοποιείται κλασματική απόσταξη της βάσης (λιγότερο συχνά ακαθαρσίες). AESA χρησιμοποιώντας τις αναφερόμενες χημικές ουσίες. ονομάζονται συνήθως μέθοδοι χημική φασματική ανάλυση. Πρόσθετος Οι λειτουργίες διαχωρισμού και καθορισμένων στοιχείων αυξάνουν σημαντικά την πολυπλοκότητα και τη διάρκεια της ανάλυσης και επιδεινώνουν την ακρίβειά της (η σχετική τυπική απόκλιση φτάνει τις τιμές 0,2-0,3), αλλά μειώνει τα όρια ανίχνευσης κατά 10-100 φορές.

Ειδικός Η περιοχή του AESA είναι μικροφασματική (τοπική) ανάλυση. Σε αυτή την περίπτωση, ένας μικροόγκος της ουσίας (βάθος κρατήρα από δεκάδες μικρά σε αρκετά μικρά) συνήθως εξατμίζεται από έναν παλμό λέιζερ που ενεργεί σε ένα τμήμα της επιφάνειας του δείγματος με διάμετρο πολλών. δεκάδες μικρά. Για τη διέγερση των φασμάτων, χρησιμοποιείται συχνότερα μια εκκένωση παλμικού σπινθήρα συγχρονισμένη με παλμό λέιζερ. Η μέθοδος χρησιμοποιείται στην έρευνα στη μεταλλουργία.

Τα φάσματα καταγράφονται χρησιμοποιώντας φασματόμετρα (κβαντόμετρα). Υπάρχουν πολλοί τύποι αυτών των συσκευών, που διαφέρουν ως προς το διάφραγμα, τη διασπορά, την ανάλυση και το εύρος φάσματος λειτουργίας. Μια μεγάλη αναλογία διαφράγματος είναι απαραίτητη για την καταγραφή ασθενών ακτινοβολιών, μια μεγάλη διασπορά είναι απαραίτητη για το διαχωρισμό φασματικών γραμμών με παρόμοια μήκη κύματος κατά την ανάλυση υλικών με φάσματα πολλαπλών γραμμών, καθώς και για την αύξηση της ευαισθησίας της ανάλυσης. Οι συσκευές περίθλασης χρησιμοποιούνται ως συσκευές διασποράς φωτός. σχάρες (επίπεδες, κοίλες, με σπείρωμα, ολογραφικές, προφίλ), που έχουν από πολλά. εκατοντάδες έως αρκετές χιλιάδες εγκεφαλικά επεισόδια ανά χιλιοστό, πολύ λιγότερο συχνά - πρίσματα χαλαζία ή γυαλί.

(Εικ. 2), καταγράφοντας φάσματα σε ειδικές. ή (λιγότερο συχνά) στο , προτιμότερο για AESA υψηλής ποιότητας, καθώς σας επιτρέπουν να μελετήσετε ολόκληρο το φάσμα του δείγματος ταυτόχρονα (στην περιοχή εργασίας της συσκευής). χρησιμοποιούνται όμως και για ποσότητες. ανάλυση λόγω σύγκρισης. χαμηλό κόστος, διαθεσιμότητα και ευκολία συντήρησης. Το μαύρισμα των φασματικών γραμμών δεν μετριέται με μικροφωτόμετρα (μικροπυκνόμετρα). Η χρήση υπολογιστών ή μικροεπεξεργαστών παρέχει αυτόματη λειτουργία μέτρησης, επεξεργασία των αποτελεσμάτων και της παραγωγής τους τελικά αποτελέσματαανάλυση.

Εικ.2. Οπτικός σχεδιασμός: σχισμή 1 εισόδου. καθρέφτης 2 περιστροφών. 3-σφαιρικό καθρέφτης; 4-διάθλαση πλέγμα; 5-φωτισμός κλίμακας? 6-κλίμακα; Πιάτο 7 φωτογραφιών.

Ρύζι. 3. Διάγραμμα κβαντομέτρου (από τα 40 κανάλια εγγραφής, εμφανίζονται μόνο τρία): 1-πολυχρωμάτης; 2-διάθλαση σχάρες? Υποδοχές 3 εξόδων. 4-PMT; Υποδοχές 5 εισόδων. 6 - με πηγές φωτός. 7 - γεννήτριες εκκενώσεων σπινθήρα και τόξου. 8- ηλεκτρονική συσκευή εγγραφής. 9 - ο διαχειριστής θα υπολογίσει. συγκρότημα.

