Gløden til kropper er forårsaket av bombardement av dem med elektroner. Elektromagnetisk stråling

Emisjonen av elektromagnetiske bølger fra legemer (glød av legemer) kan oppnås gjennom ulike typer energi. Det vanligste er termisk stråling, det vil si emisjon av elektromagnetiske bølger på grunn av kroppens indre energi. Alle andre typer glød, begeistret av enhver type energi, bortsett fra intern (termisk), er kombinert under vanlig navn"luminescens".

Fosfor som oksiderer i luft lyser på grunn av energien som frigjøres under den kjemiske omdanningen. Denne typen glød kalles kjemiluminescens. Glød som oppstår i gasser og faste stoffer ah under påvirkning elektrisk felt, kalles elektroluminescens. Gløden av faste stoffer forårsaket av bombardement av elektroner kalles katodoluminescens. Gløden eksitert av elektromagnetisk stråling absorbert av en kropp kalles fotoluminescens.

Termisk stråling forekommer ved hvilken som helst temperatur, men ved lave temperaturer sendes nesten bare lange (infrarøde) elektromagnetiske bølger ut.

La oss omgi den emitterende kroppen med et skall med en perfekt reflekterende overflate (fig. 1.1).

Fjern luften fra skallet. Strålingen som reflekteres av skallet, som faller på kroppen, absorberes av den (delvis eller fullstendig). Følgelig vil det være en kontinuerlig utveksling av energi mellom kroppen og strålingen som fyller skallet. Hvis energifordelingen mellom kroppen og strålingen forblir uendret for hver bølgelengde, vil tilstanden til kroppsstrålingssystemet være i likevekt. Erfaring viser at den eneste typen stråling som kan være i likevekt med utstrålende legemer er termisk stråling.

Alle andre typer stråling viser seg å være ikke likevekt.

Termisk strålings evne til å være i likevekt med utstrålende legemer skyldes at dens intensitet øker med økende temperatur. La oss anta at balansen mellom kroppen og strålingen er forstyrret og kroppen avgir mer energi enn den absorberer. Deretter indre energi kroppen vil avta, noe som vil føre til en nedgang i temperaturen. Dette vil igjen føre til en reduksjon i mengden energi som slippes ut av kroppen. Kroppstemperaturen vil synke inntil mengden energi som slippes ut av kroppen blir lik tallet absorbert energi. Hvis likevekten forstyrres i den andre retningen, det vil si at mengden energi som sendes ut er mindre enn den som absorberes, vil kroppstemperaturen øke inntil likevekten er etablert igjen. Dermed forårsaker ubalanse i kroppsstrålingssystemet fremveksten av prosesser som gjenoppretter balansen.

Situasjonen er annerledes når det gjelder luminescens. La oss demonstrere dette ved å bruke eksemplet med kjemiluminescens. Mens den kjemiske reaksjonen som forårsaker stråling finner sted, beveger det utstrålende legemet seg lenger og lenger bort fra sin opprinnelige tilstand. Absorpsjon av stråling av en kropp vil ikke endre retningen på reaksjonen, men vil tvert imot føre til en raskere (på grunn av oppvarming) reaksjon i den opprinnelige retningen. Likevekt vil etableres først når hele tilførselen av reagerende stoffer og gløden forårsaket av kjemiske prosesser, vil bli erstattet av termisk stråling.

Så av alle typer stråling er det bare termisk stråling som kan være i likevekt. Termodynamikkens lover gjelder likevektstilstander og prosesser. Derfor må termisk stråling adlyde visse generelle mønstre, som oppstår fra termodynamikkens prinsipper. Vi vil nå gå videre til å vurdere disse mønstrene.

Elektromagnetisk stråling. Anvendelse av metoder spektral analyse.

Strålingsenergi.

Lyskilden må forbruke energi. Lys er elektromagnetiske bølger med en bølgelengde på 4·10-7 - 8·10-7 m. Elektromagnetiske bølger slippes ut kl akselerert bevegelse ladede partikler. Disse ladede partiklene er en del av atomer. Men uten å vite hvordan atomet er bygget opp, kan ingenting pålitelig sies om strålingsmekanismen. Det er bare klart at det ikke er lys inne i et atom, akkurat som det ikke er noen lyd i en pianostreng. Som en streng som begynner å høres først etter å ha blitt truffet av en hammer, føder atomer lys først etter at de er opphisset.
For at et atom skal begynne å stråle, må energi overføres til det. Ved utslipp mister et atom energien det mottar, og for kontinuerlig glød av et stoff er det nødvendig med en tilstrømning av energi til atomene fra utsiden.

Termisk stråling. Den enkleste og vanligste typen stråling er termisk stråling, der energien tapt av atomer for å sende ut lys kompenseres av energi termisk bevegelse atomer eller (molekyler) i det utstrålende legemet.
I tidlig XIX V. det ble funnet at over (bølgelengden) den røde delen av spekteret synlig lys det er en usynlig infrarød del av spekteret, og under den fiolette delen av spekteret av synlig lys er det en usynlig ultrafiolett del av spekteret.
Bølgelengder infrarød stråling er inneholdt i området fra 3·10-4 til 7,6·10-7 m karakteristisk egenskap denne strålingen er dens termisk effekt. Kilden til IR-stråler er hvilken som helst kropp. Jo høyere kroppstemperatur, desto høyere intensitet har denne strålingen. Jo høyere kroppstemperatur, jo raskere beveger atomene seg. Når raske atomer (molekyler) kolliderer med hverandre, blir en del av deres kinetiske energi omdannet til eksitasjonsenergi av atomene, som deretter sender ut lys.

Infrarød stråling studeres ved hjelp av termoelementer og bolometre. Driftsprinsippet for nattsynsenheter er basert på bruk av infrarød stråling.
Den termiske kilden til stråling er Solen, samt en vanlig glødelampe. Lampen er en veldig praktisk, men rimelig kilde. Bare rundt 12 % av den totale energien frigjøres i lampen elektrisk støt, omdannes til lysenergi. Den termiske lyskilden er en flamme. Sotkorn varmes opp på grunn av energien som frigjøres under drivstoffforbrenning og avgir lys.

Elektroluminescens. Energien som atomer trenger for å sende ut lys kan også komme fra ikke-termiske kilder. Under en utladning i gasser gir det elektriske feltet en stor kraft til elektronene. kinetisk energi. Raske elektroner opplever kollisjoner med atomer. En del av den kinetiske energien til elektroner går til å eksitere atomer. Eksiterte atomer frigjør energi i form av lysbølger. På grunn av dette er utslippet i gassen ledsaget av en glød. Dette er elektroluminescens.

Katodoluminescens. Gløden av faste stoffer forårsaket av bombardement av elektroner kalles katodoluminescens. Takket være katodoluminescens lyser skjermene til katodestrålerør.

Kjemiluminescens. For noen kjemiske reaksjoner, kommer med frigjøring av energi, en del av denne energien brukes direkte på emisjon av lys. Lyskilden forblir kald (den har en temperatur miljø). Dette fenomenet kalles kjemiluminescens.

