Η φασματοσκοπική τεχνική και η εφαρμογή της περιγράφονται συνοπτικά

Τα φωτεινά κύματα παράγονται από ηλεκτρόνια που κινούνται μέσα στα άτομα. Τα ηλεκτρόνια στα άτομα διαφόρων ουσιών κινούνται διαφορετικά, έτσι εκπέμπουν διαφορετικά κύματα φωτός. Έχει μεγάλη θεωρητική και πρακτική σημασία να μελετήσει την φωταύγεια και την απορρόφηση διαφόρων ουσιών και έχει γίνει ένα ειδικό θέμα - φασματοσκοπία.

Το φάσμα που παράγεται απευθείας από την εκπομπή φωτός από ένα αντικείμενο ονομάζεται φάσμα εκπομπών. Υπάρχουν δύο τύποι φάσματος εκπομπών: συνεχές φάσμα και ανοικτό φάσμα.

Ένα συνεχές φάσμα χρωματισμένου φωτός, που κυμαίνεται από κόκκινο έως μοβ, ονομάζεται συνεχές φάσμα. Τα φάσματα εκπομπής θερμών στερεών, υγρών και υψηλής πίεσης αερίων είναι συνεχή φάσματα. Για παράδειγμα, το φως από το ηλεκτρικό νήμα και το φως από το ζεστό νερό χάλυβα σχηματίζουν ένα συνεχές φάσμα.

Ένα φάσμα που περιέχει μόνο ασυνεχείς φωτεινές γραμμές ονομάζεται φωτεινό φάσμα γραμμών. Οι φωτεινές γραμμές σε ένα ανοικτό φάσμα γραμμών ονομάζονται φασματικές γραμμές και κάθε γραμμή αντιστοιχεί σε διαφορετικό μήκος κύματος φωτός. Το φάσμα εκπομπών του σπανίου αερίου ή των ατμών μετάλλων είναι το φάσμα ανοικτής γραμμής. Το φάσμα ανοικτής γραμμής εκπέμπεται από τα άτομα σε ελεύθερη κατάσταση, επομένως ονομάζεται επίσης ατομικό φάσμα. Όταν κοιτάξετε το ατομικό φάσμα αερίων, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τον φασματό σωλήνα, ο οποίος είναι ένας λεπτός, κλειστός γυάλινος σωλήνας με εσωτερικό αέριο χαμηλής πίεσης και δύο ηλεκτρόδια και στα δύο άκρα του σωλήνα. Όταν δύο ηλεκτρόδια είναι συνδεδεμένα σε μια πηγή υψηλής τάσης, το λεπτό αέριο στον σωλήνα ανάβει, δημιουργώντας ένα συγκεκριμένο χρώμα φωτός.

Ατομικό φάσμα στερεού ή υγρού υλικού, μπορεί να τα βάλει στη φλόγα του καυστήρα Bunsen ή στο ηλεκτρικό τόξο για να καεί, να τα κάνει να λάμψει μετά την αεριοποίηση, μπορείτε να δείτε από το φασματοσκόπιο το φάσμα ανοικτής γραμμής τους.

Τα πειράματα έχουν δείξει ότι διαφορετικά άτομα εκπέμπουν διαφορετικά φάσματα ανοικτής γραμμής και κάθε στοιχείο έχει ένα ορισμένο φάσμα ανοιχτής γραμμής. Κάθε άτομο μπορεί να εκπέμπει μόνο ορισμένα μήκη κύματος φωτός που έχουν τα δικά τους χαρακτηριστικά. Επομένως, η φασματική γραμμή του φάσματος ανοικτής γραμμής ονομάζεται χαρακτηριστική φασματική γραμμή του ατόμου. Οι χαρακτηριστικές φασματικές γραμμές των ατόμων μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον εντοπισμό ουσιών και τη μελέτη της δομής των ατόμων.

Το φάσμα απορρόφησης που εκπέμπεται από αντικείμενα σε λευκό φως υψηλής θερμοκρασίας (το οποίο περιέχει όλα τα μήκη κύματος του φωτός) συνεχή κατανομή μέσω του υλικού, αφού κάποια μήκη κύματος φωτός απορροφάται από το υλικό του φάσματος, που ονομάζεται φάσματα απορρόφησης. Αφήστε το λαμπτήρα τόξου να εκπέμψει λευκό φως, για παράδειγμα, μέσω αερίου θερμοκρασίας με χαμηλή περιεκτικότητα σε νάτριο (σε λυχνάρι αλκοόλ βάζοντας μερικά άλατα, θερμική αποσύνθεση άλατος νατρίου μπορεί να παράγει αέριο) και στη συνέχεια να παρατηρήσετε με φασματοσκόπιο, θα δείτε στο φόντο της συνεχούς το φάσμα έχει δύο να πάρει πολύ κοντά στο σκοτάδι, αυτό είναι το φάσμα ατομικής απορρόφησης νατρίου. Αξίζει να σημειωθεί ότι κάθε σκοτεινή γραμμή στο φάσμα απορρόφησης διαφόρων ατόμων αντιστοιχεί σε μια φωτεινή γραμμή στο φάσμα εκπομπής αυτού του ατόμου. Και αυτό που δείχνει είναι ότι το φως που απορροφούν τα άτομα του ψυχρού αερίου είναι ακριβώς το φως που εκπέμπουν τα άτομα σε υψηλές θερμοκρασίες. Συνεπώς, οι φασματικές γραμμές (σκοτεινές γραμμές) στο φάσμα απορρόφησης είναι επίσης χαρακτηριστικές φασματικές γραμμές ατόμων, αλλά παρατηρούνται συνήθως λιγότερο στο φάσμα απορρόφησης από ότι στο ανοικτό φάσμα.