Στα φασματόμετρα πραγματοποιείται φωτοηλεκτρισμός. αναλυτής εγγραφής. σήματα χρησιμοποιώντας σωλήνες φωτοπολλαπλασιαστή (PMTs) με αυτόματο επεξεργασία δεδομένων σε υπολογιστή. Φωτοβολταϊκά πολυκαναλικοί πολυχρωματιστές (έως 40 κανάλια ή περισσότερα) σε κβαντόμετρα (Εικ. 3) επιτρέπουν την ταυτόχρονη εγγραφή της αναλυόμενης ουσίας. γραμμές όλων των καθορισμένων στοιχείων που παρέχονται από το πρόγραμμα. Κατά τη χρήση μονοχρωμάτων σάρωσης, πολλαπλών στοιχείωνπαρέχεται ανάλυση υψηλή ταχύτητασάρωση σε όλο το φάσμα σύμφωνα με ένα δεδομένο πρόγραμμα.

Για τον προσδιορισμό των στοιχείων (C, S, P, As, κ.λπ.), οι πιο έντονες αναλυόμενες ουσίες. οι γραμμές των οποίων βρίσκονται στην περιοχή UV του φάσματος σε μήκη κύματος μικρότερα από 180-200 nm χρησιμοποιούνται φασματόμετρα κενού.

Όταν χρησιμοποιούνται κβαντικοί μετρητές, η διάρκεια της ανάλυσης προσδιορίζεται στη μέση τιμή. ελάχιστες διαδικασίες για την προετοιμασία του αρχικού υλικού για ανάλυση. Σημαντική μείωση του χρόνου προετοιμασίας του δείγματος επιτυγχάνεται με την αυτοματοποίηση. μεγάλα στάδια - φέρνοντας διαλύματα σε μια τυπική σύνθεση, άλεση και επιλογή μιας δεδομένης μάζας. Σε πληθυντικό Σε περιπτώσεις, η πολυστοιχειακή AESA εκτελείται σε μια περίοδο πολλών. λεπτά, για παράδειγμα: όταν αναλύονται λύσεις χρησιμοποιώντας αυτόματη μέτρηση. φωτοβολταϊκά φασματόμετρα με RF plasmatrons ή κατά την ανάλυση κατά τη διαδικασία τήξης με αυτόματο τροφοδοτεί την πηγή ακτινοβολίας.

Σε μαύρο και έγχρωμο, είναι κοινές εκφραστικές ημιποσοτικές (σχετική τυπική απόκλιση 0,3-0,5 ή περισσότερο) μέθοδοι για τον προσδιορισμό του περιεχομένου των κύριων ή των πιο σημαντικών. χαρακτηριστικά συστατικά, π.χ. κατά τη σήμανση τους, κατά τη διαλογή παλιοσίδερων για την ανακύκλωσή τους κ.λπ. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιούνται απλές, συμπαγείς και φθηνές οπτικές και φωτοηλεκτρικές συσκευές. όργανα (στιλό-σκόπια και στυλόμετρα) σε συνδυασμό με γεννήτριες σπινθήρα. Το εύρος των καθορισμένων περιεχομένων των στοιχείων είναι από πολλά. δέκατα τοις εκατό έως δεκάδες τοις εκατό.

