трусики женские украина

На головну

Спектральний аналіз - Природознавство

Зміст

Введення ..............................................................................................2

Механізм випромінювання................................................................................ 3

Розподіл енергії в спектрі................................................................4

Види спектрів........................................................................................6

Види спектральних аналізів.....................................................................7

Висновок............................................................................................ 9

Література...........................................................................................11

Введення

Спектр - це розкладання світла на складові частини, промені різних кольорів.

Метод дослідження хімічного складу різних речовин по їх лінійчатих спектрах випущення або поглинання називають спектральним аналізом. Для спектрального аналізу потрібно нікчемна кількість речовини. Швидкість і чутливість зробили цей метод незамінною як в лабораторіях, так і в астрофізиці. Оскільки кожний хімічний елемент таблиці Менделеєва випромінює характерний тільки для нього лінійчатий спектр випущення і поглинання, то це дає можливість дослідити хімічний склад речовини. Уперше його спробували зробити фізики Кирхгоф і Бунзен в 1859 році, спорудивши спектроскоп. Світло пропускалося в нього через вузьку щілину, прорізану з одного краю підзорної труби (ця труба з щілиною називається коллиматор). З коллиматора промені падали на призму, накриту ящиком, обклеєним зсередини чорним папером. Призма відхиляла в сторону промені, які йшли з щілини. Виходив спектр. Після цього завісили вікно шторою і поставили у щілини коллиматора засвічений пальник. У полум'я свічки вводили по черзі шматочки різних речовин, і дивилися через другу підзорну трубу на спектр, що виходить. Виявлялося, що розжарені пари кожного елемента давали промені суворо певного кольору, і призма відхиляла ці промені на суворо певне місце, і жоден колір тому не міг замаскувати іншої. Це дозволило зробити висновок, що знайдений радикально новий спосіб хімічного аналізу - по спектру речовини. У 1861 Кирхгоф довів на основі цього відкриття присутність в хромосфере Сонця ряду елементів, поклавши початок астрофізиці.

Механізм випромінювання

Джерело світла повинен споживати енергію. Світло - це електромагнітні хвилі з довжиною хвилі 4*10-7- 8*10-7м. Електромагнітні хвилі випромінюються при прискореному русі заряджених частинок. Ці заряджені частинки входять до складу атомів. Але, не знаючи, як влаштований атом, нічого достовірного про механізм випромінювання сказати не можна. Ясно лише, що всередині атома немає світла так само, як в струні рояля немає звуку. Подібно струні, початківцю звучати лише після удару молоточка, атоми народжують світло тільки після їх збудження.

Для того щоб атом почав випромінювати, йому необхідно передати енергію. Випромінюючи, атом втрачає отриману енергію, і для безперервного свічення речовини необхідна притока енергії до його атомів ззовні.

Теплове випромінювання. Найбільш простій і поширений вигляд випромінювання - теплове випромінювання, при якому втрати атомами енергії на випромінювання світла компенсуються за рахунок енергії теплового руху атомів або (молекул) випромінюючого тіла. Чим вище температура тіла, тим швидше рухаються атоми. При зіткненні швидких атомів (молекул) один з одним частина їх кінетичної енергії перетворюється в енергію збудження атомів, які потім випромінюють світло.

Тепловим джерелом випромінювання є Сонце, а також звичайна лампа розжарювання. Лампа дуже зручний, але малоэкономичный джерело. Лише приблизно 12% всіх енергії, що виділяється в лампі електричним струмом, перетворюється в енергію світла. Тепловим джерелом світла є полум'я. Крупинки сажі раскаляются за рахунок енергії, що виділяється при згорянні палива, і випускають світло.

Електролюмінесценція. Енергія, необхідна атомам для випромінювання світла, може запозичитися і з нетеплових джерел. При розряді в газах електричне поле повідомляє електронам велику кінетичну енергію. Швидкі електрони випробовують зіткнення з атомами. Частина кінетичної енергії електронів йде на збудження атомів. Збуджені атоми віддають енергію у вигляді світлових хвиль. Завдяки цьому розряд в газі супроводиться свіченням. Це і є електролюмінесценція.

