Abstrak: Penerapan analisis spektral. Ensiklopedia sekolah

Spektrum emisi. Komposisi spektral radiasi berbagai zat mempunyai karakter yang sangat beragam. Namun semua spektrum dibagi menjadi tiga jenis: a) spektrum kontinu; b) spektrum garis; c) spektrum bergaris.

A) Spektrum berkelanjutan. Benda dan gas padat dan cair yang dipanaskan (pada tekanan tinggi) memancarkan cahaya, penguraiannya menghasilkan spektrum kontinu di mana warna spektral terus berubah menjadi satu sama lain. Sifat spektrum kontinu dan fakta keberadaannya ditentukan tidak hanya oleh sifat-sifat atom yang memancarkan individu, tetapi juga oleh interaksi atom satu sama lain. Spektrum kontinu adalah sama untuk zat yang berbeda sehingga tidak dapat digunakan untuk menentukan komposisi suatu zat.

B) Spektrum garis (atom).. Atom-atom yang tereksitasi dari gas atau uap yang dijernihkan memancarkan cahaya, yang penguraiannya menghasilkan spektrum garis yang terdiri dari garis-garis berwarna individual. Setiap unsur kimia mempunyai spektrum garis yang khas. Atom-atom zat tersebut tidak berinteraksi satu sama lain dan hanya memancarkan cahaya pada panjang gelombang tertentu. Atom-atom terisolasi dari unsur kimia tertentu memancarkan panjang gelombang yang ditentukan secara ketat. Hal ini memungkinkan kita untuk menilai komposisi kimia sumber cahaya dari garis spektrum.

V) Spektrum molekul (berpita). Spektrum suatu molekul terdiri dari sejumlah besar garis-garis individual, menyatu menjadi garis-garis, jelas di satu ujung dan buram di ujung lainnya. Berbeda dengan spektrum garis, spektrum bergaris diciptakan bukan oleh atom, namun oleh molekul yang tidak terikat atau terikat lemah satu sama lain. Rangkaian garis yang sangat dekat dikelompokkan dalam bagian spektrum yang terpisah dan mengisi seluruh pita. Pada tahun 1860, ilmuwan Jerman G. Kirchhoff dan R. Bunsen, yang mempelajari spektrum logam, menemukan fakta berikut:

1) setiap logam memiliki spektrumnya sendiri;

2) spektrum setiap logam sangat konstan;

3) memasukkan garam apa pun dari logam yang sama ke dalam nyala api pembakar selalu menyebabkan munculnya spektrum yang sama;

4) ketika campuran garam dari beberapa logam dimasukkan ke dalam nyala api, semua garisnya muncul secara bersamaan dalam spektrum;

5) kecerahan garis spektral bergantung pada konsentrasi unsur dalam zat tertentu.

Spektrum serapan. Jika cahaya putih dari sumber yang menghasilkan spektrum kontinu dilewatkan melalui uap zat yang diteliti dan kemudian diurai menjadi suatu spektrum, maka dengan latar belakang spektrum kontinu, garis-garis serapan gelap diamati di tempat yang sama di mana garis-garis emisi. spektrum uap unsur yang diteliti akan ditemukan. Spektrum seperti ini disebut spektrum serapan atom.

Semua zat yang atomnya berada dalam keadaan tereksitasi memancarkan gelombang cahaya, yang energinya didistribusikan dengan cara tertentu sepanjang panjang gelombang. Penyerapan cahaya oleh suatu zat juga bergantung pada panjang gelombangnya. Atom menyerap radiasi hanya pada panjang gelombang yang dapat dipancarkannya pada suhu tertentu.

Analisis spektral. Fenomena dispersi digunakan dalam ilmu pengetahuan dan teknologi dalam bentuk metode penentuan komposisi suatu zat yang disebut analisis spektral. Metode ini didasarkan pada studi tentang cahaya yang dipancarkan atau diserap oleh suatu zat. Analisis spektral adalah metode mempelajari komposisi kimia suatu zat berdasarkan studi spektrumnya.

Perangkat spektral. Peralatan spektral digunakan untuk memperoleh dan mempelajari spektrum. Perangkat spektral yang paling sederhana adalah prisma dan kisi difraksi. Yang lebih akurat adalah spektroskop dan spektograf.

Spektroskop adalah perangkat yang digunakan untuk memeriksa secara visual komposisi spektral cahaya yang dipancarkan oleh sumber tertentu. Jika spektrum direkam pada pelat fotografi, maka perangkat tersebut disebut spektograf.

Penerapan analisis spektral. Spektrum garis memainkan peran yang sangat penting karena strukturnya berhubungan langsung dengan struktur atom. Bagaimanapun, spektrum ini diciptakan oleh atom yang tidak mengalami pengaruh eksternal. Komposisi campuran kompleks, terutama organik dianalisis berdasarkan spektrum molekulnya.

Dengan menggunakan analisis spektral, dimungkinkan untuk mendeteksi unsur tertentu dalam komposisi zat kompleks, meskipun massanya tidak melebihi 10 -10 g Garis yang melekat pada unsur tertentu memungkinkan untuk menilai keberadaannya secara kualitatif. Kecerahan garis memungkinkan (tergantung pada kondisi eksitasi standar) untuk menilai secara kuantitatif keberadaan elemen tertentu.

