Ý nghĩa của sự phát quang của chất rắn trong tự nhiên. Bức xạ điện từ

Bức xạ từ lâu đã được biết đến trong tự nhiên, có bản chất khác với tất cả các loại bức xạ đã biết (bức xạ nhiệt, phản xạ, tán xạ ánh sáng, v.v.). Bức xạ này là bức xạ phát quang, ví dụ trong số đó là sự phát sáng của các vật thể khi được chiếu xạ bằng tia nhìn thấy, tia cực tím và tia cực tím. bức xạ tia X, -bức xạ, v.v. Những chất có khả năng phát sáng dưới tác dụng của nhiều loại kích thích khác nhau được gọi là phốt pho.

Sự phát quang- bức xạ không cân bằng, ở một nhiệt độ nhất định, bức xạ này vượt quá bức xạ nhiệt của cơ thể và có thời gian dài hơn chu kỳ dao động của ánh sáng. Phần đầu tiên của định nghĩa này dẫn đến kết luận rằng sự phát quang không phải là bức xạ nhiệt (xem § 197), vì bất kỳ vật nào ở nhiệt độ trên 0 K đều phát ra sóng điện từ và bức xạ đó là nhiệt. Phần thứ hai cho thấy phát quang không phải là một loại ánh sáng như sự phản xạ và tán xạ ánh sáng, bức xạ hãm của các hạt tích điện, v.v. Chu kỳ dao động của ánh sáng là khoảng 10 -15 s, do đó có thể phân loại được khoảng thời gian phát sáng. vì thời gian phát quang dài hơn - khoảng 10 -10 giây. Dấu hiệu

Thời gian phát sáng giúp có thể phân biệt sự phát quang với các quá trình không cân bằng khác. Vì vậy, dựa trên tiêu chí này, có thể khẳng định rằng bức xạ Vavilov-Cherenkov (xem §189) không thể quy cho sự phát quang.

Tùy thuộc vào phương pháp kích thích, có: sự phát quang(dưới tác dụng của ánh sáng), sự phát quang của tia X(dưới ảnh hưởng của tia X), sự phát quang cực âm(dưới tác dụng của electron), sự phát quang điện(dưới tác dụng của điện trường), sự phát quang phóng xạ(khi bị kích thích bởi bức xạ hạt nhân, ví dụ bức xạ , neutron, proton), sự phát quang hóa học(trong quá trình biến đổi hóa học), sự phát quang ba chiều(khi nghiền và làm vỡ một số tinh thể nhất định, chẳng hạn như đường). Dựa trên thời gian phát sáng, chúng được phân biệt theo quy ước: huỳnh quang(t10 -8 giây) và sự lân quang- sự phát sáng tiếp tục trong một khoảng thời gian đáng chú ý sau khi ngừng kích thích.

Nghiên cứu định lượng đầu tiên về sự phát quang được thực hiện hơn một trăm năm trước J. Stokes, người đã đưa ra quy luật sau vào năm 1852: bước sóng của bức xạ phát quang luôn lớn hơn bước sóng của ánh sáng kích thích nó (Hình 326). Theo quan điểm lượng tử, quy tắc Stokes có nghĩa là năng lượng hv của photon tới được sử dụng một phần cho một số quá trình phi quang học, tức là

hv=hv lumen +E,

từ đâu v lum , như sau từ quy tắc được xây dựng.

Đặc tính năng lượng chính của sự phát quang là sản lượng năng lượng,được S.I. Vavilov giới thiệu vào năm 1924 - tỷ lệ giữa năng lượng phát ra từ phốt pho khi được chiếu sáng hoàn toàn và năng lượng được hấp thụ bởi nó. Điển hình cho photpho hữu cơ (sử dụng ví dụ về dung dịch fluorescein), sự phụ thuộc của năng lượng phát ra  vào bước sóng  của ánh sáng kích thích được thể hiện trên hình 2. 327. Từ hình vẽ cho thấy lúc đầu  tăng tỷ lệ với , sau đó đạt giá trị cực đại, nhanh chóng giảm về 0 khi tăng thêm ĐẾN(định luật Vavilov). Hiệu suất năng lượng của các loại phốt pho khác nhau thay đổi trong giới hạn khá rộng; giá trị tối đa của nó có thể đạt tới khoảng 80%.

Chất rắn là các tinh thể được chuẩn bị nhân tạo phát quang hiệu quả với các tạp chất lạ, được gọi là photpho tinh thể. Lấy photpho tinh thể làm ví dụ, chúng ta sẽ xem xét cơ chế phát quang theo quan điểm của lý thuyết dải của chất rắn. Giữa dải hóa trị và dải dẫn của phốt pho tinh thể có mức tạp chất của chất kích hoạt (Hình 328). Tại

Khi một nguyên tử hoạt hóa hấp thụ một photon có năng lượng hv, một electron từ mức tạp chất được chuyển sang dải dẫn và di chuyển tự do khắp tinh thể cho đến khi nó gặp ion hoạt hóa và kết hợp lại với nó, chuyển trở lại mức tạp chất. Sự tái hợp đi kèm với sự phát xạ của lượng tử phát quang. Thời gian phát sáng của chất lân quang được xác định bởi thời gian tồn tại ở trạng thái kích thích của các nguyên tử hoạt hóa, thường không vượt quá một phần tỷ giây. Do đó, ánh sáng tồn tại trong thời gian ngắn và gần như biến mất sau khi ngừng chiếu xạ.

Để xảy ra hiện tượng phát sáng lâu dài (lân quang), phốt pho tinh thể cũng phải chứa trung tâm bắt giữ, hoặc bẫyđối với các electron, ở các mức cục bộ không được lấp đầy (ví dụ, Jl 1 và L 2), nằm gần đáy của vùng dẫn (Hình 329). Chúng có thể được hình thành bởi các nguyên tử tạp chất, các nguyên tử ở kẽ hở, v.v. Dưới tác dụng của ánh sáng, các nguyên tử hoạt hóa bị kích thích, tức là các electron từ mức tạp chất sẽ di chuyển vào vùng dẫn và trở nên tự do. Tuy nhiên, chúng bị bẫy bắt giữ, do đó chúng mất khả năng di chuyển và do đó mất khả năng kết hợp lại với ion kích hoạt. Việc giải phóng một electron khỏi bẫy đòi hỏi phải tiêu tốn một năng lượng nhất định mà các electron có thể thu được, ví dụ, từ các dao động nhiệt của mạng. Một electron được giải phóng khỏi bẫy đi vào vùng dẫn và di chuyển qua tinh thể cho đến khi nó bị bẫy bắt lại hoặc kết hợp lại với ion hoạt hóa.

Trong trường hợp sau, một lượng tử bức xạ phát quang xuất hiện. Thời gian của quá trình này được xác định bởi thời gian lưu trú của các electron trong bẫy.

Hiện tượng phát quang được ứng dụng rộng rãi trong thực tế, ví dụ phân tích phát quang - một phương pháp xác định thành phần của một chất bằng ánh sáng đặc trưng của nó. Phương pháp này rất nhạy (khoảng 10 -10 g/cm 3), có thể phát hiện sự hiện diện của các tạp chất không đáng kể và được sử dụng trong các nghiên cứu tinh vi nhất về sinh học, y học, công nghiệp thực phẩm, v.v. Phát hiện lỗ hổng phát quang cho phép bạn phát hiện các vết nứt nhỏ nhất trên bề mặt của các bộ phận máy và các sản phẩm khác (bề mặt đang được kiểm tra được phủ một dung dịch phát quang, sau khi loại bỏ, dung dịch này vẫn còn trong các vết nứt).

Phốt pho được sử dụng trong đèn huỳnh quang, là môi trường hoạt động của máy phát lượng tử quang học (xem § 233) và chất nhấp nháy (sẽ được thảo luận dưới đây), được sử dụng trong bộ chuyển đổi quang điện tử (xem § 169), được sử dụng để tạo ra ánh sáng khẩn cấp và ngụy trang và để sản xuất đèn báo phát sáng của các thiết bị khác nhau.