Катодолюмінесценция. Свічення твердих тіл, викликане бомбардуванням їх електронами, називають катодолюминисенцией. Завдяки катодолюминесценции світяться екрани електронно-променевих трубок телевізорів.

Хемілюмінесценция. При деяких хімічних реакціях, що йдуть з виділенням енергії, частина цієї енергії безпосередньо витрачається на випромінювання світла. Джерело світла залишається холодним (він має температуру навколишнього середовища). Це явище називається хемиолюминесценкией.

Фотолюмінесценція. Падаюче на речовину світло частково відбивається, а частково поглинається. Енергія світла, що поглинається в більшості випадків спричиняє лише нагрівання тіл. Однак деякі тіла самі починають світитися безпосередньо під дією падаючого на нього випромінювання. Це і є фотолюмінесценція. Світло збуджує атоми речовини (збільшує їх внутрішню енергію), після цього вони висвічуються самі. Наприклад, світлові фарби, якими покривають багато які ялинкові іграшки, випромінюють світло після їх опромінювання.

Світло, що Випромінюється при фотолюмінесценції має, як правило, велику довжину хвилі, ніж світло, збудливе свічення. Це можна спостерігати експериментально. Якщо направити на судину з флюоресцеитом (органічний барвник) світловий пучок,

пропущений через фіолетовий світлофільтр, то ця рідина починає світитися зелено - жовтим світлом, т. е. світлом більшої довжини хвилі, ніж у фіолетового світла.

Явище фотолюмінесценції широко використовується в лампах денного світла. Радянський фізик С. І. Вавілов запропонував покривати внутрішню поверхню розрядної трубки речовинами, здатними яскраво світитися під дією короткохвильового випромінювання газового розряду. Лампи денного світла приблизно в три-чотири рази економічніше звичайних ламп розжарювання.

Перераховані основні види випромінювань і джерела, їх що створюють. Самі поширені джерела випромінювання - теплові.

Розподіл енергії в спектрі

На екрані за заломлюючою призмою монохроматичні кольори в спектрі розташовуються в наступному порядку: що червоний (має найбільшу серед хвиль видимого світла довжину хвилі (до=7,6(10-7 м і найменший показник заломлення), що оранжевий, жовтий, зелений, блакитний, синій і фіолетовий (має найменшу у видимому спектрі довжину хвилі (ф=4(10-7 м і найбільший показник заломлення). Жодне з джерел не дає монохроматичного світла, т. е. світла суворо певної довжини хвилі. У цьому нас переконують досліди по розкладанню світла в спектр за допомогою призми, а також досліди по інтерференції і дифракції.

Та енергія, яку несе з собою світло від джерела, певним чином розподілена по хвилях всіх довжин, вхідних до складу світлового пучка. Можна також сказати, що енергія розподілена по частотах, оскільки між довжиною хвилі і частотою існує простий зв'язок: �v = з.

Густина потоку електромагнітного випромінювання, або інтенсивність /, визначається енергією &W, що доводиться на всі частоти. Для характеристики розподілу випромінювання по частотах треба ввести нову величину: інтенсивність, що доводиться на одиничний інтервал частот. Цю величину називають спектральною густиною інтенсивності випромінювання.

Спектральну густину потоку випромінювання можна знайти експериментально. Для цього треба за допомогою призми отримати спектр випромінювання, наприклад, електричної дуги, і виміряти густину потоку випромінювання, що доводиться на невеликі спектральні інтервали шириною Av.

Покладатися на око при оцінці розподілу енергії не можна. Око володіє виборчою чутливістю до світла: максимум його чутливості лежить в жовто-зеленій області спектра. Найкраще скористатися властивістю чорного тіла майже повністю поглинати світло всіх довжин хвиль. При цьому енергія випромінювання (т. е. світла) спричиняє нагрівання тіла. Тому досить виміряти температуру тіла і по ній судити про кількість поглиненої в одиницю часу енергії.

Звичайний термометр має дуже малу чутливість для того, щоб його можна було з успіхом використати в таких дослідах. Потрібні більш чутливі прилади для вимірювання температури. Можна взяти електричний термометр, в якому чутливий елемент виконаний у вигляді тонкої металевої пластини. Цю пластину треба покрити тонким шаром сажі, майже повністю поглинаючої світло будь-якої довжини хвилі.