Fotoluminescens. Lys som faller inn på et stoff blir delvis reflektert og delvis absorbert. Energien til absorbert lys forårsaker i de fleste tilfeller bare oppvarming av kropper. Imidlertid begynner noen kropper selv å lyse direkte under påvirkning av stråling som faller inn på dem. Dette er fotoluminescens.

Lys begeistrer atomene til et stoff (øker deres indre energi), hvoretter de selv blir opplyst. For eksempel lysende maling, som brukes til å dekke mange Jule dekorasjoner, avgir lys etter å ha blitt bestrålt. Fotoluminescens av faste stoffer, samt Spesielt formål- (generaliserte) fosfor, kan ikke bare være i det synlige, men også i det ultrafiolette og infrarøde områder. Lyset som sendes ut under fotoluminescens, har som regel en lengre bølgelengde enn lyset som eksiterer gløden. Dette kan observeres eksperimentelt. Hvis du retter en lysstråle som går gjennom et fiolettfilter mot et kar med et fluorescerende (organisk fargestoff), så begynner denne væsken å lyse med grønngult lys, dvs. lys med lengre bølgelengde enn fiolett lys.
Fenomenet fotoluminescens er mye brukt i fluorescerende lamper. sovjetisk fysiker S.I. Vavilov foreslo tildekking indre overflate utladningsrør med stoffer som er i stand til å lyse sterkt under påvirkning av kortbølget stråling gassutslipp.

Energifordeling i spekteret.

Ingen av kildene produserer monokromatisk lys, det vil si lys med en strengt definert bølgelengde. Vi er overbevist om dette ved eksperimenter på dekomponering av lys til et spektrum ved hjelp av et prisme, samt eksperimenter på interferens og diffraksjon.
Energien som lyset bærer med seg fra kilden fordeles på en bestemt måte over bølgene av alle lengder som utgjør lysstrålen. Vi kan også si at energi er fordelt over frekvenser, siden det er forskjell på bølgelengde og frekvens. enkel tilkobling: ђv = c.
Fluktettheten til elektromagnetisk stråling eller intensitet bestemmes av energien ved alle frekvenser. For å karakterisere frekvensfordelingen av stråling, er det nødvendig å introdusere en ny mengde: intensiteten per enhetsfrekvensintervall. Denne størrelsen kalles den spektrale tettheten av strålingsintensiteten.

Du kan ikke stole på øyet ditt for å estimere energifordelingen. Øyet har selektiv følsomhet for lys: dets maksimale følsomhet ligger i det gulgrønne området av spekteret. Det er best å dra nytte av egenskapen til en svart kropp til å nesten fullstendig absorbere lys av alle bølgelengder. I dette tilfellet forårsaker strålingsenergi (dvs. lys) oppvarming av kroppen. Derfor er det nok å måle kroppstemperaturen og bruke den til å bedømme mengden energi som absorberes per tidsenhet.
Et vanlig termometer er for følsomt til å kunne brukes i slike eksperimenter. Mer følsomme instrumenter er nødvendig for å måle temperatur. Du kan ta et elektrisk termometer der sanseelement laget i form av en tynn metallplate. Denne platen må belegges med et tynt lag sot, som nesten fullstendig absorberer lys uansett bølgelengde.
Den varmefølsomme platen til enheten bør plasseres på ett eller annet sted i spekteret. Alt synlig spektrum lengden l fra røde til fiolette stråler tilsvarer frekvensområdet fra IR til UV. Bredden tilsvarer et lite intervall Av. Ved å varme den svarte platen på enheten kan du bedømme tettheten strålingsfluks, faller innenfor frekvensintervallet Av. Når vi beveger platen langs spekteret, finner vi det mest av energi faller på den røde delen av spekteret, og ikke på den gulgrønne, slik det ser ut for øyet.
Basert på resultatene fra disse eksperimentene er det mulig å konstruere en kurve for avhengigheten av spektraltettheten til strålingsintensiteten på frekvensen. Den spektrale tettheten av strålingsintensiteten bestemmes av temperaturen på platen, og frekvensen er ikke vanskelig å finne hvis enheten som brukes til å dekomponere lyset er kalibrert, det vil si hvis det er kjent hvilken frekvens en gitt del av spekteret tilsvarer til.
Ved å plotte langs abscisseaksen verdiene til frekvensene som tilsvarer midtpunktene til intervallene Av, og langs ordinataksen spektraltettheten til strålingsintensiteten, får vi et antall punkter som vi kan tegne en jevn kurve gjennom. Denne kurven gir visuell representasjon om fordeling av energi og den synlige delen av spekteret elektrisk lysbue.

Typer spektre.

Spektral sammensetning av stråling ulike stoffer veldig mangfoldig. Men til tross for dette kan alle spektre, som erfaring viser, deles inn i tre typer som skiller seg fra hverandre.

Kontinuerlige spektre.

Solspekteret eller lysbuespekteret er kontinuerlig. Dette betyr at spekteret inneholder bølger av alle bølgelengder. Det er ingen brudd i spekteret, og en kontinuerlig flerfarget stripe kan sees på spektrografskjermen.
Energifordeling over frekvenser, dvs. spektraltetthet av strålingsintensitet, for forskjellige kropper diverse. For eksempel sender et legeme med en veldig svart overflate ut elektromagnetiske bølger av alle frekvenser, men kurven for den spektrale tettheten av strålingsintensitet kontra frekvens har et maksimum ved en viss frekvens. Strålingsenergien ved svært lave og svært høye frekvenser er ubetydelig. Med økende temperatur skifter den maksimale spektrale tettheten av stråling mot kortere bølger.
Kontinuerlige (eller kontinuerlige) spektre, som erfaringen viser, er gitt av legemer plassert i fast eller flytende tilstand, samt høyt komprimerte gasser. For å oppnå et kontinuerlig spekter må kroppen varmes opp til høy temperatur.
Naturen til det kontinuerlige spekteret og selve dets eksistens bestemmes ikke bare av egenskapene til individuelle emitterende atomer, men også i sterk grad avhenge av samspillet mellom atomer med hverandre.
Et kontinuerlig spektrum produseres også av høytemperaturplasma. Elektromagnetiske bølger sendes ut av plasma hovedsakelig når elektroner kolliderer med ioner.

Linjespektra.

La oss legge til et stykke asbest fuktet med en løsning av vanlig vann i den bleke flammen til en gassbrenner. bordsalt. Når du observerer en flamme gjennom et spektroskop, vil en lys gul linje blinke mot bakgrunnen av det knapt synlige kontinuerlige spekteret til flammen. Denne gule linjen produseres av natriumdamp, som dannes når molekylene av bordsalt brytes ned i en flamme. På spektroskopet kan du også se en palisade av fargede linjer med varierende lysstyrke, atskilt med brede mørke striper. Slike spektre kalles linjespektre. Tilstedeværelsen av et linjespektrum betyr at et stoff bare sender ut lys ved bestemte bølgelengder (mer presist, i visse veldig smale spektrale intervaller). Hver linje har en begrenset bredde.
Linjespektre forekommer bare for stoffer i atomtilstand (men ikke molekylære). I dette tilfellet sendes lys ut av atomer som praktisk talt ikke samhandler med hverandre. Dette er den mest grunnleggende, grunnleggende typen spektre. Hovedegenskapen til linjespektrene er at isolerte atomer av et gitt kjemisk element sender ut strengt definerte, ikke-repeterende sekvenser av bølgelengder. To ulike elementer Det er ingen samme rekkefølge av bølgelengder. Spektralbånd vises ved utgangen til en spektral enhet på stedet for bølgelengden som sendes ut fra kilden. Vanligvis, for å observere linjespektre, brukes gløden av damp av et stoff i en flamme eller gløden fra en gassutslipp i et rør fylt med gassen som studeres.
Ettersom tettheten til atomgassen øker, individuell spektrallinjer utvide og til slutt på veldig høy tetthet gass, når interaksjonen mellom atomer blir betydelig, overlapper disse linjene hverandre og danner et kontinuerlig spektrum.

