أهمية التلألؤ للمواد الصلبة في الطبيعة. الاشعاع الكهرومغناطيسي

الإشعاع معروف في الطبيعة منذ زمن طويل، وهو يختلف بطبيعته عن جميع أنواع الإشعاع المعروفة (الإشعاع الحراري، الانعكاس، تشتت الضوء، وغيرها). وهذا الإشعاع هو إشعاع مضيء ومن أمثلته توهج الأجسام عند تشعيعها بالأشعة فوق البنفسجية المرئية أو فوق البنفسجية. الأشعة السينية، -الإشعاع، وما إلى ذلك. تسمى المواد القادرة على التوهج تحت تأثير أنواع مختلفة من الإثارة الفوسفور.

التلألؤ- الإشعاع غير المتوازن، والذي يكون عند درجة حرارة معينة زائدًا عن الإشعاع الحراري للجسم وله مدة أطول من فترة التذبذبات الضوئية. يؤدي الجزء الأول من هذا التعريف إلى استنتاج مفاده أن التلألؤ ليس إشعاعًا حراريًا (انظر الفقرة 197)، نظرًا لأن أي جسم عند درجة حرارة أعلى من 0 كلفن ينبعث منه موجات كهرومغناطيسية، وهذا الإشعاع حراري. يوضح الجزء الثاني أن التلألؤ ليس نوعًا من التوهج مثل انعكاس الضوء وتشتته وإشعاع الجزيئات المشحونة وما إلى ذلك. وتبلغ فترة تذبذبات الضوء حوالي 10 -15 ثانية، وبالتالي فإن المدة التي يمكن تصنيف التوهج بها لأن التلألؤ أطول - حوالي 10 -10 ثانية. لافتة

تتيح مدة التوهج التمييز بين التوهج والعمليات الأخرى غير المتوازنة. وبالتالي، بناءً على هذا المعيار، كان من الممكن إثبات أن إشعاع فافيلوف-شيرينكوف (انظر الفقرة 189) لا يمكن أن يعزى إلى التلألؤ.

اعتمادًا على طرق الإثارة هناك: تلألؤ ضوئي(تحت تأثير الضوء)، تلألؤ الأشعة السينية(تحت تأثير الأشعة السينية) التلألؤ الكاثودي(تحت تأثير الإلكترونات)، تلألؤ كهربائي(تحت تأثير المجال الكهربائي)، تلألؤ إشعاعي(عند إثارة الإشعاع النووي، على سبيل المثال إشعاع  والنيوترونات والبروتونات)، التألق الكيميائي(أثناء التحولات الكيميائية)، تلألؤ(عند طحن وتكسير بلورات معينة، مثل السكر). بناءً على مدة التوهج، يتم تمييزها بشكل تقليدي: ضوئي(ر10 -8 ث) و التفسفر الوميض الفوسفوري- توهج يستمر لفترة زمنية ملحوظة بعد توقف الإثارة.

تم إجراء أول دراسة كمية للتلألؤ منذ أكثر من مائة عام جيه ستوكس، الذي صاغ القاعدة التالية في عام 1852: الطول الموجي للإشعاع الانارة يكون دائمًا أكبر من الطول الموجي للضوء الذي أثاره (الشكل 326). من وجهة نظر الكم، تعني قاعدة ستوكس أن الطاقة hvمن الفوتون الساقط يُصرف جزئيًا في بعض العمليات غير الضوئية، مثلًا.

hv=hv لومن +E،

من أين ضد لوم ، على النحو التالي من القاعدة المصاغة.

سمة الطاقة الرئيسية للتلألؤ هي انتاج الطاقة،قدمه S. I. Vavilov في عام 1924 - نسبة الطاقة المنبعثة من الفوسفور عند إضاءةه بالكامل إلى الطاقة التي يمتصها. كما هو الحال بالنسبة للفوسفورات العضوية (باستخدام مثال محلول الفلورسين)، يظهر في الشكل اعتماد خرج الطاقة  على الطول الموجي  للضوء المثير. 327. يستنتج من الشكل أنه في البداية  تزداد بما يتناسب مع ، وبعد ذلك، تصل إلى قيمة قصوى، وتنخفض بسرعة إلى الصفر مع زيادة أخرى ل(قانون فافيلوف).يختلف إنتاج الطاقة للفوسفورات المختلفة ضمن حدود واسعة إلى حد ما، ويمكن أن تصل قيمته القصوى إلى حوالي 80%.

تسمى المواد الصلبة، وهي عبارة عن بلورات محضرة بشكل صناعي تحتوي على شوائب غريبة الفوسفور البلوري.باستخدام الفوسفور البلوري كمثال، سننظر في آليات حدوث التلألؤ من وجهة نظر نظرية نطاق المواد الصلبة. بين نطاق التكافؤ ونطاق توصيل الفوسفور البلوري توجد مستويات شوائب للمنشط (الشكل 328). في

عندما تمتص ذرة منشطة فوتونًا ذو طاقة hv، يتم نقل إلكترون من مستوى الشوائب إلى نطاق التوصيل ويتحرك بحرية في جميع أنحاء البلورة حتى يواجه أيونًا منشطًا ويتحد معه مرة أخرى، ويتحرك مرة أخرى إلى مستوى الشوائب. ويرافق إعادة التركيب انبعاث الكم الانارة. يتم تحديد وقت توهج الفوسفور من خلال عمر الحالة المثارة لذرات المنشط، والتي عادة لا تتجاوز أجزاء من المليار من الثانية. ولذلك، فإن التوهج قصير الأجل ويختفي مباشرة بعد توقف التشعيع.

ولكي يحدث التوهج (الفسفرة) على المدى الطويل، يجب أن يحتوي أيضًا على الفوسفور البلوري مراكز الالتقاط، أو الفخاخبالنسبة للإلكترونات، وهي مستويات محلية شاغرة (على سبيل المثال، Jl 1 وL 2)، تقع بالقرب من الجزء السفلي من نطاق التوصيل (الشكل 329). يمكن أن تتشكل بواسطة ذرات شوائب، ذرات في الفجوات، وما إلى ذلك. تحت تأثير الضوء، يتم إثارة ذرات المنشط، أي أن الإلكترونات من مستوى الشوائب تتحرك إلى نطاق التوصيل وتصبح حرة. ومع ذلك، يتم القبض عليهم بواسطة الفخاخ، ونتيجة لذلك يفقدون قدرتهم على الحركة، وبالتالي، قدرتهم على إعادة الاتحاد مع الأيون المنشط. يتطلب تحرير الإلكترون من المصيدة إنفاق طاقة معينة يمكن للإلكترونات الحصول عليها، على سبيل المثال، من الاهتزازات الحرارية للشبكة. يدخل الإلكترون المنطلق من المصيدة إلى نطاق التوصيل ويتحرك عبر البلورة حتى يتم استعادته بواسطة المصيدة أو يتحد مرة أخرى مع أيون منشط.

وفي الحالة الأخيرة، يظهر كم من الإشعاع الانارة. يتم تحديد مدة هذه العملية من خلال زمن بقاء الإلكترونات في المصائد.

وتستخدم ظاهرة التلألؤ على نطاق واسع في الممارسة العملية، على سبيل المثال تحليل التلألؤ -طريقة لتحديد تركيب المادة من خلال توهجها المميز. هذه الطريقة حساسة للغاية (حوالي 10-10 جم/سم 3)، مما يجعل من الممكن اكتشاف وجود شوائب ضئيلة وتستخدم في الأبحاث الأكثر حساسية في علم الأحياء والطب وصناعة الأغذية، وما إلى ذلك. كشف الخلل الانارةيسمح لك باكتشاف أدق الشقوق على سطح أجزاء الماكينة والمنتجات الأخرى (السطح الذي يتم فحصه مغطى بمحلول مضيء، والذي يبقى بعد إزالته في الشقوق).

تُستخدم الفوسفورات في مصابيح الفلورسنت، وهي الوسيط النشط لمولدات الكم الضوئية (انظر § 233) والوميض (سيتم مناقشتها أدناه)، وتستخدم في المحولات الإلكترونية الضوئية (انظر § 169)، وتستخدم لإنشاء إضاءة الطوارئ والتمويه. ولتصنيع المؤشرات المضيئة لمختلف الأجهزة.

مقدمة ………………………………………………………………….2

آلية الإشعاع ……………………………………………………………….3

توزيع الطاقة في الطيف …………………………………………….4

أنواع الأطياف …………………………………………………………………….6

أنواع التحليلات الطيفية……………………………………………… 7

الخلاصة ………………………………………………………………………………………………….9

الأدب …………………………………………………………………….11

مقدمة

الطيف هو تحلل الضوء إلى الأجزاء المكونة له، وهي أشعة ذات ألوان مختلفة.

طريقة البحث التركيب الكيميائي مواد مختلفةوفقا لخط الانبعاث أو الامتصاص تسمى الأطياف التحليل الطيفي.ل التحليل الطيفيمطلوب كمية ضئيلة من المادة. إن سرعتها وحساسيتها جعلتا هذه الطريقة لا غنى عنها في المختبرات وفي الفيزياء الفلكية. نظرًا لأن كل عنصر كيميائي في الجدول الدوري يصدر خطًا من طيف الانبعاث والامتصاص المميز له فقط، فإن هذا يجعل من الممكن دراسة التركيب الكيميائي للمادة. حاول الفيزيائيان كيرشوف وبونسن تحقيق ذلك لأول مرة في عام 1859، أثناء البناء مطياف.تم تمرير الضوء إليه من خلال شق ضيق مقطوع من إحدى حواف التلسكوب (هذا الأنبوب ذو الشق يسمى الموازاة). من الموازاة، سقطت الأشعة على منشور مغطى بصندوق مبطن بورق أسود من الداخل. المنشور يحرف الأشعة القادمة من الشق. وكانت النتيجة الطيف. بعد ذلك، قاموا بتغطية النافذة بستارة ووضعوا موقدًا مشتعلًا عند فتحة الموازاة. تم إدخال قطع من مواد مختلفة بالتناوب في لهب الشمعة، ونظرت من خلال الثانية تلسكوبإلى الطيف الناتج. اتضح أن الأبخرة المتوهجة لكل عنصر تنتج أشعة ذات لون محدد بدقة، والمنشور يحرف هذه الأشعة إلى مكان محدد بدقة، وبالتالي لا يمكن لأي لون أن يحجب الآخر. أدى هذا إلى استنتاج مفاده أنه تم العثور على طريقة جديدة جذريًا للتحليل الكيميائي - باستخدام طيف المادة. في عام 1861، بناءً على هذا الاكتشاف، أثبت كيرشوف وجود عدد من العناصر في الغلاف اللوني للشمس، ووضع الأساس للفيزياء الفلكية.