Чутливу до нагрівання пластину приладу потрібно вмістити в те або інакше місце спектра. Всьому видимому спектру довжиною l від червоних променів до фіолетових відповідає інтервал частот від vкрдо ух. Ширині відповідає малий інтервал Av. По нагріванню чорної пластини приладу можна судити про густину потоку випромінювання, що доводиться на інтервал частот Av. Переміщуючи пластину вдовж спектра, ми виявимо, що велика частина енергії доводиться на червону частину спектра, а не на жовто-зелену, як здається на око.

За результатами цих дослідів можна побудувати криву залежності спектральної густини інтенсивності випромінювання від частоти. Спектральна густина інтенсивності випромінювання визначається по температурі пластини, а частоту неважко знайти, якщо що використовується для розкладання світла прилад проградуирован, т. е. якщо відомо, якій частоті відповідає дана дільниця спектра.

Відкладаючи по осі абсцис значення частот, відповідних серединам інтервалів Av, а по осі ординат спектральну густину інтенсивності випромінювання, ми отримаємо ряд точок, через які можна провести плавну криву. Ця крива дає наочне уявлення про розподіл енергії і видимої частини спектра електричної дуги.

Спектральні апарати. Для точного дослідження спектрів такі прості пристосування, як вузька щілина, що обмежує світловий пучок, і призма, вже недостатні. Необхідні прилади, що дають чіткий спектр, т. е. прилади, що добре розділяють хвилі різної довжини і не допускаючі перекриття окремих дільниць спектра. Такі прилади називають спектральними апаратами. Частіше за все основною частиною спектрального апарату є призма або дифракційна гратка.

Розглянемо схему пристрою призменного спектрального апарату. Досліджуване випромінювання поступає спочатку в частину приладу, звану коллиматором. Коллиматор являє собою трубу, на одному кінці якої є ширма з вузькою щілиною, а на іншому - збираюча лінза. Щілина знаходиться на фокусній відстані від лінзи. Тому світловий пучок, що розходиться, що попадає на лінзу з щілини, виходить з неї паралельним пучком і падає на призму.

Оскільки різним частотам відповідають різні показники заломлення, то з призми вийдуть паралельні пучки, не співпадаючі у напрямі. Вони падають на лінзу. На фокусній відстані цієї лінзи розташовується екран - матове скло або

фотопластина. Лінза фокусує паралельні пучки променів на екрані, і замість одного зображення щілини виходить цілий ряд зображень. Кожній частоті (вузькому спектральному інтервалу) відповідає своє зображення. Всі ці зображення разом і утворять спектр.

Описаний прилад називається спектрографом. Якщо замість другої лінзи і екрана використовується зорова труба для візуального спостереження спектрів, то прилад називається спектроскопом, описаним вище. Призми і інші деталі спектральних апаратів необов'язково виготовляються з скла. Замість скла застосовуються і такі прозорі матеріали, як кварц, кам'яна сіль і інш.

Види спектрів

Спектральний склад випромінювання речовин вельми різноманітний. Але, незважаючи на це, всі спектри, як показує досвід, можна розділити на декілька типів:

Безперервні спектри. Сонячний спектр або спектр дугового ліхтаря є безперервним. Це означає, що в спектрі представлені хвилі всіх довжин. У спектрі немає розривів, і на екрані спектрографа можна бачити суцільну різнокольорову смугу.

Розподіл енергії по частотах, т. е. Спектральна густина інтенсивності випромінювання, для різних тіл по-різному. Наприклад, тіло з дуже чорною поверхнею випромінює електромагнітні хвилі всіх частот, але крива залежності спектральної густини інтенсивності випромінювання від частоти має максимум мри певній частоті. Енергія випромінювання, що доводиться на дуже малі і дуже великі частоти, нікчемно мала. При підвищенні температури максимум спектральної густини випромінювання зміщається у бік коротких хвиль.

Безперервні (або суцільні) спектри, як показує досвід, дають тіла, що знаходяться в твердому або рідкому стані, а також сильно стислі гази. Для отримання безперервного спектра треба нагріти тіло до високої температури.

Характер безперервного спектра і сам факт його існування визначаються не тільки властивостями окремих випромінюючих атомів, але і в сильній мірі залежать від взаємодії атомів один з одним.

