Kontinuirani spektri. Tipovi spektra

Izbor

Uvod ……………………………………………………………………………… .2

Mehanizam zračenja …………………………………………………………………… ..3

Distribucija energije u spektru ……………………………………………………… .4

Vrste spektra …………………………………………………………………………………… .6

Vrste spektralnih analiza ……………………………………………………………………… 7

Zaključak ……………………………………………………………………………………… ..9

Literatura ……………………………………………………………………………………… .11

Uvod

Spektar je razlaganje svjetlosti na sastavne dijelove, zrake različitih boja.

Metoda za proučavanje hemijskog sastava različitih supstanci putem njihovih linijskih emisionih ili apsorpcionih spektra naziva se spektralna analiza. Spektralna analiza zahtijeva zanemarljivu količinu supstance. Brzina i osjetljivost učinili su ovu metodu nezamjenjivom kako u laboratorijima tako i u astrofizici. Pošto svaki hemijski element periodnog sistema emituje linijski spektar emisije i apsorpcije koji je karakterističan samo za njega, to omogućava proučavanje hemijskog sastava supstance. Po prvi put, fizičari Kirchhoff i Bunsen pokušali su to napraviti 1859. godine, nakon što su izgradili spektroskop. Svjetlost je u njega prolazila kroz uski prorez izrezan sa jedne ivice teleskopa (ova prorezana cijev se zove kolimator). Iz kolimatora su zraci padali na prizmu prekrivenu kutijom, zalijepljenu iznutra crnim papirom. Prizma je skrenula u stranu zrake koje su dolazile iz proreza. Rezultat je bio spektar. Nakon toga su prozor prekrili zavjesom i postavili upaljeni gorionik na kolimatorski prorez. Komadi različitih supstanci su ubrizgani u plamen svijeće, i kroz drugi teleskop se promatrao nastali spektar. Ispostavilo se da užarene pare svakog elementa daju zrake strogo određene boje, a prizma odbija te zrake na strogo određeno mjesto, te stoga nijedna boja nije mogla prikriti drugu. To je omogućilo da se zaključi da je pronađena radikalno nova metoda hemijske analize - spektrom supstance. Godine 1861. Kirchhoff je na osnovu ovog otkrića dokazao prisustvo brojnih elemenata u solarnoj hromosferi, postavljajući temelje astrofizici.

Mehanizam zračenja

Izvor svjetlosti mora trošiti energiju. Svetlost je elektromagnetni talas talasne dužine 4*10 -7 - 8*10 -7 m. Elektromagnetski talasi se emituju prilikom ubrzanog kretanja naelektrisanih čestica. Ove nabijene čestice su dio atoma. Ali, bez poznavanja strukture atoma, ništa se pouzdano ne može reći o mehanizmu zračenja. Jasno je samo da unutar atoma nema svjetlosti, kao što nema ni zvuka u žicama za klavir. Poput žice koja počinje da zvuči tek nakon što se udari čekić, atomi rađaju svjetlost tek nakon što su uzbuđeni.

Da bi atom počeo da zrači, potrebno mu je prenijeti energiju. Zračeći, atom gubi primljenu energiju, a za kontinuirani sjaj tvari neophodan je dotok energije njenim atomima izvana.

Toplotno zračenje. Najjednostavniji i najrašireniji tip zračenja je toplotno zračenje, u kojem se gubici energije atoma za emisiju svjetlosti nadoknađuju energijom toplinskog kretanja atoma ili (molekula) tijela koje emituje. Što je temperatura tijela viša, atomi se brže kreću. Kada se brzi atomi (molekuli) sudare jedni s drugima, dio njihove kinetičke energije pretvara se u energiju pobude atoma, koji zatim emituju svjetlost.

Izvor toplote zračenja je sunce, kao i obična žarulja sa žarnom niti. Lampa je vrlo zgodan, ali jeftin izvor. Samo oko 12% sve energije koju oslobađa električna struja u lampi pretvara se u svjetlosnu energiju. Izvor toplote svetlosti je plamen. Zrnca čađi se zagrevaju energijom koja se oslobađa tokom sagorevanja goriva i emituju svetlost.

Elektroluminiscencija. Energija potrebna da atomi emituju svjetlost također se može posuditi iz netermalnih izvora. U pražnjenju u plinovima, električno polje prenosi veliku kinetičku energiju elektronima. Brzi elektroni se sudaraju sa atomima. Dio kinetičke energije elektrona ide na pobuđivanje atoma. Pobuđeni atomi oslobađaju energiju u obliku svjetlosnih valova. Zbog toga je pražnjenje u plinu praćeno sjajem. Ovo je elektroluminiscencija.

Katodoluminiscencija. Svjetlost čvrstih tijela uzrokovana njihovim bombardiranjem elektronima naziva se katodoluminiscencija. Zahvaljujući katodoluminiscenciji, ekrani katodnih cijevi televizora svijetle.

hemiluminiscencija. U nekim hemijskim reakcijama koje se odvijaju oslobađanjem energije, dio te energije se direktno troši na emisiju svjetlosti. Izvor svjetlosti ostaje hladan (na temperaturi okoline). Ovaj fenomen se naziva hemiluminiscencija.

Fotoluminiscencija. Svetlost koja pada na supstancu delimično se reflektuje, a delimično apsorbuje. Energija apsorbirane svjetlosti u većini slučajeva uzrokuje samo zagrijavanje tijela. Međutim, neka tijela sama počnu svijetliti direktno pod utjecajem zračenja upadnog na njih. Ovo je fotoluminiscencija. Svjetlost pobuđuje atome tvari (povećava njihovu unutrašnju energiju), nakon čega oni sami svijetle. Na primjer, sjajne boje koje se koriste na mnogim ukrasima za božićno drvce emituju svjetlost nakon zračenja.

Svjetlost koju emituje fotoluminiscencija po pravilu ima veću talasnu dužinu od svjetlosti koja pobuđuje luminescenciju. Ovo se može posmatrati eksperimentalno. Ako usmjerite svjetlosni snop na posudu s fluoresceitisom (organska boja),

prođe kroz filter ljubičaste svjetlosti, tada ova tekućina počinje svijetliti zeleno - žutom svjetlošću, odnosno svjetlošću veće valne dužine od one ljubičaste.

Fenomen fotoluminiscencije se široko koristi u fluorescentnim lampama. Sovjetski fizičar SI Vavilov predložio je pokrivanje unutrašnje površine cijevi za pražnjenje tvarima koje mogu sjajno svijetliti pod djelovanjem kratkovalnog zračenja plinskog pražnjenja. Fluorescentne lampe su tri do četiri puta ekonomičnije od konvencionalnih sijalica sa žarnom niti.

Navedene su glavne vrste zračenja i izvori koji ih stvaraju. Najčešći izvori zračenja su termalni.

Distribucija energije u spektru

Na ekranu, iza refraktivne prizme, monohromatske boje u spektru su raspoređene sledećim redosledom: crvena (sa najdužom talasnom dužinom među talasima vidljive svetlosti (k = 7,6 (10-7 m i najmanjim indeksom loma), narandžasta, žuta, zelena, plava, plava i ljubičasta (imaju najmanju talasnu dužinu u vidljivom spektru (f = 4 (10-7 m i najveći indeks prelamanja). Nijedan od izvora ne daje monohromatsko svetlo, odnosno svetlost striktno definisane Talasna dužina Eksperimenti razlaganja svjetlosti u spektar pomoću prizme i eksperimenti interferencije i difrakcije.

Energija koju svjetlost iz izvora nosi sa sobom raspoređuje se na određeni način na valove svih dužina koji čine svjetlosni snop. Takođe se može reći da je energija raspoređena po frekvencijama, jer postoji jednostavan odnos između talasne dužine i frekvencije: v = c.