آلية الإشعاع

يجب أن يستهلك مصدر الضوء الطاقة. الضوء عبارة عن موجات كهرومغناطيسية طولها الموجي 4*10 -7 - 8*10 -7 م. موجات كهرومغناطيسيةتنبعث عند حركة متسارعةالجسيمات المشحونة. هذه الجسيمات المشحونة هي جزء من الذرات. ولكن من دون معرفة كيفية تركيب الذرة، لا يمكن قول أي شيء يمكن الاعتماد عليه حول آلية الإشعاع. ومن الواضح أنه لا يوجد ضوء داخل الذرة، كما لا يوجد صوت في وتر البيانو. مثل الوتر الذي لا يبدأ بالإصدار إلا بعد أن تضربه مطرقة، فإن الذرات تولد الضوء فقط بعد استثارتها.

لكي تبدأ الذرة في الإشعاع، يجب أن تنتقل إليها الطاقة. عند الانبعاث، تفقد الذرة الطاقة التي تتلقاها، ومن أجل التوهج المستمر للمادة، من الضروري تدفق الطاقة إلى ذراتها من الخارج.

الإشعاع الحراري. أبسط أنواع الإشعاع وأكثرها شيوعاً هو الإشعاع الحراري، وفيه يتم تعويض الطاقة التي تفقدها الذرات لإصدار الضوء بطاقة الحركة الحرارية للذرات أو (الجزيئات) للجسم المصدر. كلما ارتفعت درجة حرارة الجسم، زادت سرعة حركة الذرات. عندما تصطدم الذرات (الجزيئات) السريعة ببعضها البعض، يصطدم جزء منها الطاقة الحركيةتحويلها إلى طاقة إثارة الذرات، والتي تنبعث بعد ذلك الضوء.

المصدر الحراري للإشعاع هو الشمس، وكذلك المصباح المتوهج العادي. المصباح مصدر مناسب جدًا ولكنه منخفض التكلفة. فقط حوالي 12% من إجمالي الطاقة المنبعثة في المصباح صدمة كهربائية، يتم تحويلها إلى طاقة ضوئية. المصدر الحراري للضوء هو اللهب. تسخن حبيبات السخام بسبب الطاقة المنبعثة أثناء احتراق الوقود وتنبعث منها الضوء.

تلألؤ كهربائي.ويمكن أيضًا الحصول على الطاقة اللازمة للذرات لإصدار الضوء من مصادر غير حرارية. أثناء تفريغ الغازات، يمنح المجال الكهربائي طاقة حركية أكبر للإلكترونات. تتعرض الإلكترونات السريعة للتصادمات مع الذرات. يذهب جزء من الطاقة الحركية للإلكترونات إلى إثارة الذرات. تطلق الذرات المثارة الطاقة على شكل موجات ضوئية. ونتيجة لهذا، فإن التفريغ في الغاز يرافقه توهج. هذا هو التلألؤ الكهربائي.

التلألؤ الكاثودي.يشع المواد الصلبة، الناتج عن قصف إلكتروناتها، يسمى التلألؤ الكاثودي. بفضل التلألؤ الكاثودي، تتوهج شاشات أنابيب أشعة الكاثود في أجهزة التلفزيون.

التألق الكيميائي.بالنسبة للبعض التفاعلات الكيميائية، مع إطلاق الطاقة، يتم إنفاق جزء من هذه الطاقة مباشرة على انبعاث الضوء. يظل مصدر الضوء باردًا (لديه درجة حرارة بيئة). وتسمى هذه الظاهرة التلألؤ الكيميائي.

تلألؤ ضوئي.الضوء الساقط على المادة ينعكس جزئيا ويمتص جزئيا. طاقة الضوء الممتصة في معظم الحالات تؤدي فقط إلى تسخين الأجسام. ومع ذلك، فإن بعض الأجسام نفسها تبدأ في التوهج مباشرة تحت تأثير الإشعاع الساقط عليها. هذا هو التلألؤ الضوئي. يثير الضوء ذرات المادة (يزيد عددها الطاقة الداخلية)، وبعد ذلك يتم تسليط الضوء عليهم أنفسهم. على سبيل المثال، الدهانات المضيئة، والتي تستخدم لتغطية الكثير زينة عيد الميلاد، تنبعث منها الضوء بعد تشعيعها.

عادةً ما يكون للضوء المنبعث أثناء التألق الضوئي طول موجي أطول من الضوء الذي يثير التوهج. ويمكن ملاحظة ذلك تجريبيا. إذا قمت بتوجيه شعاع ضوئي نحو وعاء يحتوي على الفلورسيت (صبغة عضوية)،

عند مروره عبر مرشح الضوء البنفسجي، يبدأ هذا السائل في التوهج بضوء أخضر-أصفر، أي ضوء ذو طول موجي أطول من الضوء البنفسجي.

تستخدم ظاهرة التألق الضوئي على نطاق واسع في مصابيح الفلورسنت. اقترح الفيزيائي السوفيتي S. I. Vavilov التغطية السطح الداخليأنبوب تفريغ يحتوي على مواد قادرة على التوهج بشكل ساطع تحت تأثير إشعاع الموجة القصيرة تفريغ الغاز. تعتبر مصابيح الفلورسنت أكثر اقتصادا بحوالي ثلاث إلى أربع مرات من المصابيح المتوهجة التقليدية.

يتم سرد الأنواع الرئيسية للإشعاع والمصادر التي تنتجها. المصادر الأكثر شيوعًا للإشعاع هي الحرارية.

توزيع الطاقة في الطيف

على الشاشة خلف المنشور الانكساري، يتم ترتيب الألوان أحادية اللون في الطيف بالترتيب التالي: الأحمر (الذي يتمتع بأكبر طول موجي) ضوء مرئيالطول الموجي (k = 7.6 (10-7 م وأصغر مؤشر انكسار)، البرتقالي والأصفر والأخضر والأزرق والنيلي والبنفسجي (له أقصر طول موجي في الطيف المرئي (f = 4 (10-7 م وأكبر مؤشر) ) الانكسار) لا ينتج أي من المصادر ضوءًا أحادي اللون، أي ضوء بطول موجي محدد بدقة، نحن مقتنعون بذلك من خلال تجارب تحلل الضوء إلى طيف باستخدام المنشور، وكذلك تجارب التداخل والحيود.

يتم توزيع الطاقة التي يحملها الضوء معه من المصدر بطريقة معينة على الموجات بجميع أطوالها التي يتكون منها شعاع الضوء. يمكننا أيضًا القول إن الطاقة تتوزع على الترددات، نظرًا لوجود فرق بين الطول الموجي والتردد. اتصال بسيط: v = ج.

يتم تحديد كثافة تدفق الإشعاع الكهرومغناطيسي، أو الشدة /، من خلال الطاقة وW المنسوبة إلى جميع الترددات. لتوصيف التوزيع الترددي للإشعاع، من الضروري إدخال كمية جديدة: الكثافة لكل وحدة ترددية. وتسمى هذه الكمية بالكثافة الطيفية لكثافة الإشعاع.

الكثافة الطيفية تدفق الإشعاعيمكن العثور عليها تجريبيا. للقيام بذلك، تحتاج إلى استخدام المنشور للحصول عليه طيف الانبعاث، على سبيل المثال، القوس الكهربائي، وقياس كثافة التدفق الإشعاعي الساقط على فترات طيفية صغيرة بعرض Av.

مقياس الحرارة العادي غير حساس للغاية بحيث لا يمكن استخدامه بنجاح في مثل هذه التجارب. هناك حاجة إلى أدوات أكثر حساسية لقياس درجة الحرارة. يمكنك أن تأخذ مقياس حرارة كهربائي فيه عنصر الاستشعارمصنوعة على شكل لوحة معدنية رقيقة. يجب أن تكون هذه اللوحة مغطاة بطبقة رقيقة من السخام، والتي تمتص الضوء بالكامل تقريبًا بأي طول موجي.

يجب وضع اللوحة الحساسة للحرارة الخاصة بالجهاز في مكان أو آخر في الطيف. كل شئ الطيف المرئيالطول l من الأشعة الحمراء إلى الأشعة البنفسجية يتوافق مع الفاصل الزمني للتردد من v cr إلى y f. العرض يتوافق مع فاصل زمني صغير Av. من خلال تسخين اللوحة السوداء للجهاز، يمكن الحكم على كثافة تدفق الإشعاع لكل فاصل ترددي Av. وبتحريك اللوحة على طول الطيف، نجد ذلك معظمتقع الطاقة على الجزء الأحمر من الطيف، وليس على اللون الأصفر والأخضر، كما يبدو للعين.

وبناء على نتائج هذه التجارب، فمن الممكن بناء منحنى الاعتماد الكثافة الطيفيةشدة الإشعاع مقابل التردد. يتم تحديد الكثافة الطيفية لكثافة الإشعاع من خلال درجة حرارة اللوحة، وليس من الصعب العثور على التردد إذا تمت معايرة الجهاز المستخدم لتحليل الضوء، أي إذا كان من المعروف ما هو التردد الذي يتوافق مع جزء معين من الطيف ل.

ومن خلال رسم قيم الترددات المقابلة لمنتصف الفترات Av، وعلى طول المحور الإحداثي، والكثافة الطيفية لكثافة الإشعاع على المحور الإحداثي، نحصل على عدد من النقاط التي يمكننا من خلالها رسم منحنى سلس. يعطي هذا المنحنى التمثيل البصريعلى توزيع الطاقة والجزء المرئي من طيف القوس الكهربائي.

الأجهزة الطيفية.ل بحث دقيقلم تعد أجهزة الأطياف البسيطة مثل الشق الضيق الذي يحد من شعاع الضوء والمنشور كافية. هناك حاجة إلى أدوات توفر طيفًا واضحًا، أي أدوات يمكنها فصل الموجات ذات الأطوال المختلفة بشكل جيد ولا تسمح للأجزاء الفردية من الطيف بالتداخل. تسمى هذه الأجهزة بالأجهزة الطيفية. في أغلب الأحيان، الجزء الرئيسي من الجهاز الطيفي هو المنشور أو صريف الحيود.