Lời giới thiệu………………………………..2

Cơ chế bức xạ……………………………………..3

Sự phân bố năng lượng trong quang phổ…………..4

Các loại quang phổ.................................................................................................6

Các loại phân tích quang phổ…………………………………… 7

Kết luận………………………………..9

Văn học…………………………………….11

Giới thiệu

Quang phổ là sự phân hủy ánh sáng thành các phần cấu thành của nó, các tia có màu sắc khác nhau.

Phương pháp nghiên cứu thành phần hóa học các chất khác nhau theo phổ phát xạ hoặc hấp thụ của chúng được gọi là phân tích quang phổ. Vì phân tích quang phổ cần một lượng chất không đáng kể. Tốc độ và độ nhạy của nó đã khiến phương pháp này trở nên không thể thiếu trong cả phòng thí nghiệm và vật lý thiên văn. Vì mỗi nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn chỉ phát ra một đặc tính phổ phát xạ và hấp thụ của nó nên điều này giúp nghiên cứu thành phần hóa học của chất này. Các nhà vật lý Kirchhoff và Bunsen lần đầu tiên thử chế tạo nó vào năm 1859, xây dựng quang phổ.Ánh sáng được truyền vào nó qua một khe hẹp cắt từ một cạnh của kính thiên văn (ống có khe này được gọi là ống chuẩn trực). Từ ống chuẩn trực, các tia sáng rơi vào một lăng kính được đậy bằng một chiếc hộp có lót giấy đen ở bên trong. Lăng kính làm chệch hướng các tia phát ra từ khe. Kết quả là một quang phổ. Sau đó, họ che cửa sổ bằng một tấm rèm và đặt một ngọn lửa đang cháy ở khe ống chuẩn trực. Các mảnh chất khác nhau lần lượt được đưa vào ngọn lửa nến và nhìn qua phần thứ hai. kính thiên vănđến quang phổ thu được. Hóa ra hơi nóng sáng của mỗi nguyên tố tạo ra các tia có màu được xác định nghiêm ngặt, và lăng kính đã làm chệch hướng các tia này đến một vị trí được xác định nghiêm ngặt, và do đó không màu nào có thể che khuất màu kia. Điều này dẫn đến kết luận rằng một phương pháp phân tích hóa học hoàn toàn mới đã được tìm ra - sử dụng quang phổ của một chất. Năm 1861, dựa trên khám phá này, Kirchhoff đã chứng minh được sự hiện diện của một số nguyên tố trong sắc quyển của Mặt trời, đặt nền móng cho vật lý thiên văn.

Cơ chế bức xạ

Nguồn sáng phải tiêu thụ năng lượng. Ánh sáng là sóng điện từ có bước sóng 4*10 -7 - 8*10 -7 m. Sóng điện từđược phát ra tại chuyển động tăng tốc các hạt mang điện. Những hạt tích điện này là một phần của nguyên tử. Nhưng nếu không biết nguyên tử có cấu trúc như thế nào thì không thể nói gì đáng tin cậy về cơ chế bức xạ. Điều rõ ràng duy nhất là không có ánh sáng bên trong nguyên tử, cũng như không có âm thanh trong dây đàn piano. Giống như sợi dây chỉ bắt đầu phát ra âm thanh sau khi bị búa đập vào, các nguyên tử chỉ phát ra ánh sáng sau khi chúng bị kích thích.

Để một nguyên tử bắt đầu bức xạ, năng lượng phải được truyền cho nó. Khi phát ra, một nguyên tử sẽ mất đi năng lượng mà nó nhận được, và để một chất đó phát sáng liên tục thì cần phải có một luồng năng lượng truyền đến các nguyên tử của nó từ bên ngoài.

Bức xạ nhiệt. Loại bức xạ đơn giản và phổ biến nhất là bức xạ nhiệt, trong đó năng lượng bị mất đi bởi các nguyên tử để phát ra ánh sáng được bù đắp bằng năng lượng chuyển động nhiệt của các nguyên tử hoặc (phân tử) của vật thể phát ra. Nhiệt độ cơ thể càng cao thì các nguyên tử chuyển động càng nhanh. Khi các nguyên tử (phân tử) nhanh va chạm với nhau, một phần của chúng động năng chuyển hóa thành năng lượng kích thích của nguyên tử, sau đó phát ra ánh sáng.

Nguồn bức xạ nhiệt là Mặt trời, cũng như đèn sợi đốt thông thường. Đèn là một nguồn rất tiện lợi nhưng chi phí thấp. Chỉ có khoảng 12% tổng năng lượng được giải phóng trong đènđiện giật

, được chuyển thành năng lượng ánh sáng. Nguồn nhiệt của ánh sáng là ngọn lửa. Các hạt bồ hóng nóng lên do năng lượng tỏa ra trong quá trình đốt cháy nhiên liệu và phát ra ánh sáng. Sự phát quang điện.

Năng lượng cần thiết để các nguyên tử phát ra ánh sáng cũng có thể được lấy từ các nguồn không nhiệt. Trong quá trình phóng điện trong chất khí, điện trường truyền động năng lớn hơn cho các electron. Các electron nhanh gặp va chạm với các nguyên tử. Một phần động năng của electron dùng để kích thích các nguyên tử. Các nguyên tử bị kích thích giải phóng năng lượng dưới dạng sóng ánh sáng. Do đó, sự phóng điện trong khí đi kèm với sự phát sáng. Đây là sự phát quang điện. Sự phát quang cathode. Ánh sáng chất rắn

, gây ra bởi sự bắn phá của các electron của chúng, được gọi là sự phát quang âm. Nhờ hiện tượng phát quang âm cực, màn hình của ống tia âm cực của tivi phát sáng. Phát quang hóa học. Đối với một số phản ứng hóa học , cùng với việc giải phóng năng lượng, một phần năng lượng này được sử dụng trực tiếp cho việc phát ra ánh sáng. Nguồn sáng vẫn lạnh (nó có nhiệt độ môi trường

). Hiện tượng này được gọi là phát quang hóa học. Sự phát quang. Ánh sáng tới một chất bị phản xạ một phần và bị hấp thụ một phần. Năng lượng của ánh sáng bị hấp thụ trong hầu hết các trường hợp chỉ gây ra sự nóng lên của vật thể. Tuy nhiên, bản thân một số vật thể bắt đầu phát sáng trực tiếp dưới tác động của bức xạ tới chúng. Đây là sự phát quang. Ánh sáng kích thích các nguyên tử vật chất (làm tăng năng lượng bên trong ), sau đó chúng sẽ được đánh dấu. Ví dụ, sơn phát sáng, được sử dụng để che phủ nhiềuđồ trang trí giáng sinh

, phát ra ánh sáng sau khi được chiếu xạ.

Theo quy luật, ánh sáng phát ra trong quá trình phát quang có bước sóng dài hơn ánh sáng kích thích sự phát sáng. Điều này có thể được quan sát bằng thực nghiệm. Nếu bạn chiếu một chùm ánh sáng vào một bình chứa fluoresceite (một loại thuốc nhuộm hữu cơ),

đi qua bộ lọc ánh sáng tím, chất lỏng này bắt đầu phát sáng với ánh sáng màu xanh lục-vàng, tức là ánh sáng có bước sóng dài hơn ánh sáng tím. Hiện tượng quang phát quang được sử dụng rộng rãi trong đèn huỳnh quang. Nhà vật lý Liên Xô S.I. Vavilov đề xuất che phủống phóng điện chứa các chất có khả năng phát sáng dưới tác dụng của bức xạ sóng ngắn xả khí. Đèn huỳnh quang tiết kiệm hơn khoảng ba đến bốn lần so với đèn sợi đốt thông thường.

Các loại bức xạ chính và nguồn tạo ra chúng được liệt kê. Nguồn bức xạ phổ biến nhất là nhiệt.