Analisis spektral juga dapat dilakukan dengan menggunakan spektrum serapan. Dalam astrofisika, banyak karakteristik fisik suatu benda dapat ditentukan dari spektrum: suhu, tekanan, kecepatan gerak, induksi magnet, dll. Dengan menggunakan analisis spektral, komposisi kimia bijih dan mineral ditentukan.

Bidang utama penerapan analisis spektral adalah: penelitian fisika dan kimia; teknik mesin, metalurgi; industri nuklir; astronomi, astrofisika; forensik.

Teknologi modern untuk menciptakan bahan bangunan terkini (logam-plastik, plastik) berhubungan langsung dengan ilmu-ilmu dasar seperti kimia dan fisika. Ilmu-ilmu ini menggunakan metode modern dalam mempelajari zat. Oleh karena itu, analisis spektral dapat digunakan untuk mengetahui komposisi kimia bahan bangunan dari spektrumnya.

Analisis spektral

Analisis spektral- seperangkat metode penentuan kualitatif dan kuantitatif komposisi suatu benda, berdasarkan studi tentang spektrum interaksi materi dengan radiasi, termasuk spektrum radiasi elektromagnetik, gelombang akustik, distribusi massa dan energi partikel elementer, dll.

Tergantung pada tujuan analisis dan jenis spektrum, beberapa metode analisis spektral dibedakan. atom Dan molekuler analisis spektral memungkinkan untuk menentukan komposisi unsur dan molekul suatu zat. Pada metode emisi dan serapan, komposisinya ditentukan dari spektrum emisi dan serapan.

Analisis spektrometri massa dilakukan dengan menggunakan spektrum massa ion atom atau molekul dan memungkinkan seseorang untuk menentukan komposisi isotop suatu benda.

Cerita

Garis-garis gelap pada garis-garis spektral telah diketahui sejak lama, tetapi studi serius pertama terhadap garis-garis ini baru dilakukan pada tahun 1814 oleh Joseph Fraunhofer. Untuk menghormatinya, efek tersebut disebut “Garis Fraunhofer”. Fraunhofer menetapkan stabilitas posisi garis, menyusun tabelnya (dia menghitung total 574 baris), dan memberikan kode alfanumerik untuk masing-masing garis. Yang tidak kalah pentingnya adalah kesimpulannya bahwa garis-garis tersebut tidak berhubungan dengan bahan optik atau atmosfer bumi, tetapi merupakan ciri alami sinar matahari. Dia menemukan garis serupa di sumber cahaya buatan, serta di spektrum Venus dan Sirius.

Segera menjadi jelas bahwa salah satu garis paling jelas selalu muncul pada keberadaan natrium. Pada tahun 1859, G. Kirchhoff dan R. Bunsen, setelah serangkaian percobaan, menyimpulkan: setiap unsur kimia memiliki spektrum garis yang unik, dan dari spektrum benda langit seseorang dapat menarik kesimpulan tentang komposisi zatnya. Sejak saat itu, analisis spektral muncul dalam sains, metode yang ampuh untuk penentuan komposisi kimia dari jarak jauh.

Untuk menguji metode tersebut, pada tahun 1868 Akademi Ilmu Pengetahuan Paris mengadakan ekspedisi ke India, di mana akan terjadi gerhana matahari total. Di sana, para ilmuwan menemukan: semua garis gelap pada saat gerhana, ketika spektrum emisi menggantikan spektrum serapan korona matahari, seperti yang diperkirakan, menjadi terang dengan latar belakang gelap.

Sifat masing-masing garis dan hubungannya dengan unsur kimia secara bertahap diperjelas. Pada tahun 1860, Kirchhoff dan Bunsen menemukan cesium menggunakan analisis spektral, dan pada tahun 1861, rubidium. Dan helium ditemukan di Matahari 27 tahun lebih awal daripada di Bumi (masing-masing pada tahun 1868 dan 1895).

Prinsip operasi

Atom-atom dari setiap unsur kimia memiliki frekuensi resonansi yang ditentukan secara ketat, sehingga pada frekuensi inilah mereka memancarkan atau menyerap cahaya. Hal ini mengarah pada fakta bahwa dalam spektroskop, garis-garis (gelap atau terang) terlihat pada spektrum di tempat-tempat tertentu yang menjadi ciri khas setiap zat. Intensitas garis bergantung pada jumlah zat dan keadaannya. Dalam analisis spektral kuantitatif, kandungan zat yang diteliti ditentukan oleh intensitas relatif atau absolut dari garis atau pita dalam spektrum.

Analisis spektral optik dicirikan oleh penerapan yang relatif mudah, tidak adanya persiapan sampel yang rumit untuk analisis, dan sejumlah kecil zat (10-30 mg) yang diperlukan untuk analisis sejumlah besar elemen.

Spektrum atom (penyerapan atau emisi) diperoleh dengan mentransfer zat menjadi uap dengan memanaskan sampel hingga 1000-10000 °C. Percikan atau busur arus bolak-balik digunakan sebagai sumber eksitasi atom dalam analisis emisi bahan konduktif; dalam hal ini, sampel ditempatkan di kawah salah satu elektroda karbon. Api atau plasma berbagai gas banyak digunakan untuk menganalisis larutan.