دعونا نفكر في الرسم التخطيطي لتصميم جهاز طيفي المنشور. يدخل الإشعاع قيد الدراسة أولاً إلى جزء من الجهاز يسمى الموازاة. الموازاة عبارة عن أنبوب يوجد في أحد طرفيه شاشة ذات شق ضيق وفي الطرف الآخر عدسة مجمعة. يقع الشق على البعد البؤري للعدسة. ولذلك فإن شعاع ضوء متباين يسقط على العدسة من الشق يخرج منها كشعاع متوازي ويسقط على المنشور.

وبما أن الترددات المختلفة تتوافق مع مؤشرات انكسار مختلفة، فإن الحزم المتوازية التي لا تتطابق في الاتجاه تظهر من المنشور. يسقطون على العدسة. يوجد في البعد البؤري لهذه العدسة شاشة - زجاج بلوري أو

لوحة فوتوغرافية. تقوم العدسة بتركيز حزم متوازية من الأشعة على الشاشة، وبدلاً من صورة واحدة للشق، تكون النتيجة خط كاملالصور. كل تردد (فاصل طيفي ضيق) له صورته الخاصة. كل هذه الصور تشكل معًا طيفًا.

الجهاز الموصوف يسمى مطياف. إذا تم استخدام تلسكوب لمراقبة الأطياف بصريًا بدلاً من العدسة والشاشة الثانية، فإن الجهاز يسمى المطياف الموصوف أعلاه. المنشورات وأجزاء أخرى من الأجهزة الطيفية ليست بالضرورة مصنوعة من الزجاج. وبدلاً من الزجاج، يتم أيضًا استخدام مواد شفافة مثل الكوارتز والملح الصخري وما إلى ذلك.

أنواع الأطياف

التركيب الطيفي للإشعاع من المواد متنوع للغاية. ولكن على الرغم من ذلك، يمكن تقسيم جميع الأطياف، كما تظهر التجربة، إلى عدة أنواع:

أطياف مستمرة.الطيف الشمسي أو طيف الضوء القوسي مستمر. وهذا يعني أن الطيف يحتوي على موجات من جميع الأطوال الموجية. لا توجد فواصل في الطيف، ويمكن رؤية شريط مستمر متعدد الألوان على شاشة الطيف.

توزيع الطاقة على الترددات، أي الكثافة الطيفية لكثافة الإشعاع أجسام مختلفةمتنوع. على سبيل المثال، جسم ذو سطح شديد السواد يصدر موجات كهرومغناطيسية بجميع تردداتها، لكن منحنى اعتماد الكثافة الطيفية لكثافة الإشعاع على التردد له حد أقصى عند تردد معين. الطاقة الإشعاعية عند الترددات المنخفضة جدًا والعالية جدًا لا تذكر. مع زيادة درجة الحرارة، تتحول الكثافة الطيفية القصوى للإشعاع نحو موجات أقصر.

الأطياف المستمرة (أو المستمرة)، كما تظهر التجربة، يتم الحصول عليها من الأجسام الموجودة في الحالة الصلبة أو الحالة السائلةوكذلك الغازات شديدة الضغط. للحصول على طيف مستمر، يجب تسخين الجسم إلى درجة حرارة عالية.

إن طبيعة الطيف المستمر وحقيقة وجوده لا تتحدد فقط من خلال خصائص الذرات المنبعثة الفردية، ولكن أيضًا درجة قويةتعتمد على تفاعل الذرات مع بعضها البعض.

يتم أيضًا إنتاج طيف مستمر بواسطة البلازما ذات درجة الحرارة العالية. تنبعث الموجات الكهرومغناطيسية من البلازما بشكل رئيسي عندما تصطدم الإلكترونات بالأيونات.

أطياف الخط.دعونا نضيف قطعة من الأسبستوس مبللة بمحلول الماء العادي إلى اللهب الشاحب لموقد الغاز. ملح الطعام.

عند مراقبة اللهب من خلال المنظار الطيفي، سيومض خط أصفر ساطع على خلفية طيف اللهب المستمر الذي بالكاد يمكن رؤيته. يتم إنتاج هذا الخط الأصفر بواسطة بخار الصوديوم، الذي يتشكل عندما تتحلل جزيئات ملح الطعام في اللهب. كل واحد منهم عبارة عن حاجز من الخطوط الملونة ذات السطوع المتفاوت، ويفصل بينها ظلام واسع

شرائط. تسمى هذه الأطياف بأطياف الخط. التوفر الطيف الخطييعني أن المادة تبعث الضوء فقط عند أطوال موجية معينة (بتعبير أدق، في فترات طيفية معينة ضيقة جدًا). كل سطر له عرض محدود.

أطياف الخط تعطي جميع المواد في الحالة الذرية الغازية (ولكن ليست الجزيئية). في هذه الحالة، ينبعث الضوء من الذرات التي لا تتفاعل عمليا مع بعضها البعض. هذا هو النوع الأساسي والأكثر أساسية من الأطياف.

تنبعث الذرات المعزولة من أطوال موجية محددة بدقة. عادة، لمراقبة الأطياف الخطية، يتم استخدام توهج بخار مادة ما في اللهب أو توهج تفريغ الغاز في أنبوب مملوء بالغاز قيد الدراسة.

مع زيادة كثافة الغاز الذري، تتوسع الخطوط الطيفية الفردية، وأخيرًا، مع ضغط الغاز العالي جدًا، عندما يصبح تفاعل الذرات كبيرًا، تتداخل هذه الخطوط مع بعضها البعض، وتشكل طيفًا مستمرًا.

أطياف مخططة.يتكون الطيف النطاقي من نطاقات فردية مفصولة بمسافات داكنة. بمساعدة جهاز طيفي جيد جدًا، يكون ذلك ممكنًا

اكتشف أن كل فرقة تمثل مجموعة عدد كبيرخطوط متباعدة جدا. على عكس الأطياف الخطية، لا يتم إنشاء الأطياف المخططة بواسطة الذرات، ولكن بواسطة جزيئات غير مرتبطة أو ضعيفة الارتباط ببعضها البعض.

لمراقبة الأطياف الجزيئية، وكذلك لمراقبة الأطياف الخطية، عادة ما يتم استخدام توهج البخار في اللهب أو توهج تفريغ الغاز.

أطياف الامتصاص.تنبعث جميع المواد التي تكون ذراتها في حالة مثارة موجات الضوءوالتي يتم توزيع طاقتها بطريقة معينة على الأطوال الموجية. يعتمد امتصاص المادة للضوء أيضًا على الطول الموجي. وهكذا، ينقل الزجاج الأحمر الموجات المقابلة للضوء الأحمر ويمتص جميع الموجات الأخرى.

إذا قمت بتمرير ضوء أبيض من خلال غاز بارد غير باعث، تظهر خطوط داكنة على خلفية الطيف المستمر للمصدر. يمتص الغاز بكثافة ضوء الأطوال الموجية التي ينبعث منها عند تسخينه بشدة. الخطوط الداكنة على خلفية الطيف المستمر هي خطوط امتصاص تشكل معًا طيف امتصاص.

هناك أطياف انبعاثية مستمرة وخطية ومخططة ونفس عدد أنواع أطياف الامتصاص.

تلعب أطياف الخط دورًا خاصًا دور مهملأن بنيتها ترتبط مباشرة ببنية الذرة. بعد كل شيء، يتم إنشاء هذه الأطياف بواسطة ذرات لا تتعرض لتأثيرات خارجية. لذلك، من خلال التعرف على الأطياف الخطية، فإننا نتخذ الخطوة الأولى نحو دراسة بنية الذرات. ومن خلال مراقبة هذه الأطياف، حصل العلماء

فرصة "النظر" داخل الذرة. هنا تكون البصريات على اتصال وثيق بالفيزياء الذرية.

أنواع التحليلات الطيفية

الخاصية الرئيسية للأطياف الخطية هي أن الأطوال الموجية (أو الترددات) لطيف الخط لأي مادة تعتمد فقط على خصائص ذرات هذه المادة، ولكنها مستقلة تمامًا عن طريقة إثارة تألق الذرات. الذرات

يعطي أي عنصر كيميائي طيفًا لا يشبه أطياف جميع العناصر الأخرى: فهو قادر على إصدار مجموعة محددة بدقة من الأطوال الموجية.

هذا هو أساس التحليل الطيفي - طريقة لتحديد التركيب الكيميائي للمادة من طيفها. مثل بصمات الأصابع البشرية، تتمتع أطياف الخطوط بشخصية فريدة من نوعها. غالبًا ما يساعد تفرد الأنماط الموجودة على جلد الإصبع في العثور على المجرم. بنفس الطريقة، بسبب فردية الأطياف، هناك

القدرة على تحديد التركيب الكيميائي للجسم. باستخدام التحليل الطيفي، يمكنك الكشف هذا العنصركجزء من مادة معقدة. هذه طريقة حساسة للغاية.

معروف حاليا الأنواع التاليةالتحليلات الطيفية - التحليل الطيفي الذري (ASA)(يحدد التركيب العنصري للعينة من أطياف الانبعاث والامتصاص الذري)، انبعاث ASA(استنادًا إلى أطياف انبعاث الذرات والأيونات والجزيئات المثارة بمصادر مختلفة للإشعاع الكهرومغناطيسي في المدى من إشعاع g إلى الموجات الدقيقة)، الامتصاص الذري SA(تم تنفيذها باستخدام أطياف امتصاص الإشعاع الكهرومغناطيسي بواسطة الأجسام التي تم تحليلها (الذرات والجزيئات وأيونات المادة في حالات التجميع المختلفة))، مضان الذري SA، التحليل الطيفي الجزيئي (MSA) (التركيب الجزيئيالمواد بواسطة أطياف الامتصاص الجزيئية والتلألؤ وتشتت رامان للضوء.) عيسى الجودة(يكفي إثبات وجود أو عدم وجود خطوط تحليلية للعناصر التي يتم تحديدها. واستنادًا إلى سطوع الخطوط أثناء الفحص البصري، يمكن للمرء تقديم تقدير تقريبي لمحتوى عناصر معينة في العينة)، عيسى الكمي(يتم تنفيذه من خلال مقارنة شدة اثنين الخطوط الطيفيةفي طيف العينة، ينتمي أحدهما إلى العنصر الذي يتم تحديده، والآخر (خط المقارنة) إلى العنصر الرئيسي في العينة، الذي يكون تركيزه معروفا، أو عنصرا أدخل خصيصا بتركيز معروف).