Phân bố năng lượng trong quang phổ

Trên màn sau lăng kính khúc xạ, các màu đơn sắc trong quang phổ được sắp xếp theo thứ tự sau: màu đỏ (có bước sóng lớn nhất). ánh sáng nhìn thấy được bước sóng (k = 7,6 (10-7 m và chiết suất nhỏ nhất), cam, vàng, lục, lục lam, chàm và tím (có bước sóng ngắn nhất trong phổ khả kiến (f = 4 (10-7 m và chiết suất lớn nhất) ) khúc xạ). Không có nguồn nào tạo ra ánh sáng đơn sắc, tức là ánh sáng có bước sóng xác định chặt chẽ. Chúng tôi tin chắc điều này bằng các thí nghiệm về sự phân hủy ánh sáng thành quang phổ sử dụng lăng kính, cũng như các thí nghiệm về giao thoa và nhiễu xạ.

Năng lượng mà ánh sáng mang theo từ nguồn được phân bổ theo một cách nhất định trên các sóng có độ dài ở mọi độ dài tạo nên chùm sáng. Chúng ta cũng có thể nói rằng năng lượng được phân bổ theo tần số vì có sự khác biệt giữa bước sóng và tần số. kết nối đơn giản: v = c.

Mật độ thông lượng của bức xạ điện từ, hay cường độ /, được xác định bởi năng lượng &W quy cho tất cả các tần số. Để mô tả sự phân bố tần số của bức xạ, cần phải đưa ra một đại lượng mới: cường độ trên một khoảng tần số đơn vị. Đại lượng này được gọi là mật độ quang phổ của cường độ bức xạ.

Mật độ quang phổ dòng bức xạ có thể được tìm thấy bằng thực nghiệm. Để làm điều này, bạn cần sử dụng lăng kính để thu được quang phổ phát xạ, Ví dụ, hồ quang điện và đo mật độ thông lượng bức xạ rơi trên các khoảng phổ nhỏ có chiều rộng Av.

Một nhiệt kế thông thường quá nhạy để có thể sử dụng thành công trong những thí nghiệm như vậy. Cần có những dụng cụ nhạy hơn để đo nhiệt độ. Bạn có thể lấy một nhiệt kế điện trong đó yếu tố cảm biếnđược làm dưới dạng một tấm kim loại mỏng. Tấm này phải được phủ một lớp bồ hóng mỏng, lớp này gần như hấp thụ hoàn toàn ánh sáng ở bất kỳ bước sóng nào.

Tấm nhạy nhiệt của thiết bị phải được đặt ở vị trí này hoặc vị trí khác trong quang phổ. Mọi thứ quang phổ nhìn thấy đượcđộ dài l từ tia đỏ đến tia tím tương ứng với khoảng tần số từ v cr đến y f. Chiều rộng tương ứng với một khoảng nhỏ Av. Bằng cách làm nóng tấm đen của thiết bị, người ta có thể đánh giá mật độ dòng bức xạ trên mỗi khoảng tần số Av. Di chuyển tấm dọc theo quang phổ, chúng ta thấy rằng hầu hết năng lượng rơi vào phần màu đỏ của quang phổ chứ không phải vào phần màu vàng-lục như mắt thường thấy.

Dựa trên kết quả của các thí nghiệm này, có thể xây dựng đường cong phụ thuộc mật độ quang phổ cường độ bức xạ so với tần số. Mật độ phổ của cường độ bức xạ được xác định bởi nhiệt độ của tấm và không khó tìm ra tần số nếu thiết bị dùng để phân hủy ánh sáng được hiệu chỉnh, nghĩa là nếu biết tần số của một phần phổ nhất định tương ứng với tần số nào. ĐẾN.

Bằng cách vẽ dọc theo trục hoành các giá trị của tần số tương ứng với điểm giữa của các khoảng Av và dọc theo trục tọa độ mật độ phổ của cường độ bức xạ, chúng ta thu được một số điểm mà qua đó chúng ta có thể vẽ một đường cong mượt mà. Đường cong này cho đại diện trực quan về sự phân bố năng lượng và phần quang phổ nhìn thấy được của hồ quang điện.

Các thiết bị quang phổ. Vì nghiên cứu chính xác Quang phổ, những thiết bị đơn giản như khe hẹp hạn chế chùm sáng và lăng kính không còn đủ nữa. Cần có các thiết bị cung cấp phổ rõ ràng, tức là các thiết bị có thể phân tách tốt các sóng có độ dài khác nhau và không cho phép các phần riêng lẻ của quang phổ chồng lên nhau. Những thiết bị như vậy được gọi là thiết bị quang phổ. Thông thường, phần chính của thiết bị quang phổ là lăng kính hoặc cách tử nhiễu xạ.

Chúng ta hãy xem xét sơ đồ thiết kế của một thiết bị quang phổ lăng kính. Bức xạ được nghiên cứu trước tiên đi vào một bộ phận của thiết bị gọi là ống chuẩn trực. Ống chuẩn trực là một ống, ở một đầu có màn chắn với một khe hẹp, và ở đầu kia - một thấu kính thu. Khe đó trùng với tiêu cự của thấu kính. Do đó, một chùm ánh sáng phân kỳ tới thấu kính từ khe phát ra từ nó dưới dạng chùm tia song song và rơi vào lăng kính.

Vì các tần số khác nhau tương ứng với các chiết suất khác nhau, nên các chùm tia song song không trùng phương sẽ xuất hiện từ lăng kính. Chúng rơi vào ống kính. Ở tiêu cự của ống kính này có một màn hình - kính mờ hoặc

tấm chụp ảnh. Thấu kính hội tụ các chùm tia song song lên màn, và thay vì chỉ có một ảnh duy nhất của khe, kết quả là cả một loạt hình ảnh. Mỗi tần số (khoảng phổ hẹp) có hình ảnh riêng. Tất cả những hình ảnh này cùng nhau tạo thành một quang phổ.

Thiết bị được mô tả được gọi là máy quang phổ. Nếu thay vì ống kính và màn hình thứ hai, người ta sử dụng kính thiên văn để quan sát quang phổ một cách trực quan thì thiết bị này được gọi là máy quang phổ như đã mô tả ở trên. Lăng kính và các bộ phận khác của thiết bị quang phổ không nhất thiết phải được làm bằng thủy tinh. Thay vì thủy tinh, các vật liệu trong suốt như thạch anh, muối mỏ,… cũng được sử dụng.

Các loại quang phổ

Thành phần quang phổ của bức xạ từ các chất rất đa dạng. Tuy nhiên, bất chấp điều này, tất cả các quang phổ, như kinh nghiệm cho thấy, có thể được chia thành nhiều loại:

Quang phổ liên tục. Quang phổ mặt trời hay quang phổ ánh sáng hồ quang là liên tục. Điều này có nghĩa là quang phổ chứa các sóng thuộc mọi bước sóng. Không có sự gián đoạn trong quang phổ và có thể nhìn thấy một dải nhiều màu liên tục trên màn hình quang phổ.

Phân bố năng lượng trên các tần số, tức là mật độ quang phổ của cường độ bức xạ, cho cơ thể khác nhau nhiều. Ví dụ, một vật thể có bề mặt rất đen phát ra sóng điện từ ở mọi tần số, nhưng đường cong biểu diễn sự phụ thuộc của mật độ phổ của cường độ bức xạ vào tần số có cực đại ở một tần số nhất định. Năng lượng bức xạ ở tần số rất thấp và rất cao là không đáng kể. Khi nhiệt độ ngày càng tăng, mật độ phổ cực đại của bức xạ dịch chuyển về phía sóng ngắn hơn.

Quang phổ liên tục (hoặc liên tục), như kinh nghiệm cho thấy, được cung cấp bởi các vật thể nằm trong chất rắn hoặc trạng thái lỏng, cũng như các loại khí nén cao. Để có được quang phổ liên tục, cơ thể phải được làm nóng đến nhiệt độ cao.