Stripete spektra.

Det båndede spekteret består av individuelle bånd atskilt av mørke rom. Ved hjelp av et meget godt spektralapparat kan det oppdages at hvert bånd representerer en samling stort nummer svært tett plasserte linjer. I motsetning til linjespektre, er stripete spektre ikke skapt av atomer, men av molekyler som ikke er bundet eller svakt bundet til hverandre.
For å observere molekylære spektre, så vel som for å observere linjespektre, brukes vanligvis gløden av damp i en flamme eller gløden fra en gassutslipp.

Emisjons- og absorpsjonsspektra.

Alle stoffer hvis atomer er i en eksitert tilstand avgir lysbølger, hvis energi er fordelt på en bestemt måte over bølgelengder. Absorpsjonen av lys av et stoff avhenger også av bølgelengden. Dermed sender rødt glass bølger tilsvarende rødt lys (l»8·10-5 cm), og absorberer alle andre.
Hvis du sender hvitt lys gjennom en kald, ikke-emitterende gass, vises mørke linjer mot bakgrunnen av det kontinuerlige spekteret til kilden. Gassen absorberer mest intenst lyset av nettopp de bølgelengdene som den sender ut når den varmes opp. Mørke linjer mot bakgrunnen av et kontinuerlig spektrum er absorpsjonslinjer som sammen danner et absorpsjonsspektrum.
Det er kontinuerlige, linje- og stripete emisjonsspektre og samme antall typer absorpsjonsspektre.

Spektralanalyse og dens anvendelse.

Det er viktig å vite hva kroppene rundt oss er laget av. Mange metoder har blitt oppfunnet for å bestemme deres sammensetning. Men sammensetningen av stjerner og galakser kan bare bestemmes ved hjelp av spektralanalyse.

Metode for å bestemme kvalitet og kvantitativ sammensetning Analysen av et stoff etter dets spektrum kalles spektralanalyse. Spektralanalyse er mye brukt i mineralutforskning for å bestemme den kjemiske sammensetningen av malmprøver. I industrien gjør spektralanalyse det mulig å kontrollere sammensetningen av legeringer og urenheter introdusert i metaller for å oppnå materialer med spesifiserte egenskaper. Linjespektra spiller en spesiell rolle viktig rolle, fordi deres struktur er direkte relatert til strukturen til atomet. Tross alt er disse spektrene skapt av atomer som ikke opplever ytre påvirkninger. Derfor, ved å bli kjent med linjespektra, tar vi dermed det første skrittet mot å studere strukturen til atomer. Ved å observere disse spektrene var forskerne i stand til å "se" inne i atomet. Her kommer optikk i nærkontakt med atomfysikk.
Hovedegenskapen til linjespektre er at bølgelengdene (eller frekvensene) til linjespekteret til ethvert stoff bare avhenger av egenskapene til atomene til dette stoffet, men er helt uavhengige av metoden for eksitasjon av luminescensen til atomene. Atomene til ethvert kjemisk grunnstoff gir et spektrum som ikke ligner spektrene til alle andre grunnstoffer: de er i stand til å avgi strengt spesifikt sett bølgelengder.
Dette er grunnlaget for spektralanalyse - en metode for å bestemme den kjemiske sammensetningen av et stoff fra spekteret.

Som menneskelige fingeravtrykk linjespektra har en unik personlighet. Det unike med mønstrene på huden på fingeren er ofte med på å finne den kriminelle. På samme måte, takket være individualiteten til spektrene, er det mulig å bestemme kjemisk oppbygning kropper. Ved hjelp av spektralanalyse kan du oppdage dette elementet som en del av komplekst stoff, selv om massen ikke overstiger 10-10. Dette er en veldig sensitiv metode.
Ved å studere linjespekteret til et stoff kan vi bestemme hvilket kjemiske elementer den består og i hvilken mengde hvert grunnstoff er inneholdt i et gitt stoff.
Det kvantitative innholdet av elementet i testprøven bestemmes ved å sammenligne intensiteten separate linjer spekteret av dette elementet med intensiteten til linjene til et annet kjemisk element, hvis kvantitative innhold i prøven er kjent.
Kvantitativ analyse av sammensetningen av et stoff basert på dets spektrum er vanskelig, siden lysstyrken til spektrallinjene avhenger ikke bare av stoffets masse, men også av metoden for eksitering av gløden. Ja når lave temperaturer mange spektrallinjer vises ikke i det hele tatt. Men med forbehold om standardbetingelser for eksitasjon av gløden, kan kvantitativ spektralanalyse også utføres.
Fordelene med spektralanalyse er høy følsomhet og hastigheten på å oppnå resultater. Ved å bruke spektralanalyse er det mulig å påvise tilstedeværelsen av gull i en prøve som veier 6·10-7 g, med massen på kun 10-8 g. Bestemmelse av stålkvaliteten ved hjelp av spektralanalysemetoden kan utføres i noen få titalls sekunder.
Spektralanalyse lar deg bestemme den kjemiske sammensetningen himmellegemer, fjernt fra jorden i avstander på milliarder av lysår. Kjemisk sammensetning av atmosfærene til planeter og stjerner, kald gass i interstellare rom bestemt fra absorpsjonsspektra.
Ved å studere spektrene var forskerne i stand til å bestemme ikke bare den kjemiske sammensetningen av himmellegemer, men også deres temperatur. Ved forskyvning av spektrallinjer kan man bestemme bevegelseshastigheten til et himmellegeme.