يعتمد MSA على مقارنة نوعية وكمية للطيف المقاس للعينة قيد الدراسة مع أطياف المواد الفردية. وبناء على ذلك، يتم التمييز بين ISA النوعي والكمي. يستخدم MSA أنواعًا مختلفة من الأطياف الجزيئية، الدورانية [الأطياف في مناطق الميكروويف والأشعة تحت الحمراء ذات الموجات الطويلة (IR)]، والذبذبات والذبذبات الدورانية [أطياف الامتصاص والانبعاث في منطقة منتصف الأشعة تحت الحمراء، وأطياف رامان، وأطياف مضان الأشعة تحت الحمراء]، الإلكترونية والاهتزازية الإلكترونية والاهتزازية الدورانية [أطياف الامتصاص والنقل في المناطق المرئية والأشعة فوق البنفسجية، أطياف الفلورسنت]. يسمح MSA بتحليل كميات صغيرة (في بعض الحالات جزء صغير ميكروغراموأقل) المواد في حالات التجميع المختلفة.

من الصعب إجراء تحليل كمي لتركيب المادة بناءً على طيفها، لأن سطوع الخطوط الطيفية لا يعتمد فقط على كتلة المادة، ولكن أيضًا على طريقة إثارة التوهج. وبالتالي، عند درجات الحرارة المنخفضة، لا تظهر العديد من الخطوط الطيفية على الإطلاق. ومع ذلك، مع مراعاة الشروط القياسية لإثارة التوهج، يمكن أيضًا إجراء التحليل الطيفي الكمي.

والأكثر دقة من هذه الاختبارات هو الامتصاص الذري SAتعتبر تقنية AAA أبسط بكثير مقارنة بالطرق الأخرى، وتتميز بالدقة العالية في تحديد ليس فقط التركيزات الصغيرة، ولكن أيضًا التركيزات الكبيرة للعناصر في العينات. نجحت AAA في استبدال العمالة الكثيفة والمستهلكة للوقت الطرق الكيميائيةالتحليل، وليس أقل شأنا منهم في الدقة.

خاتمة

وبمساعدة التحليل الطيفي تم التعرف على التركيب الكيميائي للشمس والنجوم. طرق التحليل الأخرى مستحيلة هنا بشكل عام. اتضح أن النجوم تتكون من نفس العناصر الكيميائية الموجودة على الأرض. من الغريب أن الهيليوم تم اكتشافه في الأصل في الشمس، وبعد ذلك فقط تم العثور عليه في الغلاف الجوي للأرض. اسم هذا

يتذكر العنصر تاريخ اكتشافه: كلمة الهيليوم تعني "الطاقة الشمسية" في الترجمة.

نظرًا لبساطته النسبية وتعدد استخداماته، يعد التحليل الطيفي الطريقة الرئيسية لمراقبة تكوين المادة في علم المعادن والهندسة الميكانيكية والصناعة النووية. باستخدام التحليل الطيفي، يتم تحديد التركيب الكيميائي للخامات والمعادن.

يتم تحليل تركيبة المخاليط المعقدة، العضوية بشكل رئيسي، من خلال أطيافها الجزيئية.

يمكن إجراء التحليل الطيفي ليس فقط من أطياف الانبعاث، ولكن أيضًا من أطياف الامتصاص. إن خطوط الامتصاص في طيف الشمس والنجوم هي التي تجعل من الممكن دراسة التركيب الكيميائي لها الأجرام السماوية. يُنتج سطح الشمس اللامع - الغلاف الضوئي - طيفًا مستمرًا. الجو الشمسييمتص الضوء بشكل انتقائي من الغلاف الضوئي، مما يؤدي إلى ظهور خطوط الامتصاص على خلفية الطيف المستمر للغلاف الضوئي.

لكن جو الشمس نفسه يبعث الضوء. أثناء كسوف الشمس، متى القرص الشمسيإذا حجبه القمر، انعكست خطوط الطيف. وبدلاً من خطوط الامتصاص في الطيف الشمسي، تومض خطوط الانبعاث.

في الفيزياء الفلكية، لا يعني التحليل الطيفي تحديد التركيب الكيميائي للنجوم والسحب الغازية وما إلى ذلك فحسب، بل يعني أيضًا تحديد العديد من العناصر.

الخصائص الفيزيائية الأخرى لهذه الأجسام: درجة الحرارة، الضغط، سرعة الحركة، الحث المغناطيسي.

من المهم أن نعرف مما تتكون الأجسام من حولنا. تم اختراع العديد من الطرق لتحديد تكوينها. لكن لا يمكن تحديد تركيبة النجوم والمجرات إلا باستخدام التحليل الطيفي.

تُستخدم أساليب Express ASA على نطاق واسع في الصناعة والزراعة والجيولوجيا والعديد من المجالات الأخرى للاقتصاد الوطني والعلوم. يلعب ASA دورًا مهمًا في التكنولوجيا النووية، وإنتاج مواد أشباه الموصلات النقية، والموصلات الفائقة، وما إلى ذلك. ويتم إجراء أكثر من 3/4 من جميع التحليلات في علم المعادن باستخدام طرق ASA. باستخدام عدادات الكم، يتم تنفيذ الإجراء التشغيلي (في غضون 2-3 دقيقة) التحكم أثناء الذوبان في إنتاج الموقد المفتوح والمحول. في الجيولوجيا و الاستكشاف الجيولوجيولتقييم الودائع، يتم إجراء حوالي 8 ملايين تحليل سنويًا. يُستخدم ASA في حماية البيئة وتحليل التربة والطب الشرعي والطب وجيولوجيا قاع البحار والأبحاث التركيبية. الطبقات العلياالغلاف الجوي، في

فصل النظائر وتحديد عمر وتركيب القطع الجيولوجية والأثرية وغيرها.

لذلك، يتم استخدام التحليل الطيفي في جميع مجالات النشاط البشري الأكثر أهمية تقريبًا. وبالتالي، يعد التحليل الطيفي أحد أهم جوانب تطوير ليس فقط التقدم العلمي، ولكن أيضًا مستوى الحياة البشرية.

الأدب

زيدل أ.ن.، أساسيات التحليل الطيفي، م.، 1965،

طرق التحليل الطيفي، م، 1962؛

Chulanovsky V.M.، مقدمة في التحليل الطيفي الجزيئي، M.-L.، 1951؛

روسانوف أ.ك.، أساسيات التحليل الطيفي الكمي للخامات والمعادن. م، 1971

الإشعاع الحراري والتلألؤ.

يمكن تجديد الطاقة التي ينفقها الجسم المضيء على الإشعاع مصادر متعددة. يتوهج الفوسفور الذي يتأكسد في الهواء بسبب الطاقة المنطلقة أثناء التحول الكيميائي. ويسمى هذا النوع من التوهج بالتألق الكيميائي. التوهج الذي يحدث عندما أنواع مختلفةيسمى تفريغ الغاز المستقل بالتألق الكهربائي. ويسمى توهج المواد الصلبة الناتج عن قصف الإلكترونات بالتألق الكاثودي. انبعاث جسم من الإشعاع بطول موجي معين مميز له λ 1 يمكن أن يكون سبب تشعيع هذا الجسم (أو تشعيعه سابقًا) بإشعاع الطول الموجي λ 1 أقل من λ 2. يتم الجمع بين هذه العمليات تحت اسم التألق الضوئي (التلألؤ هو إشعاع يزيد عن الإشعاع الحراري لجسم ما عند درجة حرارة معينة وله مدة تتجاوز بشكل كبير فترة الموجات المنبعثة. تسمى المواد المضيئة بالفوسفور ).

الشكل 8. 1 التألق الكيميائي

الشكل 8. 2 التألق الضوئي

الشكل 8. 3 التألق الكهربائي.

والأكثر شيوعًا هو توهج الأجسام بسبب تسخينها. يسمى هذا النوع من التوهج بالإشعاع الحراري (أو درجة الحرارة). يحدث الإشعاع الحراري في أي درجة حرارة، ولكن في درجات الحرارة المنخفضة تنبعث فقط موجات كهرومغناطيسية طويلة (الأشعة تحت الحمراء).

دعونا نحيط الجسم المشع بقشرة منيعة ذات سطح عاكس تمامًا (الشكل).

يمتص الإشعاع الساقط على الجسم (جزئيًا أو كليًا). وبالتالي، سيكون هناك تبادل مستمر للطاقة بين الجسم والإشعاع الذي يملأ القشرة. إذا ظل توزيع الطاقة بين الجسم والإشعاع دون تغيير لكل طول موجي، فإن حالة نظام إشعاع الجسم ستكون في حالة توازن. تظهر التجربة أن النوع الوحيد من الإشعاع الذي يمكن أن يكون في حالة توازن مع الأجسام المشعة هو الإشعاع الحراري. وتبين أن جميع أنواع الإشعاع الأخرى غير متوازنة.

تعود قدرة الإشعاع الحراري على التوازن مع الأجسام المشعة إلى حقيقة أن شدته تزداد مع زيادة درجة الحرارة. لنفترض أن التوازن بين الجسم والإشعاع (انظر الشكل) قد اختل وأن الجسم يصدر طاقة أكثر مما يمتص.

ثم ستنخفض الطاقة الداخلية للجسم مما يؤدي إلى انخفاض درجة الحرارة. وهذا بدوره سيؤدي إلى انخفاض في كمية الطاقة المنبعثة من الجسم. ستنخفض درجة حرارة الجسم حتى تصبح كمية الطاقة المنبعثة من الجسم يساوي العددالطاقة الممتصة. وإذا اختل التوازن في الاتجاه الآخر، أي أن كمية الطاقة المنبعثة أقل من تلك الممتصة، فإن درجة حرارة الجسم سترتفع حتى يتم التوازن مرة أخرى. وبالتالي، فإن الخلل في نظام إشعاع الجسم يؤدي إلى ظهور عمليات تعيد التوازن.

الوضع مختلف في حالة أي نوع من التلألؤ. دعونا نوضح ذلك باستخدام مثال اللمعان الكيميائي. أثناء حدوث التفاعل الكيميائي المسبب للإشعاع، يتحرك الجسم المشع بعيدًا عن حالته الأصلية. إن امتصاص الجسم للإشعاع لن يغير اتجاه التفاعل، بل على العكس سيؤدي إلى تفاعل أسرع (بسبب التسخين) في الاتجاه الأصلي. لن يتم تحقيق التوازن إلا عند استهلاك كامل مخزون المواد المتفاعلة والتوهج.