Bản chất của phổ liên tục và sự tồn tại của nó không chỉ được xác định bởi tính chất của từng nguyên tử phát ra mà còn bởi mức độ mạnh mẽ phụ thuộc vào sự tương tác giữa các nguyên tử với nhau.

Quang phổ liên tục cũng được tạo ra bởi plasma nhiệt độ cao. Sóng điện từ được phát ra từ plasma chủ yếu khi các electron va chạm với các ion.

Quang phổ vạch. Chúng ta hãy thêm một miếng amiăng được làm ẩm bằng dung dịch nước thông thường vào ngọn lửa nhạt của bếp gas. muối ăn.

Khi quan sát ngọn lửa qua kính quang phổ, một vạch màu vàng sáng sẽ lóe lên trên nền quang phổ liên tục khó nhìn thấy của ngọn lửa. Đường màu vàng này được tạo ra bởi hơi natri, được hình thành khi các phân tử muối ăn bị phá vỡ trong ngọn lửa. Mỗi trong số chúng là một hàng rào gồm các vạch màu có độ sáng khác nhau, được phân tách bằng khoảng tối rộng.

sọc. Quang phổ như vậy được gọi là quang phổ vạch. sẵn có quang phổ vạch có nghĩa là chất đó chỉ phát ra ánh sáng ở những bước sóng nhất định (chính xác hơn là trong những khoảng quang phổ rất hẹp nhất định). Mỗi dòng có chiều rộng hữu hạn.

Quang phổ vạch cho tất cả các chất ở trạng thái nguyên tử khí (nhưng không phải phân tử). Trong trường hợp này, ánh sáng được phát ra bởi các nguyên tử thực tế không tương tác với nhau. Đây là loại quang phổ cơ bản nhất.

Các nguyên tử bị cô lập phát ra các bước sóng được xác định nghiêm ngặt. Thông thường, để quan sát quang phổ vạch, người ta sử dụng sự phát sáng của hơi của một chất trong ngọn lửa hoặc sự phát sáng của khí phóng điện trong ống chứa đầy khí đang nghiên cứu.

Khi mật độ của khí nguyên tử tăng lên, các vạch quang phổ riêng lẻ sẽ mở rộng và cuối cùng, với lực nén rất cao của khí, khi sự tương tác của các nguyên tử trở nên đáng kể, các vạch quang phổ này chồng lên nhau, tạo thành quang phổ liên tục.

Quang phổ sọc. Quang phổ dải bao gồm các dải riêng lẻ được phân tách bằng khoảng tối. Với sự trợ giúp của một thiết bị quang phổ rất tốt, có thể

khám phá ra rằng mỗi dải đại diện cho một bộ sưu tập số lượng lớn các đường có khoảng cách rất gần nhau. Không giống như quang phổ vạch, quang phổ sọc được tạo ra không phải bởi các nguyên tử mà bởi các phân tử không liên kết hoặc liên kết yếu với nhau.

Để quan sát quang phổ phân tử, cũng như quan sát quang phổ vạch, người ta thường sử dụng ánh sáng rực rỡ của hơi trong ngọn lửa hoặc ánh sáng rực rỡ của khí phóng điện.

Quang phổ hấp thụ. Tất cả các chất có nguyên tử ở trạng thái kích thích đều phát ra sóng ánh sáng, năng lượng của nó được phân bố theo một cách nhất định trên các bước sóng. Sự hấp thụ ánh sáng của một chất cũng phụ thuộc vào bước sóng. Như vậy, thủy tinh đỏ truyền các sóng tương ứng với ánh sáng đỏ và hấp thụ tất cả các sóng khác.

Nếu bạn truyền ánh sáng trắng qua một chất khí lạnh, không phát ra, các vạch tối sẽ xuất hiện trên nền quang phổ liên tục của nguồn. Khí hấp thụ mạnh nhất ánh sáng có bước sóng chính xác mà nó phát ra khi đun nóng cao. Các vạch tối trên nền của quang phổ liên tục là các vạch hấp thụ cùng nhau tạo thành phổ hấp thụ.

Có phổ phát xạ liên tục, vạch và sọc và cùng số loại phổ hấp thụ.

Quang phổ vạch có vai trò đặc biệt vai trò quan trọng, vì cấu trúc của chúng liên quan trực tiếp đến cấu trúc của nguyên tử. Suy cho cùng, những quang phổ này được tạo ra bởi các nguyên tử không chịu tác động từ bên ngoài. Do đó, bằng cách làm quen với quang phổ vạch, chúng ta thực hiện bước đầu tiên hướng tới nghiên cứu cấu trúc của nguyên tử. Bằng cách quan sát những quang phổ này, các nhà khoa học đã thu được

cơ hội để “nhìn” vào bên trong nguyên tử. Ở đây quang học tiếp xúc chặt chẽ với vật lý nguyên tử.

Các loại phân tích quang phổ

Tính chất chính của quang phổ vạch là bước sóng (hoặc tần số) của quang phổ vạch của bất kỳ chất nào chỉ phụ thuộc vào tính chất của các nguyên tử của chất đó, nhưng hoàn toàn độc lập với phương pháp kích thích phát quang của nguyên tử. nguyên tử

bất kỳ nguyên tố hóa học nào cũng cho quang phổ không giống với quang phổ của tất cả các nguyên tố khác: chúng có khả năng phát ra một tập hợp bước sóng được xác định nghiêm ngặt.

Đây là cơ sở của phân tích quang phổ - phương pháp xác định thành phần hóa học của một chất từ quang phổ của nó. Giống như dấu vân tay của con người, quang phổ vạch có tính chất độc đáo. Sự độc đáo của các hoa văn trên da ngón tay thường giúp tìm ra tội phạm. Tương tự như vậy, do tính chất riêng biệt của quang phổ nên có

khả năng xác định thành phần hóa học của cơ thể. Bằng cách sử dụng phân tích quang phổ, bạn có thể phát hiện phần tử này như một phần của chất phức tạp. Đây là một phương pháp rất nhạy cảm.

Hiện đã biết các loại sau phân tích quang phổ - phân tích quang phổ nguyên tử (ASA)(xác định thành phần nguyên tố của mẫu từ phổ phát xạ và hấp thụ nguyên tử (ion), khí thải ASA(dựa trên phổ phát xạ của các nguyên tử, ion và phân tử bị kích thích bởi nhiều nguồn bức xạ điện từ khác nhau trong phạm vi từ bức xạ g đến vi sóng), hấp thụ nguyên tử SA(được thực hiện bằng cách sử dụng phổ hấp thụ bức xạ điện từ của các vật thể được phân tích (nguyên tử, phân tử, ion của vật chất ở các trạng thái kết hợp khác nhau)), huỳnh quang nguyên tử SA, phân tích quang phổ phân tử (MSA) (thành phần phân tử chất bằng quang phổ phân tử của sự hấp thụ, phát quang và tán xạ Raman.), chất lượng ISA(đủ để thiết lập sự hiện diện hay vắng mặt của các vạch phân tích của các nguyên tố được xác định. Dựa vào độ sáng của các vạch khi kiểm tra bằng mắt, người ta có thể đưa ra ước tính sơ bộ về hàm lượng của một số nguyên tố nhất định trong mẫu), ISA định lượng(được thực hiện bằng cách so sánh cường độ của hai vạch quang phổ trong phổ của mẫu, một trong số đó thuộc về nguyên tố được xác định và phần còn lại (vạch so sánh) thuộc về nguyên tố chính của mẫu, nồng độ của mẫu đó đã biết hoặc một nguyên tố được đưa vào đặc biệt ở nồng độ đã biết).