Aplikasi

Baru-baru ini, metode analisis spektral spektrometri emisi dan massa, berdasarkan eksitasi atom dan ionisasinya dalam plasma argon pelepasan induksi, serta percikan laser, telah menjadi yang paling luas.

Analisis spektral adalah metode sensitif dan banyak digunakan dalam kimia analitik, astrofisika, metalurgi, teknik mesin, eksplorasi geologi, dan cabang ilmu pengetahuan lainnya.

Dalam teori pemrosesan sinyal, analisis spektral juga berarti analisis distribusi energi suatu sinyal (misalnya audio) pada frekuensi, bilangan gelombang, dll.

Lihat juga

Yayasan Wikimedia. 2010.

Baltik
Han Utara

Lihat apa itu “Analisis spektral” di kamus lain:

ANALISIS SPEKRAL- fisik metode kualitas. .dan jumlah. penentuan komposisi dalam va, berdasarkan perolehan dan studi spektrumnya. Dasar S.a. spektroskopi atom dan molekul, diklasifikasikan menurut tujuan analisis dan jenis spektrum. Atom S.a. (ASA) mendefinisikan... ... Ensiklopedia fisik

Analisis spektral- Pengukuran komposisi suatu zat berdasarkan kajian spektrumnya. Sumber... Buku referensi kamus istilah dokumentasi normatif dan teknis

Analisis spektral- lihat Spektroskopi. Kamus Geologi: dalam 2 jilid. M.: Nedra. Diedit oleh K. N. Paffengoltz dkk 1978. Analisis spektral ... Ensiklopedia Geologi

ANALISIS SPEKRAL- Diperkenalkan oleh Bunsen dan Kirchhoff pada tahun 1860, studi kimia suatu zat melalui karakteristik garis warnanya, yang terlihat ketika melihatnya (selama penguapan) melalui prisma. Penjelasan 25.000 kata asing... Kamus kata-kata asing dari bahasa Rusia

ANALISIS SPEKRAL- ANALISIS SPEKRAL, salah satu metode analisis yang menggunakan spektrum (lihat Spektroskopi, spektroskop) yang diberikan oleh suatu benda ketika dipanaskan! atau ketika melewatkan sinar melalui larutan, menghasilkan spektrum kontinu. Untuk… … Ensiklopedia Kedokteran Hebat

ANALISIS SPEKRAL- metode fisik penentuan kualitatif dan kuantitatif komposisi suatu zat, dilakukan dengan menggunakan spektrum optiknya. Ada analisis spektral atom dan molekul, emisi (berdasarkan spektrum emisi) dan serapan (berdasarkan spektrum... ... Kamus Ensiklopedis Besar

Analisis spektral- metode matematika-statistik untuk menganalisis deret waktu, di mana deret tersebut dianggap sebagai himpunan kompleks, campuran osilasi harmonik yang ditumpangkan satu sama lain. Dalam hal ini, perhatian utama diberikan pada frekuensi... ... Kamus ekonomi dan matematika

ANALISIS SPEKRAL- fisik metode penentuan bahan kimia secara kualitatif dan kuantitatif. komposisi zat apa pun berdasarkan perolehan dan studi spektrum optiknya. Tergantung pada sifat spektrum yang digunakan, jenis berikut dibedakan: emisi (emisi C ... Ensiklopedia Politeknik Besar

Analisis spektral- I Analisis spektral adalah metode fisika untuk penentuan kualitatif dan kuantitatif komposisi atom dan molekul suatu zat, berdasarkan studi spektrumnya. Dasar fisik S.a. Spektroskopi atom dan molekul, itu... ... Ensiklopedia Besar Soviet

Analisis spektral- Isi artikel. I. Cahaya tubuh. Spektrum emisi. Spektrum matahari. Garis Fraunhofer. Spektrum prismatik dan difraksi. Hamburan warna prisma dan kisi. II. Spektroskop. Spektroskop siku dan lurus à penglihatan langsung.… … Kamus Ensiklopedis F.A. Brockhaus dan I.A. Efron

Pendahuluan………………………………………………………………………………….2

Mekanisme radiasi………………………………………………………………………………..3

Distribusi energi dalam spektrum………………………………………………….4

Jenis spektrum………………………………………………………………………………….6

Jenis analisis spektral…………………………………………………7

Kesimpulan………………………………………………………………………..9

Sastra……………………………………………………………………….11

Perkenalan

Spektrum adalah penguraian cahaya menjadi bagian-bagian komponennya, sinar-sinar yang berbeda warna.