Gustoća toka elektromagnetnog zračenja, ili intenzitet /, određen je energijom & W na svim frekvencijama. Da bi se okarakterisala frekvencijska distribucija zračenja, mora se uvesti nova veličina: intenzitet po jedinici frekvencijskog intervala. Ova vrijednost se naziva spektralna gustina intenziteta zračenja.

Spektralna gustina toka zračenja može se pronaći eksperimentalno. Da biste to učinili, potrebno je uz pomoć prizme dobiti spektar zračenja, na primjer, električni luk, i izmjeriti gustoću toka zračenja koji pada na male spektralne intervale širine Av.

Ne možete se osloniti na oko kada procjenjujete distribuciju energije. Oko ima selektivnu osjetljivost na svjetlost: njegova maksimalna osjetljivost leži u žuto-zelenoj regiji spektra. Najbolje je iskoristiti prednost crnog tijela da skoro potpuno apsorbira svjetlost svih valnih dužina. U ovom slučaju energija zračenja (tj. svjetlost) uzrokuje zagrijavanje tijela. Stoga je dovoljno izmjeriti temperaturu tijela i iz nje suditi o količini energije koja se apsorbira u jedinici vremena.

Običan termometar ima premalu osjetljivost da bi se uspješno koristio u takvim eksperimentima. Potrebni su osjetljiviji instrumenti za mjerenje temperature. Možete uzeti električni termometar, u kojem je osjetljivi element izrađen u obliku tanke metalne ploče. Ova ploča mora biti prekrivena tankim slojem čađi, koja gotovo u potpunosti apsorbira svjetlost bilo koje valne dužine.

Toplotno osjetljivu ploču uređaja treba postaviti na jedno ili drugo mjesto spektra. Cijeli vidljivi spektar dužine l od crvenih do ljubičastih zraka odgovara opsegu frekvencija od vcr do y f. Širina odgovara malom intervalu Av. Zagrevanjem crne ploče uređaja može se proceniti gustina fluksa zračenja koji pada na frekvencijski interval Av. Krećući ploču duž spektra, otkrivamo da je većina energije u crvenom dijelu spektra, a ne žuto-zelenom, kako se oku čini.

Na osnovu rezultata ovih eksperimenata moguće je konstruisati krivulju zavisnosti spektralne gustine intenziteta zračenja od frekvencije. Spektralna gustina intenziteta zračenja određuje se iz temperature ploče, a frekvenciju je lako pronaći ako je instrument koji se koristi za razlaganje svjetlosti graduiran, odnosno ako se zna na kojoj frekvenciji je dati dio spektra odgovara.

Iscrtavajući duž apscise vrijednosti frekvencija koje odgovaraju sredinama intervala Av, a duž ordinate spektralnu gustoću intenziteta zračenja, dobijamo niz tačaka kroz koje se može povući glatka kriva. Ova kriva daje vizualni prikaz raspodjele energije i vidljivog dijela spektra električnog luka.

Spektralni uređaji. Za precizno proučavanje spektra, takvi jednostavni uređaji kao što je uski prorez koji ograničava svjetlosni snop i prizma više nisu dovoljni. Potrebni su uređaji koji daju jasan spektar, odnosno uređaji koji dobro razdvajaju talase različitih talasnih dužina i ne dozvoljavaju preklapanje pojedinih delova spektra. Takvi uređaji se nazivaju spektralni uređaji. Najčešće je glavni dio spektralnog aparata prizma ili difrakciona rešetka.

Razmotrimo šemu uređaja spektralnog aparata prizme. Ispitivano zračenje prvo ulazi u dio instrumenta koji se naziva kolimator. Kolimator je cijev, na čijem se jednom kraju nalazi ekran sa uskim prorezom, a na drugom kraju je sabirno sočivo. Prorez se nalazi na žižnoj daljini sočiva. Dakle, divergentni svjetlosni snop koji pada na sočivo iz proreza izlazi iz njega u paralelnom snopu i pada na prizmu.

fotografska ploča. Objektiv fokusira paralelne snopove zraka na ekranu i umjesto jedne slike s prorezom dobija se čitav niz slika. Svaka frekvencija (uski spektralni interval) ima svoju sliku. Sve ove slike zajedno čine spektar.

Opisani uređaj naziva se spektrograf. Ako se umjesto drugog sočiva i ekrana za vizualno promatranje spektra koristi teleskop, tada se uređaj naziva gore opisani spektroskop. Prizme i drugi dijelovi spektralnih instrumenata nisu nužno napravljeni od stakla. Umjesto stakla koriste se i prozirni materijali poput kvarca, kamene soli itd.

Vrste spektra

Spektralni sastav zračenja tvari je vrlo raznolik. Ali, uprkos tome, svi spektri, kao što pokazuje iskustvo, mogu se podijeliti u nekoliko tipova:

Kontinuirani spektri. Spektar solarne ili lučne lampe je kontinuiran. To znači da su sve talasne dužine predstavljene u spektru. Nema prekida u spektru, a na ekranu spektrografa možete vidjeti punu raznobojnu traku.

Raspodjela energije po frekvencijama, odnosno spektralna gustina intenziteta zračenja je različita za različita tijela. Na primjer, tijelo sa vrlo crnom površinom emituje elektromagnetne valove svih frekvencija, ali ovisnost spektralne gustine intenziteta zračenja o frekvenciji ima maksimum na određenoj frekvenciji. Energija zračenja na vrlo niskim i vrlo visokim frekvencijama je zanemarljiva. Kako temperatura raste, maksimum spektralne gustine zračenja pomiče se prema kratkim talasima.

Kontinuirani (ili kontinuirani) spektri, kako iskustvo pokazuje, daju tijela u čvrstom ili tekućem stanju, kao i visoko komprimirane plinove. Da bi se dobio kontinuirani spektar, tijelo se mora zagrijati na visoku temperaturu.

Priroda kontinuiranog spektra i sama činjenica njegovog postojanja određuju ne samo svojstva pojedinačnih emitujućih atoma, već i snažno ovise o međusobnoj interakciji atoma.

Plazma visoke temperature također daje kontinuirani spektar. Elektromagnetne talase emituje plazma uglavnom kada se elektroni sudare sa jonima.

Linijski spektri. U blijedi plamen plinskog plamenika dodamo komadić azbesta navlaženog otopinom kuhinjske soli.

Prilikom posmatranja plamena kroz spektroskop, svijetlo žuta linija treperi na pozadini jedva uočljivog kontinuiranog spektra plamena. Ovu žutu liniju proizvodi natrijeva para, koja nastaje kada se molekule kuhinjske soli razbiju u plamenu. Svaki od njih je palisada obojenih linija različite svjetline, odvojenih širokim tamnim

pruge. Takvi spektri se nazivaju linijski spektri. Prisustvo linijskog spektra znači da supstanca emituje svetlost samo na vrlo određenim talasnim dužinama (tačnije, u određenim vrlo uskim spektralnim intervalima). Svaka linija ima konačnu širinu.

Linijski spektri pokazuju sve tvari u plinovitom atomskom (ali ne i molekularnom) stanju. U ovom slučaju, atomi emituju svjetlost, koja praktički ne stupaju u interakciju jedni s drugima. Ovo je najosnovniji, osnovni tip spektra.

Izolovani atomi emituju strogo definisane talasne dužine. Obično se za posmatranje linijskih spektra koristi sjaj pare supstance u plamenu ili sjaj gasnog pražnjenja u cevi ispunjenoj ispitnim gasom.

S povećanjem gustoće atomskog plina, pojedinačne spektralne linije se šire, i, konačno, s vrlo velikom kompresijom plina, kada interakcija atoma postane značajna, ove linije se preklapaju jedna s drugom, formirajući kontinuirani spektar.