MSA dựa trên sự so sánh định tính và định lượng giữa phổ đo được của mẫu đang nghiên cứu với phổ của từng chất. Theo đó, có sự khác biệt giữa ISA định tính và định lượng. MSA sử dụng nhiều loại phổ phân tử, quang phổ quay [phổ trong vùng vi sóng và hồng ngoại sóng dài (IR)], rung động và rung động-quay [phổ hấp thụ và phát xạ ở vùng giữa IR, phổ Raman, phổ huỳnh quang IR], điện tử, dao động điện tử và quang phổ dao động điện tử [phổ hấp thụ và truyền trong vùng khả kiến và vùng tử ngoại (UV), phổ huỳnh quang]. MSA cho phép phân tích số lượng nhỏ (trong một số trường hợp là một phần nhỏ mcg và ít hơn) các chất ở các trạng thái kết tụ khác nhau.

Việc phân tích định lượng thành phần của một chất dựa trên phổ của nó là rất khó, vì độ sáng của các vạch quang phổ không chỉ phụ thuộc vào khối lượng của chất đó mà còn phụ thuộc vào phương pháp kích thích phát sáng. Như vậy, ở nhiệt độ thấp nhiều vạch quang phổ hoàn toàn không xuất hiện. Tuy nhiên, tùy thuộc vào các điều kiện tiêu chuẩn để kích thích sự phát sáng, phân tích định lượng quang phổ cũng có thể được thực hiện.

Chính xác nhất trong số các xét nghiệm này là hấp thụ nguyên tử SA. Kỹ thuật AAA đơn giản hơn nhiều so với các phương pháp khác; nó được đặc trưng bởi độ chính xác cao trong việc xác định không chỉ nồng độ nhỏ mà còn lớn của các nguyên tố trong mẫu. AAA thay thế thành công tốn nhiều công sức và thời gian phương pháp hóa học phân tích, không thua kém họ về độ chính xác.

Phần kết luận

Với sự trợ giúp của phân tích quang phổ, người ta đã biết được thành phần hóa học của Mặt trời và các ngôi sao. Các phương pháp phân tích khác nói chung là không thể thực hiện được ở đây. Hóa ra các ngôi sao bao gồm các nguyên tố hóa học giống như trên Trái đất. Điều gây tò mò là helium ban đầu được phát hiện ở Mặt trời và sau đó chỉ được tìm thấy trong bầu khí quyển của Trái đất. Tên của cái này

nguyên tố gợi lại lịch sử phát hiện ra nó: từ helium có nghĩa là “mặt trời” trong bản dịch.

Do tính đơn giản và linh hoạt so sánh của nó, phân tích quang phổ là phương pháp chính để theo dõi thành phần của một chất trong luyện kim, cơ khí và công nghiệp hạt nhân. Sử dụng phân tích quang phổ, thành phần hóa học của quặng và khoáng chất được xác định.

Thành phần của các hỗn hợp phức tạp, chủ yếu là hữu cơ, được phân tích bằng quang phổ phân tử của chúng.

Phân tích quang phổ có thể được thực hiện không chỉ từ phổ phát xạ mà còn từ phổ hấp thụ. Chính các vạch hấp thụ trong quang phổ của Mặt trời và các ngôi sao giúp nghiên cứu thành phần hóa học của chúng thiên thể. Bề mặt phát sáng rực rỡ của Mặt trời - quang quyển - tạo ra quang phổ liên tục. bầu khí quyển mặt trời hấp thụ có chọn lọc ánh sáng từ quang quyển, dẫn đến xuất hiện các vạch hấp thụ trên nền quang phổ liên tục của quang quyển.

Nhưng bản thân bầu khí quyển của Mặt trời cũng phát ra ánh sáng. Trong các lần nhật thực, khi đĩa năng lượng mặt trời bị Mặt Trăng che khuất, các vạch quang phổ bị đảo ngược. Thay cho các vạch hấp thụ trong quang phổ mặt trời, các vạch phát xạ nhấp nháy.

Trong vật lý thiên văn, phân tích quang phổ không chỉ có nghĩa là xác định thành phần hóa học của các ngôi sao, đám mây khí, v.v. mà còn xác định nhiều

các đặc tính vật lý khác của các vật thể này: nhiệt độ, áp suất, tốc độ chuyển động, cảm ứng từ.

Điều quan trọng là phải biết cơ thể xung quanh chúng ta được làm từ gì. Nhiều phương pháp đã được phát minh để xác định thành phần của chúng. Nhưng thành phần của các ngôi sao và thiên hà chỉ có thể được xác định bằng phân tích quang phổ.

Phương pháp Express ASA được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, nông nghiệp, địa chất và nhiều lĩnh vực khác của nền kinh tế và khoa học quốc gia. ASA đóng vai trò quan trọng trong công nghệ hạt nhân, sản xuất vật liệu bán dẫn tinh khiết, chất siêu dẫn, v.v. Hơn 3/4 tổng số phân tích trong luyện kim được thực hiện bằng phương pháp ASA. Sử dụng lượng tử kế, một quy trình vận hành được thực hiện (trong vòng 2-3 phút) kiểm soát trong quá trình nấu chảy trong sản xuất lò sưởi và lò chuyển đổi. Trong địa chất và thăm dò địa chấtĐể đánh giá tiền gửi, khoảng 8 triệu phân tích được thực hiện mỗi năm. ASA được sử dụng trong bảo vệ môi trường và phân tích đất, pháp y và y học, địa chất đáy biển và nghiên cứu thành phần. các lớp trên bầu không khí, tại

tách các đồng vị và xác định tuổi, thành phần của các vật thể địa chất, khảo cổ học...

Vì vậy, phân tích quang phổ được sử dụng trong hầu hết các lĩnh vực hoạt động quan trọng nhất của con người. Vì vậy, phân tích quang phổ là một trong những khía cạnh quan trọng nhất của sự phát triển không chỉ của tiến bộ khoa học mà còn là tiêu chuẩn của cuộc sống con người.

Văn học

Zaidel A.N., Nguyên tắc cơ bản của phân tích quang phổ, M., 1965,

Phương pháp phân tích quang phổ, M, 1962;

Chulanovsky V.M., Giới thiệu về phân tích phổ phân tử, M. - L., 1951;

Rusanov A.K., Nguyên tắc cơ bản của phân tích quang phổ định lượng của quặng và khoáng sản. M., 1971

Bức xạ nhiệt và phát quang.

Năng lượng mà một vật thể phát sáng tiêu tốn vào bức xạ có thể được bổ sung từ nhiều nguồn khác nhau. Phốt pho bị oxy hóa trong không khí phát sáng do năng lượng được giải phóng trong quá trình biến đổi hóa học. Loại ánh sáng này được gọi là phát quang hóa học. Sự phát sáng xảy ra khi nhiều loại sự phóng điện độc lập của khí gọi là sự điện phát quang. Sự phát sáng của chất rắn do sự bắn phá của các electron được gọi là sự phát quang âm. Sự phát xạ của một vật thể bức xạ có đặc tính bước sóng nhất định của nó λ 1 có thể được gây ra bằng cách chiếu xạ vật thể này (hoặc đã chiếu xạ nó trước đó) bằng bức xạ có bước sóng λ ít hơn 1 λ 2. Các quá trình như vậy được kết hợp dưới tên phát quang quang học (Sự phát quang là bức xạ vượt quá bức xạ nhiệt của vật thể ở một nhiệt độ nhất định và có thời gian dài hơn đáng kể so với chu kỳ của sóng phát ra. Chất phát quang được gọi là chất lân quang ).

Hình 8. 1 Phát quang hóa học

Hình 8. 2 Sự phát quang

Hình 8. 3 Điện phát quang.

Phổ biến nhất là sự phát sáng của cơ thể do nhiệt độ của chúng. Loại ánh sáng này được gọi là bức xạ nhiệt (hoặc nhiệt độ). Bức xạ nhiệt xảy ra ở bất kỳ nhiệt độ nào, nhưng ở nhiệt độ thấp hầu như chỉ phát ra sóng điện từ dài (hồng ngoại).

Chúng ta hãy bao quanh vật bức xạ bằng một lớp vỏ không thể xuyên thủng có bề mặt phản chiếu hoàn hảo (Hình.).

