Spektrianalyysi

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 12. tammikuuta 2022 tarkistetusta versiosta . vahvistus vaatii 1 muokkauksen . Katso elokuvasta artikkeli " Spektrianalyysi (filmi) ".

Spektrianalyysi  on joukko menetelmiä esineen koostumuksen laadulliseen ja kvantitatiiviseen määrittämiseen, joka perustuu aineen ja säteilyn vuorovaikutuksen spektrien tutkimukseen , mukaan lukien sähkömagneettisen säteilyn spektrit, akustiset aallot, elementtien massa- ja energiajakaumat. hiukkaset jne. [1] .

Analyysin tarkoituksesta ja spektrityypeistä riippuen on olemassa useita spektrianalyysimenetelmiä. Atomi- ja molekyylispektrianalyysit mahdollistavat aineen alkuaine- ja molekyylikoostumuksen määrittämisen. Emissio- ja absorptiomenetelmissä koostumus määritetään emissio- ja absorptiospektreistä.

Massaspektrometrinen analyysi suoritetaan käyttämällä atomi- tai molekyyli-ionien massaspektrejä, ja sen avulla voidaan määrittää kohteen isotooppinen koostumus.

Historia

Spektriraitojen tummat viivat havaittiin kauan sitten (esimerkiksi Wollaston totesi ne ), mutta ensimmäisen vakavan tutkimuksen näistä viivoista suoritti vasta vuonna 1814 Josef Fraunhofer . Tehoste sai nimekseen " Fraunhofer lines " hänen kunniakseen. Fraunhofer määritti rivien sijainnin vakauden, laati niiden taulukon (hän ​​laski yhteensä 574 riviä) ja antoi jokaiselle aakkosnumeerisen koodin. Yhtä tärkeä oli hänen päätelmänsä, että viivat eivät liity optiseen materiaaliin tai maan ilmakehään , vaan ne ovat auringonvalon luonnollinen ominaisuus. Hän löysi samanlaisia ​​viivoja keinotekoisista valonlähteistä sekä Venuksen ja Siriuksen spektristä .

Pian kävi selväksi, että yksi selkeimmistä viivoista näkyy aina natriumin läsnä ollessa . Vuonna 1859 G. Kirchhoff ja R. Bunsen päättelivät useiden kokeiden jälkeen, että jokaisella kemiallisella alkuaineella on oma ainutlaatuinen viivaspektri ja taivaankappaleiden spektrin perusteella voidaan tehdä johtopäätöksiä niiden aineen koostumuksesta. Siitä hetkestä lähtien tieteeseen ilmestyi spektrianalyysi, tehokas menetelmä kemiallisen koostumuksen etämäärittämiseen.

Menetelmän testaamiseksi vuonna 1868 Pariisin tiedeakatemia järjesti tutkimusmatkan Intiaan, jossa oli tulossa täydellinen auringonpimennys. Siellä tutkijat havaitsivat, että kaikki tummat viivat pimennyksen aikaan, jolloin emissiospektri muutti aurinkokoronan absorptiospektriä , muuttuivat ennustetusti kirkkaiksi tummaa taustaa vasten.

Kunkin linjan luonne, niiden yhteys kemiallisiin alkuaineisiin selvitettiin vähitellen. Vuonna 1860 Kirchhoff ja Bunsen löysivät cesiumin spektrianalyysin avulla ja vuonna 1861 rubidiumin . Myös vuonna 1861 William Crookes löysi talliumin spektrianalyysin avulla . Ja helium löydettiin Auringosta 27 vuotta aikaisemmin kuin Maasta (1868 ja 1895, vastaavasti).

Vuonna 1933 Leningradin historiallisen teknologian instituutissa spektrianalyysiä sovellettiin ensimmäisen kerran muinaisiin metallituotteisiin. [2]

Kuinka se toimii

Jokaisen kemiallisen alkuaineen atomeilla on tiukasti määritellyt resonanssitaajuudet, minkä seurauksena ne lähettävät tai absorboivat valoa juuri näillä taajuuksilla.