Prugasti spektri. Prugasti spektar se sastoji od pojedinačnih pruga odvojenih tamnim prazninama. Sa vrlo dobrim spektralnim aparatom, možete

otkrijte da je svaka traka skup mnogih vrlo blisko raspoređenih linija. Za razliku od linijskih spektra, prugasti spektar ne stvaraju atomi, već molekuli koji nisu vezani ili slabo vezani jedni za druge.

Za posmatranje molekularnih spektra, kao i za posmatranje linijskih spektra, obično se koristi sjaj pare u plamenu ili sjaj gasnog pražnjenja.

Spektri apsorpcije. Sve tvari čiji su atomi u pobuđenom stanju emituju svjetlosne valove čija je energija raspoređena na određeni način duž valnih dužina. Apsorpcija svjetlosti od strane tvari također zavisi od talasne dužine. Dakle, crveno staklo prenosi valove koji odgovaraju crvenom svjetlu, a apsorbira sve ostale.

Ako se bijela svjetlost propušta kroz hladan plin koji ne emituje, tada se pojavljuju tamne linije na pozadini kontinuiranog spektra izvora. Gas najintenzivnije upija svjetlost upravo onih valnih dužina koje emituje u visoko zagrijanom stanju. Tamne linije na pozadini kontinuiranog spektra su apsorpcijske linije koje zajedno čine apsorpcijski spektar.

Postoje kontinuirani, linijski i trakasti spektri zračenja i isti broj vrsta apsorpcionih spektra.

Linijski spektri igraju posebno važnu ulogu jer je njihova struktura direktno povezana sa strukturom atoma. Na kraju krajeva, ove spektre stvaraju atomi koji ne doživljavaju vanjske utjecaje. Stoga, upoznajući se sa linijskim spektrima, time činimo prvi korak ka proučavanju strukture atoma. Posmatrajući ove spektre, naučnici su došli do toga

sposobnost "gledanja" unutar atoma. Ovdje optika dolazi u bliski kontakt sa atomskom fizikom.

Vrste spektralne analize

Glavno svojstvo linijskih spektra je da valne dužine (ili frekvencije) linijskog spektra bilo koje tvari zavise samo od svojstava atoma ove tvari, ali uopće ne zavise od metode pobuđivanja sjaja atoma. . Atomi

bilo koji hemijski element daje spektar koji nije sličan spektrima svih ostalih elemenata: oni su sposobni da emituju strogo definisan skup talasnih dužina.

Na tome se zasniva spektralna analiza - metoda za određivanje hemijskog sastava supstance po njenom spektru. Poput ljudskih otisaka prstiju, linijski spektri imaju jedinstvenu ličnost. Jedinstvenost šara na koži prsta često pomaže da se pronađe krivac. Isto tako, zbog individualnosti spektra, postoji

sposobnost određivanja hemijskog sastava tijela. Uz pomoć spektralne analize moguće je otkriti ovaj element u sastavu složene tvari. Ovo je vrlo osjetljiva metoda.

U ovom trenutku poznate su sljedeće vrste spektralnih analiza - atomska spektralna analiza (ASA)(određuje elementarni sastav uzorka spektrom atomske (jonske) emisije i apsorpcije), emisija ASA(na osnovu spektra emisije atoma, jona i molekula pobuđenih različitim izvorima elektromagnetnog zračenja u rasponu od g-zračenja do mikrovalne), atomska apsorpcija SA(izvodi se prema spektrima apsorpcije elektromagnetnog zračenja od strane analiziranih objekata (atoma, molekula, jona tvari u različitim agregacijskim stanjima)), atomska fluorescencija CA, molekularna spektralna analiza (MSA) (molekularni sastav supstanci zasnovan na molekularnoj apsorpciji, luminiscenciji i spektru Ramanovog rasejanja.), kvaliteta ISA(dovoljno je utvrditi prisustvo ili odsustvo analitičkih linija utvrđenih elemenata. Po svjetlini linija pri vizuelnom pregledu možete dati grubu procjenu sadržaja pojedinih elemenata u uzorku), kvantitativni ISA(izvodi se poređenjem intenziteta dvije spektralne linije u spektru uzorka, od kojih jedna pripada elementu koji se utvrđuje, a druga (linija poređenja) glavnom elementu uzorka čija je koncentracija poznata, ili na element posebno uveden u poznatoj koncentraciji).

MSA se zasniva na kvalitativnom i kvantitativnom poređenju izmjerenog spektra ispitnog uzorka sa spektrima pojedinačnih supstanci. Shodno tome, pravi se razlika između kvalitativne i kvantitativne ISA. U MSA se koriste različite vrste molekularnih spektra, rotacijski [spektri u mikrovalnoj i dugovalnoj infracrvenoj (IR) regiji], vibracijski i vibraciono-rotacijski [apsorpcijski i emisijski spektri u srednjem IR području, Ramanovi spektri, IR fluorescencija spektri ], elektronski, elektronsko-vibracioni i elektronsko-vibraciono-rotacioni [apsorpcioni i transmisioni spektri u vidljivom i ultraljubičastom (UV) oblastima, spektri fluorescencije]. ISA omogućava analizu malih količina (u nekim slučajevima, frakcija mcg i manje) supstance u različitim agregatnim stanjima.

Kvantitativna analiza sastava tvari prema njenom spektru je teška, jer svjetlina spektralnih linija ovisi ne samo o masi tvari, već io načinu pobuđivanja luminescencije. Na primjer, pri niskim temperaturama mnoge spektralne linije se uopće ne pojavljuju. Međutim, ako su ispunjeni standardni uslovi za pobuđivanje luminescencije, može se izvršiti i kvantitativna spektralna analiza.

Najtačnija od navedenih analiza je atomska apsorpcija SA. AAA tehnika je mnogo jednostavnija u odnosu na druge metode, karakteriše je visoka preciznost u određivanju ne samo malih, već i velikih koncentracija elemenata u uzorcima. AAA uspješno zamjenjuje zahtjevne i dugotrajne hemijske metode analize, ne popuštajući im u preciznosti.

Zaključak

Trenutno su određeni spektri svih atoma i sastavljene tabele spektra. Uz pomoć spektralne analize otkriveno je mnogo novih elemenata: rubidijum, cezijum itd. Elementima su često davana imena u skladu sa bojom najintenzivnijih linija spektra. Rubidijum proizvodi tamnocrvene rubin linije. Reč cezijum znači nebesko plavo. Ovo je boja glavnih linija cezijumovog spektra.

Uz pomoć spektralne analize saznali smo hemijski sastav Sunca i zvijezda. Druge metode analize su ovdje općenito nemoguće. Ispostavilo se da su zvijezde sastavljene od istih hemijskih elemenata koji postoje na Zemlji. Zanimljivo je da je helijum prvobitno otkriven na Suncu, a tek tada je pronađen u Zemljinoj atmosferi. Ime ovoga

element podsjeća na historiju njegovog otkrića: riječ helijum u prijevodu znači "solarni".

Zbog svoje komparativne jednostavnosti i svestranosti, spektralna analiza je glavna metoda za kontrolu sastava tvari u metalurgiji, mašinstvu i nuklearnoj industriji. Spektralna analiza se koristi za određivanje hemijskog sastava ruda i minerala.

Sastav složenih, uglavnom organskih, smjesa analizira se njihovim molekularnim spektrom.

Spektralna analiza se može izvesti ne samo pomoću spektra emisije, već i spektra apsorpcije. Upravo apsorpcijske linije u spektru Sunca i zvijezda omogućavaju proučavanje kemijskog sastava ovih nebeskih tijela. Jarko svijetleća površina Sunca - fotosfera - daje kontinuirani spektar. Sunčeva atmosfera selektivno upija svjetlost iz fotosfere, što dovodi do pojave apsorpcionih linija na pozadini kontinuiranog spektra fotosfere.