For tiden er spektrene til alle atomer bestemt og tabeller over spektrene er kompilert. Ved hjelp av spektralanalyse ble mange nye grunnstoffer oppdaget: rubidium, cesium osv. Grunnstoffer ble ofte gitt navn i samsvar med fargen på de mest intense linjene i spekteret. Rubidium produserer mørkerøde, rubinrøde linjer. Ordet cesium betyr "himmelblå". Dette er fargen på hovedlinjene i cesiumspekteret.
Det var ved hjelp av spektralanalyse at den kjemiske sammensetningen av sola og stjernene ble lært. Andre analysemetoder er generelt umulige her. Det viste seg at stjerner består av de samme kjemiske grunnstoffene som finnes på jorden. Det er merkelig at helium opprinnelig ble oppdaget i solen og først da funnet i jordens atmosfære. Navnet på dette elementet minner om historien til oppdagelsen: ordet helium betyr "solenergi".
På grunn av sin komparative enkelhet og allsidighet, er spektralanalyse hovedmetoden for å overvåke sammensetningen av et stoff i metallurgi, maskinteknikk og kjernefysisk industri. Ved hjelp av spektralanalyse bestemmes den kjemiske sammensetningen av malmer og mineraler.
Sammensetningen av komplekse, hovedsakelig organiske, blandinger analyseres ved deres molekylspektre.
Spektralanalyse kan utføres ikke bare fra emisjonsspektre, men også fra absorpsjonsspektre. Det er absorpsjonslinjene i spekteret til Solen og stjernene som gjør det mulig å studere den kjemiske sammensetningen til disse himmellegemene. Lys glødende overflate Solens fotosfære gir et kontinuerlig spekter. solatmosfære absorberer selektivt lys fra fotosfæren, noe som fører til utseendet av absorpsjonslinjer mot bakgrunnen av det kontinuerlige spekteret av fotosfæren.
Men atmosfæren til solen sender ut lys. I løpet av solformørkelser, Når solcelledisk er blokkert av månen, er spektrumlinjene reversert. I stedet for absorpsjonslinjene i solspektrum utslippslinjer blinker.
I astrofysikk betyr spektralanalyse ikke bare bestemmelsen av den kjemiske sammensetningen av stjerner, gasskyer, etc., men også bestemmelsen av mange andre ting fra spektrene fysiske egenskaper disse objektene: temperatur, trykk, hastighet, magnetisk induksjon.
I tillegg til astrofysikk, er spektralanalyse mye brukt i rettsmedisinsk vitenskap for å undersøke bevis funnet på et åsted. Spektralanalyse innen rettsmedisin er også svært nyttig for å identifisere drapsvåpenet og generelt avsløre noen av detaljene i forbrytelsen.
Spektralanalyse brukes enda mer utbredt i medisin. Her er applikasjonen veldig flott. Den kan brukes til diagnose, så vel som for å identifisere fremmede stoffer i menneskekroppen.
Spektralanalyse krever spesielle spektralinstrumenter, som vi vil vurdere nærmere.

Spektralenheter.

Til presis forskning Spektre så enkle enheter som en smal spalte som begrenser lysstrålen og et prisme er ikke lenger tilstrekkelig. Det trengs instrumenter som gir et klart spekter, dvs. instrumenter som godt kan skille bølger av forskjellig lengde og ikke lar individuelle deler av spekteret overlappe hverandre. Slike enheter kalles spektrale enheter. Oftest er hoveddelen av spektralapparatet et prisme eller diffraksjonsgitter.
La oss vurdere designdiagrammet til et prismespektralapparat. Strålingen som studeres kommer først inn i en del av enheten som kalles en kollimator. Kollimatoren er et rør, i den ene enden av det er det en skjerm med smal åpning, og på den andre er det en konvergerende linse. Spalten er i brennvidden til objektivet. Derfor kommer en divergerende lysstråle som faller inn på linsen fra spalten ut fra den som en parallell stråle og faller på prismet.
Fordi forskjellige frekvenser tilsvare ulike indikatorer brytning, så kommer parallelle stråler som ikke faller sammen i retning ut av prismet. De faller på linsen. Ved brennvidden til dette objektivet er det en skjerm - frostet glass eller fotografisk plate. Linsen fokuserer parallelle stråler av stråler på skjermen, og i stedet for et enkelt bilde av spalten, er resultatet hele linjen Bilder. Hver frekvens (smalt spektralintervall) har sitt eget bilde. Alle disse bildene danner til sammen et spekter.
Den beskrevne enheten kalles en spektrograf. Hvis, i stedet for en andre linse og skjerm, et teleskop brukes til å visuelt observere spektre, kalles enheten et spektroskop. Prismer og andre deler av spektrale enheter er ikke nødvendigvis laget av glass. I stedet for glass brukes også transparente materialer som kvarts. havsalt og så videre.

Termisk stråling og luminescens.

Energien brukt av et lysende legeme på stråling kan fylles på fra ulike kilder. Fosfor som oksiderer i luft lyser på grunn av energien som frigjøres under den kjemiske omdanningen. Denne typen glød kalles kjemiluminescens. Gløden som oppstår når forskjellige typer uavhengig gassutladning kalles elektroluminescens. Gløden av faste stoffer forårsaket av bombardement av elektroner kalles katodoluminescens. Emisjon fra et legeme av stråling med en viss bølgelengde som er karakteristisk for det λ 1 kan være forårsaket av å bestråle denne kroppen (eller tidligere ha bestrålet den) med stråling av bølgelengden λ 1 mindre enn λ 2. Slike prosesser kombineres under navnet fotoluminescens (Luminescens er stråling som overstiger den termiske strålingen til et legeme ved en gitt temperatur og har en varighet som betydelig overstiger perioden for de utsendte bølgene. Selvlysende stoffer kalles fosfor ).

Figur 8. 1 Kjemiluminescens

Figur 8. 2 Fotoluminescens

Figur 8. 3 Elektroluminescens.

Det vanligste er gløden fra kropper på grunn av oppvarmingen. Denne typen glød kalles termisk (eller temperatur) stråling. Termisk stråling oppstår ved alle temperaturer, men ved lave temperaturer sendes nesten bare lange (infrarøde) elektromagnetiske bølger ut.

La oss omgi den utstrålende kroppen med et ugjennomtrengelig skall med en perfekt reflekterende overflate (fig.).

Stråling som faller på en kropp absorberes av den (delvis eller fullstendig). Følgelig vil det være en kontinuerlig utveksling av energi mellom kroppen og strålingen som fyller skallet. Hvis energifordelingen mellom kroppen og strålingen forblir uendret for hver bølgelengde, vil tilstanden til kroppsstrålingssystemet være i likevekt. Erfaring viser at den eneste typen stråling som kan være i likevekt med utstrålende legemer er termisk stråling. Alle andre typer stråling viser seg å være ikke likevekt.

Termisk strålings evne til å være i likevekt med utstrålende legemer skyldes at dens intensitet øker med økende temperatur. La oss anta at balansen mellom kropp og stråling (se figur) er brutt og kroppen avgir mer energi enn den absorberer.

Da vil den indre energien i kroppen minke, noe som vil føre til en nedgang i temperaturen. Dette vil igjen føre til en reduksjon i mengden energi som slippes ut av kroppen. Kroppstemperaturen vil synke til mengden energi som slippes ut av kroppen er lik mengden energi som absorberes. Hvis likevekten forstyrres i den andre retningen, det vil si at mengden energi som sendes ut er mindre enn den som absorberes, vil kroppstemperaturen øke inntil likevekten er etablert igjen. Dermed forårsaker en ubalanse i kroppsstrålingssystemet fremveksten av prosesser som gjenoppretter balansen.

Situasjonen er annerledes når det gjelder alle typer luminescens. La oss demonstrere dette ved å bruke eksemplet med kjemiluminescens. Mens den kjemiske reaksjonen som forårsaker stråling finner sted, beveger det utstrålende legemet seg lenger og lenger bort fra sin opprinnelige tilstand. Absorpsjon av stråling av et legeme vil ikke endre retningen på reaksjonen, men vil tvert imot føre til en raskere (på grunn av oppvarming) reaksjon i den opprinnelige retningen. Likevekt vil kun etableres når hele tilførselen av reagerende stoffer og Gløden er forbrukt.

forårsaket av kjemiske prosesser vil bli erstattet av termisk stråling.