Безперервний спектр дає також високотемпературна плазма. Електромагнітні хвилі випромінюються плазмою в основному при зіткненні електронів з іонами.

Лінійчаті спектри. Внесемо в бліде полум'я газового пальника шматочок азбесту, змоченого розчином звичайної куховарської солі.

При спостереженні полум'я в спектроскоп на фоні ледве помітного безперервного спектра полум'я спалахне яскрава жовта лінія. Цю жовту лінію дають пари натрію, які утворяться при розщепленні молекул куховарської солі в полум'ї. Кожний з них - це частокіл кольорових ліній різної яскравості, розділених широкими темними

смугами. Такі спектри називаються лінійчатими. Наявність лінійчатого спектра означає, що речовина випромінює світло тільки цілком певних довжин хвиль (точніше, в певних дуже вузьких спектральних інтервалах). Кожна лінія має кінцеву ширину.

Лінійчаті спектри дають всі речовини в газоподібному атомарному (але не молекулярному) стані. У цьому випадку світло випромінюють атоми, які практично не взаємодіють один з одним. Це самий фундаментальний, основний тип спектрів.

Ізольовані атоми випромінюють суворо певні довжини хвиль. Звичайно для спостереження лінійчатих спектрів використовують свічення пар речовини в пломені або свічення газового розряду в трубці, наповненій досліджуваним газом.

При збільшенні густини атомарного газу окремі спектральні лінії розширяються, і, нарешті, при дуже великому стисненні газу, коли взаємодія атомів стає істотною, ці лінії перекривають один одну, утворюючи безперервний спектр.

Смугасті спектри. Смугастий спектр складається з окремих смуг, розділених темними проміжками. За допомогою дуже хорошого спектрального апарату можна

виявити, що кожна смуга являє собою сукупність великого числа дуже тісно розташованих ліній. На відміну від лінійчатих спектрів смугасті спектри створюються не атомами, а молекулами, не пов'язаними або слабо пов'язаними один з одним.

Для спостереження молекулярних спектрів так само, як і для спостереження лінійчатих спектрів, звичайно використовують свічення пар в пломені або свічення газового розряду.

Спектри поглинання. Всі речовини, атоми яких знаходяться в збудженому стані, випромінюють світлові хвилі, енергія яких певним чином розподілена по довжинах хвиль. Поглинання світла речовиною також залежить від довжини хвилі. Так, червоне скло пропускає хвилі, відповідні червоному світлу, і поглинає всі інші.

Якщо пропускати біле світло крізь холодний, невипромінюючий газ, то на фоні безперервного спектра джерела з'являються темні лінії. Газ поглинає найбільш інтенсивно світло якраз тих довжин хвиль, які він випускає в сильно нагрітому стані. Темні лінії на фоні безперервного спектра - це лінії поглинання, створюючі в сукупності спектр поглинання.

Існують безперервні, лінійчаті і смугасті спектри випромінювання і стільки ж видів спектрів поглинання.

Лінійчаті спектри грають особливо важливу роль, тому що їх структура прямо пов'язана з будовою атома. Адже ці спектри створюються атомами, що не випробовують зовнішніх впливів. Тому, знайомлячись з лінійчатими спектрами, ми тим самим робимо перший крок до вивчення будови атомів. Спостерігаючи ці спектри, вчені отримали

можливість «заглянути» всередину атома. Тут оптика впритул стикається з атомною фізикою.

Види спектральних аналізів

Головна властивість лінійчатих спектрів складається в тому, що довжини хвиль (або частоти) лінійчатого спектра якої-небудь речовини залежать тільки від властивостей атомів цієї речовини, але абсолютно не залежать від способу збудження свічення атомів. Атоми

будь-якого хімічного елемента дають спектр, не схожий на спектри всіх інших елементів: вони здатні випромінювати суворо-певний набір довжин хвиль.

На цьому заснований спектральний аналіз - метод визначення хімічного складу речовини по його спектру. Подібно відбиткам пальців у людей лінійчаті спектри мають неповторну індивідуальність. Неповторність узорів на шкірі пальця допомагає часто знайти злочинця. Точно так само завдяки індивідуальності спектрів є

можливість визначити хімічний склад тіла. За допомогою спектрального аналізу можна виявити даний елемент в складі складної речовини. Це дуже чутливий метод.