Ali sama sunčeva atmosfera emituje svetlost. Tokom pomračenja Sunca, kada je Sunčev disk prekriven Mjesecom, linije spektra su obrnute. Umjesto apsorpcionih linija u sunčevom spektru, emisione linije bukte.

U astrofizici se spektralna analiza podrazumijeva ne samo za određivanje hemijskog sastava zvijezda, oblaka plina, itd., već i za pronalaženje mnogih

ostale fizičke karakteristike ovih objekata: temperatura, pritisak, brzina kretanja, magnetna indukcija.

Važno je znati od čega se sastoje tijela oko nas. Izmišljene su mnoge metode za određivanje njihovog sastava. Ali sastav zvijezda i galaksija može se pronaći samo spektralnom analizom.

Ekspres metode ASA se široko koriste u industriji, poljoprivredi, geologiji i mnogim drugim oblastima nacionalne ekonomije i nauke. ASA ima značajnu ulogu u nuklearnom inženjeringu, proizvodnji čistih poluprovodničkih materijala, supraprovodnika, itd. Više od 3/4 svih analiza u metalurgiji radi se pomoću ASA metoda. Operativno (unutar 2-3 min) kontrola tokom topljenja u otvorenom ložištu i konverterskoj proizvodnji. U geologiji i geološkim istraživanjima godišnje se radi oko 8 miliona analiza za procjenu ležišta. ASA se koristi za zaštitu životne sredine i analizu tla, u forenzičkoj nauci i medicini, geologiji morskog dna i proučavanju sastava gornje atmosfere, kada

izdvajanje izotopa i određivanje starosti i sastava geoloških i arheoloških objekata i dr.

Dakle, spektralna analiza se koristi u gotovo svim važnim oblastima ljudske aktivnosti. Dakle, spektralna analiza je jedan od najvažnijih aspekata razvoja ne samo naučnog napretka, već i samog standarda ljudskog života.

Književnost

Zaidel A.N., Osnove spektralne analize, M., 1965,

Metode spektralne analize, M, 1962;

Chulanovsky VM, Uvod u molekularnu spektralnu analizu, M. - L., 1951;

Rusanov A.K., Osnove kvantitativne spektralne analize ruda i minerala. M., 1971

Članak govori o definiciji i vrstama spektra, ističe područja primjene spektroskopije, a također opisuje proučavanje nepoznate čvrste tvari i vrste spektra koji se za to koriste.

Šta je spektar?

Općenito, u ovom obliku, ovo pitanje navodi čitatelja da se prisjeti lekcija fizike i beskrajnih formula. Međutim, ovaj koncept pokriva mnogo više raznolikosti i nadilazi školski program. Dakle, spektar je distribucija vrijednosti određene količine (ponekad koncept). Naravno, veličina često znači specifičnu masu, energiju i talasnu dužinu. Ali postoje i potpuno različite distribucije. Na primjer, žena zna kuhati dva jela - to je njen kulinarski spektar. Ili muškarac može da pije kafu, kompot, čaj, ali ne prihvata alkohol, što znači da mu je asortiman pića ograničen. Odnosno, postoje tipovi spektra koji nisu potpuno povezani sa naukom. Fizika u gornjim primjerima ne igra nikakvu ulogu.

Elektromagnetna vaga

Međutim, najčešće ljudi čuju ovaj koncept kada je u pitanju nauka (posebno, elektromagnetna vaga). Odakle dolaze elektromagnetski talasi? Sam mehanizam njihovog nastanka i dalje je misterija. Općenito, područje ne čestica, već polja je vrlo misteriozno. Međutim, poznato je da elektromagnetna polja (a time i valovi) nastaju u prisustvu naboja koji se kreće u prostoru. A ovisno o tome šta je i kako se kreće, na elektromagnetnoj skali pojavljuju se različite vrste zračenja. Spektar se u ovom slučaju razmatra u zavisnosti od talasne dužine. Podsjetimo da se pod ovim pojmom podrazumijeva minimalna udaljenost između identičnih faza susjednih poremećaja (ako je jednostavnije, između uzastopnih maksimuma ili minimuma). Radio talasi imaju najduže talasne dužine, a gama zraci najmanju. Ono što ljudsko oko vidi samo je mali dio cijelog raspona i nalazi se bliže početku skale. Stoga se tipovi spektra razlikuju prvenstveno po talasnoj dužini ili frekvenciji.

Spektroskopija

Kognitivni dio ovog članka opisuje neke osnovne koncepte. Međutim, najvažnija stvar u svakom istraživanju je njegova relevantnost.

Drugim riječima, obim. U ovom dijelu prednjače sve vrste spektra. Koriste se svuda: od forenzike do stvaranja novih supstanci, od biologije do međuzvjezdanog prostora. Nauka koja se fokusira na ovaj fizički koncept, kao što je čitalac verovatno već shvatio, naziva se spektroskopija. Trenutno se tipovi spektra (spektralna analiza - respektivno) razlikuju prema nekoliko kriterijuma.

Tipovi spektra

Kao što je pomenuto, prvi kriterijum je talasna dužina. Podsjetimo da je frekvencija vala obrnuto proporcionalna dužini - ovi koncepti su kontinuirano povezani. Prema oblastima na elektromagnetnoj skali, razlikuju se radio, ultraljubičasti, vidljivi, infracrveni, rendgenski spektri. Drugi kriterij je geometrija eksperimenta. Refleksija i prijenos spektra mogu biti fundamentalno različiti.

Analiza razlika može puno reći o supstanci koja se proučava. Na primjer, na ovaj način su doneseni zaključci o sastavu i gustini Saturnovih prstenova.

Linije i pruge

Šala o sfernom konju u vakuumu samo je pola šale. Pedeset posto, ako ne i većina fizičkih koncepata u prirodi ne postoji u svom čistom obliku. Stoga je sljedeći kriterij, koji razdvaja tipove spektra, uslovan. Jedan idealan atom (ili molekul) supstance u apsolutnom vakuumu će dati distribuciju elektromagnetnih signala koja se sastoji od tankih linija. Ovi uslovi su neizvodljivi, ali se ipak vrlo uski pojasevi sa pojedinačnim komponentama koje se unutar njih ne mogu razlikovati smatraju se linijskim spektrom. Po pravilu, to je skup šipki različitih visina (označava intenzitet) na odgovarajućim talasnim dužinama. Međutim, postoje i druge vrste spektra, koje se nazivaju prugasti: svaka linija ima široke, zamućene rubove.

Plavo nebo

Pitanje zašto je nebo plavo postavlja svaki nemir od četiri godine. Odgovor je istovremeno jednostavan i složen: ima takvu boju, jer mikro oscilacije (nazvane fluktuacije) Zemljine atmosfere iz cijelog Sunčevog spektra rasipaju samo odgovarajući raspon talasnih dužina. Sve ostalo se apsorbuje (u većoj meri) ili reflektuje.

Ovo je još jedan kriterijum. To jest, postoje spektri apsorpcije, emisije i rasejanja. Istraživanje svakog od njih daje svoje rezultate. Ali glavne informacije o supstanci nose različite vrste emisijskih spektra. Oni daju nedvosmislen odgovor šta je iu kojoj količini prisutno u ispitivanoj supstanci. Druga dva tipa će pokazati složenost strukture i načine na koje njeni pojedinačni dijelovi međusobno djeluju.