Så av alle typer stråling er det bare termisk stråling som kan være i likevekt. Termodynamikkens lover gjelder likevektstilstander og prosesser. Følgelig må termisk stråling følge noen generelle lover som stammer fra termodynamikkens prinsipper. Vi vil nå gå videre til å vurdere disse mønstrene.

8.2 Kirchhoffs lov.

La oss introdusere noen egenskaper ved termisk stråling.

Energiflyt (noen frekvenser), sendes ut av en enhetsoverflate til et utstrålende legeme per tidsenhet i alle retninger(innenfor solid vinkel 4π), kalt kroppens energiske lysstyrke (R) [R] = W/m2 .

Stråling består av bølger med forskjellige frekvenser (ν). La oss betegne strømmen av energi som sendes ut av en enhetsoverflate til et legeme i frekvensområdet fra ν til ν + dν, gjennom d Rν. Deretter ved en gitt temperatur.

Hvor - spektral tetthet energisk lysstyrke, eller kroppens emissivitet .

Erfaring viser at emissiviteten til et legeme avhenger av kroppens temperatur (for hver temperatur ligger maksimal stråling i sitt eget frekvensområde). Dimensjon .

Når vi kjenner emissiviteten, kan vi beregne energisk lysstyrke:

La en fluks av strålingsenergi dФ falle på et elementært område av kroppsoverflaten, forårsaket av elektromagnetiske bølger, hvis frekvenser er inneholdt i intervallet dν. En del av denne strømmen vil bli absorbert av kroppen. Dimensjonsløs

kalt kroppens absorpsjonsevne . Det avhenger også veldig av temperaturen.

Per definisjon kan det ikke være det mer enn en. For en kropp som fullstendig absorberer stråling av alle frekvenser, . En slik kropp kalles helt svart (dette er en idealisering).

Kroppen som og mindre enn enhet for alle frekvenser,kalt grå kropp (dette er også en idealisering).

Det er en viss sammenheng mellom den emissive og absorberende kapasiteten til en kropp. La oss mentalt gjennomføre følgende eksperiment.

La det være tre kropper inne i et lukket skall. Kroppene er i et vakuum, derfor kan energiutveksling bare skje gjennom stråling. Erfaring viser at et slikt system etter en tid vil nå en tilstand av termisk likevekt (alle legemer og skallet vil ha samme temperatur).

I denne tilstanden mister et legeme med større emissivitet mer energi per tidsenhet, men derfor må denne kroppen også ha større absorpsjonskapasitet:

Gustav Kirchhoff formulerte i 1856 lov og foreslått svart kroppsmodell .

Forholdet mellom emissivitet og absorpsjonsevne avhenger ikke av kroppens natur, det er likt for alle legemer(universell)funksjon av frekvens og temperatur.

hvor f( – universell funksjon Kirchhoff.

Denne funksjonen har en universell eller absolutt karakter.

Mengdene og , tatt hver for seg, kan endre seg ekstremt sterkt når man beveger seg fra en kropp til en annen, men deres forhold stadig for alle legemer (ved en gitt frekvens og temperatur).

For en absolutt svart kropp, =1, derfor, for den f(, dvs. den universelle Kirchhoff-funksjonen er ikke annet enn emissiviteten til en helt svart kropp.

Helt svarte kropper eksisterer ikke i naturen. Sot eller platinasvart har en absorpsjonsevne på 1, men kun i et begrenset frekvensområde. Imidlertid er et hulrom med et lite hull veldig nært i sine egenskaper en helt svart kropp. En stråle som kommer inn blir nødvendigvis absorbert etter flere refleksjoner, og en stråle av hvilken som helst frekvens.

Emissiviteten til en slik enhet (hulrom) er veldig nær f(ν ,T). Således, hvis hulromsveggene holdes ved en temperatur T, så kommer stråling ut av hullet, veldig nært i spektral sammensetning til strålingen fra et absolutt svart legeme ved samme temperatur.

Ved å dekomponere denne strålingen til et spektrum kan man finne funksjonens eksperimentelle form f(ν ,T)(Fig. 1.3), med forskjellige temperaturer T 3 > T 2 > T 1 .

Området som dekkes av kurven gir den energetiske lysstyrken til en svart kropp ved tilsvarende temperatur.

Disse kurvene er like for alle kropper.

Kurvene ligner funksjonen for molekylhastighetsfordeling. Men der er arealene dekket av kurvene konstante, men her med økende temperatur øker arealet betydelig. Dette antyder at energetisk kompatibilitet er svært avhengig av temperatur. Maksimal stråling (emissivitet) med økende temperatur skifter mot høyere frekvenser.

Introduksjon……………………………………………………………………………………….2

Strålingsmekanisme………………………………………………………………………………………………..3

Energifordeling i spekteret……………………………………………………………….4

Typer spektre……………………………………………………………………………………………….6

Typer spektralanalyser………………………………………………………………7

Konklusjon………………………………………………………………………………………..9

Litteratur……………………………………………………………………………………………….11

Introduksjon

Spektrum er dekomponering av lys i dets komponenter, stråler av forskjellige farger.

Metoden for å studere den kjemiske sammensetningen av forskjellige stoffer fra deres linjeemisjons- eller absorpsjonsspektra kalles spektral analyse. En ubetydelig mengde stoff er nødvendig for spektralanalyse. Dens hastighet og følsomhet har gjort denne metoden uunnværlig både i laboratorier og i astrofysikk. Siden hvert kjemisk element i det periodiske systemet avgir et linjeemisjons- og absorpsjonsspektrum som er karakteristisk kun for det, gjør dette det mulig å studere den kjemiske sammensetningen av stoffet. Fysikerne Kirchhoff og Bunsen prøvde først å lage den i 1859, og bygget spektroskop. Lys ble ført inn i den gjennom en smal spalte skåret fra den ene kanten av teleskopet (dette røret med en spalte kalles en kollimator). Fra kollimatoren falt strålene ned på et prisme dekket med en boks kledd med svart papir på innsiden. Prismet avbøyde strålene som kom fra spalten. Resultatet ble et spekter. Etter dette dekket de til vinduet med en gardin og plasserte en tent brenner ved kollimatorspalten. Biter av forskjellige stoffer ble introdusert vekselvis i lysflammen, og så gjennom den andre teleskop til det resulterende spekteret. Det viste seg at glødedampene til hvert element produserte stråler med en strengt definert farge, og prismet avbøyde disse strålene til et strengt definert sted, og derfor kunne ingen farge maskere den andre. Dette førte til konklusjonen at det var funnet en radikalt ny metode for kjemisk analyse - ved å bruke spekteret til et stoff. I 1861, basert på denne oppdagelsen, beviste Kirchhoff tilstedeværelsen av en rekke elementer i solens kromosfære, og la grunnlaget for astrofysikk.

Strålingsmekanisme

Lyskilden må forbruke energi. Lys er elektromagnetiske bølger med en bølgelengde på 4*10 -7 - 8*10 -7 m. Elektromagnetiske bølger sendes ut ved akselerert bevegelse av ladede partikler. Disse ladede partiklene er en del av atomer. Men uten å vite hvordan atomet er bygget opp, kan ingenting pålitelig sies om strålingsmekanismen. Det er bare klart at det ikke er lys inne i et atom, akkurat som det ikke er noen lyd i en pianostreng. Som en streng som begynner å høres først etter å ha blitt truffet av en hammer, føder atomer lys først etter at de er opphisset.