Το AESA χρησιμοποιείται στην επιστημονική έρευνα. με τη βοήθειά της ανακάλυψαν τη χημεία. στοιχεία μελετώνται αρχαιολογικά. αντικείμενα, καθορίζουν τη σύνθεση των ουράνιων σωμάτων κ.λπ. Το AESA χρησιμοποιείται επίσης ευρέως για τον έλεγχο της τεχνολογίας. διεργασίες (ιδιαίτερα, για τον προσδιορισμό της σύνθεσης των πρώτων υλών, τεχνολογικών και τελικών προϊόντων), έρευνα αντικειμένων κ.λπ. Χρησιμοποιώντας AES, είναι δυνατό να προσδιοριστούν σχεδόν όλα τα στοιχεία της περιοδικής. συστήματα σε ένα πολύ ευρύ φάσμα περιεχομένων - από 10 -7% (pkg/ml) έως δεκάδες τοις εκατό (mg/ml). Πλεονεκτήματα του NPP: δυνατότη δυνατότητα ταυτόχρονου προσδιορισμού σε μικρό δείγμα της ουσίας μεγάλος αριθμόςστοιχεία (έως 40 ή περισσότερα) με αρκετά υψηλή ακρίβεια (βλ. πίνακα), ευελιξία μεθόδου. τεχνικές για την ανάλυση διαφόρων in-in, εκφραστικότητα, συγκριτική απλότητα, προσβασιμότητα και χαμηλό κόστος εξοπλισμού.
, εκδ. ΓΕΙΑ. Zilbershteina, L., 1987; Kuzyakov Yu.Ya., Semenenko K.A., Zorov N.B., Methods of spectral analysis, Μ., 1990. Yu.I. Κοροβίν,

Οι Kirchhoff και Bunsen επιχείρησαν για πρώτη φορά τη φασματική ανάλυση το 1859. Δύο δημιούργησαν ένα φασματοσκόπιο που μοιάζει με σωλήνα ακανόνιστο σχήμα. Στη μία πλευρά υπήρχε μια τρύπα (collimator) στην οποία έπεφταν οι υπό μελέτη ακτίνες φωτός. Υπήρχε ένα πρίσμα μέσα στον σωλήνα, που παρέσυρε τις ακτίνες και τις κατεύθυνε προς μια άλλη τρύπα στο σωλήνα. Στην έξοδο, οι φυσικοί μπορούσαν να δουν το φως να αποσυντίθεται σε ένα φάσμα.

Οι επιστήμονες αποφάσισαν να πραγματοποιήσουν ένα πείραμα. Σκουραίνει το δωμάτιο και καλύπτει το παράθυρο χοντρές κουρτίνες, άναψαν ένα κερί κοντά στη σχισμή του κολιμάτορα και στη συνέχεια πήραν κομμάτια διαφορετικών ουσιών και τα εισήγαγαν στη φλόγα του κεριού, παρατηρώντας αν άλλαξε το φάσμα. Και αποδείχθηκε ότι οι θερμοί ατμοί κάθε ουσίας έδιναν διαφορετικά φάσματα! Δεδομένου ότι το πρίσμα διαχώριζε αυστηρά τις ακτίνες και δεν τους επέτρεπε να επικαλύπτονται μεταξύ τους, ήταν δυνατό να αναγνωριστεί με ακρίβεια η ουσία από το προκύπτον φάσμα.

Ο Kirchhoff στη συνέχεια ανέλυσε το φάσμα του Ήλιου, ανακαλύπτοντας ότι ορισμένα χημικά στοιχεία υπήρχαν στη χρωμόσφαιρά του. Αυτό έδωσε αφορμή για την αστροφυσική.

Χαρακτηριστικά της φασματικής ανάλυσης

Για τη διεξαγωγή φασματικής ανάλυσης απαιτείται πολύ μικρή ποσότητα ουσίας. Αυτή η μέθοδος είναι εξαιρετικά ευαίσθητη και πολύ γρήγορη, γεγονός που επιτρέπει όχι μόνο τη χρήση της για μια μεγάλη ποικιλία αναγκών, αλλά και μερικές φορές την καθιστά απλώς αναντικατάστατη. Είναι γνωστό με βεβαιότητα ότι κάθε περιοδικός πίνακας εκπέμπει ένα ειδικό φάσμα, μόνο για αυτόν, επομένως, με μια σωστά πραγματοποιηθείσα φασματική ανάλυση, είναι σχεδόν αδύνατο να κάνουμε λάθος.

Τύποι Φασματικής Ανάλυσης

Η φασματική ανάλυση μπορεί να είναι ατομική ή μοριακή. Χρησιμοποιώντας την ατομική ανάλυση, μπορεί κανείς να αποκαλύψει, αντίστοιχα, την ατομική σύσταση μιας ουσίας και μέσω της μοριακής ανάλυσης τη μοριακή σύνθεση.