الشرط العمليات الكيميائيةسيتم استبداله بالإشعاع الحراري.

لذلك، من بين جميع أنواع الإشعاع، يمكن للإشعاع الحراري فقط أن يكون في حالة توازن. تنطبق قوانين الديناميكا الحرارية على حالات وعمليات التوازن. وبالتالي فإن الإشعاع الحراري يجب أن يطيع بعض الأنماط العامة، الناشئة عن مبادئ الديناميكا الحرارية. سننتقل الآن للنظر في هذه الأنماط.

8.2 قانون كيرشوف.

دعونا نقدم بعض خصائص الإشعاع الحراري.

تدفق الطاقة (أي ترددات), ينبعث من وحدة سطح الجسم المشع في وحدة الزمن في جميع الاتجاهات(ضمن زاوية صلبة 4π)، مُسَمًّى لمعان الطاقة للجسم (ر) [ر] = ث/م2 .

يتكون الإشعاع من موجات ذات ترددات مختلفة (ν). دعونا نشير إلى تدفق الطاقة المنبعثة من سطح وحدة الجسم في نطاق التردد من ν إلى ν + dν، من خلال د رν. ثم عند درجة حرارة معينة.

أين - الكثافة الطيفية لمعان الطاقة، أو انبعاثية الجسم .

تظهر التجربة أن انبعاثية الجسم تعتمد على درجة حرارة الجسم (لكل درجة حرارة يقع الحد الأقصى للإشعاع في نطاق التردد الخاص بها). البعد .

بمعرفة الابتعاثية، يمكننا حسابها لمعان حيوية:

دع تدفق الطاقة الإشعاعية dФ يسقط على منطقة أولية من سطح الجسم، بسبب الموجات الكهرومغناطيسية، التي ترد تردداتها في الفاصل الزمني dν. سيتم امتصاص جزء من هذا التدفق من قبل الجسم. بلا أبعاد

مُسَمًّى قدرة الجسم على الامتصاص . كما يعتمد بشكل كبير على درجة الحرارة.

بحكم التعريف لا يمكن أن يكون أكثر من واحد. لجسم يمتص الأشعة بشكل كامل بكافة تردداتها . يسمى مثل هذا الجسم أسود تماما (وهذا هو المثالية).

الجسم الذي من أجله وأقل من الوحدة لجميع الترددات,مُسَمًّى الجسم الرمادي (وهذا أيضًا مثالي).

هناك علاقة معينة بين القدرة الانبعاثية والاستيعابية للجسم. دعونا نجري التجربة التالية عقليًا.

يجب أن يكون هناك ثلاث جثث داخل قوقعة مغلقة. الأجسام في فراغ، لذلك لا يمكن تبادل الطاقة إلا عن طريق الإشعاع. وتظهر التجربة أن مثل هذا النظام سيصل بعد فترة من الزمن إلى حالة التوازن الحراري (جميع الأجسام والقشرة ستكون لها نفس درجة الحرارة).

في هذه الحالة، يفقد الجسم ذو الانبعاثية الأكبر قدرًا أكبر من الطاقة لكل وحدة زمنية، ولكن، لذلك، يجب أن يتمتع هذا الجسم أيضًا بقدرة امتصاص أكبر:

صاغها غوستاف كيرشوف عام 1856 قانون واقترح نموذج الجسم الأسود .

ونسبة الانبعاث إلى الامتصاصية لا تعتمد على طبيعة الجسم؛ فهي واحدة في جميع الأجسام(عالمي)وظيفة التردد ودرجة الحرارة.

حيث و(- وظيفة عالميةكيرتشوف.

هذه الوظيفة لها طابع عالمي، أو مطلق.

يمكن أن تتغير الكميات و، بشكل منفصل، بقوة شديدة عند الانتقال من جسم إلى آخر، ولكن نسبتها باستمرارلجميع الأجسام (عند تردد ودرجة حرارة معينة).

بالنسبة لجسم أسود تمامًا، =1، لذلك f(، أي. وظيفة كيرشوف العالمية ليست أكثر من انبعاثية لجسم أسود بالكامل.

على الاطلاق لا توجد أجسام سوداء في الطبيعة. يمتلك السخام أو البلاتين الأسود قدرة امتصاص تبلغ 1، ولكن فقط في نطاق ترددي محدود. ومع ذلك، فإن التجويف ذو الثقب الصغير قريب جدًا في خصائصه من الجسم الأسود تمامًا. يتم امتصاص الشعاع الذي يدخل إلى الداخل بالضرورة بعد انعكاسات متعددة، وشعاع من أي تردد.

انبعاثية مثل هذا الجهاز (التجويف) قريبة جدًا F(ν ، ت). وبالتالي، إذا تم الحفاظ على جدران التجويف عند درجة حرارة ت، ثم يخرج الإشعاع من الحفرة، وهو قريب جدًا في التركيب الطيفي من إشعاع جسم أسود تمامًا عند نفس درجة الحرارة.

ومن خلال تحليل هذا الإشعاع إلى طيف، يمكن العثور على الشكل التجريبي للدالة F(ν ، ت)(الشكل 1.3)، مع درجات حرارة مختلفة ت 3 > ت 2 > ت 1 .

تعطي المساحة التي يغطيها المنحنى اللمعان النشط لجسم أسود عند درجة الحرارة المقابلة.

هذه المنحنيات هي نفسها بالنسبة لجميع الهيئات.

تشبه المنحنيات وظيفة توزيع سرعة الجزيئات. ولكن هناك تكون المساحات التي تغطيها المنحنيات ثابتة، ولكن هنا مع زيادة درجة الحرارة تزيد المساحة بشكل ملحوظ. يشير هذا إلى أن التوافق النشط يعتمد بشكل كبير على درجة الحرارة. الحد الأقصى للإشعاع (الانبعاثية) مع زيادة درجة الحرارة التحولاتنحو ترددات أعلى.

>> أنواع الإشعاع. مصادر الضوء

§ 80 نوعا من الإشعاع. مصادر الضوء

الضوء عبارة عن تيار من الموجات الكهرومغناطيسية بطول موجي 4 10 -7 -8 10 -7 م. تنبعث الموجات الكهرومغناطيسية من الحركة المتسارعة للجسيمات المشحونة. هذه الجسيمات المشحونة هي جزء من الذرات التي تشكل المادة. ولكن من دون معرفة كيفية تركيب الذرة، لا يمكن قول أي شيء يمكن الاعتماد عليه حول آلية الإشعاع. ومن الواضح أنه لا يوجد ضوء داخل الذرة، كما لا يوجد صوت في وتر البيانو. وكما هو الحال مع الوتر الذي لا يبدأ في إصدار الصوت إلا بعد أن تضربه مطرقة، فإن الذرات لا يمكنها أن "تلد" الضوء إلا بعد استثارتها.

لكي تبدأ الذرة في الإشعاع، فإنها تحتاج إلى نقل كمية معينة من الطاقة. عند الانبعاث، تفقد الذرة الطاقة التي تتلقاها، ومن أجل التوهج المستمر للمادة، من الضروري تدفق الطاقة إلى ذراتها من الخارج.

الإشعاع الحراري.أبسط أنواع الإشعاع وأكثرها انتشارًا هو الإشعاع الحراري، حيث يتم تعويض الطاقة التي تفقدها الذرات لإصدار الضوء بالطاقة الحركة الحراريةذرة (أو جزيئات) الجسم المشع. الإشعاع الحراري هو الإشعاع الصادر من الأجسام الساخنة. كلما ارتفعت درجة حرارة الموضوع كلما زادت سرعة تحرك الذرات فيه. عندما تصطدم الذرات (أو الجزيئات) السريعة ببعضها البعض، يذهب جزء من طاقتها الحركية لإثارة الذرات، التي تنبعث بعد ذلك الضوء وتنتقل إلى حالة عدم الإثارة.

المصادر الحرارية للإشعاع هي، على سبيل المثال، الشمس والمصباح المتوهج العادي. المصباح هو مصدر ضوء مريح للغاية ولكنه منخفض التكلفة. يتم تحويل حوالي 12٪ فقط من إجمالي الطاقة المنبعثة في فتيل المصباح بواسطة التيار الكهربائي إلى طاقة ضوئية. وأخيرا، المصدر الحراري للضوء هو أيضا لهب. تصبح حبيبات السخام (جزيئات الوقود التي لم يكن لديها وقت للحرق) ساخنة بسبب الطاقة المنبعثة أثناء احتراق الوقود وتنبعث منها الضوء.

تلألؤ كهربائي. الطاقة اللازمة للذرات لإصدار الضوء يمكن أن تأتي أيضًا من مصادر غير حرارية. أثناء تفريغ الغازات، يمنح المجال الكهربائي طاقة حركية أكبر للإلكترونات. تجربة الإلكترونات السريعة الاصطدامات غير المرنةمع الذرات. يذهب جزء من الطاقة الحركية للإلكترونات إلى إثارة الذرات. تطلق الذرات المثارة الطاقة على شكل موجات ضوئية. ونتيجة لذلك، يصاحب التفريغ في الغاز توهج. هذا هو التلألؤ الكهربائي.

الأضواء الشمالية هي أيضًا مظهر من مظاهر التألق الكهربائي. يتم التقاط تيارات من الجسيمات المشحونة المنبعثة من الشمس حقل مغناطيسيأرض. إنهم يثيرونك أقطاب مغناطيسيةوتتواجد ذرات الأرض في الطبقات العليا من الغلاف الجوي، ولهذا تتوهج هذه الطبقات. وتستخدم ظاهرة التألق الكهربائي في الأنابيب للنقوش الإعلانية.

التلألؤ الكاثودي. ويسمى توهج المواد الصلبة الناتج عن قصف الإلكترونات بالتألق الكاثودي. بفضل التلألؤ الكاثودي، تتوهج شاشات أنبوب أشعة الكاثود في التلفاز.