Bức xạ rơi vào cơ thể sẽ bị nó hấp thụ (một phần hoặc toàn bộ). Kết quả là sẽ có sự trao đổi năng lượng liên tục giữa cơ thể và bức xạ lấp đầy lớp vỏ. Nếu sự phân bố năng lượng giữa cơ thể và bức xạ không thay đổi đối với từng bước sóng thì trạng thái của hệ thống bức xạ cơ thể sẽ ở trạng thái cân bằng. Kinh nghiệm cho thấy rằng loại bức xạ duy nhất có thể cân bằng với các vật bức xạ là bức xạ nhiệt. Tất cả các loại bức xạ khác đều không cân bằng.

Khả năng của bức xạ nhiệt ở trạng thái cân bằng với các vật bức xạ là do cường độ của nó tăng khi nhiệt độ tăng. Giả sử rằng sự cân bằng giữa cơ thể và bức xạ (xem hình) bị phá vỡ và cơ thể phát ra nhiều năng lượng hơn mức hấp thụ.

Khi đó năng lượng bên trong cơ thể sẽ giảm, dẫn đến nhiệt độ giảm. Điều này sẽ làm giảm lượng năng lượng phát ra từ cơ thể. Nhiệt độ cơ thể sẽ giảm cho đến khi lượng năng lượng cơ thể tỏa ra trở nên bằng số năng lượng được hấp thụ. Nếu trạng thái cân bằng bị xáo trộn theo hướng khác, tức là lượng năng lượng phát ra ít hơn lượng năng lượng hấp thụ, nhiệt độ cơ thể sẽ tăng cho đến khi trạng thái cân bằng được thiết lập lại. Do đó, sự mất cân bằng trong hệ thống bức xạ của cơ thể gây ra sự xuất hiện của các quá trình khôi phục lại sự cân bằng.

Tình huống sẽ khác trong trường hợp của bất kỳ loại phát quang nào. Chúng ta hãy chứng minh điều này bằng cách sử dụng ví dụ về phát quang hóa học. Trong khi phản ứng hóa học gây ra bức xạ đang diễn ra, vật bức xạ ngày càng di chuyển ra xa trạng thái ban đầu. Sự hấp thụ bức xạ của cơ thể sẽ không làm thay đổi hướng của phản ứng mà ngược lại sẽ dẫn đến phản ứng nhanh hơn (do bị đốt nóng) theo hướng ban đầu. Trạng thái cân bằng sẽ chỉ được thiết lập khi toàn bộ nguồn cung cấp chất phản ứng và Glow được tiêu thụ.

có điều kiện quá trình hóa học, sẽ được thay thế bằng bức xạ nhiệt.

Vì vậy, trong tất cả các loại bức xạ, chỉ có bức xạ nhiệt là cân bằng. Các định luật nhiệt động lực học áp dụng cho các trạng thái và quá trình cân bằng. Do đó, bức xạ nhiệt phải tuân theo một số mẫu chung, phát sinh từ các nguyên lý nhiệt động lực học. Bây giờ chúng ta sẽ chuyển sang xem xét các mẫu này.

8.2 Định luật Kirchhoff.

Hãy giới thiệu một số đặc điểm của bức xạ nhiệt.

Dòng năng lượng (bất kỳ tần số), được phát ra bởi một đơn vị bề mặt của vật thể bức xạ trong một đơn vị thời gian theo mọi hướng(trong góc rắn 4π), gọi điện ánh sáng tràn đầy năng lượng của cơ thể (R) [R] = W/m2 .

Bức xạ bao gồm các sóng có tần số khác nhau (ν). Chúng ta hãy biểu thị dòng năng lượng được phát ra bởi một đơn vị bề mặt của vật thể trong dải tần số từ ν đến ν + dν, qua d Rν. Sau đó ở một nhiệt độ nhất định.

Ở đâu - mật độ quang phổ độ sáng năng lượng, hoặc độ phát xạ của cơ thể .

Kinh nghiệm cho thấy độ phát xạ của cơ thể phụ thuộc vào nhiệt độ của cơ thể (đối với mỗi nhiệt độ, bức xạ cực đại nằm trong dải tần số riêng của nó). Kích thước .

Biết được độ phát xạ, chúng ta có thể tính toán độ sáng tràn đầy năng lượng:

Để một dòng năng lượng bức xạ dФ rơi vào một vùng cơ bản của bề mặt cơ thể, gây ra bởi sóng điện từ, tần số của sóng này nằm trong khoảng dν. Một phần dòng chảy này sẽ được cơ thể hấp thụ. Không thứ nguyên

gọi điện khả năng hấp thụ của cơ thể . Nó còn phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ.

Theo định nghĩa thì không thể nhiều hơn một. Đối với một vật thể hấp thụ hoàn toàn bức xạ ở mọi tần số, . Cơ thể như vậy được gọi là hoàn toàn đen (đây là một sự lý tưởng hóa).

Cơ thể mà và nhỏ hơn sự thống nhất cho tất cả các tần số,gọi điện cơ thể màu xám (đây cũng là một sự lý tưởng hóa).

Có một mối liên hệ nhất định giữa khả năng phát xạ và khả năng hấp thụ của cơ thể. Hãy nhẩm thực hiện thí nghiệm sau đây.

Giả sử có ba vật thể bên trong một cái vỏ kín. Cơ thể ở trong chân không nên việc trao đổi năng lượng chỉ có thể xảy ra thông qua bức xạ. Kinh nghiệm cho thấy rằng sau một thời gian, một hệ như vậy sẽ đạt đến trạng thái cân bằng nhiệt (tất cả các vật và vỏ sẽ có cùng nhiệt độ).

Ở trạng thái này, vật thể có độ phát xạ lớn hơn sẽ mất nhiều năng lượng hơn trên một đơn vị thời gian, nhưng do đó, vật thể này cũng phải có khả năng hấp thụ lớn hơn:

Gustav Kirchhoff đưa ra công thức vào năm 1856 pháp luật và đề xuất người mẫu da đen .

Tỷ lệ giữa độ phát xạ và khả năng hấp thụ không phụ thuộc vào bản chất của cơ thể; nó giống nhau đối với mọi vật thể;(phổ quát)hàm của tần số và nhiệt độ.

trong đó f(- chức năng phổ quát Kirchhoff.

Hàm này có tính chất phổ quát hoặc tuyệt đối.

Các đại lượng và , xét riêng có thể thay đổi rất mạnh khi chuyển từ vật này sang vật khác, nhưng tỉ số của chúng liên tục cho mọi vật thể (ở tần số và nhiệt độ nhất định).

Đối với một vật thể hoàn toàn đen, =1, do đó, đối với nó f(, tức là hàm Kirchhoff phổ quát không gì khác hơn là độ phát xạ của một vật đen hoàn toàn.

Các vật thể đen tuyệt đối không tồn tại trong tự nhiên. Màu đen bồ hóng hoặc bạch kim có độ hấp thụ bằng 1, nhưng chỉ ở một dải tần số giới hạn. Tuy nhiên, một khoang có một lỗ nhỏ có đặc tính rất gần với một vật thể hoàn toàn màu đen. Chùm tia đi vào bên trong nhất thiết phải bị hấp thụ sau nhiều lần phản xạ và chùm tia có tần số bất kỳ.

Độ phát xạ của một thiết bị (khoang) như vậy rất gần với f(ν ,T). Vì vậy, nếu thành khoang được duy trì ở nhiệt độ T, khi đó bức xạ thoát ra khỏi lỗ, có thành phần quang phổ rất gần với bức xạ của một vật thể hoàn toàn đen ở cùng nhiệt độ.

Bằng cách phân tách bức xạ này thành quang phổ, người ta có thể tìm ra dạng thực nghiệm của hàm f(ν ,T)(Hình 1.3), với nhiệt độ khác nhau T 3 > T 2 > T 1 .

Vùng được bao phủ bởi đường cong mang lại độ sáng mạnh mẽ của vật thể màu đen ở nhiệt độ tương ứng.

Những đường cong này giống nhau đối với mọi cơ thể.