Moonstone

Za šta je i koji spektar odgovoran, pokazaćemo na primeru kaldrme dopremljene sa Meseca. Ako se kamen učini da svijetli raznim manipulacijama, rezultirajući spektar će nedvosmisleno pokazati koji se kemijski elementi Mendeljejevskog sistema nalaze u njemu. Druge procedure mogu izdvojiti koncentracije detektovanih elemenata iz istih spektra. Međutim, čvrsta supstanca i njena svojstva određuju se ne samo od čega se sastoji, već i od toga kako su ti pojedinačni elementarni dijelovi međusobno locirani. Klasični primjer su grafit i dijamant. U oba slučaja, to je prirodni ugljik. Ali atomi su vezani na različite načine - i dobijamo veoma meke i najtvrđe prirodne materijale. Zašto native? Jer on je i osnova života. Inače, pored navedenih oblika, tu su i fulereni, nanocevi, te nedavno otkriveni grafen, za koji su naučnici dobili Nobelovu nagradu. Istina, u potonjem slučaju vrijedi rezervirati da je tvar dvodimenzionalna, što značajno mijenja cijeli koncept tankih slojeva tvari. Dakle, spektroskopija raspršenja će reći o strukturi čvrste tvari, o mineralima koje sadrži. Na primjer, Ramanove linije (ako se tumače ispravno) do nekoliko jediničnih ćelija određuju strukturu kristala. Ali analiza ruba apsorpcije, odnosno njegovih detalja: ugao nagiba, prisutnost anomalija u obliku odstupanja od linearnog oblika, pomaže da se pronađe stupanj harmonije ove strukture, odnosno da se pokaže koji kristali u kamenu sa Mjeseca su bistri ili je supstanca skoro amorfna?

Prema ovim podacima, stručnjaci izračunavaju porijeklo kamene supstance, kao i metamorfozu stijena koje ga čine.

Digitalni svijet

Modernost je nezamisliva bez digitalnih tehnologija. I, što je najvažnije, ne brzina procesora ili broj gigabajta RAM-a, već enkripcija signala. Naravno, ovo je važno prvenstveno za one oblasti u kojima je potrebna povjerljivost – u bankarstvu, ličnoj komunikaciji preko interneta. Ali čak i jednostavno snimanje filma na disk je šifriranje. Uostalom, laser ne pali slike, već nule i jedinice. Ljudi koji se bave kreiranjem i obradom fotografija znaju koliko slika "teži" u originalnom formatu. Za neupućene ćemo otkriti tajnu: mnogo. Zato što je svakom pikselu dodeljena sopstvena nijansa i osvetljenje. Ali uobičajeni jpeg, tiff ili čak bmp zauzimaju mnogo manje prostora na mediju za pohranu, dok vidljivi kvalitet nije ništa lošiji.

U čemu je tajna? Odgovor su vrste spektra signala i opcije za njegovu kompresiju. Fourier je dokazao da se bilo koji signal može razložiti na brojne funkcije s dovoljno visokom preciznošću. Dakle, svaki piksel uobičajenih foto formata ne odražava direktno fiksiranu boju, već spektar signala. Neki video formati ne koriste Fourier-a, već talasnu transformaciju za dekodiranje malih dijelova jedinica i nula u određenu sliku. Dakle, izgubivši vrlo mali (manje od jedan posto) dio slike, možete značajno, ponekad i stostruko, smanjiti količinu prostora na disku ili fleš kartici.

Ministarstvo prosvjete i nauke
Republika Kazahstan

Državni univerzitet u Karagandi
nazvan po E.A. Buketova

Fakultet fizike

Zavod za optiku i spektroskopiju

Rad na kursu

na temu:

Spectra. WITH analiza spektra i njena primjena.

Pripremljen od:

student grupe FTRF-22

Akhtariev Dmitry.

Provjereno:

nastavnik

Kusenova Asiya Sabirgalievna

Karaganda - 2003
Plan

Uvod

1. Energija u spektru

2. Vrste spektra

3. Spektralna analiza i njena primjena

4. Spektralni uređaji

5. Spektar elektromagnetnog zračenja

Zaključak

Spisak korišćene literature

Uvod

Proučavanje linijskog spektra neke supstance omogućava da se utvrdi od kojih se hemijskih elemenata sastoji i koliko je svaki element sadržan u datoj supstanci.

Kvantitativni sadržaj elementa u ispitivanom uzorku utvrđuje se poređenjem intenziteta pojedinih linija spektra ovog elementa sa intenzitetom linija drugog hemijskog elementa čiji je kvantitativni sadržaj u uzorku poznat.

Metoda za određivanje kvalitativnog i kvantitativnog sastava supstance po njenom spektru naziva se spektralna analiza. Spektralna analiza se široko koristi u traženju minerala za određivanje hemijskog sastava uzoraka rude. U industriji, spektralna analiza omogućava kontrolu sastava legura i nečistoća unesenih u metale kako bi se dobili materijali sa određenim svojstvima.

Prednosti spektralne analize su visoka osjetljivost i brzina dobijanja rezultata. Uz pomoć spektralne analize moguće je u uzorku mase 6 * 10 -7 g otkriti prisustvo zlata čija je masa samo 10 -8 g. Određivanje kvaliteta čelika spektralnom analizom može se izvršiti u nekoliko desetine sekundi.

Spektralna analiza vam omogućava da odredite hemijski sastav nebeskih tijela koja se nalaze na udaljenosti od milijarde svjetlosnih godina od Zemlje. Hemijski sastav atmosfere planeta i zvijezda, hladnog plina u međuzvjezdanom prostoru određuje se iz spektra apsorpcije.

Proučavajući spektre, naučnici su mogli da odrede ne samo hemijski sastav nebeskih tela, već i njihovu temperaturu. Pomjeranje spektralnih linija može se koristiti za određivanje brzine kretanja nebeskog tijela.

Energija u spektru.

Da bi atom počeo da zrači, potrebno mu je prenijeti energiju. Zračeći, atom gubi primljenu energiju, a za kontinuirani sjaj tvari neophodan je dotok energije njenim atomima izvana.

Svjetlost koju emituje fotoluminiscencija po pravilu ima veću talasnu dužinu od svjetlosti koja pobuđuje luminescenciju. Ovo se može posmatrati eksperimentalno. Ako svjetlosni snop propušten kroz filter ljubičaste svjetlosti usmjerite na posudu s fluoresceitisom (organska boja), tada ova tekućina počinje svijetliti zeleno - žutom svjetlošću, odnosno svjetlošću veće valne dužine od ljubičaste.

Navedene su glavne vrste zračenja i izvori koji ih stvaraju. Najčešći izvori zračenja su termalni.

Distribucija energije u spektru. Nijedan od izvora ne daje monohromatsko svetlo, odnosno svetlost strogo određene talasne dužine. U to nas uvjeravaju eksperimenti razlaganja svjetlosti u spektar pomoću prizme, kao i eksperimenti s interferencijom i difrakcijom.

Vrste spektra.

Spektralni sastav zračenja različitih supstanci je vrlo raznolik. Ali, uprkos tome, svi spektri, kao što pokazuje iskustvo, mogu se podijeliti u tri tipa koji se međusobno jako razlikuju.

Kontinuirani spektri.

Spektar solarne ili lučne lampe je kontinuiran. To znači da su sve talasne dužine predstavljene u spektru. Nema prekida u spektru, a na ekranu spektrografa možete vidjeti punu raznobojnu traku.

Priroda kontinuiranog spektra i sama činjenica njegovog postojanja određuju ne samo svojstva pojedinačnih emitujućih atoma, već i snažno ovise o međusobnoj interakciji atoma.

Linijski spektri.

U blijedi plamen plinskog plamenika dodamo komadić azbesta navlaženog otopinom kuhinjske soli. Prilikom posmatranja plamena kroz spektroskop, svijetlo žuta linija će treptati na pozadini jedva uočljivog kontinuiranog spektra plamena. Ovu žutu liniju proizvodi natrijeva para, koja nastaje kada se molekule kuhinjske soli razbiju u plamenu. Spektroskop također pokazuje niz obojenih linija različite svjetline, razdvojenih širokim tamnim prugama. Takvi spektri se nazivaju vladao... Prisustvo linijskog spektra znači da supstanca emituje svetlost samo na vrlo određenim talasnim dužinama (tačnije, u određenim vrlo uskim spektralnim intervalima). Svaka od linija ima konačnu širinu.