На даний час відомі наступні види спектральних аналізів - атомний спектральний аналіз (АСА)(визначає елементний склад зразка по атомних (іонним) спектрах випущення і поглинання), емісійний АСА(по спектрах випущення атомів, іонів і молекул, збуджених різними джерелами електромагнітного випромінювання в діапазоні від g-випромінювання до мікрохвильового), атомно-абсорбционный СА(здійснюють по спектрах поглинання електромагнітного випромінювання об'єктами, що аналізуються (атомами, молекулами, іонами речовини, що знаходиться в різних агрегатних станах)), атомно-флуоресцентного СА, молекулярний спектральний аналіз (МСА) (молекулярний склад речовин по молекулярних спектрах поглинання, люмінесценції і комбінаційного розсіяння світла.), якісний МСА(досить встановити наявність або відсутність аналітичних ліній визначуваних елементів. По яскравості ліній при візуальному перегляді можна дати грубу оцінку вмісту тих або інакших елементів в пробі), кількісний МСА(здійснюють порівнянням інтенсивностей двох спектральних ліній в спектрі проби, одна з яких належить визначуваному елементу, а інша (лінія порівняння) - основному елементу проби, концентрація якого відома, або спеціально елементу, що вводиться у відомій концентрації ).

У основі МСА лежить якісне і кількісне порівняння виміряного спектра досліджуваного зразка зі спектрами індивідуальних речовин. Відповідно розрізнюють якісний і кількісний МСА. У МСА використовують різні види молекулярних спектрів, обертальні [спектри в мікрохвильовій і довгохвильовій інфрачервоній (ИК) областях], коливальні і коливально-обертальні [спектри поглинання і випущення в середній ИК-області, спектри комбінаційного розсіяння світла (КРС), спектри ИК-флуоресценції], електронні, електронно-коливальні і електронно-коливально-обертальні [спектри поглинання і пропускання у видимій і ультрафіолетовій (УХ) областях, спектри флуоресценції]. МСА дозволяє провести аналіз малих кількостей (у деяких разах частки мкг і менш) речовин, що знаходяться в різних агрегатних станах.

Кількісний аналіз складу речовини по його спектру утруднений, оскільки яскравість спектральних линний залежить не тільки від маси речовини, але і від способу вознбуждения свічення. Так, при низнких температурах багато які спектральнные лінії взагалі не з'являються. Однак при дотриманні стандартнных умов збудження свічення можна провести і кількісний спектральний аналіз.

Самим точним з перерахованих аналізів є атомно-абсорбционный СА. Методика проведення ААА в порівнянні з інш. методами значно простіше, для нього характерна висока точність визначення не тільки малих, але і більших концентрацій елементів в пробах. ААА з успіхом замінює трудомісткі і тривалі хімічні методи аналізу, не поступаючись їм в точності.

Висновок

У цей час визначені спектри всіх атомів і складені таблиці спектрів. За допомогою спектнрального аналізу були відкриті багато які нові елементи: рубідій, цезій і інш. Елементам часто давали назви відповідно до кольору найбільш інтенсивних ліній спектнра. Рубідій дає темно-червоні, рубінові лінії. Слово цезій ознначает «небесно-голубий». Це колір основних ліній спектра цезія.

Саме за допомогою спектральнного аналізу взнали хімічний склад Сонця і зірок. Інші методи аналізу тут взагалі ненвозможны. Виявилося, що зірки складаються з тих же самих химинческих елементів, які є і на Землі. Цікаво, що гелій спочатку відкрили на Сонці, і лише потім знайшли в атмосфері Землі. Назва цього

елемента нагадує про історію його открынтия: слово гелій означає в перенводе «сонячний».

Завдяки порівняльної простонте і універсальність спектральнный аналіз є основним ментодом контролю складу речовини в металургії, машинобудуванні, атомнной індустрії. За допомогою спектнрального аналізу визначають хімічний склад руд і мінералів.

Склад складних, головним чином органічних, сумішей анализинруется по їх молекулярним спектнрам.