Các đường cong tương tự như hàm phân bố vận tốc của các phân tử. Nhưng ở đó, diện tích được bao phủ bởi các đường cong không đổi, nhưng ở đây khi nhiệt độ tăng thì diện tích sẽ tăng lên đáng kể. Điều này cho thấy khả năng tương thích năng lượng phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ. Bức xạ tối đa (độ phát xạ) khi nhiệt độ tăng ca về phía tần số cao hơn.

>> Các loại bức xạ. Nguồn sáng

§ 80 LOẠI BỨC XẠ. NGUỒN ÁNH SÁNG

Ánh sáng là một dòng sóng điện từ có bước sóng 4 10 -7 -8 10 -7 m. Sóng điện từ được phát ra do chuyển động có gia tốc của các hạt tích điện. Những hạt tích điện này là một phần của các nguyên tử tạo nên vật chất. Nhưng nếu không biết nguyên tử có cấu trúc như thế nào thì không thể nói gì đáng tin cậy về cơ chế bức xạ. Điều rõ ràng duy nhất là không có ánh sáng bên trong nguyên tử, cũng như không có âm thanh trong dây đàn piano. Giống như sợi dây chỉ bắt đầu phát ra âm thanh sau khi bị búa đập, các nguyên tử chỉ có thể “sinh ra” ánh sáng sau khi chúng bị kích thích.

Để một nguyên tử bắt đầu bức xạ, nó cần truyền một lượng năng lượng nhất định. Khi phát ra, một nguyên tử sẽ mất đi năng lượng mà nó nhận được, và để một chất đó phát sáng liên tục thì cần phải có một luồng năng lượng truyền đến các nguyên tử của nó từ bên ngoài.

Bức xạ nhiệt. Loại bức xạ đơn giản và phổ biến nhất là bức xạ nhiệt, trong đó năng lượng mà các nguyên tử bị mất đi khi phát ra ánh sáng được bù lại bằng năng lượng. chuyển động nhiệt nguyên tử (hoặc phân tử) của vật bức xạ. Bức xạ nhiệt là bức xạ từ các vật thể bị đốt nóng. Nhiệt độ của chủ đề càng cao thì các nguyên tử chuyển động trong đó càng nhanh. Khi các nguyên tử (hoặc phân tử) nhanh va chạm với nhau, một phần động năng của chúng sẽ kích thích các nguyên tử, sau đó nguyên tử này phát ra ánh sáng và chuyển sang trạng thái không bị kích thích.

Ví dụ, nguồn bức xạ nhiệt là Mặt trời và đèn sợi đốt thông thường. Đèn là nguồn sáng rất tiện lợi nhưng giá thành rẻ. Chỉ có khoảng 12% tổng năng lượng được dòng điện giải phóng vào dây tóc được chuyển thành năng lượng ánh sáng. Cuối cùng, nguồn sáng nhiệt cũng là ngọn lửa. Các hạt bồ hóng (các hạt nhiên liệu chưa có thời gian cháy) trở nên nóng lên do năng lượng giải phóng trong quá trình đốt cháy nhiên liệu và phát ra ánh sáng.

Sự phát quang điện. Năng lượng cần thiết để nguyên tử phát ra ánh sáng cũng có thể đến từ các nguồn không phải nhiệt. Trong quá trình phóng điện trong chất khí, điện trường truyền động năng lớn hơn cho các electron. Trải nghiệm điện tử nhanh va chạm không đàn hồi với nguyên tử. Một phần động năng của electron dùng để kích thích các nguyên tử. Các nguyên tử bị kích thích giải phóng năng lượng dưới dạng sóng ánh sáng. Kết quả là sự phóng điện trong khí đi kèm với hiện tượng phát sáng. Đây là sự phát quang điện.

Đèn phía Bắc cũng là một biểu hiện của điện phát quang. Dòng hạt tích điện phát ra từ Mặt trời bị bắt giữ từ trường Trái đất. Họ kích thích bạn cực từ Các nguyên tử của Trái đất nằm ở các tầng trên của khí quyển, đó là lý do tại sao các tầng này phát sáng. Hiện tượng điện phát quang được sử dụng trong ống để khắc chữ quảng cáo.

Sự phát quang cathode. Sự phát sáng của chất rắn do sự bắn phá của các electron được gọi là sự phát quang âm. Nhờ hiện tượng phát quang âm cực, màn hình ống tia âm cực của tivi phát sáng.

, gây ra bởi sự bắn phá của các electron của chúng, được gọi là sự phát quang âm. Nhờ hiện tượng phát quang âm cực, màn hình của ống tia âm cực của tivi phát sáng. Trong một số phản ứng hóa học giải phóng năng lượng, một phần năng lượng này được sử dụng trực tiếp để phát ra ánh sáng. Nguồn sáng vẫn mát (ở nhiệt độ môi trường xung quanh). Hiện tượng này được gọi là phát quang hóa học. Có lẽ hầu hết các bạn đều quen thuộc với nó. Vào mùa hè trong rừng vào ban đêm bạn có thể nhìn thấy một loài côn trùng - đom đóm. Một “đèn pin” nhỏ màu xanh lá cây “cháy” trên người anh. Bạn sẽ không bị bỏng ngón tay khi bắt đom đóm. Điểm phát sáng trên lưng nó có nhiệt độ gần như tương đương với không khí xung quanh. Các sinh vật sống khác cũng có đặc tính phát sáng: vi khuẩn, côn trùng và nhiều loài cá sống ở độ sâu lớn. Những mảnh gỗ mục nát thường phát sáng trong bóng tối.

). Hiện tượng này được gọi là phát quang hóa học.Ánh sáng tới một chất bị phản xạ một phần và bị hấp thụ một phần. Năng lượng của ánh sáng bị hấp thụ trong hầu hết các trường hợp chỉ gây ra sự nóng lên của vật thể. Tuy nhiên, bản thân một số vật thể bắt đầu phát sáng trực tiếp dưới tác động của bức xạ tới chúng. Đây là sự phát quang. Ánh sáng kích thích các nguyên tử của chất đó (tăng năng lượng bên trong của chúng) và sau đó chúng tự phát sáng. Ví dụ, sơn dạ quang dùng để phủ đồ trang trí cây thông Noel sẽ phát ra ánh sáng sau khi chiếu xạ.

Vavilov Sergei Ivanovich (1891 -1951)- Nhà vật lý, nhà nước và nhà nước Liên Xô nhân vật của công chúng, Chủ tịch Viện Hàn lâm Khoa học Liên Xô năm 1945-1951. Nền tảng công trình khoa học tận tụy quang học vật lý và chủ yếu là phát quang. Dưới sự lãnh đạo của ông, công nghệ sản xuất đèn huỳnh quang đã được phát triển và phương pháp phân tích phát quang thành phần hóa học của các chất đã được phát triển. Dưới sự lãnh đạo của ông, P. A. Cherenkov mở cửa vào năm 1934. sự phát xạ ánh sáng các electron chuyển động trong môi trường với tốc độ vượt quá tốc độ ánh sáng trong môi trường này.

Theo quy luật, ánh sáng phát ra trong quá trình phát quang có bước sóng dài hơn ánh sáng kích thích sự phát sáng. Điều này có thể được quan sát bằng thực nghiệm. Nếu bạn hướng một chùm ánh sáng xuyên qua bộ lọc ánh sáng huỳnh quang vào một bình chứa fluorescein (một loại thuốc nhuộm hữu cơ), thì chất lỏng này bắt đầu phát sáng với ánh sáng màu xanh lục-vàng, tức là ánh sáng có bước sóng dài hơn bước sóng của ánh sáng huỳnh quang.

Hiện tượng quang phát quang được sử dụng rộng rãi trong đèn huỳnh quang. nhà vật lý Liên Xô S.I. Vavilov đề xuất phủ bề mặt bên trong của ống phóng điện bằng các chất có khả năng phát sáng rực rỡ dưới tác dụng của bức xạ sóng ngắn từ quá trình phóng điện.

