Spektrální analýza

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 12. ledna 2022; ověření vyžaduje 1 úpravu . Pro film viz článek " Spektrální analýza (film) ".

Spektrální analýza  je soubor metod pro kvalitativní a kvantitativní stanovení složení objektu, založený na studiu spekter interakce hmoty se zářením, včetně spekter elektromagnetického záření, akustických vln, rozložení hmotnosti a energie elementárních částice atd. [1] .

V závislosti na účelu analýzy a typech spekter existuje několik metod spektrální analýzy. Atomové a molekulární spektrální analýzy umožňují určit elementární a molekulární složení látky. U emisních a absorpčních metod se složení určuje z emisních a absorpčních spekter.

Hmotnostní spektrometrická analýza se provádí pomocí hmotnostních spekter atomových nebo molekulárních iontů a umožňuje určit izotopové složení předmětu.

Historie

Tmavé čáry na spektrálních proužcích byly zaznamenány již dávno ( zaznamenal je například Wollaston ), ale první seriózní studium těchto čar se ujal až v roce 1814 Josef Fraunhofer . Na jeho počest byl efekt pojmenován „ Fraunhoferovy linie “. Fraunhofer stanovil stabilitu polohy linek, sestavil jejich tabulku (celkem napočítal 574 linek), každé přidělil alfanumerický kód. Stejně důležitý byl jeho závěr, že čáry nejsou spojeny ani s optickým materiálem, ani se zemskou atmosférou , ale jsou přirozenou vlastností slunečního světla. Podobné čáry našel v umělých zdrojích světla, stejně jako ve spektrech Venuše a Síria .

Brzy se ukázalo, že jedna z nejjasnějších čar se vždy objeví v přítomnosti sodíku . V roce 1859 G. Kirchhoff a R. Bunsen po řadě experimentů došli k závěru, že každý chemický prvek má své jedinečné čárové spektrum a ze spektra nebeských těles lze vyvozovat závěry o složení jejich hmoty. Od té chvíle se ve vědě objevila spektrální analýza, výkonná metoda pro dálkové stanovení chemického složení.

K otestování metody v roce 1868 zorganizovala pařížská akademie věd expedici do Indie, kde se chystalo úplné zatmění Slunce. Tam vědci zjistili, že všechny tmavé čáry v době zatmění, kdy emisní spektrum změnilo absorpční spektrum sluneční koróny , se podle předpovědi staly jasnými na tmavém pozadí.

Postupně byla objasněna povaha každé z linií, jejich souvislost s chemickými prvky. V roce 1860 Kirchhoff a Bunsen objevili pomocí spektrální analýzy cesium a v roce 1861 rubidium . Také v roce 1861 objevil William Crookes pomocí spektrální analýzy thalium . A helium bylo objeveno na Slunci o 27 let dříve než na Zemi (1868, respektive 1895).

V roce 1933 byla na Leningradském institutu historické technologie poprvé aplikována spektrální analýza na staré kovové výrobky. [2]

Jak to funguje

Atomy každého chemického prvku mají přesně definované rezonanční frekvence, v důsledku čehož právě na těchto frekvencích vyzařují nebo absorbují světlo.

Tmavé čáry se objevují, když elektrony umístěné na nižších energetických hladinách atomu pod vlivem záření ze světelného zdroje současně stoupají na vyšší úroveň, přičemž absorbují světelné vlny o určité vlnové délce a ihned poté klesají zpět na předchozí úroveň. hladinou, vyzařující vlny stejné vlnové délky zpětně - ale jelikož je toto záření rozptýleno rovnoměrně do všech směrů, na rozdíl od směrovaného záření z výchozího zdroje jsou na spektrech v místě / místech odpovídajících dané vlnové délce viditelné tmavé čáry. / vlnové délky. Tyto vlnové délky jsou různé pro každou látku a jsou určeny rozdílem energie mezi hladinami elektronové energie v atomech této látky.

Počet takových čar pro konkrétní látku je roven počtu možných singulárních variant elektronových přechodů mezi energetickými hladinami; pokud jsou například elektrony v atomech konkrétní látky umístěny na dvou úrovních, je možný pouze jeden přechod - z vnitřní úrovně na vnější (a naopak) a na spektrogramu této látky bude jedna tmavá čára . Pokud existují tři úrovně elektronické energie, pak již existují tři možné možnosti přechodu (1-2, 2-3, 1-3) a na spektrogramu budou také tři tmavé čáry.

Intenzita čar závisí na množství hmoty a jejím stavu. Při kvantitativní spektrální analýze je obsah zkoušené látky určen relativní nebo absolutní intenzitou čar nebo pásů ve spektrech.

Optická spektrální analýza se vyznačuje relativně snadnou implementací, absencí složité přípravy vzorků pro analýzu a malým množstvím látky potřebné k analýze (v rozmezí 10–30 mg).

Atomová spektra (absorpce nebo emise) se získají převedením látky do plynného stavu zahřátím vzorku na 1000-10000 °C. Jako zdroje buzení atomů v emisní analýze vodivých materiálů se používá jiskra, střídavý oblouk; zatímco vzorek je umístěn v kráteru jedné z uhlíkových elektrod. Plameny nebo plazma různých plynů se široce používají k analýze roztoků.

Aplikace

V poslední době se nejvíce uplatňují emisní a hmotnostní spektrometrické metody spektrální analýzy založené na excitaci atomů a jejich ionizaci v argonovém plazmatu indukčních výbojů i v laserové jiskře.

Spektrální analýza je citlivá metoda a je široce používána v analytické chemii , astrofyzice, metalurgii, strojírenství, geologickém průzkumu, archeologii a dalších vědních oborech.

V teorii zpracování signálu spektrální analýza znamená analýzu rozložení energie signálu (například zvuku) na frekvencích, vlnových číslech atd.

Viz také

Poznámky

  1. ↑ Velká ruská encyklopedie  : [ve 35 svazcích]  / kap. vyd. Yu. S. Osipov . - M  .: Velká ruská encyklopedie, 2004-2017.
  2. ↑ N. M. Lapotyshkin . ve světě slitin. M.: Osvícení, 1973. s. 51

Literatura

Odkazy

  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie
  • Velký Rus
  • Brockhaus a Efron
  • Malý Brockhaus a Efron