Spektral analyse

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 12. januar 2022; verifikation kræver 1 redigering . For filmen, se artiklen " Spektralanalyse (film) ".

Spektralanalyse  er et sæt metoder til kvalitativ og kvantitativ bestemmelse af sammensætningen af ​​et objekt, baseret på studiet af spektrene for vekselvirkningen mellem stof og stråling, herunder spektrene for elektromagnetisk stråling, akustiske bølger, masse- og energifordelinger af elementære partikler osv. [1] .

Afhængig af formålet med analysen og typerne af spektre findes der flere metoder til spektralanalyse. Atom- og molekylspektralanalyser gør det muligt at bestemme henholdsvis et stofs grundstof- og molekylære sammensætning. I emissions- og absorptionsmetoderne bestemmes sammensætningen ud fra emissions- og absorptionsspektrene.

Massespektrometrisk analyse udføres ved hjælp af massespektrene af atomære eller molekylære ioner og gør det muligt at bestemme den isotopiske sammensætning af et objekt.

Historie

Mørke linjer på spektralstriber blev bemærket for længe siden (for eksempel bemærkede Wollaston dem ), men den første seriøse undersøgelse af disse linjer blev først foretaget i 1814 af Josef Fraunhofer . Effekten fik navnet " Fraunhofer-linjer " til hans ære. Fraunhofer etablerede stabiliteten af ​​linjernes position, kompilerede deres tabel (han talte 574 linjer i alt), tildelte hver en alfanumerisk kode. Lige så vigtig var hans konklusion, at linjerne ikke er forbundet med hverken optisk materiale eller jordens atmosfære , men er et naturligt kendetegn for sollys. Han fandt lignende linjer i kunstige lyskilder såvel som i Venus og Sirius spektre .

Det blev hurtigt klart, at en af ​​de klareste linjer altid vises i nærværelse af natrium . I 1859 konkluderede G. Kirchhoff og R. Bunsen efter en række eksperimenter, at hvert kemisk grundstof har sit eget unikke linjespektrum, og spektret af himmellegemer kan bruges til at drage konklusioner om sammensætningen af ​​deres stof. Fra det øjeblik dukkede spektralanalyse op i videnskaben, en kraftfuld metode til fjernbestemmelse af kemisk sammensætning.

For at teste metoden i 1868 organiserede Paris Academy of Sciences en ekspedition til Indien, hvor en total solformørkelse var på vej. Der fandt forskerne ud af, at alle de mørke linjer på tidspunktet for formørkelsen, da emissionsspektret ændrede solkoronaens absorptionsspektrum , blev, som forudsagt, lyse mod en mørk baggrund.

Naturen af ​​hver af linjerne, deres forbindelse med de kemiske grundstoffer blev gradvist belyst. I 1860 opdagede Kirchhoff og Bunsen cæsium ved hjælp af spektralanalyse , og i 1861 rubidium . Også i 1861 opdagede William Crookes thallium ved hjælp af spektralanalyse . Og helium blev opdaget på Solen 27 år tidligere end på Jorden (henholdsvis 1868 og 1895).

I 1933, på Leningrad Institute of Historical Technology, blev spektralanalyse først anvendt på gamle metalprodukter. [2]

Sådan virker det

Atomerne i hvert kemisk element har strengt definerede resonansfrekvenser, som et resultat af hvilket det er ved disse frekvenser, at de udsender eller absorberer lys.

Mørke linjer opstår, når elektroner placeret ved et atoms lavere energiniveauer , under påvirkning af stråling fra en lyskilde, samtidig stiger til et højere niveau, mens de absorberer lysbølger af en bestemt bølgelængde, og umiddelbart efter det falder tilbage til det foregående niveau, udsender bølger af samme bølgelængde bagud - men da denne stråling er spredt ensartet i alle retninger, i modsætning til den rettede stråling fra startkilden, er mørke linjer synlige på spektrene på det sted/de steder, der svarer til en given bølgelængde / bølgelængder. Disse bølgelængder er forskellige for hvert stof og bestemmes af forskellen i energi mellem de elektroniske energiniveauer i det pågældende stofs atomer.

Antallet af sådanne linjer for et bestemt stof er lig med antallet af mulige enkeltstående varianter af elektronovergange mellem energiniveauer; for eksempel, hvis elektroner i et bestemt stofs atomer er placeret på to niveauer, er kun én overgang mulig - fra det indre niveau til det ydre (og omvendt), og der vil være en mørk linje på spektrogrammet for dette stof . Hvis der er tre elektroniske energiniveauer, så er der allerede tre mulige overgangsmuligheder (1-2, 2-3, 1-3), og der vil også være tre mørke linjer på spektrogrammet.

Linjernes intensitet afhænger af mængden af ​​stof og dets tilstand. Ved kvantitativ spektralanalyse bestemmes indholdet af teststoffet af den relative eller absolutte intensitet af linjer eller bånd i spektrene.

Optisk spektralanalyse er kendetegnet ved relativ nem implementering, fravær af kompleks forberedelse af prøver til analyse og en lille mængde af stoffet, der kræves til analyse (inden for 10-30 mg).

Atomspektre (absorption eller emission) opnås ved at overføre et stof til en damptilstand ved at opvarme prøven til 1000-10000 °C. Som kilder til excitation af atomer i emissionsanalysen af ​​ledende materialer anvendes en gnist, en vekselstrømsbue; mens prøven placeres i krateret på en af ​​kulstofelektroderne. Flammer eller plasmaer af forskellige gasser bruges i vid udstrækning til at analysere opløsninger.

Ansøgning

For nylig er emissions- og massespektrometriske metoder til spektralanalyse baseret på excitation af atomer og deres ionisering i argonplasmaet af induktive udladninger såvel som i en lasergnist blevet mest udbredt.

Spektralanalyse er en følsom metode og er meget udbredt inden for analytisk kemi , astrofysik, metallurgi, maskinteknik, geologisk udforskning, arkæologi og andre grene af videnskaben.

I signalbehandlingsteori betyder spektralanalyse analysen af ​​fordelingen af ​​signalenergi (for eksempel lyd) over frekvenser, bølgetal osv.

Se også

Noter

  1. ↑ Great Russian Encyclopedia  : [i 35 bind]  / kap. udg. Yu. S. Osipov . - M .  : Great Russian Encyclopedia, 2004-2017.
  2. ↑ N. M. Lapotyshkin . i legeringernes verden. M.: Oplysning, 1973. s. 51

Litteratur

Links

  Gå til Wikidata-elementet  Ordbøger og encyklopædier
  • Stor russer
  • Brockhaus og Efron
  • Lille Brockhaus og Efron