Linijski spektri daju sve supstance u gasovitom atomskom ( ali ne molekularni) stanje. U ovom slučaju, atomi emituju svjetlost, koja praktički ne stupaju u interakciju jedni s drugima. Ovo je najosnovniji, osnovni tip spektra.

Izolovani atomi datog hemijskog elementa emituju strogo definisane talasne dužine.

Obično se za posmatranje linijskih spektra koristi sjaj pare supstance u plamenu ili sjaj gasnog pražnjenja u cevi ispunjenoj ispitnim gasom.

Sa povećanjem gustine atomskog gasa, pojedinačne spektralne linije se šire i, konačno, pri vrlo visokoj gustini gasa, kada interakcija atoma postane značajna, ove linije se preklapaju, formirajući neprekidni spektar.

Prugasti spektri.

Prugasti spektar se sastoji od pojedinačnih pruga odvojenih tamnim prazninama. Sa vrlo dobrim spektralnim aparatom, može se otkriti da je svaki pojas skup velikog broja vrlo blisko raspoređenih linija. Za razliku od linijskih spektra, prugasti spektar ne stvaraju atomi, već molekuli koji nisu vezani ili slabo vezani jedni za druge.
Za posmatranje molekularnih spektra, kao i za posmatranje linijskih spektra, obično se koristi sjaj pare u plamenu ili sjaj gasnog pražnjenja.

Spektri apsorpcije.

Sve tvari čiji su atomi u pobuđenom stanju emituju svjetlosne valove čija je energija raspoređena na određeni način duž valnih dužina. Apsorpcija svjetlosti od strane tvari također zavisi od talasne dužine. Dakle, crveno staklo propušta talase koji odgovaraju crvenoj svetlosti (l »8 · 10 -5 cm), a sve ostalo apsorbuje.

Postoje kontinuirani, linijski i trakasti spektri zračenja i isti broj vrsta apsorpcionih spektra.

Važno je znati od čega se sastoje tijela oko nas. Izmišljene su mnoge metode za određivanje njihovog sastava. Ali sastav zvijezda i galaksija može se pronaći samo spektralnom analizom.

Spektralna analiza i njene primjene

Glavno svojstvo linijskih spektra je da talasne dužine (ili frekvencije) linijskog spektra bilo koje supstance ovise samo o svojstvima atoma ove supstance, ali nikako ne zavise od metode pobuđivanja sjaja atoma... Atomi bilo kog hemijskog elementa daju spektar koji nije sličan spektrima svih ostalih elemenata: oni su u stanju da emituju strogo definisan skup talasnih dužina.

Na osnovu ovoga spektralnoanaliza- metoda za određivanje hemijskog sastava supstance po njenom spektru. Poput ljudskih otisaka prstiju, linijski spektri imaju jedinstvenu ličnost. Jedinstvenost šara na koži prsta često pomaže da se pronađe krivac. Na isti način, zahvaljujući individualnosti spektra, moguće je odrediti hemijski sastav tijela. Uz pomoć spektralne analize moguće je otkriti ovaj element u sastavu složene tvari, čak i ako njegova masa ne prelazi 10 -10. Ovo je vrlo osjetljiva metoda.

Sastav složenih, uglavnom organskih, smjesa analizira se njihovim molekularnim spektrom.

U astrofizici se spektralnom analizom podrazumijeva ne samo određivanje hemijskog sastava zvijezda, oblaka plina, itd., već i pronalaženje, iz spektra, mnogih drugih fizičkih karakteristika ovih objekata: temperatura, pritisak, brzina kretanja, magnetna indukcija. .

Pored astrofizike, spektralna analiza se široko koristi u forenzičkoj nauci za istraživanje dokaza pronađenih na mjestu zločina. Također, spektralna analiza u forenzičkoj nauci pomaže u određivanju oružja ubistva i, općenito, otkrivanju nekih pojedinosti zločina.

Spektralna analiza se još više koristi u medicini. Ovdje je njegova primjena vrlo sjajna. Može se koristiti za dijagnostiku, kao i za određivanje stranih materija u ljudskom tijelu.

Spektralna analiza napreduje ne samo u nauci, već iu društvenoj sferi ljudske aktivnosti.

Spektralna analiza zahtijeva posebne spektralne instrumente, koje ćemo dalje razmotriti.

Spektralni aparat

Za precizno proučavanje spektra, takvi jednostavni uređaji kao što je uski prorez koji ograničava svjetlosni snop i prizma više nisu dovoljni. Potrebni su uređaji koji daju jasan spektar, odnosno uređaji koji dobro razdvajaju talase različitih talasnih dužina i ne dozvoljavaju preklapanje pojedinih delova spektra. Takvi uređaji se nazivaju spektralni uređaji. Najčešće je glavni dio spektralnog aparata prizma ili difrakciona rešetka.

Budući da različiti indeksi loma odgovaraju različitim frekvencijama, iz prizme izlaze paralelni snopovi koji se ne podudaraju u smjeru. Padaju na sočivo. Na žižnoj daljini ovog objektiva nalazi se ekran - mat staklo ili fotografska ploča. Objektiv fokusira paralelne snopove zraka na ekranu i umjesto jedne slike s prorezom dobija se čitav niz slika. Svaka frekvencija (uski spektralni interval) ima svoju sliku. Sve ove slike zajedno čine spektar.

Opisani uređaj naziva se spektrograf. Ako se umjesto drugog sočiva i ekrana za vizualno promatranje spektra koristi teleskop, tada se uređaj naziva spektroskop. Prizme i drugi dijelovi spektralnih instrumenata nisu nužno napravljeni od stakla. Umjesto stakla koriste se i prozirni materijali poput kvarca, kamene soli itd.

Upoznali ste se sa novom veličinom - spektralnom gustinom intenziteta zračenja. Otkrili smo šta se nalazi unutar kućišta spektralnog aparata.

Spektralni sastav zračenja tvari je vrlo raznolik. Ali, uprkos tome, svi spektri, kao što pokazuje iskustvo, mogu se podijeliti u tri tipa.

Spektar elektromagnetnog zračenja

Osobine elektromagnetnog zračenja. Elektromagnetno zračenje različitih talasnih dužina ima dosta razlika, ali sve su, od radio talasa do gama zračenja, iste fizičke prirode. Sve vrste elektromagnetnog zračenja, u većoj ili manjoj meri, ispoljavaju svojstva interferencije, difrakcije i polarizacije karakteristične za talase. Istovremeno, sve vrste elektromagnetnog zračenja pokazuju kvantna svojstva u većoj ili manjoj mjeri.

Mehanizmi njihovog nastanka zajednički su za sva elektromagnetna zračenja: elektromagnetski valovi bilo koje valne dužine mogu nastati tijekom ubrzanog kretanja električnih naboja ili tijekom prijelaza molekula, atoma ili atomskih jezgara iz jednog kvantnog stanja u drugo. Harmonične oscilacije električnih naboja praćene su elektromagnetnim zračenjem čija je frekvencija jednaka frekvenciji oscilacija naelektrisanja.

Radio talasi. Kada se pojave vibracije s frekvencijama od 10 5 do 10 12 Hz, javlja se elektromagnetno zračenje čije se valne dužine nalaze u rasponu od nekoliko kilometara do nekoliko milimetara. Ovaj dio skale elektromagnetnog zračenja odnosi se na opseg radio valova. Radio talasi se koriste za radio komunikacije, televiziju i radar.

Infracrveno zračenje. Elektromagnetno zračenje sa talasnom dužinom manjom od 1-2 mm, ali većom od 8 * 10 -7 m, tj. koje se nalaze između opsega radio talasa i opsega vidljive svetlosti nazivaju se infracrveno zračenje.