Υπάρχουν δύο τρόποι μέτρησης του φάσματος: εκπομπή και απορρόφηση. Η φασματική ανάλυση εκπομπής πραγματοποιείται με τη μελέτη του φάσματος που εκπέμπουν επιλεγμένα άτομα ή μόρια. Για να γίνει αυτό χρειάζεται να τους δοθεί ενέργεια, να τους ενθουσιάσει δηλαδή. Η ανάλυση απορρόφησης, αντίθετα, πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας το φάσμα απορρόφησης της ηλεκτρομαγνητικής μελέτης που στοχεύει σε αντικείμενα.

Μέσω της φασματικής ανάλυσης είναι δυνατή η μέτρηση μιας ποικιλίας διάφορα χαρακτηριστικάουσίες, σωματίδια ή ακόμα και μεγάλα φυσικά σώματα (για παράδειγμα, διαστημικά αντικείμενα). Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η φασματική ανάλυση χωρίζεται περαιτέρω σε διάφορες μεθόδους. Για να πάρετε τα απαιτούμενα συγκεκριμένη εργασίαΩς αποτέλεσμα, πρέπει να επιλέξετε τον σωστό εξοπλισμό, το μήκος κύματος για τη μελέτη του φάσματος, καθώς και την ίδια την περιοχή του φάσματος.

Η φασματική ανάλυση είναι μια μέθοδος για τον προσδιορισμό της χημικής σύστασης μιας ουσίας από το φάσμα της. Αυτή η μέθοδος αναπτύχθηκε το 1859 από τους Γερμανούς επιστήμονες G.R. Kirchhoff και R.V. Μπούνσεν.

Αλλά προτού εξετάσουμε αυτό το αρκετά περίπλοκο ζήτημα, ας μιλήσουμε πρώτα για το τι είναι το φάσμα.
Εύρος(Λατινικό φάσμα «όραμα») στη φυσική - κατανομή τιμών φυσική ποσότητα(συνήθως ενέργεια, συχνότητα ή μάζα). Συνήθως, το φάσμα αναφέρεται στο ηλεκτρομαγνητικό φάσμα - το φάσμα των συχνοτήτων (ή το ίδιο πράγμα με τις κβαντικές ενέργειες) της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας.

Ο όρος φάσμα εισήχθη στην επιστημονική χρήση από τον Νεύτοτο 1671-1672 για να ορίσει μια πολύχρωμη λωρίδα, παρόμοια με ένα ουράνιο τόξο, η οποία λαμβάνεται όταν μια ηλιαχτίδα διέρχεται από ένα τριγωνικό γυάλινο πρίσμα. Στο έργο του "Optics" (1704), δημοσίευσε τα αποτελέσματα των πειραμάτων του στην αποσύνθεση του λευκού φωτός χρησιμοποιώντας ένα πρίσμα σε επιμέρους συστατικά διαφορετικών χρωμάτων και ευθραυστότητας, δηλαδή έλαβε φάσματα ηλιακή ακτινοβολίακαι εξήγησε τη φύση τους. Έδειξε ότι το χρώμα είναι μια εγγενής ιδιότητα του φωτός και δεν εισάγεται από ένα πρίσμα, όπως υποστήριξε ο Bacon τον 13ο αιώνα. Στην πραγματικότητα, ο Νεύτων έθεσε τα θεμέλια της οπτικής φασματοσκοπίας: στο "Optics" περιέγραψε και τις τρεις μεθόδους αποσύνθεσης φωτός που χρησιμοποιούνται σήμερα - διάθλαση, παρεμβολή(ανακατανομή της έντασης φωτός ως αποτέλεσμα της υπέρθεσης πολλών κυμάτων φωτός) και περίθλαση(κύματα που λυγίζουν γύρω από ένα εμπόδιο).
Τώρα ας επιστρέψουμε στη συζήτηση για το τι είναι η φασματική ανάλυση.