التألق الكيميائي.في بعض التفاعلات الكيميائية التي تطلق الطاقة، يتم إنفاق جزء من هذه الطاقة مباشرة على انبعاث الضوء. يظل مصدر الضوء باردًا (يكون في درجة الحرارة المحيطة). وتسمى هذه الظاهرة التألق الكيميائي. ربما جميعكم تقريبًا على دراية به. في الصيف في الغابة ليلاً يمكنك رؤية حشرة - يراعة. "يحترق" "مصباح يدوي" أخضر صغير على جسده. لن تحرق أصابعك وأنت تصطاد يراعة. تتمتع البقعة المضيئة الموجودة على ظهرها بنفس درجة حرارة الهواء المحيط تقريبًا. كما تتمتع الكائنات الحية الأخرى بخاصية التوهج: البكتيريا والحشرات والعديد من الأسماك التي تعيش في أعماق كبيرة. غالبًا ما تتوهج قطع الخشب المتعفنة في الظلام.

تلألؤ ضوئي.الضوء الساقط على المادة ينعكس جزئيا ويمتص جزئيا. طاقة الضوء الممتصة في معظم الحالات تؤدي فقط إلى تسخين الأجسام. ومع ذلك، فإن بعض الأجسام نفسها تبدأ في التوهج مباشرة تحت تأثير الإشعاع الساقط عليها. هذا هو التلألؤ الضوئي. ضوءيثير ذرات المادة (يزيد من طاقتها الداخلية)، وبعد ذلك تضيء بنفسها. على سبيل المثال، الدهانات المضيئة التي تغطي زينة شجرة عيد الميلاد تنبعث منها الضوء بعد التشعيع.

فافيلوف سيرجي إيفانوفيتش (1891 -1951)- الفيزيائي السوفيتي والدولة و شخصية عامة، رئيس أكاديمية العلوم في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية في 1945-1951. أساسي الأعمال العلميةمخلص البصريات الفيزيائية، والتألق الضوئي في المقام الأول. وتحت قيادته، تم تطوير تكنولوجيا تصنيع مصابيح الفلورسنت وتم تطوير طريقة تحليل الانارة للتركيب الكيميائي للمواد. تحت قيادته، افتتح P. A. Cherenkov في عام 1934. انبعاث الضوءتتحرك الإلكترونات في وسط ما بسرعة تفوق سرعة الضوء في هذا الوسط.

عادةً ما يكون للضوء المنبعث أثناء التألق الضوئي طول موجي أطول من الضوء الذي يثير التوهج. ويمكن ملاحظة ذلك تجريبيا. إذا قمت بتوجيه شعاع ضوئي يمر عبر مرشح ضوء الفلورسنت إلى وعاء به فلوريسئين (صبغة عضوية)، فإن هذا السائل يبدأ في التوهج بضوء أخضر-أصفر، أي ضوء بطول موجة أطول من ضوء الفلورسنت.

تستخدم ظاهرة التألق الضوئي على نطاق واسع في مصابيح الفلورسنت. الفيزيائي السوفيتي S. I. اقترح فافيلوف تغطية السطح الداخلي لأنبوب التفريغ بمواد قادرة على التوهج بشكل مشرق تحت تأثير إشعاع الموجة القصيرة الناتج عن تفريغ الغاز.

تعتبر مصابيح الفلورسنت أكثر اقتصادا بحوالي 3-4 مرات من المصابيح المتوهجة التقليدية.

من بين أنواع الإشعاع الرئيسية المدرجة، الأكثر شيوعا هو الإشعاع الحراري.

1. ما هي مصادر الضوء التي تعرفها!
2. ما هي أنواع الإشعاعات التي أثرت عليك خلال الـ 24 ساعة الماضية!

مياكيشيف جي يا، الفيزياء. الصف الحادي عشر: تعليمي. للتعليم العام المؤسسات: الأساسية والملف الشخصي. المستويات / G. Ya Myakishev، B. V. Bukhovtsev، V. M. Charugin؛ حررت بواسطة V. I. نيكولاييفا، N. A. بارفينتييفا. - الطبعة السابعة عشرة، المنقحة. وإضافية - م: التربية، 2008. - 399 ص: مريض.

التخطيط المواضيعي للتقويم في الفيزياء والمهام والإجابات لأطفال المدارس عبر الإنترنت وتنزيل دورات لمدرسي الفيزياء

محتوى الدرس ملاحظات الدرسدعم إطار عرض الدرس وأساليب تسريع التقنيات التفاعلية يمارس المهام والتمارين ورش عمل الاختبار الذاتي، والدورات التدريبية، والحالات، والمهام الواجبات المنزلية موضوع مثير للجدل أسئلة بلاغيةمن الطلاب الرسوم التوضيحية الصوت ومقاطع الفيديو والوسائط المتعددةصور فوتوغرافية، صور، رسومات، جداول، رسوم بيانية، فكاهة، نوادر، نكت، كاريكاتير، أمثال، أقوال، كلمات متقاطعة، اقتباسات الإضافات الملخصاتالمقالات والحيل لأسرّة الأطفال الفضوليين والكتب المدرسية الأساسية والإضافية للمصطلحات الأخرى تحسين الكتب المدرسية والدروستصحيح الأخطاء في الكتاب المدرسيتحديث جزء من الكتاب المدرسي، وعناصر الابتكار في الدرس، واستبدال المعرفة القديمة بأخرى جديدة فقط للمعلمين دروس مثالية خطة التقويملسنة القواعد الارشاديةبرامج المناقشة دروس متكاملة

الاشعاع الكهرومغناطيسي. تطبيق طرق التحليل الطيفي.

الطاقة الإشعاعية.

يجب أن يستهلك مصدر الضوء الطاقة. الضوء عبارة عن موجات كهرومغناطيسية يبلغ طولها الموجي 4·10-7 - 8·10-7 م. تنبعث الموجات الكهرومغناطيسية من الحركة المتسارعة للجسيمات المشحونة. هذه الجسيمات المشحونة هي جزء من الذرات. ولكن من دون معرفة كيفية تركيب الذرة، لا يمكن قول أي شيء يمكن الاعتماد عليه حول آلية الإشعاع. ومن الواضح أنه لا يوجد ضوء داخل الذرة، كما لا يوجد صوت في وتر البيانو. مثل الوتر الذي لا يبدأ بالإصدار إلا بعد أن تضربه مطرقة، فإن الذرات تولد الضوء فقط بعد استثارتها.
لكي تبدأ الذرة في الإشعاع، يجب أن تنتقل إليها الطاقة. عند الانبعاث، تفقد الذرة الطاقة التي تتلقاها، ومن أجل التوهج المستمر للمادة، من الضروري تدفق الطاقة إلى ذراتها من الخارج.

الإشعاع الحراري. أبسط أنواع الإشعاع وأكثرها شيوعاً هو الإشعاع الحراري، وفيه يتم تعويض الطاقة التي تفقدها الذرات لإصدار الضوء بطاقة الحركة الحرارية للذرات أو (الجزيئات) للجسم المصدر.
في أوائل التاسع عشرالخامس. اكتشف أنه فوق (بالطول الموجي) الجزء الأحمر من طيف الضوء المرئي يوجد جزء تحت الحمراء من الطيف غير مرئي للعين، وتحت الجزء البنفسجي من طيف الضوء المرئي يوجد جزء فوق بنفسجي غير مرئي من الطيف. نطاق.
الأطوال الموجية الأشعة تحت الحمراءتقع ضمن النطاق من 3·10-4 إلى 7.6·10-7 م خاصية مميزةهذا الإشعاع له التأثير الحراري. مصدر الأشعة تحت الحمراء هو أي جسم. وكلما ارتفعت درجة حرارة الجسم، زادت شدة هذا الإشعاع. كلما ارتفعت درجة حرارة الجسم، زادت سرعة حركة الذرات. عندما تصطدم الذرات (الجزيئات) السريعة ببعضها البعض، يتحول جزء من طاقتها الحركية إلى طاقة إثارة للذرات، والتي ينبعث منها الضوء بعد ذلك.

تتم دراسة الأشعة تحت الحمراء باستخدام المزدوجات الحرارية ومقاييس البولومترات. يعتمد مبدأ تشغيل أجهزة الرؤية الليلية على استخدام الأشعة تحت الحمراء.
المصدر الحراري للإشعاع هو الشمس، وكذلك المصباح المتوهج العادي. المصباح مصدر مناسب جدًا ولكنه منخفض التكلفة. يتم تحويل حوالي 12٪ فقط من إجمالي الطاقة الصادرة عن التيار الكهربائي في المصباح إلى طاقة ضوئية. المصدر الحراري للضوء هو اللهب. تسخن حبيبات السخام بسبب الطاقة المنبعثة أثناء احتراق الوقود وتنبعث منها الضوء.

تلألؤ كهربائي. ويمكن أيضًا الحصول على الطاقة اللازمة للذرات لإصدار الضوء من مصادر غير حرارية. أثناء تفريغ الغازات، يمنح المجال الكهربائي طاقة حركية أكبر للإلكترونات. تتعرض الإلكترونات السريعة للتصادمات مع الذرات. يذهب جزء من الطاقة الحركية للإلكترونات إلى إثارة الذرات. تطلق الذرات المثارة الطاقة على شكل موجات ضوئية. ونتيجة لهذا، فإن التفريغ في الغاز يرافقه توهج. هذا هو التلألؤ الكهربائي.

التلألؤ الكاثودي. ويسمى توهج المواد الصلبة الناتج عن قصف الإلكترونات بالتألق الكاثودي. بفضل التلألؤ الكاثودي، تتوهج شاشات أنابيب أشعة الكاثود.

التألق الكيميائي. في بعض التفاعلات الكيميائية التي تطلق الطاقة، يتم إنفاق جزء من هذه الطاقة مباشرة على انبعاث الضوء. يظل مصدر الضوء باردًا (يكون في درجة الحرارة المحيطة). وتسمى هذه الظاهرة التألق الكيميائي.

تلألؤ ضوئي. الضوء الساقط على المادة ينعكس جزئيا ويمتص جزئيا. طاقة الضوء الممتصة في معظم الحالات تؤدي فقط إلى تسخين الأجسام. ومع ذلك، فإن بعض الأجسام نفسها تبدأ في التوهج مباشرة تحت تأثير الإشعاع الساقط عليها. هذا هو التلألؤ الضوئي.

