Analiza spektralna

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Przejdź do nawigacji Przejdź do wyszukiwania
Film można znaleźć w artykule Analiza spektralna (film) .
Przykład liniowego widma absorpcji

Analiza spektralna to zestaw metod jakościowego i ilościowego określania składu obiektu, oparty na badaniu widm oddziaływania materii z promieniowaniem, w tym widm promieniowania elektromagnetycznego, fal akustycznych, rozkładu masy i energii elementarnych cząstki itp. [1] .

Wyróżnia się kilka metod analizy spektralnej w zależności od celów analizy i rodzajów widm. Analizy widm atomowych i molekularnych umożliwiają określenie, odpowiednio, składu elementarnego i molekularnego substancji. W metodach emisyjnych i absorpcyjnych skład określa się na podstawie widm emisyjnych i absorpcyjnych.

Analiza spektrometrii masowej przeprowadzana jest na podstawie widm masowych jonów atomowych lub molekularnych i umożliwia określenie składu izotopowego obiektu.

Historia

Ciemne linie na prążkach widmowych zostały zauważone dawno temu (na przykład zauważył je Wollaston ), ale pierwsze poważne badania tych linii podjął dopiero w 1814 r. Joseph Fraunhofer . Na jego cześć efekt został nazwany „ Linie Fraunhofera ”. Fraunhofer ustalił stabilność położenia wierszy, sporządził ich tabelę (w sumie doliczył 574 wierszy), przypisując każdemu kod alfanumeryczny. Nie mniej ważny był jego wniosek, że linie nie są związane ani z materiałem optycznym, ani z ziemską atmosferą, ale są naturalną cechą światła słonecznego. Podobne linie znalazł w sztucznych źródłach światła, a także w widmach Wenus i Syriusza .

Wkrótce stało się jasne, że jedna z najwyraźniejszych linii pojawia się zawsze w obecności sodu . W 1859 r. G. Kirchhoff i R. Bunsen po serii eksperymentów doszli do wniosku: każdy pierwiastek chemiczny ma swoje unikalne widmo liniowe, a z widma ciał niebieskich można wyciągnąć wnioski na temat składu ich materii. Od tego momentu w nauce pojawiła się analiza spektralna, potężna metoda zdalnego określania składu chemicznego.

Aby przetestować metodę w 1868 roku, Paryska Akademia Nauk zorganizowała wyprawę do Indii, gdzie spodziewano się całkowitego zaćmienia Słońca. Tam naukowcy odkryli: wszystkie ciemne linie w czasie zaćmienia, kiedy widmo promieniowania zmieniło widmo absorpcji korony słonecznej , zgodnie z przewidywaniami stały się jasne na ciemnym tle.

Stopniowo wyjaśniano charakter każdej z linii, ich związek z pierwiastkami chemicznymi. W 1860 Kirchhoff i Bunsen odkryli cez za pomocą analizy spektralnej, a rubid w 1861. Również w 1861 roku William Crookes odkrył tal za pomocą analizy spektralnej. A hel odkryto na Słońcu 27 lat wcześniej niż na Ziemi (odpowiednio 1868 i 1895).

W 1933 r. w Leningradzkim Instytucie Technologii Historycznych po raz pierwszy zastosowano analizę spektralną starożytnych wyrobów metalowych. [2]

Zasada działania

Atomy każdego pierwiastka chemicznego mają ściśle określone częstotliwości rezonansowe, w wyniku czego to właśnie przy tych częstotliwościach emitują lub pochłaniają światło.

Ciemne linie pojawiają się, gdy elektrony znajdujące się na niższych poziomach energetycznych atomu, pod wpływem promieniowania ze źródła światła, jednocześnie wznoszą się na wyższy poziom, pochłaniając fale świetlne o określonej długości, a zaraz potem wracają do poprzedniego poziom, emitujące fale o tej samej długości odwrotnie - ale ponieważ promieniowanie to jest rozproszone równomiernie we wszystkich kierunkach, w przeciwieństwie do promieniowania kierunkowego ze źródła początkowego, na spektrogramie widoczne są ciemne linie w widmach w miejscach/miejscach odpowiadających podana długość fali / długości fali. Te długości fal są różne dla każdej substancji i są określane przez różnicę energii między poziomami energii elektronowej w atomach tej substancji.

Liczba takich linii dla danej substancji jest równa liczbie możliwych osobliwych wariantów przejść elektronowych między poziomami energii; na przykład, jeśli elektrony znajdują się na dwóch poziomach w atomach danej substancji, możliwe jest tylko jedno przejście - z poziomu wewnętrznego na zewnętrzny (i odwrotnie), a na spektrogramie będzie jedna ciemna linia dla danej substancji. Jeśli istnieją trzy elektroniczne poziomy energii, to są już trzy możliwe przejścia (1-2, 2-3, 1-3), a na spektrogramie pojawią się również trzy ciemne linie.

Intensywność linii zależy od ilości substancji i jej stanu. W ilościowej analizie spektralnej zawartość analitu jest określana przez względne lub bezwzględne natężenia linii lub pasm w widmach.

Optyczna analiza spektralna charakteryzuje się względną łatwością wykonania, brakiem kompleksowego przygotowania próbek do analizy oraz niewielką ilością substancji potrzebnej do analizy (w granicach 10–30 mg).

Widma atomowe (absorpcja lub emisja) uzyskuje się poprzez przekształcenie substancji w stan pary poprzez podgrzanie próbki do 1000–10000 ° C. Iskra, łuk prądu przemiennego jest wykorzystywany jako źródło wzbudzenia atomów w analizie emisji materiałów przewodzących; próbkę umieszcza się w kraterze jednej z elektrod węglowych. Do analizy roztworów szeroko stosuje się płomień lub plazmę różnych gazów.

Podanie

W ostatnim czasie najbardziej rozpowszechnione są metody spektrometrii emisyjnej i spektrometrii masowej oparte na wzbudzaniu atomów i ich jonizacji w plazmie argonowej wyładowań indukcyjnych, a także w iskrze laserowej.

Analiza spektralna jest metodą czułą i jest szeroko stosowana w chemii analitycznej, astrofizyce, metalurgii, inżynierii mechanicznej, eksploracji geologicznej, archeologii i innych dziedzinach nauki.

W teorii przetwarzania sygnałów analiza widmowa odnosi się do analizy rozkładu energii sygnału (na przykład dźwięku) pod względem częstotliwości, liczb falowych itp.

Zobacz też

Notatki (edytuj)

  1. Wielka Encyklopedia Rosyjska : [w 35 tomach] / rozdz. wyd. Yu.S. Osipow . - M .: Wielka rosyjska encyklopedia, 2004-2017.
  2. N. M. Łapotyszkin . W świecie stopów. M.: Edukacja, 1973. s. 51

Literatura

  • Sobel'man, I.I., Wprowadzenie do teorii widm atomowych. - M., Nauka, 1977 .-- 320 s.

Spinki do mankietów