Tummat viivat ilmaantuvat, kun atomin alemmilla energiatasoilla sijaitsevat elektronit nousevat valonlähteen säteilyn vaikutuksesta samanaikaisesti korkeammalle tasolle, samalla kun ne absorboivat tietyn aallonpituuden valoaallot ja putoavat välittömästi sen jälkeen takaisin edelliselle tasolle. taso, säteilee saman aallonpituuden aaltoja. taaksepäin - mutta koska tämä säteily on hajallaan tasaisesti kaikkiin suuntiin, toisin kuin suunnattu säteily lähtölähteestä, spektrissä näkyy tummia viivoja tiettyä aallonpituutta vastaavissa paikoissa/paikoissa / aallonpituudet. Nämä aallonpituudet ovat erilaisia ​​kullekin aineelle, ja ne määräytyvät kyseisen aineen atomien elektronienergiatasojen välisestä energiaerosta .

Tällaisten juovien lukumäärä tietylle aineelle on yhtä suuri kuin energiatasojen välisten elektronien siirtymien mahdollisten yksittäisten muunnelmien lukumäärä; esimerkiksi jos elektronit tietyn aineen atomeissa sijaitsevat kahdella tasolla, vain yksi siirtymä on mahdollinen - sisäiseltä tasolta ulkoiselle (ja päinvastoin), ja tämän aineen spektrogrammissa on yksi tumma viiva . Jos elektronisia energiatasoja on kolme, niin mahdollisia siirtymävaihtoehtoja on jo kolme (1-2, 2-3, 1-3), ja spektrogrammissa on myös kolme tummaa viivaa.

Viivojen intensiteetti riippuu aineen määrästä ja sen tilasta. Kvantitatiivisessa spektrianalyysissä testiaineen pitoisuus määräytyy spektrien viivojen tai vyöhykkeiden suhteellisella tai absoluuttisella intensiteetillä.

Optiselle spektrianalyysille on ominaista suhteellisen helppokäyttöisyys, näytteiden monimutkaisen valmistelun puuttuminen analyysia varten ja analyysiin tarvittava pieni määrä ainetta (10–30 mg).

Atomispektrit (absorptio tai emissio) saadaan siirtämällä aine höyrytilaan kuumentamalla näyte 1000-10000 °C:seen. Atomien virityslähteinä johtavien materiaalien emissioanalyysissä käytetään kipinää, vaihtovirtakaarta; kun näyte asetetaan yhden hiilielektrodin kraateriin. Liuosten analysointiin käytetään laajasti eri kaasujen liekkejä tai plasmaa.

Sovellus

Viime aikoina atomien virittymiseen ja niiden ionisaatioon perustuvat emissio- ja massaspektrometriset spektrianalyysimenetelmät induktiivisten purkausten argonplasmassa sekä laserkipinässä ovat yleistyneet.

Spektrianalyysi on herkkä menetelmä, ja sitä käytetään laajalti analyyttisessä kemiassa , astrofysiikassa, metallurgiassa, koneenrakennuksessa, geologisessa etsinnässä, arkeologiassa ja muilla tieteenaloilla.

Signaalinkäsittelyteoriassa spektrianalyysi tarkoittaa signaalienergian (esimerkiksi äänen) jakautumisen analysointia taajuuksilla, aaltoluvuilla jne.

Katso myös

Muistiinpanot

  1. ↑ Suuri venäläinen tietosanakirja  : [35 nidettä]  / ch. toim. Yu. S. Osipov . - M .  : Suuri venäläinen tietosanakirja, 2004-2017.
  2. ↑ N. M. Lapotyshkin . metalliseosten maailmassa. M.: Enlightenment, 1973. s. 51

Kirjallisuus

Linkit

  Siirry Wikidata-kohteeseen  Sanakirjat ja tietosanakirjat