Спектральний аналіз можна проводити не тільки по спектрах випущення, але і по спектрах поглинання. Саме лінії поглинання в спектрі Сонця і зірок позвонляют дослідити хімічний склад цих небесних тіл. Яскраво светянщаяся поверхня Сонця - фонтосфера - дає безперервний спектр. Сонячна атмосфера поглинає изнбирательно світло від фотосферы, що приводить до появи ліній поглонщения на фоні безперервного спектнра фотосферы.

Але і сама атмосфера Сонця випромінює світло. Під час сонячних затьмарень, коли сонячний диск закритий Місяцем, відбувається обращенние ліній спектра. На місці линний поглинання в сонячному спектнре спалахують лінії випромінювання.

У астрофізиці під спектральнным аналізом розуміють не тільки визначення хімічного складу зірок, газових хмар і т. д., але і знаходження по спектрах багатьох

інших фізичних характеристик цих об'єктів: температури, давленния, швидкості руху, магнітної індукції.

Важливо знати, з чого складаються навколишні нас тіла. Изобретенно багато способів визначення їх складу. Але склад зірок і галактик можна взнати тільки за допомогою спектрального аналізу.

Экспрессные методи АСА широко застосовуються в промисловості, сільському господарстві, геології і багатьох інш. областях народного господарства і науки. Значну роль АСА грає в атомній техніці, виробництві чистих напівпровідникових матеріалів, надпровідників і т. д. Методами АСА виконується более3/4всех аналізів в металургії. З допомогою квантометров проводять оперативний (протягом 2-3 мін) контроль в ході плавки в мартенівському і конвертерном виробництвах. У геології і геологічній розвідці для оцінки родовищ проводять біля 8 млн. аналізів в рік. АСА застосовується для охорони навколишнього середовища і аналізу грунтів, в криміналістиці і медицині, геології морського дна і дослідженні складу верхніх шарів атмосфери, при

розділенні ізотопів і визначенні віку і складу геологічних і археологічних об'єктів і т. д.

Отже, спектральний аналіз застосовується майже у всіх найважливіших сферах людської діяльності. Таким чином, спектральний аналіз є одним з найважливіших аспектів розвитку не тільки наукового прогресу, але і самого рівня життя людини.

Література

Заїдель А. Н., Основи спектрального аналізу, М., 1965,

Методи спектрального аналізу, М,, 1962;

Чулановский В. М., Введення в молекулярний спектральний аналіз,

Русанов А. К., Основи кількісного спектрального аналізу руд і мінералів. М., 1971

12

Авіація і космонавтика
Автоматизація та управління
Архітектура
Астрологія
Астрономія
Банківська справа
Безпека життєдіяльності
Біографії
Біологія
Біологія і хімія
Біржова справа
Ботаніка та сільське господарство
Валютні відносини
Ветеринарія
Військова кафедра
Географія
Геодезія
Геологія
Діловодство
Гроші та кредит
Природознавство
Журналістика
Зарубіжна література
Зоологія
Видавнича справа та поліграфія
Інвестиції
Інформатика
Історія
Історія техніки
Комунікації і зв'язок
Косметологія
Короткий зміст творів
Криміналістика
Кримінологія
Криптологія
Кулінарія
Культура і мистецтво
Культурологія
Логіка
Логістика
Маркетинг
Математика
Медицина, здоров'я
Медичні науки
Менеджмент
Металургія
Музика
Наука і техніка
Нарисна геометрія
Фільми онлайн
Педагогіка
Підприємництво
Промисловість, виробництво
Психологія
Психологія, педагогіка
Радіоелектроніка
Реклама
Релігія і міфологія
Риторика
Різне
Сексологія
Соціологія
Статистика
Страхування
Будівельні науки
Будівництво
Схемотехніка
Теорія організації
Теплотехніка
Технологія
Товарознавство
Транспорт
Туризм
Управління
Керуючі науки
Фізика
Фізкультура і спорт
Філософія
Фінансові науки
Фінанси
Фотографія
Хімія
Цифрові пристрої
Екологія
Економіка
Економіко-математичне моделювання
Економічна географія
Економічна теорія
Етика

8ref.com

© 8ref.com - українські реферати


енциклопедія  бефстроганов  рагу  оселедець  солянка