Metode yang mempelajari komposisi kimia berbagai zat dari garis spektrum emisi atau serapannya disebut analisis spektral. Jumlah zat yang diperlukan untuk analisis spektral dapat diabaikan. Kecepatan dan sensitivitasnya membuat metode ini sangat diperlukan baik di laboratorium maupun astrofisika. Karena setiap unsur kimia dalam tabel periodik hanya memancarkan garis spektrum emisi dan serapan, hal ini memungkinkan untuk mempelajari komposisi kimia suatu zat. Fisikawan Kirchhoff dan Bunsen pertama kali mencoba membuatnya pada tahun 1859, dengan membangun spektroskop. Cahaya dilewatkan ke dalamnya melalui celah sempit yang dipotong dari salah satu tepi teleskop (pipa dengan celah ini disebut kolimator). Dari kolimator, sinar jatuh ke prisma yang bagian dalamnya dilapisi kotak yang dilapisi kertas hitam. Prisma membelokkan sinar yang datang dari celah tersebut. Hasilnya adalah spektrum. Setelah itu, mereka menutup jendela dengan tirai dan meletakkan kompor yang menyala pada celah kolimator. Potongan-potongan berbagai zat dimasukkan secara bergantian ke dalam nyala lilin, dan mereka melihat melalui teleskop kedua pada spektrum yang dihasilkan. Ternyata uap pijar dari setiap elemen menghasilkan sinar dengan warna yang ditentukan secara ketat, dan prisma membelokkan sinar ini ke tempat yang ditentukan secara ketat, dan oleh karena itu tidak ada warna yang dapat menutupi warna lainnya. Hal ini mengarah pada kesimpulan bahwa metode analisis kimia baru yang radikal telah ditemukan - menggunakan spektrum suatu zat. Pada tahun 1861, berdasarkan penemuan ini, Kirchhoff membuktikan keberadaan sejumlah elemen di kromosfer Matahari, yang meletakkan dasar bagi astrofisika.

Mekanisme radiasi

Sumber cahaya harus mengkonsumsi energi. Cahaya adalah gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang 4*10 -7 - 8*10 -7 m Gelombang elektromagnetik dipancarkan oleh percepatan pergerakan partikel bermuatan. Partikel bermuatan ini adalah bagian dari atom. Tetapi tanpa mengetahui bagaimana struktur atom, tidak ada yang dapat dikatakan secara pasti mengenai mekanisme radiasi. Jelaslah bahwa tidak ada cahaya di dalam atom, sama seperti tidak ada suara dalam senar piano. Seperti senar yang baru berbunyi setelah dipukul dengan palu, atom hanya melahirkan cahaya setelah tereksitasi.

Agar atom mulai meradiasi, energi harus ditransfer ke atom tersebut. Ketika memancarkan, sebuah atom kehilangan energi yang diterimanya, dan agar suatu zat bersinar terus menerus, diperlukan aliran energi ke atom-atomnya dari luar.

Radiasi termal. Jenis radiasi yang paling sederhana dan paling umum adalah radiasi termal, di mana energi yang hilang oleh atom untuk memancarkan cahaya dikompensasi oleh energi gerak termal atom atau (molekul) benda yang memancarkannya. Semakin tinggi suhu tubuh, semakin cepat atom bergerak. Ketika atom (molekul) cepat bertabrakan satu sama lain, sebagian energi kinetiknya diubah menjadi energi eksitasi atom, yang kemudian memancarkan cahaya.

Sumber radiasi termal adalah Matahari, serta lampu pijar biasa. Lampu adalah sumber yang sangat nyaman namun berbiaya rendah. Hanya sekitar 12% dari total energi yang dilepaskan oleh arus listrik dalam sebuah lampu diubah menjadi energi cahaya. Sumber cahaya termal adalah nyala api. Butir jelaga memanas karena energi yang dilepaskan selama pembakaran bahan bakar dan memancarkan cahaya.

Elektroluminesensi. Energi yang dibutuhkan atom untuk memancarkan cahaya juga dapat berasal dari sumber non-termal. Selama pelepasan gas, medan listrik memberikan energi kinetik yang lebih besar kepada elektron. Elektron cepat mengalami tumbukan dengan atom. Sebagian energi kinetik elektron digunakan untuk merangsang atom. Atom yang tereksitasi melepaskan energi dalam bentuk gelombang cahaya. Oleh karena itu, pelepasan gas disertai dengan pancaran cahaya. Ini adalah elektroluminesensi.

Katodoluminesensi. Cahaya padatan yang disebabkan oleh pemboman elektron disebut katodoluminesensi. Berkat cathodoluminescence, layar tabung sinar katoda televisi bersinar.

Chemiluminesensi. Dalam beberapa reaksi kimia yang melepaskan energi, sebagian energi ini langsung digunakan untuk emisi cahaya. Sumber cahaya tetap dingin (pada suhu sekitar). Fenomena ini disebut chemioluminescence.

Fotoluminesensi. Cahaya yang mengenai suatu zat dipantulkan sebagian dan sebagian diserap. Energi cahaya yang diserap dalam banyak kasus hanya menyebabkan pemanasan tubuh. Namun, beberapa benda sendiri mulai bersinar langsung di bawah pengaruh radiasi yang menimpanya. Ini adalah fotoluminesensi. Cahaya menggairahkan atom-atom suatu zat (meningkatkan energi internalnya), setelah itu atom-atom tersebut menerangi dirinya sendiri. Misalnya, cat bercahaya yang menutupi banyak hiasan pohon Natal memancarkan cahaya setelah disinari.

Cahaya yang dipancarkan selama fotoluminesensi biasanya memiliki panjang gelombang yang lebih panjang daripada cahaya yang menggairahkan cahaya tersebut. Hal ini dapat diamati secara eksperimental. Jika Anda mengarahkan sinar cahaya ke bejana yang mengandung fluoresceite (pewarna organik),

melewati filter cahaya ungu, cairan ini mulai bersinar dengan cahaya hijau-kuning, yaitu cahaya dengan panjang gelombang lebih panjang dari cahaya ungu.