Područje spektra iza njegove crvene ivice prvi put je eksperimentalno istraženo 1800. godine. engleski astronom William Herschel (1738 - 1822). Herschel je postavio termometar sa pocrnjelom kuglom na crvenoj ivici spektra i otkrio povećanje temperature. Sijalica termometra zagrijana je oku nevidljivom zračenjem. Ovo zračenje je nazvano infracrvenim zracima.

Infracrveno zračenje emituje svako zagrejano telo. Izvori infracrvenog zračenja su peći, baterije za grijanje vode, električne žarulje sa žarnom niti.

Uz pomoć posebnih uređaja infracrveno zračenje se može pretvoriti u vidljivu svjetlost i dobiti slike zagrijanih predmeta u potpunom mraku. Infracrveno zračenje se koristi za sušenje farbanih proizvoda, zidova zgrada, drveta.

Vidljivo svjetlo. Vidljiva svjetlost (ili samo svjetlost) se odnosi na zračenje s talasnom dužinom od približno 8 * 10 -7 do 4 * 10 -7 m, od crvene do ljubičaste svjetlosti.

Značaj ovog dijela spektra elektromagnetnog zračenja u ljudskom životu je izuzetno velik, jer čovjek gotovo sve informacije o svijetu oko sebe prima uz pomoć vida.

Svetlost je preduslov za razvoj zelenih biljaka i samim tim preduslov za postojanje života na Zemlji.

Ultraljubičasto zračenje... Godine 1801. njemački fizičar Johann Ritter (1776 - 1810), ispitujući spektar, otkrio je da iza njegove ljubičaste ivice postoji područje stvoreno oku nevidljivim zracima. Ove zrake utiču na neka hemijska jedinjenja. Pod uticajem ovih nevidljivih zraka dolazi do raspadanja srebrnog hlorida, do luminescencije kristala cink sulfida i nekih drugih kristala.

Elektromagnetno zračenje koje je nevidljivo oku i ima valnu dužinu kraću od ljubičaste svjetlosti naziva se ultraljubičasto zračenje. Ultraljubičasto zračenje se odnosi na elektromagnetno zračenje u opsegu talasnih dužina od 4 * 10 -7 do 1 * 10 -8 m.

Ultraljubičasto zračenje je sposobno da ubije patogene bakterije, zbog čega se široko koristi u medicini. Ultraljubičasto zračenje u sastavu sunčeve svjetlosti izaziva biološke procese koji dovode do tamnjenja ljudske kože – tamnjenja.

Kao izvor ultraljubičastog zračenja u medicini se koriste sijalice sa gasnim pražnjenjem. Cijevi takvih lampi su napravljene od kvarca, koji je providan za ultraljubičaste zrake; stoga se ove lampe nazivaju kvarcne lampe.

X-zrake... Ako se konstantni napon od nekoliko desetina hiljada volti primijeni u vakuumskoj cijevi između zagrijane katode koja emituje elektron i anode, tada će elektroni prvo biti ubrzani električnim poljem, a zatim naglo usporeni u materijalu anode prilikom interakcije. sa svojim atomima. Kada se brzi elektroni usporavaju u supstanci ili tokom prelaza elektrona, na unutrašnjim omotačima atoma nastaju elektromagnetski talasi sa talasnom dužinom kraćom od ultraljubičastog zračenja. Ovo zračenje je 1895. godine otkrio njemački fizičar Wilhelm Roentgen (1845-1923). Elektromagnetno zračenje u opsegu talasnih dužina od 10 -14 do 10 -7 m naziva se rendgensko zračenje.

Rendgenski zraci su nevidljivi za oko. Prolaze bez značajne apsorpcije kroz značajne slojeve supstance koja je neprozirna za vidljivu svjetlost. X-zrake se detektiraju po njihovoj sposobnosti da izazovu određeni sjaj iz određenih kristala i da djeluju na fotografski film.

Sposobnost rendgenskih zraka da prodiru u debele slojeve materije koristi se za dijagnosticiranje bolesti unutrašnjih organa čovjeka. U tehnologiji se rendgenski zraci koriste za kontrolu unutrašnje strukture različitih proizvoda, zavarenih spojeva. Rendgensko zračenje ima snažno biološko djelovanje i koristi se za liječenje određenih bolesti.

Gama zračenje... Gama zračenje se naziva elektromagnetno zračenje koje emituju pobuđene atomske jezgre i koje nastaje interakcijom elementarnih čestica.

Gama zračenje je najkraća talasna dužina elektromagnetnog zračenja (l < 10 -10 m). Njegova karakteristika su izražena korpuskularna svojstva. Stoga se gama zračenje obično smatra strujom čestica - gama kvanta. U opsegu talasnih dužina od 10 -10 do 10 -14 i opsezi rendgenskih i gama zraka se preklapaju, u ovoj oblasti rendgenski zraci i gama kvanti su identične prirode i razlikuju se samo po poreklu.

Zaključak

Početkom XIX veka. utvrđeno je da je iznad (u talasnoj dužini) crveni dio spektra vidljive svjetlosti nevidljiv za oko infracrveni dio spektra, a ispod ljubičastog dijela spektra vidljive svjetlosti nalazi se nevidljivi UV dio spektra.

Talasne dužine infracrvenog zračenja su između

3 · 10 -4 do 7,6 · 10 -7 m. Najkarakterističnije svojstvo ovog zračenja je njegov toplotni efekat. Izvor infracrvenog zračenja je bilo koje tijelo. Intenzitet ovog zračenja je veći, što je viša telesna temperatura. Infracrveno zračenje se ispituje pomoću termoparova i bolometara. Princip rada uređaja za noćno gledanje zasniva se na upotrebi infracrvenog zračenja.

Talasne dužine ultraljubičastog zračenja su između

4 · 10 -7 do 6 · 10 -9 m. Najkarakterističnije svojstvo ovog zračenja je njegovo hemijsko i biološko djelovanje. Ultraljubičasto zračenje izaziva fenomen fotoelektričnog efekta, sjaj niza supstanci ( fluorescencija i fosforescencija). Ubija patogene mikrobe, izaziva opekotine od sunca itd.

U nauci se infracrveno i ultraljubičasto zračenje koriste za proučavanje molekula i atoma materije.

Na ekranu iza refrakcione prizme monohromatske boje u spektru su raspoređene sledećim redosledom: crvena (sa najdužom talasnom dužinom među talasima vidljive svetlosti lk = 7,6 10 -7 m i najmanjim indeksom prelamanja), narandžasta, žuta, zelena , plava, plava i ljubičasta (imaju najkraću talasnu dužinu u vidljivom spektru l f = 4 · 10 -7 m i najveći indeks prelamanja).

Dakle, spektralna analiza se koristi u gotovo svim najvažnijim sferama ljudske djelatnosti: u medicini, u forenzici, u industriji i drugim industrijama koje postoje za dobro čovječanstva. Dakle, spektralna analiza je jedan od najvažnijih aspekata razvoja ne samo naučnog napretka, već i samog standarda ljudskog života.

Kontinuirani spektri

Znamo to sa spektralni instrument(prizma ili difrakciona rešetka) možete "natjerati" svjetlosne zrake koje odgovaraju različitim valnim dužinama da idu u različitim pravcima... Ako su sve talasne dužine predstavljene u svetlosti, onda na ekranu dobijamo kontinuirani spektar, u kojem se nalaze sve boje od crvene do ljubičaste, koje se glatko spajaju jedna u drugu (slika 24.1).

Rice. 24.1

Rice. 24.2

Raspodjela intenziteta svjetlosti preko frekvencije u kontinuiranom spektru ima karakter prikazan na sl. 24.2. Kako temperatura raste, maksimalni intenzitet zračenja se pomjera prema višim frekvencijama, a kako temperatura pada, prema nižim frekvencijama.