Φασματική ανάλυση δεδομένου ότι κάθε άτομο έχει τις δικές του χαρακτηριστικές φασματικές γραμμές, οι ουσίες μπορούν να αναγνωριστούν και η χημική τους σύνθεση να προσδιοριστεί σύμφωνα με το φάσμα. Αυτή η μέθοδος ονομάζεται φασματική ανάλυση. Στη φασματική ανάλυση μπορούν να χρησιμοποιηθούν φάσματα εκπομπής και απορρόφησης. Το πλεονέκτημα αυτής της μεθόδου είναι ότι είναι πολύ ευαίσθητο και γρήγορο. Ένα στοιχείο με περιεχόμενο 10 έως 10 γραμμάρια σε μια ουσία μπορεί να ανιχνευθεί από τη χαρακτηριστική φασματική γραμμή του και μπορεί να ανιχνευθεί. Η φασματική ανάλυση έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως στην επιστήμη και την τεχνολογία:

Φασματική ανάλυση απαιτείται όταν ελέγχεται αν τα υλικά ημιαγωγών πυριτίου και γερμανού πληρούν τις απαιτήσεις υψηλής καθαρότητας.

Ιστορικά, η φασματική ανάλυση βοήθησε επίσης στον εντοπισμό πολλών νέων στοιχείων. Για παράδειγμα, το ρουβίδιο και το καίσιο ανακαλύφθηκαν εξετάζοντας παλιότερα άγνωστες χαρακτηριστικές φασματικές γραμμές στο φάσμα.

Η φασματική ανάλυση είναι επίσης χρήσιμη για τη μελέτη της χημικής σύνθεσης των ουράνιων σωμάτων. Στις αρχές του δέκατου ένατου αιώνα, όταν μελέτησε το ηλιακό φάσμα, διαπιστώθηκε ότι υπήρχαν πολλές σκοτεινές γραμμές στο συνεχές φάσμα του. Αρχικά δεν γνωρίζουμε τι σχηματίζονται οι σκοτεινές γραμμές, τότε οι άνθρωποι καταλαβαίνουν την αιτία των φασμάτων απορρόφησης, απλά γνωρίζουμε ότι αυτό είναι από το εσωτερικό του ηλιακού φωτός μετά από χαμηλή θερμοκρασία της ατμόσφαιρας του ήλιου των φασμάτων απορρόφησης. Αναλύοντας προσεκτικά αυτές τις καλωδιώσεις, συγκρίνουμε το φάσμα του ατόμου, οι άνθρωποι γνώριζαν ότι η ατμόσφαιρα του ήλιου περιέχει υδρογόνο, ήλιο, άζωτο, άνθρακα, οξυγόνο, σίδηρο, μαγνήσιο, πυρίτιο, ασβέστιο, νάτριο και ούτω καθεξής δεκάδες στοιχεία.