Fenomena fotoluminesensi banyak digunakan pada lampu neon. Fisikawan Soviet S.I. Vavilov mengusulkan untuk menutupi permukaan bagian dalam tabung pelepasan dengan zat yang mampu bersinar terang di bawah pengaruh radiasi gelombang pendek dari pelepasan gas. Lampu neon kira-kira tiga sampai empat kali lebih ekonomis dibandingkan lampu pijar konvensional.

Jenis utama radiasi dan sumber yang menciptakannya tercantum. Sumber radiasi yang paling umum adalah panas.

Distribusi energi dalam spektrum

Pada layar di belakang prisma bias, warna monokromatik dalam spektrum disusun dengan urutan sebagai berikut: merah (yang memiliki panjang gelombang terpanjang di antara gelombang cahaya tampak (k = 7,6 (10-7 m dan indeks bias terkecil), oranye, kuning , hijau, cyan, biru dan ungu (memiliki panjang gelombang terpendek dalam spektrum tampak (f = 4 (10-7 m dan indeks bias tertinggi). Tidak ada sumber yang menghasilkan cahaya monokromatik, yaitu cahaya dengan panjang gelombang yang ditentukan secara ketat .Percobaan penguraian cahaya menjadi spektrum dengan menggunakan prisma, serta percobaan interferensi dan difraksi.

Energi yang dibawa cahaya dari sumbernya didistribusikan dengan cara tertentu ke seluruh gelombang dengan panjang berapa pun yang membentuk berkas cahaya. Kita juga dapat mengatakan bahwa energi didistribusikan melalui frekuensi, karena ada hubungan sederhana antara panjang gelombang dan frekuensi: v = c.

Kerapatan fluks radiasi elektromagnetik, atau intensitas /, ditentukan oleh energi &W yang diatribusikan ke semua frekuensi. Untuk mengkarakterisasi distribusi frekuensi radiasi, perlu diperkenalkan besaran baru: intensitas per satuan interval frekuensi. Besaran ini disebut kerapatan spektral intensitas radiasi.

Kerapatan fluks radiasi spektral dapat ditemukan secara eksperimental. Untuk melakukan ini, Anda perlu menggunakan prisma untuk mendapatkan spektrum radiasi, misalnya busur listrik, dan mengukur kerapatan fluks radiasi yang jatuh pada interval spektral kecil dengan lebar Av.

Anda tidak dapat mengandalkan mata Anda untuk memperkirakan distribusi energi. Mata memiliki kepekaan selektif terhadap cahaya: sensitivitas maksimumnya terletak pada wilayah spektrum kuning-hijau. Yang terbaik adalah memanfaatkan sifat benda hitam yang hampir sepenuhnya menyerap cahaya dari semua panjang gelombang. Dalam hal ini, energi radiasi (yaitu cahaya) menyebabkan pemanasan tubuh. Oleh karena itu, cukup mengukur suhu tubuh dan menggunakannya untuk menilai jumlah energi yang diserap per satuan waktu.

Termometer biasa terlalu sensitif untuk digunakan dengan sukses dalam eksperimen semacam itu. Diperlukan instrumen yang lebih sensitif untuk mengukur suhu. Anda dapat mengambil termometer listrik, yang elemen sensitifnya dibuat dalam bentuk pelat logam tipis. Pelat ini harus dilapisi dengan lapisan tipis jelaga, yang hampir sepenuhnya menyerap cahaya dengan panjang gelombang berapa pun.

Pelat perangkat yang peka terhadap panas harus ditempatkan di satu tempat atau tempat lain dalam spektrum. Seluruh spektrum tampak dengan panjang l dari sinar merah hingga ungu sesuai dengan interval frekuensi dari v cr hingga y f. Lebarnya sesuai dengan interval kecil Av. Dengan memanaskan pelat hitam perangkat, seseorang dapat menilai kerapatan fluks radiasi per interval frekuensi Av. Dengan menggerakkan pelat sepanjang spektrum, kita akan menemukan bahwa sebagian besar energi berada di bagian merah spektrum, dan bukan di bagian kuning-hijau, seperti yang terlihat oleh mata.

Berdasarkan hasil percobaan tersebut, dapat dibuat kurva ketergantungan kerapatan spektral intensitas radiasi terhadap frekuensi. Kerapatan spektral intensitas radiasi ditentukan oleh suhu pelat, dan frekuensinya tidak sulit ditemukan jika alat yang digunakan untuk menguraikan cahaya dikalibrasi, yaitu jika diketahui frekuensi yang sesuai dengan bagian spektrum tertentu. ke.

Dengan memplot sepanjang sumbu absis nilai frekuensi yang sesuai dengan titik tengah interval Av, dan sepanjang sumbu ordinat kerapatan spektral intensitas radiasi, kita memperoleh sejumlah titik yang melaluinya kita dapat menggambar kurva mulus. Kurva ini memberikan gambaran visual tentang distribusi energi dan bagian spektrum busur listrik yang terlihat.

Salah satu metode utama untuk menganalisis komposisi kimia suatu zat adalah analisis spektral. Analisis komposisinya dilakukan berdasarkan kajian spektrumnya. Analisis spektral - digunakan dalam berbagai penelitian. Dengan bantuannya, unsur kimia kompleks ditemukan: He, Ga, Cs. di atmosfer Matahari. Selain Rb, In dan XI, komposisi Matahari dan sebagian besar benda langit lainnya juga ditentukan.