For at et atom skal begynne å stråle, må energi overføres til det. Ved utslipp mister et atom energien det mottar, og for kontinuerlig glød av et stoff er det nødvendig med en tilstrømning av energi til atomene fra utsiden.

Termisk stråling. Den enkleste og vanligste typen stråling er termisk stråling, der energien som tapes av atomer for å sende ut lys, kompenseres av energien til termisk bevegelse av atomer eller (molekyler) i det emitterende legeme. Jo høyere kroppstemperatur, jo raskere beveger atomene seg. Når raske atomer (molekyler) kolliderer med hverandre, blir en del av deres kinetiske energi omdannet til eksitasjonsenergi av atomene, som deretter sender ut lys.

Den termiske kilden til stråling er Solen, samt en vanlig glødelampe. Lampen er en veldig praktisk, men rimelig kilde. Bare rundt 12 % av den totale energien som frigjøres av elektrisk strøm i en lampe blir omdannet til lysenergi. Den termiske lyskilden er en flamme. Sotkorn varmes opp på grunn av energien som frigjøres under drivstoffforbrenning og avgir lys.

Elektroluminescens. Energien som atomer trenger for å sende ut lys kan også komme fra ikke-termiske kilder. Under en utladning i gasser gir det elektriske feltet større kinetisk energi til elektronene. Raske elektroner opplever kollisjoner med atomer. En del av den kinetiske energien til elektroner går til å eksitere atomer. Eksiterte atomer frigjør energi i form av lysbølger. På grunn av dette er utslippet i gassen ledsaget av en glød. Dette er elektroluminescens.

Katodoluminescens. Gløden av faste stoffer forårsaket av bombardement av elektroner kalles katodoluminescens. Takket være katodoluminescens lyser skjermene til katodestrålerør på TV-apparater.

Kjemiluminescens. I noen kjemiske reaksjoner som frigjør energi, brukes en del av denne energien direkte på utslipp av lys. Lyskilden forblir kjølig (den er ved omgivelsestemperatur). Dette fenomenet kalles kjemiluminescens.

Fotoluminescens. Lys som faller inn på et stoff blir delvis reflektert og delvis absorbert. Energien til absorbert lys forårsaker i de fleste tilfeller bare oppvarming av kropper. Imidlertid begynner noen kropper selv å lyse direkte under påvirkning av stråling som faller inn på dem. Dette er fotoluminescens. Lys begeistrer atomene til et stoff (øker deres indre energi), hvoretter de selv blir opplyst. For eksempel avgir de lysende malingene som dekker mange juletrepynt lys etter å ha blitt bestrålt.

Lyset som sendes ut under fotoluminescens, har som regel en lengre bølgelengde enn lyset som eksiterer gløden. Dette kan observeres eksperimentelt. Hvis du retter en lysstråle mot et kar som inneholder fluoresceitt (et organisk fargestoff),

passert gjennom et fiolett lysfilter, begynner denne væsken å lyse med grønngult lys, dvs. lys med lengre bølgelengde enn fiolett lys.

Fenomenet fotoluminescens er mye brukt i fluorescerende lamper. Den sovjetiske fysikeren S.I. Vavilov foreslo å dekke den indre overflaten av utladningsrøret med stoffer som er i stand til å gløde sterkt under påvirkning av kortbølget stråling fra en gassutslipp. Fluorescerende lamper er omtrent tre til fire ganger mer økonomiske enn konvensjonelle glødelamper.

Hovedtypene av stråling og kildene som skaper dem er listet opp. De vanligste kildene til stråling er termiske.

Energifordeling i spekteret

På skjermen bak brytningsprismet er monokromatiske farger i spekteret ordnet i følgende rekkefølge: rødt (som har den lengste bølgelengden blant synlige lysbølger (k = 7,6 (10-7 m og minste brytningsindeks), oransje, gult). , grønn, cyan, blå og fiolett (har den korteste bølgelengden i det synlige spekteret (f = 4 (10-7 m og høyeste brytningsindeks). Ingen av kildene produserer monokromatisk lys, det vil si lys med en strengt definert bølgelengde Eksperimenter på dekomponering av lys til et spektrum ved hjelp av et prisme, samt eksperimenter på interferens og diffraksjon.

Energien som lyset bærer med seg fra kilden fordeles på en bestemt måte over bølgene av alle lengder som utgjør lysstrålen. Vi kan også si at energi er fordelt over frekvenser, siden det er en enkel sammenheng mellom bølgelengde og frekvens: v = c.

Fluktettheten til elektromagnetisk stråling, eller intensiteten /, bestemmes av energien &W som kan tilskrives alle frekvenser. For å karakterisere frekvensfordelingen av stråling, er det nødvendig å introdusere en ny mengde: intensiteten per enhetsfrekvensintervall. Denne størrelsen kalles den spektrale tettheten av strålingsintensiteten.

Den spektrale strålingsflukstettheten kan finnes eksperimentelt. For å gjøre dette, må du bruke et prisme for å få utslippsspekter, for eksempel en elektrisk lysbue, og mål strålingsflukstettheten som faller på små spektrale intervaller med bredden Av.

Et vanlig termometer er for følsomt til å kunne brukes i slike eksperimenter. Mer følsomme instrumenter er nødvendig for å måle temperatur. Du kan ta et elektrisk termometer, der det følsomme elementet er laget i form av en tynn metallplate. Denne platen må belegges med et tynt lag sot, som nesten fullstendig absorberer lys uansett bølgelengde.

Den varmefølsomme platen til enheten bør plasseres på ett eller annet sted i spekteret. Hele det synlige spekteret av lengde l fra røde til fiolette stråler tilsvarer frekvensintervallet fra v cr til y f. Bredden tilsvarer et lite intervall Av. Ved å varme opp enhetens svarte plate kan man bedømme strålingsflukstettheten per frekvensintervall Av. Ved å flytte platen langs spekteret vil vi finne at mesteparten av energien er i den røde delen av spekteret, og ikke i den gulgrønne, slik det ser ut for øyet.

Basert på resultatene fra disse eksperimentene er det mulig å konstruere en kurve for avhengigheten av spektraltettheten til strålingsintensiteten på frekvensen. Den spektrale tettheten av strålingsintensiteten bestemmes av temperaturen på platen, og frekvensen er ikke vanskelig å finne hvis enheten som brukes til å dekomponere lyset er kalibrert, det vil si hvis det er kjent hvilken frekvens en gitt del av spekteret tilsvarer til.

Ved å plotte langs abscisseaksen verdiene til frekvensene som tilsvarer midtpunktene til intervallene Av, og langs ordinataksen spektraltettheten til strålingsintensiteten, får vi et antall punkter som vi kan tegne en jevn kurve gjennom. Denne kurven gir en visuell representasjon av fordelingen av energi og den synlige delen av spekteret til den elektriske lysbuen.