Τα μοτίβα διατεταγμένα σε σειρά ανάλογα με το μήκος κύματος μετά το διαχωρισμό του φωτός στο σύστημα διασποράς, όπως το φάσμα χρώματος των ακτίνων του ήλιου σε συνεχή κατανομή σύμφωνα με τη σειρά του κόκκινου, πορτοκαλί, κίτρινου, πράσινου, ινδικού και μοβ. Η δομή, ο μηχανισμός, η φύση και η εφαρμογή φάσματος στην επιστημονική έρευνα και στην πρακτική παραγωγής έχουν συσσωρεύσει πλούσιες γνώσεις και αποτελούσαν ένα πολύ σημαντικό θέμα - φασματοσκοπία. Η φασματοσκοπία χρησιμοποιείται τόσο ευρέως ώστε κάθε άτομο έχει το δικό του μοναδικό φάσμα, όπως ένα δακτυλικό αποτύπωμα. Δημιουργούν διάφορες φασματικές γραμμές σύμφωνα με ορισμένους κανόνες. Οι ιδιότητες των ατομικών φασματικών γραμμών είναι στενά συνδεδεμένες με τις ατομικές δομές, η οποία είναι μια σημαντική βάση για τη μελέτη των ατομικών δομών. Η αρχή εφαρμογής της φασματοσκοπίας και η πειραματική μέθοδος φασματικής ανάλυσης μπορούν να γίνουν, κάθε στοιχείο έχει τη μοναδική γραμμή ταυτοποίησής του, βάζει κάποια ουσία του φάσματος ανοικτής γραμμής και η ταυτότητα των γνωστών στοιχείων που παράγονται από τη σύγκριση της φασματικής γραμμής μπορεί να γνωρίζει ότι το υλικό αυτό αποτελείται από τα στοιχεία , χρησιμοποιώντας φάσμα δεν μπορεί μόνο η ποιοτική χημική σύνθεση του υλικού, και πόσες λεπτομέρειες μπορούν να καθοριστούν. Η μέθοδος φασματικής ανάλυσης έχει υψηλή ευαισθησία και ακρίβεια. Στη γεωλογική εξερεύνηση, η φασματική ανάλυση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ανίχνευση ιχνοστοιχείων πολύτιμων μετάλλων, σπάνιων στοιχείων ή ραδιενεργών στοιχείων στο μεταλλεύμα. Η ταχύτητα της φασματικής ανάλυσης είναι γρήγορη και η αποτελεσματικότητα της εργασίας βελτιώνεται σημαντικά. Η χημική σύνθεση των ουράνιων σωμάτων και των πρότυπων προγόνων για τη ρύθμιση του μήκους μπορεί επίσης να μελετηθεί με φασματική ανάλυση.

Ένα μοτίβο που είναι διατεταγμένο κατά σειρά μήκους κύματος (ή συχνότητας) μετά από ένα σύστημα διασποράς (όπως πρίσμα ή πλέγμα) διαιρεί το φως. Για παράδειγμα, το ηλιακό φως περνά μέσα από ένα πρίσμα και σχηματίζει ένα φάσμα χρωμάτων που διανέμεται συνεχώς με τη σειρά του κόκκινου, πορτοκαλί, κίτρινου, πράσινου, μπλε, ινδικού και μοβ. Κόκκινο έως μοβ, που αντιστοιχεί στο μήκος κύματος από 7.700-3.900 angstrom, είναι το ορατό τμήμα του ανθρώπινου ματιού. Πέρα από το κόκκινο άκρο είναι το μεγαλύτερο μήκος κύματος του υπέρυθρου φωτός και πέρα από το πορφυρό άκρο είναι το βραχύτερο μήκος κύματος του υπεριώδους φωτός, το οποίο δεν μπορεί να ανιχνευθεί με γυμνό μάτι, αλλά μπορεί να καταγραφεί με όργανα.

Ως εκ τούτου, το φάσμα μπορεί να χωριστεί σε υπέρυθρο φάσμα, ορατό φάσμα και υπεριώδες φάσμα σύμφωνα με την περιοχή μήκους κύματος. Ανάλογα με τη φύση της παραγωγής, μπορεί να χωριστεί σε ατομικό φάσμα και μοριακό φάσμα. Μπορεί να χωριστεί σε φάσμα εκπομπών, φάσμα απορρόφησης και φάσμα σκέδασης. Μπορεί να χωριστεί σε φάσμα γραμμών, φάσμα ζώνης και συνεχές φάσμα.

Το φάσμα χωρίζεται στις ακόλουθες μορφές

Και αυτό είναι το γραμμικό φάσμα.

Ένα φάσμα που αποτελείται από στενές φασματικές γραμμές. Τα φωτεινά κύματα που παράγονται από ένα ατομικό αέριο ή μεταλλικό ατμό έχουν γραμμικό φάσμα, έτσι ώστε το γραμμικό φάσμα καλείται επίσης ατομικό φάσμα. Όταν η ενέργεια ενός ατόμου μεταπηδά από ένα υψηλότερο επίπεδο ενέργειας σε ένα χαμηλότερο, εκπέμπει φωτεινά κύματα ενός μόνο μήκους κύματος. Αυστηρά μιλώντας αυτό δεν υπάρχει ένα ενιαίο μήκος κύματος μονοχρωματικού φωτός, λόγω του ότι το ίδιο το επίπεδο ενέργειας έχει ένα ορισμένο πλάτος και αποτέλεσμα Doppler, η ατομική ακτινοβολία με φασματικές γραμμές θα υπάρχει πάντα ένα ορισμένο πλάτος (βλ. Ακόμη και σε ένα στενό εύρος μήκους κύματος, υπάρχουν ακόμα διάφορα εξαρτήματα μήκους κύματος. Το ατομικό φάσμα αντικατοπτρίζει την εσωτερική δομή των ατόμων σύμφωνα με τον κανόνα κατανομής του μήκους κύματος. Κάθε άτομο έχει τη δική του ειδική φασματική σειρά. Μελετώντας το ατομικό φάσμα μπορούμε να κατανοήσουμε την εσωτερική δομή του ατόμου ή να κάνουμε ποιοτική και ποσοτική ανάλυση της σύνθεσης του δείγματος.