Aplikasi

Keahlian spektral, umum di:

Metalurgi;
Geologi;
Kimia;
Mineralogi;
Astrofisika;
Biologi;
obat-obatan, dll.

Memungkinkan Anda menemukan jumlah terkecil zat tertentu dalam objek yang diteliti (hingga 10 - MS) Analisis spektral dibagi menjadi kualitatif dan kuantitatif.

Metode

Metode penetapan komposisi kimia suatu zat berdasarkan spektrum merupakan dasar analisis spektral. Spektrum garis mempunyai kepribadian yang unik, sama seperti sidik jari manusia atau pola kepingan salju. Keunikan pola pada kulit jari menjadi keuntungan besar dalam mencari penjahat. Oleh karena itu, karena kekhasan masing-masing spektrum, kandungan kimiawi suatu organisme dapat ditentukan dengan menganalisis komposisi kimia zat tersebut. Sekalipun massa suatu unsur tidak melebihi 10 - 10 g, dengan menggunakan analisis spektral unsur tersebut dapat dideteksi dalam komposisi zat kompleks. Ini adalah metode yang cukup sensitif.

Analisis spektral emisi

Analisis spektral emisi merupakan serangkaian metode untuk menentukan komposisi kimia suatu zat dari spektrum emisinya. Dasar metode penetapan komposisi kimia suatu zat - pemeriksaan spektral - didasarkan pada pola spektrum emisi dan spektrum serapan. Metode ini memungkinkan Anda mengidentifikasi sepersejuta miligram suatu zat.

Ada metode pemeriksaan kualitatif dan kuantitatif, sesuai dengan penetapan kimia analitik sebagai mata pelajaran yang bertujuan untuk merumuskan metode penetapan komposisi kimia suatu zat. Metode untuk mengidentifikasi suatu zat menjadi sangat penting dalam analisis organik kualitatif.

Berdasarkan spektrum garis uap suatu zat, dimungkinkan untuk menentukan unsur kimia apa yang terkandung dalam komposisinya, karena setiap unsur kimia memiliki spektrum emisi spesifiknya sendiri. Metode penetapan komposisi kimia suatu zat disebut analisis spektral kualitatif.

Analisis spektral sinar-X

Ada metode lain untuk mengidentifikasi bahan kimia yang disebut analisis spektral sinar-X. Analisis spektral sinar-X didasarkan pada aktivasi atom suatu zat ketika disinari dengan sinar-X, suatu proses yang disebut sekunder atau fluoresen. Aktivasi juga dimungkinkan bila disinari dengan elektron berenergi tinggi; dalam hal ini prosesnya disebut eksitasi langsung. Akibat pergerakan elektron pada lapisan elektron terdalam yang lebih dalam, muncul garis sinar-X.

Rumus Wulff-Bragg memungkinkan Anda mengatur panjang gelombang dalam komposisi radiasi sinar-X saat menggunakan kristal berstruktur populer dengan jarak d yang diketahui. Ini adalah dasar dari metode penentuannya. Substansi yang diteliti dibombardir dengan elektron berkecepatan tinggi. Misalnya, ia ditempatkan pada anoda tabung sinar-X yang dapat diturunkan, setelah itu ia memancarkan sinar-X karakteristik yang jatuh pada kristal dengan struktur yang diketahui. Sudut diukur dan panjang gelombang yang sesuai dihitung menggunakan rumus, setelah memotret pola difraksi yang dihasilkan.

Teknik

Saat ini, semua metode analisis kimia didasarkan pada dua teknik. Baik pada uji fisika, maupun pada uji kimia, membandingkan konsentrasi yang ditetapkan dengan satuan pengukurannya:

Fisik

Teknik fisika didasarkan pada metode mengkorelasikan satuan kuantitas suatu komponen dengan standar dengan mengukur sifat fisiknya, yang bergantung pada kandungannya dalam sampel suatu zat. Hubungan fungsional “Kejenuhan properti – kandungan komponen dalam sampel” ditentukan melalui percobaan dengan mengkalibrasi alat untuk mengukur properti fisik tertentu sesuai dengan komponen yang dipasang. Dari grafik kalibrasi, diperoleh hubungan kuantitatif, dibangun dalam koordinat: "saturasi suatu sifat fisik - konsentrasi komponen terpasang".

Bahan kimia

Teknik kimia digunakan dalam metode mengkorelasikan satuan kuantitas suatu komponen dengan standar. Di sini hukum kekekalan kuantitas atau massa suatu komponen selama interaksi kimia digunakan. Interaksi kimia didasarkan pada sifat kimia senyawa kimia. Dalam sampel suatu zat, dilakukan reaksi kimia yang memenuhi persyaratan yang ditentukan untuk menentukan komponen yang diinginkan, dan volume atau massa yang terlibat dalam reaksi kimia spesifik komponen tersebut diukur. Diperoleh hubungan kuantitatif, kemudian dituliskan banyaknya ekuivalen suatu komponen untuk suatu reaksi kimia tertentu atau hukum kekekalan massa.

Perangkat

Alat untuk menganalisis komposisi fisika dan kimia suatu zat adalah:

alat analisa gas;
Alarm untuk konsentrasi uap dan gas maksimum yang diperbolehkan dan eksplosif;
Konsentrator untuk larutan cair;
Pengukur kepadatan;
Pengukur garam;
Pengukur kelembaban dan perangkat lain yang tujuan dan kelengkapannya serupa.