Takve spektre daju sva svjetleća tijela, ako su unutra solidan ili tečnost stanje (na primjer, žarulja sa žarnom niti). Sunčeva svetlost, kao što znamo, takođe ima kontinuirani spektar. Kontinuirani spektri također daju visoko komprimirane plinove.

Dobijamo potpuno drugačiju sliku ako kroz spektralni uređaj propuštamo svjetlost koja izlazi iz lumina razređeni gasovi... Na primjer, natrijumova para daje jednu jarko žutu liniju (i to je to!) (Sl. 24.3, 1). Spektar atomskog vodonika daje četiri jasne linije (sl. 24.3, 2), a spektar helijuma - sedam linija (sl. 24.3, 3). Gas možete učiniti da svijetli samo zagrijavanjem na visoke temperature ili propuštanjem električnog pražnjenja kroz njega.

Spraktra, koja se sastoji od zasebnih linija, nazivaju se vladao. Iskustvo pokazuje da linijski spektri daju razrijeđene plinove u atomskom (ali ne i molekularnom) stanju. Linijski spektar svakog hemijskog elementa je striktno pojedinac i ne poklapa se sa spektrom bilo kojeg drugog elementa. U određenom smislu, to podsjeća na otiske prstiju osobe: kao što kriminalca možete pronaći po otiscima prstiju, možete saznati o prisutnosti određenog elementa u ispitivanoj supstanci po prisutnosti određenih linija u spektru.

Na osnovu ovoga spektralna analiza- metoda za određivanje hemijskog sastava supstance po njenom spektru.

Trenutno su poznati spektri svih atoma, pa je nakon dobijanja spektra nepoznate supstance moguće odrediti koji su elementi dio date supstance. Imajte na umu da su neki elementi (helijum, rubidijum, cezijum, talijum, indijum, galijum) otkriveni spektralnom analizom. Metodom spektralne analize naučnici su uspjeli utvrditi hemijski sastav Sunca i zvijezda.

Reader: Šta daju spektri molekule sastoji se od nekoliko atoma?

Spektri apsorpcije

Otkrili smo da atomi svake supstance u pobuđenom (jako zagrijanom) stanju emituju svjetlosne valove strogo određene dužine. Postavlja se pitanje: kako su ti atomi apsorbirati svjetlosni talasi? Odnosno, šta ćemo vidjeti ako bijelu svjetlost koja sadrži valove bilo koje dužine prođe kroz hladni plin koji ne emituje?

Eksperiment pokazuje da plin najintenzivnije apsorbira upravo one svjetlosne valove koje emituje u jako zagrijanom stanju. Tamne linije na pozadini kontinuiranog spektra su apsorpcione linije formiranje apsorpcioni spektar(vidi sliku 24.3, 4-6).

Puni i linijski spektar su koncepti koji potiču iz fizike. U svakom slučaju treba analizirati sadržaj boje određene putanje i osobenosti interakcije molekula.

Puni u odnosu na linijski spektar: važne razlike

Čvrsti spektar predstavlja sve dugine boje koje se mogu ravnomjerno stapati jedna u drugu. Kao rezultat, oni stvaraju bijelu boju poput sunca.
Linijski spektar emituje svjetlost sa posebnim područjima koja odgovaraju samo određenim bojama. Pretpostavlja se nedostatak uniformnosti i rizik od izobličenja boje.

Međutim, koji su kontinuirani i linijski spektri? Koji obrazovni mehanizam je uključen u svakom slučaju?

Linijski spektar: šta je to?

Linijski spektar se sastoji od individualno monohromatsko zračenje koje nisu u stanju da se pridruže jedna drugoj. Pretpostavlja se prisustvo intra-atomskih procesa, zbog kojih se formiraju valovi koji se razlikuju po svom intenzitetu.

Moguće razlike između linijskih spektra jedan od drugog:

Broj uključenih linija.
Lokacija.
Stepen intenziteta prikaza boje.

Svaki linijski spektar uključuje odvojene svjetlosne linije rasute po različitim segmentima istog spektra. Boja omiljene vidljive linije nužno odgovara određenoj boji istog mjesta u analiziranom kontinuiranom spektru.

Spektar linija može sadržavati veliki broj linija koje se nalaze u sljedećim dijelovima:

Infracrveni.
Vidljivo.
Ultraviolet.

Istovremeno, redovi su raspoređeni redovno, tako da nema haosa. Linije boja stvaraju karakteristične grupe, koje se obično nazivaju serijama.

Formira se linijski spektar zračenje koje atomi emituju. U ovoj fazi također je potrebno istaknuti razliku od prugastog spektra, koji nastaje zračenjem molekula. Svaki tip atoma ima jedinstveni spektar zasnovan na određenim talasnim dužinama. Ova karakteristika vodi do spektralne analize supstanci.

Spektar linija bilo kojeg elementa uključuje spektralne linije koje odgovaraju zracima koji izlaze iz užarenih para i plinova. Prisutnost takvih linija karakteristična je za svaki otkriveni element, stoga se mogu provesti posebne analize i studije.

Pravilni spektar je striktno individualna svojstva određene molekule, a to se ispostavilo da vrijedi za molekule različitih sastava i izomera.

Linijski spektar se može pojaviti samo pod određenim okolnostima: energija bombardirajućih elektrona mora biti dovoljna da ukloni elektrone iz najdubljih slojeva. U takvim prijelazima može se emitovati rendgenski foton. Važno je napomenuti da kombinacija ovakvih linija boja omogućava stvaranje serije rendgenskog spektra, koji se naknadno koristi u rendgenskoj strukturnoj analizi.

Spektar linija uključuje oštro ocrtane linije u boji koje su nužno odvojene jedna od druge širokim tamnim prazninama. U svakoj grupi se pretpostavlja maksimalna konvergencija linija, zbog čega se pretpostavlja da je moguće vidjeti zasebnu traku intervala svjetlosnih valnih dužina. Unatoč tome, linijski spektri mogu emitovati samo pojedinačni atomi, koji ne ulaze ni u kakvu vezu jedni s drugima, budući da se spektri kemijskih elemenata ne mogu podudarati. Ova nijansa pretpostavlja da svi atomi određenog hemijskog elementa imaju elektronske ljuske iste strukture, ali će elektronske ljuske hemijskih elemenata imati razlike.

Ako se linijski spektar formira na osnovu nekog hemijskog elementa jednoatomnog gasa, zagarantovana je složenija struktura. Jedan te isti element može imati različite spektre boja, jer se određuju načinom na koji je luminiscencija pobuđena. U svakom slučaju, za formiranje linijskog spektra potrebne su posebne linije koje odgovaraju zracima koje emituju pare, plinovi.

Linijski spektri su uske višebojne linije razdvojene tamnim prazninama. Istovremeno, potrebno je i redosled izmene.

Kontinuirani spektar: šta je to?

Čvrsti (kontinuirani) spektar je paleta boja koja je predstavljena kao jedna čvrsta traka. Pretpostavlja se prijenos sunčeve svjetlosti kroz korišćenu prizmu. Sve boje su predstavljene u čvrstoj traci, glatko prelazeći jedna u drugu.

Kontinuirani spektar karakterističan je za čvrsta i tečna tijela koja zrače, a imaju temperaturu od oko nekoliko hiljada stepeni Celzijusa. Osim toga, svjetlosni plinovi ili pare mogu obezbijediti kontinuirani spektar ako je njihov pritisak vrlo visok.

Spektri se vide drugačije ako su izvor svjetlosti svjetlosni plinovi, koji se razlikuju po neznatnoj gustini. Ovi plinovi uključuju izolirane atome s minimalnom interakcijom. Sjaj se može postići zagrevanjem gasa na temperaturu od oko dve stotine stepeni Celzijusa.

Boja, spektar, interakcija atoma i molekula uvijek su međusobno povezani, što potvrđuje strukturnu konzistentnost fizičkog svijeta.