Spektralenheter. For nøyaktig studie av spektre er slike enkle enheter som en smal spalte som begrenser lysstrålen og et prisme ikke lenger tilstrekkelig. Det trengs instrumenter som gir et klart spekter, dvs. instrumenter som godt kan skille bølger av forskjellig lengde og ikke lar individuelle deler av spekteret overlappe hverandre. Slike enheter kalles spektrale enheter. Oftest er hoveddelen av spektralapparatet et prisme eller diffraksjonsgitter.

La oss vurdere designdiagrammet til et prismespektralapparat. Strålingen som studeres kommer først inn i en del av enheten som kalles en kollimator. Kollimatoren er et rør, i den ene enden av hvilken det er en skjerm med en smal spalte, og i den andre - en samlelinse. Spalten er i brennvidden til objektivet. Derfor kommer en divergerende lysstråle som faller inn på linsen fra spalten ut fra den som en parallell stråle og faller på prismet.

Siden ulike frekvenser tilsvarer ulike brytningsindekser, kommer parallelle stråler som ikke sammenfaller i retning fra prismet. De faller på linsen. Ved brennvidden til dette objektivet er det en skjerm - frostet glass eller

fotografisk plate. Linsen fokuserer parallelle stråler av stråler på skjermen, og i stedet for ett bilde av spalten, oppnås en hel serie bilder. Hver frekvens (smalt spektralintervall) har sitt eget bilde. Alle disse bildene danner til sammen et spekter.

Den beskrevne enheten kalles en spektrograf. Hvis, i stedet for en andre linse og skjerm, brukes et teleskop for å visuelt observere spektre, kalles enheten et spektroskop, beskrevet ovenfor. Prismer og andre deler av spektrale enheter er ikke nødvendigvis laget av glass. I stedet for glass brukes også gjennomsiktige materialer som kvarts, steinsalt osv.

Typer spektre

Den spektrale sammensetningen av stråling fra stoffer er svært mangfoldig. Men til tross for dette kan alle spektre, som erfaring viser, deles inn i flere typer:

Kontinuerlige spektre. Solspekteret eller lysbuespekteret er kontinuerlig. Dette betyr at spekteret inneholder bølger av alle bølgelengder. Det er ingen brudd i spekteret, og en kontinuerlig flerfarget stripe kan sees på spektrografskjermen.

Fordelingen av energi over frekvenser, dvs. den spektrale tettheten av strålingsintensiteten, er forskjellig for forskjellige legemer. For eksempel sender et legeme med en veldig svart overflate ut elektromagnetiske bølger av alle frekvenser, men kurven for avhengigheten av den spektrale tettheten av strålingsintensiteten på frekvensen har et maksimum ved en viss frekvens. Strålingsenergien ved svært lave og svært høye frekvenser er ubetydelig. Med økende temperatur skifter den maksimale spektrale tettheten av stråling mot kortere bølger.

Kontinuerlige (eller kontinuerlige) spektre, som erfaring viser, er gitt av legemer i fast eller flytende tilstand, samt høyt komprimerte gasser. For å oppnå et kontinuerlig spekter må kroppen varmes opp til høy temperatur.

Naturen til det kontinuerlige spekteret og selve dets eksistens bestemmes ikke bare av egenskapene til individuelle emitterende atomer, men avhenger også i sterk grad av samspillet mellom atomer med hverandre.

Et kontinuerlig spektrum produseres også av høytemperaturplasma. Elektromagnetiske bølger sendes ut av plasma hovedsakelig når elektroner kolliderer med ioner.

Linjespektra. La oss legge til et stykke asbest fuktet med en løsning av vanlig bordsalt i den bleke flammen til en gassbrenner.

Når du observerer en flamme gjennom et spektroskop, vil en lys gul linje blinke mot bakgrunnen av det knapt synlige kontinuerlige spekteret til flammen. Denne gule linjen produseres av natriumdamp, som dannes når molekylene av bordsalt brytes ned i en flamme. Hver av dem er en palisade av fargede linjer med varierende lysstyrke, atskilt av bred mørke

striper. Slike spektre kalles linjespektre. Tilstedeværelsen av et linjespektrum betyr at et stoff bare sender ut lys ved bestemte bølgelengder (mer presist, i visse veldig smale spektrale intervaller). Hver linje har en begrenset bredde.

Linjespektra gir alle stoffer i gassformig atomær (men ikke molekylær) tilstand. I dette tilfellet sendes lys ut av atomer som praktisk talt ikke samhandler med hverandre. Dette er den mest grunnleggende, grunnleggende typen spektre.

Isolerte atomer sender ut strengt definerte bølgelengder. Vanligvis, for å observere linjespektre, brukes gløden av damp av et stoff i en flamme eller gløden fra en gassutslipp i et rør fylt med gassen som studeres.

Etter hvert som tettheten til atomgassen øker, utvider de individuelle spektrallinjene seg, og til slutt, med svært høy kompresjon av gassen, når samspillet mellom atomer blir betydelig, overlapper disse linjene hverandre, og danner et kontinuerlig spektrum.

Stripete spektra. Det båndede spekteret består av individuelle bånd atskilt av mørke rom. Ved hjelp av et meget godt spektralapparat er det mulig

oppdage at hver stripe er en samling av et stort antall linjer med svært tett mellomrom. I motsetning til linjespektre, er stripete spektre ikke skapt av atomer, men av molekyler som ikke er bundet eller svakt bundet til hverandre.

For å observere molekylære spektre, så vel som for å observere linjespektre, brukes vanligvis gløden av damp i en flamme eller gløden fra en gassutslipp.

Absorpsjonsspektra. Alle stoffer hvis atomer er i en eksitert tilstand avgir lysbølger, hvis energi er fordelt på en bestemt måte over bølgelengder. Absorpsjonen av lys av et stoff avhenger også av bølgelengden. Dermed sender rødt glass bølger tilsvarende rødt lys og absorberer alle andre.

Hvis du sender hvitt lys gjennom en kald, ikke-emitterende gass, vises mørke linjer mot bakgrunnen av det kontinuerlige spekteret til kilden. Gassen absorberer mest intenst lyset av nettopp de bølgelengdene som den sender ut når den varmes opp. Mørke linjer mot bakgrunnen av et kontinuerlig spektrum er absorpsjonslinjer som sammen danner et absorpsjonsspektrum.

Det er kontinuerlige, linje- og stripete emisjonsspektre og samme antall typer absorpsjonsspektre.

Linjespektra spiller en spesielt viktig rolle fordi deres struktur er direkte relatert til strukturen til atomet. Tross alt er disse spektrene skapt av atomer som ikke opplever ytre påvirkninger. Derfor, ved å bli kjent med linjespektra, tar vi dermed det første skrittet mot å studere strukturen til atomer. Ved å observere disse spektrene oppnådde forskere

muligheten til å "se" inn i atomet. Her kommer optikk i nærkontakt med atomfysikk.

Typer spektralanalyser

Hovedegenskapen til linjespektre er at bølgelengdene (eller frekvensene) til linjespekteret til ethvert stoff bare avhenger av egenskapene til atomene til dette stoffet, men er helt uavhengige av metoden for eksitasjon av luminescensen til atomene. Atomer

ethvert kjemisk grunnstoff gir et spektrum som ikke ligner spektrene til alle andre grunnstoffer: de er i stand til å sende ut et strengt definert sett med bølgelengder.