يثير الضوء ذرات المادة (يزيد من طاقتها الداخلية)، وبعد ذلك تضيء هي نفسها. على سبيل المثال، فإن الدهانات المضيئة التي تغطي العديد من زخارف شجرة عيد الميلاد تنبعث منها الضوء بعد تشعيعها. التلألؤ الضوئي للمواد الصلبة، وكذلك غرض خاص- الفوسفورات (المعممة) لا يمكن أن تكون فقط في المرئية، ولكن أيضًا في الأشعة فوق البنفسجية و نطاقات الأشعة تحت الحمراء. عادةً ما يكون للضوء المنبعث أثناء التألق الضوئي طول موجي أطول من الضوء الذي يثير التوهج. ويمكن ملاحظة ذلك تجريبيا. إذا قمت بتوجيه شعاع ضوئي يمر عبر مرشح البنفسجي إلى وعاء يحتوي على فلورسنت (صبغة عضوية)، فإن هذا السائل يبدأ في التوهج بضوء أخضر-أصفر، أي ضوء ذو طول موجي أطول من الضوء البنفسجي.
تستخدم ظاهرة التألق الضوئي على نطاق واسع في مصابيح الفلورسنت. اقترح الفيزيائي السوفيتي S. I. Vavilov تغطية السطح الداخلي لأنبوب التفريغ بمواد قادرة على التوهج بشكل مشرق تحت تأثير إشعاع الموجة القصيرة الناتج عن تفريغ الغاز.

توزيع الطاقة في الطيف.

لا ينتج أي من المصادر ضوءًا أحادي اللون، أي ضوء بطول موجي محدد بدقة. نحن مقتنعون بهذا من خلال تجارب تحلل الضوء إلى طيف باستخدام المنشور، وكذلك تجارب التداخل والحيود.
يتم توزيع الطاقة التي يحملها الضوء معه من المصدر بطريقة معينة على الموجات بجميع أطوالها التي يتكون منها شعاع الضوء. يمكننا أيضًا القول أن الطاقة تتوزع على الترددات، حيث أن هناك علاقة بسيطة بين الطول الموجي والتردد: ђv = c.
يتم تحديد كثافة تدفق الإشعاع الكهرومغناطيسي أو شدته بواسطة الطاقة في جميع الترددات. لتوصيف التوزيع الترددي للإشعاع، من الضروري إدخال كمية جديدة: الكثافة لكل وحدة ترددية. وتسمى هذه الكمية بالكثافة الطيفية لكثافة الإشعاع.

لا يمكنك الاعتماد على عينك لتقدير توزيع الطاقة. تتمتع العين بحساسية انتقائية للضوء: حيث تقع حساسيتها القصوى في المنطقة الصفراء والخضراء من الطيف. من الأفضل الاستفادة من خاصية الجسم الأسود لامتصاص الضوء بجميع أطواله الموجية بشكل كامل تقريبًا. وفي هذه الحالة تتسبب الطاقة الإشعاعية (أي الضوء) في تسخين الجسم. لذلك يكفي قياس درجة حرارة الجسم واستخدامها للحكم على كمية الطاقة الممتصة لكل وحدة زمنية.
يعتبر مقياس الحرارة العادي حساسًا جدًا بحيث لا يمكن استخدامه بنجاح في مثل هذه التجارب. هناك حاجة إلى أدوات أكثر حساسية لقياس درجة الحرارة. يمكنك أن تأخذ مقياس حرارة كهربائيًا يتكون فيه العنصر الحساس على شكل لوحة معدنية رفيعة. يجب أن تكون هذه اللوحة مغطاة بطبقة رقيقة من السخام، والتي تمتص الضوء بالكامل تقريبًا بأي طول موجي.
يجب وضع اللوحة الحساسة للحرارة الخاصة بالجهاز في مكان أو آخر في الطيف. يتوافق الطيف المرئي بأكمله بطول l من الأشعة الحمراء إلى الأشعة البنفسجية مع نطاق التردد من الأشعة تحت الحمراء إلى الأشعة فوق البنفسجية. العرض يتوافق مع فاصل زمني صغير Av. من خلال تسخين اللوحة السوداء للجهاز، يمكن الحكم على كثافة تدفق الإشعاع لكل فاصل ترددي Av. ومن خلال تحريك اللوحة على طول الطيف، سنجد أن معظم الطاقة موجودة في الجزء الأحمر من الطيف، وليس في الجزء الأصفر والأخضر كما يبدو للعين.
واستناداً إلى نتائج هذه التجارب، من الممكن بناء منحنى اعتماد الكثافة الطيفية لكثافة الإشعاع على التردد. يتم تحديد الكثافة الطيفية لكثافة الإشعاع من خلال درجة حرارة اللوحة، وليس من الصعب العثور على التردد إذا تمت معايرة الجهاز المستخدم لتحليل الضوء، أي إذا كان من المعروف ما هو التردد الذي يتوافق مع جزء معين من الطيف ل.
ومن خلال رسم قيم الترددات المقابلة لمنتصف الفترات Av، وعلى طول المحور الإحداثي، والكثافة الطيفية لكثافة الإشعاع على المحور الإحداثي، نحصل على عدد من النقاط التي يمكننا من خلالها رسم منحنى سلس. يعطي هذا المنحنى تمثيلاً مرئيًا لتوزيع الطاقة والجزء المرئي من طيف القوس الكهربائي.

أنواع الأطياف.

التركيب الطيفي للإشعاع من مواد مختلفة متنوع للغاية. ولكن على الرغم من ذلك، فإن جميع الأطياف، كما تظهر التجربة، يمكن تقسيمها إلى ثلاثة أنواع تختلف عن بعضها البعض.

أطياف مستمرة.

الطيف الشمسي أو طيف الضوء القوسي مستمر. وهذا يعني أن الطيف يحتوي على موجات من جميع الأطوال الموجية. لا توجد فواصل في الطيف، ويمكن رؤية شريط مستمر متعدد الألوان على شاشة الطيف.
يختلف توزيع الطاقة على الترددات، أي الكثافة الطيفية لكثافة الإشعاع، باختلاف الأجسام. على سبيل المثال، جسم ذو سطح شديد السواد يصدر موجات كهرومغناطيسية بجميع تردداتها، لكن منحنى الكثافة الطيفية لكثافة الإشعاع مقابل التردد له أقصى حد عند تردد معين. الطاقة الإشعاعية عند الترددات المنخفضة جدًا والعالية جدًا لا تذكر. مع زيادة درجة الحرارة، تتحول الكثافة الطيفية القصوى للإشعاع نحو موجات أقصر.
الأطياف المستمرة (أو المستمرة)، كما تظهر التجربة، يتم الحصول عليها من الأجسام في الحالة الصلبة أو السائلة، وكذلك الغازات شديدة الضغط. للحصول على طيف مستمر، يجب تسخين الجسم إلى درجة حرارة عالية.
لا يتم تحديد طبيعة الطيف المستمر وحقيقة وجوده من خلال خصائص الذرات الباعثة للفرد فحسب، بل تعتمد أيضًا إلى حد كبير على تفاعل الذرات مع بعضها البعض.
يتم أيضًا إنتاج طيف مستمر بواسطة البلازما ذات درجة الحرارة العالية. تنبعث الموجات الكهرومغناطيسية من البلازما بشكل رئيسي عندما تصطدم الإلكترونات بالأيونات.

أطياف الخط.

دعونا نضيف قطعة من الأسبستوس مبللة بمحلول ملح الطعام العادي إلى اللهب الشاحب لموقد الغاز. عند مراقبة اللهب من خلال المنظار الطيفي، سيومض خط أصفر ساطع على خلفية طيف اللهب المستمر الذي بالكاد يمكن رؤيته. يتم إنتاج هذا الخط الأصفر بواسطة بخار الصوديوم، الذي يتشكل عندما تتحلل جزيئات ملح الطعام في اللهب. على المجهر يمكنك أيضًا رؤية حاجز من الخطوط الملونة ذات السطوع المتفاوت، مفصولة بخطوط داكنة واسعة. تسمى هذه الأطياف بأطياف الخط. إن وجود طيف خطي يعني أن المادة تبعث الضوء فقط عند أطوال موجية معينة (بتعبير أدق، في فترات طيفية معينة ضيقة جدًا). كل سطر له عرض محدود.
تحدث الأطياف الخطية فقط للمواد الموجودة في الحالة الذرية (ولكن ليس للمواد الجزيئية). في هذه الحالة، ينبعث الضوء من الذرات التي لا تتفاعل عمليا مع بعضها البعض. هذا هو النوع الأساسي والأكثر أساسية من الأطياف. الخاصية الرئيسية للأطياف الخطية هي أن الذرات المعزولة لعنصر كيميائي معين تبعث تسلسلات محددة بدقة وغير متكررة من الأطوال الموجية. اثنين عناصر مختلفةلا يوجد نفس التسلسل للأطوال الموجية. تظهر النطاقات الطيفية عند مخرج جهاز طيفي عند موقع الطول الموجي المنبعث من المصدر. عادة، لمراقبة الأطياف الخطية، يتم استخدام توهج بخار مادة ما في اللهب أو توهج تفريغ الغاز في أنبوب مملوء بالغاز قيد الدراسة.
مع زيادة كثافة الغاز الذري، تتوسع الخطوط الطيفية الفردية، وفي النهاية، عند درجة كبيرة جدًا كثافة عاليةالغاز، عندما يصبح تفاعل الذرات كبيرًا، تتداخل هذه الخطوط مع بعضها البعض لتشكل طيفًا مستمرًا.

أطياف مخططة.

يتكون الطيف النطاقي من نطاقات فردية مفصولة بمسافات داكنة. وبمساعدة جهاز طيفي جيد جدًا، يمكن للمرء أن يكتشف أن كل نطاق عبارة عن مجموعة من عدد كبير من الخطوط المتقاربة جدًا. على عكس الأطياف الخطية، لا يتم إنشاء الأطياف المخططة بواسطة الذرات، ولكن بواسطة جزيئات غير مرتبطة أو ضعيفة الارتباط ببعضها البعض.
لمراقبة الأطياف الجزيئية، وكذلك لمراقبة الأطياف الخطية، عادة ما يتم استخدام توهج البخار في اللهب أو توهج تفريغ الغاز.

أطياف الانبعاث والامتصاص.

جميع المواد التي تكون ذراتها في حالة مثارة تنبعث منها موجات ضوئية تتوزع طاقتها بطريقة معينة على الأطوال الموجية. يعتمد امتصاص المادة للضوء أيضًا على الطول الموجي. وهكذا، ينقل الزجاج الأحمر الموجات المقابلة للضوء الأحمر (l»8·10-5 سم)، ويمتص كل الموجات الأخرى.
إذا قمت بتمرير ضوء أبيض من خلال غاز بارد غير باعث، تظهر خطوط داكنة على خلفية الطيف المستمر للمصدر. يمتص الغاز بكثافة ضوء الأطوال الموجية التي ينبعث منها عند تسخينه بشدة. الخطوط الداكنة على خلفية الطيف المستمر هي خطوط امتصاص تشكل معًا طيف امتصاص.
هناك أطياف انبعاثية مستمرة وخطية ومخططة ونفس عدد أنواع أطياف الامتصاص.