Αυτή είναι μια μέθοδος που παρέχει πολύτιμες και ποικίλες πληροφορίες για τα ουράνια σώματα. Πώς γίνεται; Το φως αναλύεται και από την ανάλυση του φωτός είναι δυνατό να προσδιοριστεί η ποιοτική και ποσοτική χημική σύσταση του φωτιστικού, η θερμοκρασία του, η παρουσία και η ισχύς του μαγνητικού πεδίου, η ταχύτητα κίνησης κατά μήκος της οπτικής γραμμής κ.λπ.
Η φασματική ανάλυση βασίζεται στην ιδέα ότι το σύνθετο φως, όταν περνά από το ένα μέσο στο άλλο (για παράδειγμα, από τον αέρα στο γυαλί), αποσυντίθεται στα συστατικά του μέρη. Εάν μια δέσμη αυτού του φωτός κατευθύνεται στην πλευρική όψη ενός τριεδρικού πρίσματος, τότε, διαθλώντας στο γυαλί με διαφορετικούς τρόπους, οι ακτίνες που αποτελούν το λευκό φως θα δημιουργήσουν μια λωρίδα ουράνιου τόξου στην οθόνη, που ονομάζεται φάσμα. Στο φάσμα, όλα τα χρώματα βρίσκονται πάντα με μια συγκεκριμένη σειρά. Εάν έχετε ξεχάσει αυτήν την παραγγελία, τότε δείτε την εικόνα.

Το πρίσμα ως φασματική συσκευή

Στα τηλεσκόπια, χρησιμοποιούν ειδικές συσκευές – φασματογράφοι, εγκατεστημένο πίσω από την εστίαση του τηλεσκοπικού φακού. Στο παρελθόν, όλοι οι φασματογράφοι ήταν πρίσματος, αλλά τώρα χρησιμοποιούν α πλέγμα περίθλασης, το οποίο επίσης αποσυνθέτει το λευκό φως σε φάσμα, ονομάζεται φάσμα περίθλασης.
Όλοι γνωρίζουν ότι το φως ταξιδεύει με τη μορφή ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Κάθε χρώμα αντιστοιχεί σε ένα συγκεκριμένο ηλεκτρομαγνητικό μήκος κύματος. Το μήκος κύματος στο φάσμα μειώνεται από τις κόκκινες σε ιώδεις ακτίνες από περίπου 700 έως 400 mmk. Πέρα από τις ιώδεις ακτίνες του φάσματος βρίσκονται υπεριώδεις ακτίνες, Δεν ορατό στο μάτι, αλλά ενεργώντας στο φωτογραφικό πιάτο.

Οι ακτίνες Χ που χρησιμοποιούνται στην ιατρική έχουν ακόμη μικρότερο μήκος κύματος. Η ατμόσφαιρα της Γης εμποδίζει την ακτινοβολία ακτίνων Χ από τα ουράνια σώματα. Μόλις πρόσφατα έγινε διαθέσιμος για μελέτη μέσω εκτοξεύσεων πυραύλων σε μεγάλο ύψος που υψώνονται πάνω από το κύριο στρώμα της ατμόσφαιρας. Οι παρατηρήσεις σε ακτίνες Χ πραγματοποιούνται επίσης από αυτόματα όργανα που είναι εγκατεστημένα σε διαπλανητικούς διαστημικούς σταθμούς.

Πίσω από τις κόκκινες ακτίνες του φάσματος βρίσκονται οι υπέρυθρες ακτίνες. Είναι αόρατα, αλλά δρουν και σε ειδικές φωτογραφικές πλάκες. Οι φασματικές παρατηρήσεις συνήθως σημαίνουν παρατηρήσεις στην περιοχή από τις υπέρυθρες έως τις υπεριώδεις ακτίνες.

Για τη μελέτη των φασμάτων, τα όργανα καλούνται φασματοσκοπίου και φασματογράφου. Το φάσμα εξετάζεται σε φασματοσκόπιο και φωτογραφίζεται σε φασματογράφο. Η φωτογραφία του φάσματος ονομάζεται φασματογράφημα.

Τύποι φασμάτων

Φάσμα σε μορφή ίριδας (συμπαγής ή συνεχής)δίνουν στερεά θερμά σώματα (καυτός άνθρακας, νήμα ηλεκτρικού λαμπτήρα) και βρίσκονται κάτω υψηλή πίεσητεράστιες μάζες αερίου. Φάσμα γραμμήςΗ ακτινοβολία παράγεται από σπάνια αέρια και ατμούς όταν θερμαίνονται έντονα ή υπό την επίδραση ηλεκτρικής εκκένωσης. Κάθε αέριο έχει το δικό του σύνολο εκπεμπόμενων φωτεινών γραμμών συγκεκριμένων χρωμάτων. Το χρώμα τους αντιστοιχεί σε συγκεκριμένα μήκη κύματος. Βρίσκονται πάντα στα ίδια σημεία στο φάσμα. Οι αλλαγές στην κατάσταση ενός αερίου ή στις συνθήκες πυράκτωσης του, για παράδειγμα, θέρμανση ή ιονισμός, προκαλούν ορισμένες αλλαγές στο φάσμα ενός δεδομένου αερίου.