Seiring waktu, jangkauan objek yang dianalisis meningkat dan kecepatan serta keakuratan analisis meningkat. Salah satu metode instrumental terpenting untuk menetapkan komposisi kimia atom suatu zat adalah analisis spektral.

Setiap tahun semakin banyak instrumen kompleks yang muncul untuk analisis spektral kuantitatif. Mereka juga memproduksi jenis peralatan dan metode perekaman spektrum tercanggih. Laboratorium spektral awalnya diselenggarakan di bidang teknik mesin, metalurgi, dan kemudian di bidang industri lainnya. Seiring waktu, kecepatan dan keakuratan analisis meningkat. Selain itu, area objek yang dianalisis semakin meluas. Salah satu metode instrumental utama untuk menentukan komposisi kimia atom suatu zat adalah analisis spektral.

Analisis spektral adalah salah satu metode fisika terpenting untuk mempelajari zat. Dirancang untuk menentukan komposisi kualitatif dan kuantitatif suatu zat berdasarkan spektrumnya.

Ahli kimia telah lama mengetahui bahwa senyawa unsur kimia tertentu, jika ditambahkan ke dalam nyala api, akan memberikan warna yang khas. Jadi, garam natrium membuat nyala api menjadi kuning, dan senyawa boron menjadikannya hijau. Warna suatu zat terjadi ketika ia memancarkan gelombang dengan panjang tertentu atau menyerapnya dari spektrum penuh cahaya putih yang mengenainya. Dalam kasus kedua, warna yang terlihat oleh mata ternyata tidak sesuai dengan gelombang yang diserap ini, tetapi dengan gelombang lain - gelombang tambahan, yang bila ditambahkan ke dalamnya, memberikan cahaya putih.

Pola-pola ini, yang terbentuk pada awal abad terakhir, digeneralisasikan pada tahun 1859-1861. Ilmuwan Jerman G. Kirchhoff dan R. Bunsen, yang membuktikan bahwa setiap unsur kimia memiliki spektrum karakteristiknya masing-masing. Hal ini memungkinkan terciptanya jenis analisis unsur - analisis spektral atom, yang dengannya dimungkinkan untuk menentukan secara kuantitatif kandungan berbagai unsur dalam sampel suatu zat yang terurai menjadi atom atau ion dalam nyala api atau listrik. busur. Bahkan sebelum terciptanya versi kuantitatif dari metode ini, metode ini telah berhasil digunakan untuk “analisis unsur” benda langit. Analisis spektral pada abad terakhir telah membantu mempelajari komposisi Matahari dan bintang-bintang lainnya, serta menemukan beberapa unsur, khususnya helium.

Dengan bantuan analisis spektral, menjadi mungkin untuk membedakan tidak hanya unsur kimia yang berbeda, tetapi juga isotop dari unsur yang sama, yang biasanya memberikan spektrum yang berbeda. Metode ini digunakan untuk menganalisis komposisi isotop suatu zat dan didasarkan pada perbedaan pergeseran tingkat energi molekul dengan isotop yang berbeda.

Sinar-X, dinamai menurut nama fisikawan Jerman W. Roentgen yang menemukannya pada tahun 1895, adalah salah satu bagian dengan panjang gelombang terpendek dari spektrum penuh gelombang elektromagnetik, terletak di antara sinar ultraviolet dan radiasi gamma. Ketika sinar-X diserap oleh atom, elektron-elektron dalam yang terletak di dekat inti dan terikat erat padanya akan tereksitasi. Sebaliknya, emisi sinar-X oleh atom dikaitkan dengan transisi elektron dalam dari tingkat energi tereksitasi ke tingkat energi biasa dan stasioner.

Kedua tingkat tersebut hanya dapat memiliki energi yang ditentukan secara ketat, bergantung pada muatan inti atom. Artinya perbedaan antara energi-energi ini, sama dengan energi kuantum yang diserap (atau dipancarkan), juga bergantung pada muatan inti, dan radiasi setiap unsur kimia dalam wilayah spektrum sinar-X adalah himpunan karakteristik gelombang elemen ini dengan frekuensi getaran yang ditentukan secara ketat.

Analisis spektral sinar-X, salah satu jenis analisis unsur, didasarkan pada penggunaan fenomena ini. Ini banyak digunakan untuk analisis bijih, mineral, serta senyawa anorganik dan organoelemen kompleks.

Ada jenis spektroskopi lain yang tidak didasarkan pada radiasi, tetapi pada penyerapan gelombang cahaya oleh materi. Apa yang disebut spektrum molekuler diamati, sebagai suatu peraturan, ketika larutan zat menyerap cahaya tampak, ultraviolet atau inframerah; Dalam hal ini, tidak terjadi dekomposisi molekul. Jika sinar tampak atau ultraviolet biasanya bekerja pada elektron, menyebabkan elektron naik ke tingkat energi baru yang tereksitasi (lihat Atom), maka sinar inframerah (termal), yang membawa lebih sedikit energi, hanya merangsang getaran atom-atom yang saling berhubungan. Oleh karena itu, informasi yang diberikan oleh jenis spektroskopi ini kepada ahli kimia berbeda-beda. Jika dari spektrum inframerah (getaran) seseorang mengetahui keberadaan kelompok atom tertentu dalam suatu zat, maka spektrum di wilayah ultraviolet (dan untuk zat berwarna - di daerah tampak) membawa informasi tentang struktur kelompok penyerap cahaya sebagai semua.