Dette er grunnlaget for spektralanalyse - en metode for å bestemme den kjemiske sammensetningen av et stoff fra spekteret. I likhet med menneskelige fingeravtrykk har linjespektra en unik personlighet. Det unike med mønstrene på huden på fingeren er ofte med på å finne den kriminelle. På samme måte, på grunn av individualiteten til spektrene, er det

evnen til å bestemme den kjemiske sammensetningen av kroppen. Ved å bruke spektralanalyse kan du oppdage dette elementet i sammensetningen av et komplekst stoff. Dette er en veldig sensitiv metode.

Foreløpig kjent følgende typer spektralanalyser - atomspektralanalyse (ASA)(bestemmer grunnstoffsammensetningen til en prøve fra atomære (ion) emisjons- og absorpsjonsspektra), utslipp ASA(basert på emisjonsspektrene til atomer, ioner og molekyler eksitert av ulike kilder til elektromagnetisk stråling i området fra g-stråling til mikrobølge), atomabsorpsjon SA(utført ved bruk av absorpsjonsspektra av elektromagnetisk stråling av de analyserte objektene (atomer, molekyler, ioner av materie i forskjellige aggregeringstilstander)), atomfluorescens SA, molekylær spektralanalyse (MSA) (molekylær sammensetning stoffer ved molekylære spektra av absorpsjon, luminescens og Raman-spredning av lys.), kvalitet ISA(det er nok å fastslå tilstedeværelse eller fravær av analytiske linjer for elementene som bestemmes. Basert på lysstyrken til linjene under visuell inspeksjon, kan man gi et grovt estimat av innholdet av visse elementer i prøven), kvantitativ ILA(utført ved å sammenligne intensiteten til to spektrallinjer i prøvens spektrum, hvorav den ene tilhører elementet som bestemmes, og den andre (sammenligningslinjen) til hovedelementet i prøven, hvis konsentrasjon er kjent, eller et element spesielt introdusert i en kjent konsentrasjon).

MSA er basert på en kvalitativ og kvantitativ sammenligning av det målte spekteret til prøven som studeres med spektrene til individuelle stoffer. Følgelig skilles det mellom kvalitativ og kvantitativ ILA. I ISA bruker de forskjellige typer molekylære spektre, rotasjonsspektra [spektre i mikrobølge- og langbølge-infrarøde (IR)-regioner], vibrasjons- og vibrasjonsrotasjonsspektre [absorpsjons- og emisjonsspektre i midt-IR-området, Raman-spektre, IR-fluorescensspektre], elektronisk, elektronisk -vibrasjon og elektronisk vibrasjonsrotasjon [absorpsjons- og transmisjonsspektre i de synlige og ultrafiolette (UV) områdene, fluorescensspektre]. MSA tillater analyse av små mengder (i noen tilfeller en brøkdel mcg og mindre) stoffer i forskjellige aggregeringstilstander.

Kvantitativ analyse av sammensetningen av et stoff basert på dets spektrum er vanskelig, siden lysstyrken til spektrallinjene avhenger ikke bare av stoffets masse, men også av metoden for eksitering av gløden. Ved lave temperaturer vises derfor ikke mange spektrallinjer i det hele tatt. Men med forbehold om standardbetingelser for eksitasjon av gløden, kan kvantitativ spektralanalyse også utføres.

Den mest nøyaktige av disse analysene er atomabsorpsjon SA. AAA-teknikken er mye enklere sammenlignet med andre metoder, den er preget av høy nøyaktighet når det gjelder å bestemme ikke bare små, men også store konsentrasjoner av elementer i prøver. AAA erstatter med suksess arbeidskrevende og tidkrevende kjemiske metoder analyse, ikke dårligere enn dem i nøyaktighet.

Konklusjon

Det var ved hjelp av spektralanalyse at den kjemiske sammensetningen av sola og stjernene ble lært. Andre analysemetoder er generelt umulige her. Det viste seg at stjerner består av de samme kjemiske grunnstoffene som finnes på jorden. Det er merkelig at helium opprinnelig ble oppdaget i solen, og først da funnet i jordens atmosfære. Navnet på denne

element minner om historien til oppdagelsen: ordet helium betyr "solar" i oversettelse.

På grunn av sin komparative enkelhet og allsidighet, er spektralanalyse hovedmetoden for å overvåke sammensetningen av et stoff i metallurgi, maskinteknikk og kjernefysisk industri. Ved hjelp av spektralanalyse bestemmes den kjemiske sammensetningen av malmer og mineraler.

Sammensetningen av komplekse, hovedsakelig organiske, blandinger analyseres ved deres molekylspektre.

Spektralanalyse kan utføres ikke bare fra emisjonsspektre, men også fra absorpsjonsspektre. Det er absorpsjonslinjene i spekteret til Solen og stjernene som gjør det mulig å studere den kjemiske sammensetningen til disse himmellegemene. Den sterkt lysende overflaten til solen - fotosfæren - produserer et kontinuerlig spektrum. Solatmosfæren absorberer selektivt lys fra fotosfæren, noe som fører til utseendet av absorpsjonslinjer mot bakgrunnen av det kontinuerlige spekteret av fotosfæren.

Men atmosfæren til solen sender ut lys. Under solformørkelser, når solskiven er dekket av månen, snus linjene i spekteret. I stedet for absorpsjonslinjer i solspekteret blinker emisjonslinjer.

I astrofysikk betyr spektralanalyse ikke bare bestemmelsen av den kjemiske sammensetningen av stjerner, gasskyer, etc., men også bestemmelsen av mange

andre fysiske egenskaper ved disse objektene: temperatur, trykk, bevegelseshastighet, magnetisk induksjon.

Express ASA-metoder er mye brukt i industri, landbruk, geologi og mange andre områder av nasjonal økonomi og vitenskap. ASA spiller en betydelig rolle innen kjernefysisk teknologi, produksjon av rene halvledermaterialer, superledere etc. Mer enn 3/4 av alle analyser innen metallurgi utføres ved bruk av ASA-metoder. Ved hjelp av kvantemålere utføres en operasjonsprosedyre (innen 2-3 min) kontroll under smelting i åpen ildsted og omformerproduksjon. I geologi og geologisk utforskning For å vurdere forekomster utføres ca 8 millioner analyser per år. ASA brukes til miljøvern og jordanalyse, innen rettsmedisin og medisin, havbunnsgeologi og studiet av sammensetningen av den øvre atmosfæren, med

separasjon av isotoper og bestemmelse av alder og sammensetning av geologiske og arkeologiske gjenstander mv.

Så, spektralanalyse brukes i nesten alle de viktigste områdene av menneskelig aktivitet. Dermed er spektralanalyse en av de viktigste aspektene ved utviklingen av ikke bare vitenskapelig fremgang, men også selve standarden for menneskelig liv.

Litteratur

Zaidel A.N., Fundamentals of spectral analysis, M., 1965,

Metoder for spektralanalyse, M, 1962;

Chulanovsky V.M., Introduksjon til molekylær spektralanalyse, M. - L., 1951;

Rusanov A.K., Grunnleggende om kvantitativ spektralanalyse av malm og mineraler. M., 1971