التحليل الطيفي وتطبيقاته.

طريقة تحديد الجودة و التكوين الكمييسمى تحليل المادة من خلال طيفها بالتحليل الطيفي. يستخدم التحليل الطيفي على نطاق واسع في التنقيب عن المعادن لتحديد التركيب الكيميائي لعينات الخام. في الصناعة، يتيح التحليل الطيفي التحكم في تركيبة السبائك والشوائب التي تدخل في المعادن للحصول على مواد ذات خصائص محددة. تلعب الأطياف الخطية دورًا مهمًا بشكل خاص لأن بنيتها ترتبط ارتباطًا مباشرًا ببنية الذرة. بعد كل شيء، يتم إنشاء هذه الأطياف بواسطة ذرات لا تواجهها تأثيرات خارجية. لذلك، من خلال التعرف على الأطياف الخطية، فإننا نتخذ الخطوة الأولى نحو دراسة بنية الذرات. ومن خلال مراقبة هذه الأطياف، تمكن العلماء من "النظر" داخل الذرة. هنا تكون البصريات على اتصال وثيق بالفيزياء الذرية.
الخاصية الرئيسية للأطياف الخطية هي أن الأطوال الموجية (أو الترددات) لطيف الخط لأي مادة تعتمد فقط على خصائص ذرات هذه المادة، ولكنها مستقلة تمامًا عن طريقة إثارة تألق الذرات. تعطي ذرات أي عنصر كيميائي طيفًا لا يشبه أطياف جميع العناصر الأخرى: فهي قادرة على الانبعاث بدقة مجموعة محددةالأطوال الموجية.
هذا هو أساس التحليل الطيفي - طريقة لتحديد التركيب الكيميائي للمادة من طيفها.

مثل بصمات الأصابع البشرية، تتمتع أطياف الخطوط بشخصية فريدة من نوعها. غالبًا ما يساعد تفرد الأنماط الموجودة على جلد الإصبع في العثور على المجرم. وبنفس الطريقة، وبفضل فردية الأطياف، من الممكن تحديد التركيب الكيميائي للجسم. وباستخدام التحليل الطيفي، يمكن اكتشاف هذا العنصر في تركيبة مادة معقدة، حتى لو كانت كتلتها لا تتجاوز 10-10. هذه طريقة حساسة للغاية.
تتيح لنا دراسة الطيف الخطي للمادة تحديد أي منها العناصر الكيميائيةيتكون وبأي كمية يوجد كل عنصر في مادة معينة.
يتم تحديد المحتوى الكمي للعنصر في العينة قيد الدراسة من خلال مقارنة شدته خطوط منفصلةطيف هذا العنصر مع شدة خطوط عنصر كيميائي آخر معروف محتواه الكمي في العينة.
من الصعب إجراء تحليل كمي لتركيب المادة بناءً على طيفها، لأن سطوع الخطوط الطيفية لا يعتمد فقط على كتلة المادة، ولكن أيضًا على طريقة إثارة التوهج. نعم عندما درجات الحرارة المنخفضةالعديد من الخطوط الطيفية لا تظهر على الإطلاق. ومع ذلك، مع مراعاة الشروط القياسية لإثارة التوهج، يمكن أيضًا إجراء التحليل الطيفي الكمي.
مزايا التحليل الطيفي هي حساسية عاليةوسرعة الحصول على النتائج . باستخدام التحليل الطيفي، من الممكن اكتشاف وجود الذهب في عينة تزن 6 · 10-7 جم، وكتلتها 10-8 جم فقط، ويمكن تحديد درجة الفولاذ عن طريق التحليل الطيفي في بضع عشرات من الثواني .
يتيح التحليل الطيفي تحديد التركيب الكيميائي للأجرام السماوية الواقعة على مسافات مليارات السنين الضوئية من الأرض. التركيب الكيميائي لأجواء الكواكب والنجوم والغاز البارد فيها الفضاء بين النجوميتم تحديدها من أطياف الامتصاص.
ومن خلال دراسة الأطياف، تمكن العلماء من تحديد ليس فقط التركيب الكيميائي للأجرام السماوية، ولكن أيضًا درجة حرارتها. من خلال إزاحة الخطوط الطيفية، يمكن تحديد سرعة حركة الجسم السماوي.

وحاليا تم تحديد أطياف جميع الذرات وتم تجميع جداول الأطياف. وبمساعدة التحليل الطيفي، تم اكتشاف العديد من العناصر الجديدة: الروبيديوم، والسيزيوم، وما إلى ذلك. وكانت العناصر تُعطى في كثير من الأحيان أسماء وفقًا للون الخطوط الأكثر كثافة في الطيف. ينتج الروبيديوم خطوطًا حمراء داكنة ياقوتية. كلمة السيزيوم تعني "السماء الزرقاء". هذا هو لون الخطوط الرئيسية لطيف السيزيوم.
وبمساعدة التحليل الطيفي تم التعرف على التركيب الكيميائي للشمس والنجوم. طرق التحليل الأخرى مستحيلة هنا بشكل عام. اتضح أن النجوم تتكون من نفس العناصر الكيميائية الموجودة على الأرض. من الغريب أن الهيليوم تم اكتشافه في الأصل في الشمس ثم تم العثور عليه فقط في الغلاف الجوي للأرض. اسم هذا العنصر يذكرنا بتاريخ اكتشافه: كلمة هيليوم تعني "الشمس".
نظرًا لبساطته النسبية وتعدد استخداماته، يعد التحليل الطيفي الطريقة الرئيسية لمراقبة تكوين المادة في علم المعادن والهندسة الميكانيكية والصناعة النووية. باستخدام التحليل الطيفي، يتم تحديد التركيب الكيميائي للخامات والمعادن.
يتم تحليل تركيبة المخاليط المعقدة، العضوية بشكل رئيسي، من خلال أطيافها الجزيئية.
يمكن إجراء التحليل الطيفي ليس فقط من أطياف الانبعاث، ولكن أيضًا من أطياف الامتصاص. إن خطوط الامتصاص في طيف الشمس والنجوم هي التي تجعل من الممكن دراسة التركيب الكيميائي لهذه الأجرام السماوية. ساطع سطح متوهجيوفر الغلاف الضوئي للشمس طيفًا مستمرًا. يمتص الغلاف الشمسي الضوء بشكل انتقائي من الغلاف الضوئي، مما يؤدي إلى ظهور خطوط الامتصاص على خلفية الطيف المستمر للغلاف الضوئي.
لكن جو الشمس نفسه يبعث الضوء. خلال كسوف الشمسفعندما يغطي القمر قرص الشمس تنعكس خطوط الطيف. بدلا من خطوط الامتصاص في الطيف الشمسيتومض خطوط الانبعاث.
في الفيزياء الفلكية، لا يعني التحليل الطيفي تحديد التركيب الكيميائي للنجوم والسحب الغازية وما إلى ذلك فحسب، بل يعني أيضًا العثور على أشياء أخرى كثيرة من الأطياف الخصائص البدنيةهذه الأجسام: درجة الحرارة، الضغط، السرعة، الحث المغناطيسي.
بالإضافة إلى الفيزياء الفلكية، يُستخدم التحليل الطيفي على نطاق واسع في علم الطب الشرعي للتحقيق في الأدلة الموجودة في مسرح الجريمة. كما أن التحليل الطيفي في علم الطب الشرعي مفيد جداً في التعرف على سلاح الجريمة والكشف بشكل عام عن بعض تفاصيل الجريمة.
ويستخدم التحليل الطيفي على نطاق أوسع في الطب. وهنا تطبيقه عظيم جدا. ويمكن استخدامه للتشخيص، وكذلك لتحديد المواد الغريبة في جسم الإنسان.
يتطلب التحليل الطيفي أدوات طيفية خاصة، والتي سننظر فيها أكثر.

الأجهزة الطيفية.

لإجراء دراسة دقيقة للأطياف، لم تعد الأجهزة البسيطة مثل الشق الضيق الذي يحد من شعاع الضوء والمنشور كافية. هناك حاجة إلى أدوات توفر طيفًا واضحًا، أي أدوات يمكنها فصل الموجات ذات الأطوال المختلفة بشكل جيد ولا تسمح للأجزاء الفردية من الطيف بالتداخل. تسمى هذه الأجهزة بالأجهزة الطيفية. في أغلب الأحيان، الجزء الرئيسي من الجهاز الطيفي هو المنشور أو صريف الحيود.
دعونا نفكر في الرسم التخطيطي لتصميم جهاز طيفي المنشور. يدخل الإشعاع قيد الدراسة أولاً إلى جزء من الجهاز يسمى الموازاة. الموازاة عبارة عن أنبوب يوجد في أحد طرفيه شاشة بها فجوة ضيقةومن ناحية أخرى هناك عدسة متقاربة. يقع الشق على البعد البؤري للعدسة. ولذلك فإن شعاع ضوء متباين يسقط على العدسة من الشق يخرج منها كشعاع متوازي ويسقط على المنشور.
لأن ترددات مختلفةتطابق مؤشرات مختلفةالانكسار، ثم تخرج من المنشور حزم متوازية لا تتطابق في الاتجاه. يسقطون على العدسة. يوجد في البعد البؤري لهذه العدسة شاشة - زجاج بلوري أو لوحة فوتوغرافية. تقوم العدسة بتركيز حزم متوازية من الأشعة على الشاشة، وبدلا من صورة واحدة للشق يتم الحصول على سلسلة كاملة من الصور. كل تردد (فاصل طيفي ضيق) له صورته الخاصة. كل هذه الصور تشكل معًا طيفًا.
الجهاز الموصوف يسمى مطياف. إذا تم استخدام تلسكوب بدلاً من العدسة والشاشة الثانية لمراقبة الأطياف بصريًا، فإن الجهاز يسمى المطياف. المنشورات وأجزاء أخرى من الأجهزة الطيفية ليست بالضرورة مصنوعة من الزجاج. بدلا من الزجاج، يتم استخدام مواد شفافة مثل الكوارتز. الملح الصخريوإلخ.