Di antara senyawa organik, kelompok tersebut biasanya didasarkan pada sistem ikatan tak jenuh (lihat Hidrokarbon tak jenuh). Semakin banyak ikatan rangkap atau rangkap tiga dalam suatu molekul, bergantian dengan ikatan sederhana (dengan kata lain, semakin panjang rantai konjugasinya), semakin mudah elektron tereksitasi.

Metode spektroskopi molekuler digunakan tidak hanya untuk menentukan struktur molekul, tetapi juga untuk mengukur secara akurat jumlah zat yang diketahui dalam suatu larutan. Spektrum di wilayah ultraviolet atau wilayah tampak sangat cocok untuk ini. Pita serapan di wilayah ini biasanya diamati pada konsentrasi zat terlarut dalam urutan seperseratus dan bahkan seperseribu persen. Kasus khusus penerapan spektroskopi adalah metode kolorimetri, yang banyak digunakan untuk mengukur konsentrasi senyawa berwarna.

Atom beberapa zat juga mampu menyerap gelombang radio. Kemampuan ini diwujudkan ketika suatu zat ditempatkan di medan magnet permanen yang kuat. Banyak inti atom memiliki momen magnetnya sendiri - putaran, dan dalam medan magnet, inti atom dengan orientasi putaran yang tidak sama ternyata “tidak setara” secara energetik. Mereka yang arah putarannya bertepatan dengan arah medan magnet yang diterapkan menemukan diri mereka dalam posisi yang lebih menguntungkan, dan orientasi lain mulai memainkan peran “keadaan tereksitasi” dalam kaitannya dengan mereka. Ini tidak berarti bahwa inti dalam keadaan putaran yang menguntungkan tidak dapat masuk ke keadaan “tereksitasi”; perbedaan energi pada keadaan spin sangat kecil, namun persentase inti dalam keadaan energi yang tidak menguntungkan relatif kecil. Dan semakin kuat bidang yang diterapkan, semakin kecil ukurannya. Inti atom tampaknya berosilasi di antara dua keadaan energi. Dan karena frekuensi osilasi tersebut sesuai dengan frekuensi gelombang radio, resonansi juga dimungkinkan - penyerapan energi dari medan elektromagnetik bolak-balik dengan frekuensi yang sesuai, yang menyebabkan peningkatan tajam jumlah inti dalam keadaan tereksitasi.

Hal ini menjadi dasar kerja spektrometer resonansi magnetik nuklir (NMR), yang mampu mendeteksi keberadaan inti atom dalam suatu zat yang putarannya sama dengan 1/2: hidrogen 1H, litium 7Li, fluor 19F, fosfor 31P, sebagai serta isotop karbon 13C, nitrogen 15N, oksigen 17O, dll.

Semakin kuat magnet permanennya, semakin tinggi sensitivitas perangkat tersebut. Frekuensi resonansi yang diperlukan untuk mengeksitasi inti atom juga meningkat sebanding dengan kekuatan medan magnet. Ini berfungsi sebagai ukuran kelas perangkat. Spektrometer kelas menengah beroperasi pada frekuensi 60-90 MHz (saat merekam spektrum proton); yang lebih keren - pada frekuensi 180, 360 dan bahkan 600 MHz.

Spektrometer kelas tinggi - instrumen yang sangat akurat dan kompleks - memungkinkan tidak hanya untuk mendeteksi dan mengukur secara kuantitatif kandungan unsur tertentu, tetapi juga untuk membedakan sinyal atom yang menempati posisi kimiawi yang “tidak setara” dalam molekul. Dan dengan mempelajari apa yang disebut interaksi spin-spin, yang mengarah pada pemisahan sinyal menjadi kelompok-kelompok garis sempit di bawah pengaruh medan magnet inti yang berdekatan, seseorang dapat mempelajari banyak hal menarik tentang atom-atom yang mengelilingi inti di bawahnya. belajar. Spektroskopi NMR memungkinkan Anda memperoleh 70 hingga 100% informasi yang diperlukan, misalnya, untuk menetapkan struktur senyawa organik kompleks.

Jenis spektroskopi radio lainnya - resonansi paramagnetik elektron (EPR) - didasarkan pada fakta bahwa tidak hanya inti, tetapi juga elektron memiliki spin 1/2. Spektroskopi EPR adalah cara terbaik untuk mempelajari partikel dengan elektron tidak berpasangan - radikal bebas. Seperti spektrum NMR, spektrum EPR memungkinkan untuk mempelajari banyak hal tidak hanya tentang partikel “pemberi sinyal” itu sendiri, tetapi juga tentang sifat atom di sekitarnya. Instrumen spektroskopi EPR sangat sensitif: untuk merekam spektrum, larutan yang mengandung beberapa ratus juta mol radikal bebas per liter biasanya sudah cukup. Dan perangkat dengan sensitivitas rekor, yang baru-baru ini dibuat oleh sekelompok ilmuwan Soviet, hanya mampu mendeteksi keberadaan 100 radikal dalam sampel, yang setara dengan konsentrasi radikal tersebut sekitar 10 -18 mol/l.