Οι επιστήμονες έχουν συντάξει πίνακες που απαριθμούν τις γραμμές κάθε αερίου και υποδεικνύουν τη φωτεινότητα κάθε γραμμής. Για παράδειγμα, στο φάσμα του νατρίου, δύο κίτρινες γραμμές είναι ιδιαίτερα φωτεινές. Έχει διαπιστωθεί ότι το φάσμα ενός ατόμου ή μορίου σχετίζεται με τη δομή τους και αντανακλά ορισμένες αλλαγές που συμβαίνουν σε αυτά κατά τη διαδικασία λάμψης.

Ένα φάσμα απορρόφησης γραμμής παράγεται από αέρια και ατμούς όταν πίσω από αυτά υπάρχει μια φωτεινή και θερμότερη πηγή, δίνοντας ένα συνεχές φάσμα. Φάσμα απορροφήσεωςαποτελείται από ένα συνεχές φάσμα, κομμένο από σκοτεινές γραμμές, οι οποίες βρίσκονται ακριβώς στα σημεία όπου οι φωτεινές γραμμές είναι εγγενείς αυτό το αέριο. Για παράδειγμα, δύο σκοτεινές γραμμές απορρόφησης νατρίου βρίσκονται στο κίτρινο τμήμα του φάσματος.

Έτσι, η φασματική ανάλυση καθιστά δυνατό τον προσδιορισμό της χημικής σύστασης των ατμών που εκπέμπουν ή απορροφούν φως. καθορίστε εάν βρίσκονται σε εργαστήριο ή σε ουράνιο σώμα. Ο αριθμός των ατόμων ή των μορίων που βρίσκονται στην οπτική μας γραμμή, που εκπέμπουν ή απορροφούν, καθορίζεται από την ένταση των γραμμών. Όσο περισσότερα άτομα, τόσο πιο φωτεινή είναι η γραμμή ή τόσο πιο σκοτεινή είναι στο φάσμα απορρόφησης. Ο ήλιος και τα αστέρια περιβάλλονται από αέριες ατμόσφαιρες. Το συνεχές φάσμα της ορατής επιφάνειάς τους κόβεται από σκοτεινές γραμμές απορρόφησης που εμφανίζονται όταν το φως διέρχεται από την ατμόσφαιρα των άστρων. Να γιατί Τα φάσματα του Ήλιου και των αστεριών είναι φάσματα απορρόφησης.

Αλλά η φασματική ανάλυση επιτρέπει σε κάποιον να προσδιορίσει τη χημική σύσταση μόνο αυτόφωτων ή αερίων που απορροφούν την ακτινοβολία. Χημική σύνθεσηστερεά ή υγρό σώμαδεν μπορεί να προσδιοριστεί χρησιμοποιώντας φασματική ανάλυση.

Όταν ένα σώμα είναι καυτό, το κόκκινο τμήμα του συνεχούς φάσματος του είναι πιο φωτεινό. Με περαιτέρω θέρμανση, η υψηλότερη φωτεινότητα στο φάσμα περνά στο κίτρινο μέρος, μετά στο πράσινο μέρος, κ.λπ. Η θεωρία της εκπομπής φωτός, που δοκιμάστηκε πειραματικά, δείχνει ότι η κατανομή της φωτεινότητας κατά μήκος του συνεχούς φάσματος εξαρτάται από τη θερμοκρασία του σώματος. Γνωρίζοντας αυτή την εξάρτηση, μπορείτε να προσδιορίσετε τη θερμοκρασία του Ήλιου και των αστεριών. Η θερμοκρασία των πλανητών και η θερμοκρασία των αστεριών προσδιορίζεται επίσης χρησιμοποιώντας ένα θερμοστοιχείο που τοποθετείται στο επίκεντρο του τηλεσκοπίου. Όταν το θερμοστοιχείο θερμαίνεται, α ηλεκτρική ενέργεια, που χαρακτηρίζει την ποσότητα της θερμότητας που προέρχεται από το αστέρι.