Đèn huỳnh quang tiết kiệm hơn khoảng 3-4 lần so với đèn sợi đốt thông thường.

Trong số các loại bức xạ chính được liệt kê, phổ biến nhất là bức xạ nhiệt.

1. Bạn biết những nguồn sáng nào!
2. Loại bức xạ nào đã ảnh hưởng đến bạn trong 24 giờ qua!

Myakishev G. Ya., Vật lý. Lớp 11: giáo dục. cho giáo dục phổ thông tổ chức: cơ bản và hồ sơ. cấp độ / G. Ya. Myakishev, B. V. Bukhovtsev, V. M. Charugin; được chỉnh sửa bởi V. I. Nikolaeva, N. A. Parfentieva. - Tái bản lần thứ 17, có sửa đổi. và bổ sung - M.: Education, 2008. - 399 tr.: ill.

Lịch lập kế hoạch chuyên đề vật lý, nhiệm vụ và đáp án trực tuyến cho học sinh, tải xuống các khóa học vật lý dành cho giáo viên

Nội dung bài học ghi chú bài học hỗ trợ phương pháp tăng tốc trình bày bài học khung công nghệ tương tác Luyện tập nhiệm vụ và bài tập hội thảo tự kiểm tra, đào tạo, tình huống, nhiệm vụ bài tập về nhà vấn đề gây tranh cãi câu hỏi tu từ từ sinh viên Minh họa âm thanh, video clip và đa phương tiện hình ảnh, hình ảnh, đồ họa, bảng biểu, sơ đồ, hài hước, giai thoại, truyện cười, truyện tranh, ngụ ngôn, câu nói, ô chữ, trích dẫn Tiện ích bổ sung tóm tắt bài viết thủ thuật cho trẻ tò mò sách giáo khoa từ điển cơ bản và bổ sung các thuật ngữ khác Cải thiện sách giáo khoa và bài họcsửa lỗi trong sách giáo khoa cập nhật một đoạn trong sách giáo khoa, những yếu tố đổi mới trong bài, thay thế kiến thức cũ bằng kiến thức mới Chỉ dành cho giáo viên bài học hoàn hảo kế hoạch lịch trong một năm khuyến nghị về phương pháp chương trình thảo luận Bài học tích hợp

Bức xạ điện từ. Ứng dụng các phương pháp phân tích quang phổ.

Năng lượng bức xạ.

Nguồn sáng phải tiêu thụ năng lượng. Ánh sáng là sóng điện từ có bước sóng 4·10-7 - 8·10-7 m. Sóng điện từ được phát ra do chuyển động có gia tốc của các hạt tích điện. Những hạt tích điện này là một phần của nguyên tử. Nhưng nếu không biết nguyên tử có cấu trúc như thế nào thì không thể nói gì đáng tin cậy về cơ chế bức xạ. Điều rõ ràng duy nhất là không có ánh sáng bên trong nguyên tử, cũng như không có âm thanh trong dây đàn piano. Giống như sợi dây chỉ bắt đầu phát ra âm thanh sau khi bị búa đập vào, các nguyên tử chỉ phát ra ánh sáng sau khi chúng bị kích thích.
Để một nguyên tử bắt đầu bức xạ, năng lượng phải được truyền cho nó. Khi phát ra, một nguyên tử sẽ mất đi năng lượng mà nó nhận được, và để một chất đó phát sáng liên tục thì cần phải có một luồng năng lượng truyền đến các nguyên tử của nó từ bên ngoài.

Bức xạ nhiệt. Loại bức xạ đơn giản và phổ biến nhất là bức xạ nhiệt, trong đó năng lượng bị mất đi bởi các nguyên tử để phát ra ánh sáng được bù đắp bằng năng lượng chuyển động nhiệt của các nguyên tử hoặc (phân tử) của vật thể phát ra.
TRONG đầu thế kỷ XIX V. Người ta phát hiện ra rằng phía trên (tính theo bước sóng) của quang phổ ánh sáng khả kiến có một phần quang phổ hồng ngoại mà mắt không nhìn thấy được, và bên dưới phần quang phổ màu tím của ánh sáng khả kiến có một phần tử ngoại không nhìn thấy được của ánh sáng khả kiến. quang phổ.
Bước sóng bức xạ hồng ngoạiđược chứa trong phạm vi từ 3·10-4 đến 7,6·10-7 m. tính chất đặc trưng bức xạ này là của nó hiệu ứng nhiệt. Nguồn tia hồng ngoại là bất kỳ vật thể nào. Nhiệt độ cơ thể càng cao thì cường độ bức xạ này càng cao. Nhiệt độ cơ thể càng cao thì các nguyên tử chuyển động càng nhanh. Khi các nguyên tử (phân tử) chuyển động nhanh va chạm với nhau, một phần động năng của chúng chuyển hóa thành năng lượng kích thích của nguyên tử, sau đó phát ra ánh sáng.

Bức xạ hồng ngoại được nghiên cứu bằng cách sử dụng cặp nhiệt điện và máy đo tia bức xạ. Nguyên lý hoạt động của thiết bị nhìn đêm dựa trên việc sử dụng bức xạ hồng ngoại.
Nguồn bức xạ nhiệt là Mặt trời, cũng như đèn sợi đốt thông thường. Đèn là một nguồn rất tiện lợi nhưng chi phí thấp. Chỉ có khoảng 12% tổng năng lượng được giải phóng bởi dòng điện trong đèn được chuyển thành năng lượng ánh sáng. Nguồn nhiệt của ánh sáng là ngọn lửa. Các hạt bồ hóng nóng lên do năng lượng tỏa ra trong quá trình đốt cháy nhiên liệu và phát ra ánh sáng.

Sự phát quang điện. Năng lượng cần thiết để các nguyên tử phát ra ánh sáng cũng có thể được lấy từ các nguồn không nhiệt. Trong quá trình phóng điện trong chất khí, điện trường truyền động năng lớn hơn cho các electron. Các electron nhanh gặp va chạm với các nguyên tử. Một phần động năng của electron dùng để kích thích các nguyên tử. Các nguyên tử bị kích thích giải phóng năng lượng dưới dạng sóng ánh sáng. Do đó, sự phóng điện trong khí đi kèm với sự phát sáng. Đây là sự phát quang điện.

Sự phát quang cathode. Sự phát sáng của chất rắn do sự bắn phá của các electron được gọi là sự phát quang âm. Nhờ hiện tượng phát quang âm cực, màn chắn của ống tia âm cực phát sáng.

Phát quang hóa học. Trong một số phản ứng hóa học giải phóng năng lượng, một phần năng lượng này được sử dụng trực tiếp để phát ra ánh sáng. Nguồn sáng vẫn mát (ở nhiệt độ môi trường xung quanh). Hiện tượng này được gọi là phát quang hóa học.

Sự phát quang. Ánh sáng tới một chất bị phản xạ một phần và bị hấp thụ một phần. Năng lượng của ánh sáng bị hấp thụ trong hầu hết các trường hợp chỉ gây ra sự nóng lên của vật thể. Tuy nhiên, bản thân một số vật thể bắt đầu phát sáng trực tiếp dưới tác động của bức xạ tới chúng. Đây là sự phát quang.

Ánh sáng kích thích các nguyên tử của một chất (làm tăng năng lượng bên trong của chúng), sau đó chúng tự phát sáng. Ví dụ, sơn dạ quang phủ nhiều đồ trang trí cây thông Noel sẽ phát ra ánh sáng sau khi được chiếu xạ. Sự phát quang của chất rắn mục đích đặc biệt- Phốt pho (tổng quát), không chỉ có thể ở vùng nhìn thấy được mà còn ở vùng tử ngoại và phạm vi hồng ngoại. Theo quy luật, ánh sáng phát ra trong quá trình phát quang có bước sóng dài hơn ánh sáng kích thích sự phát sáng. Điều này có thể được quan sát bằng thực nghiệm. Nếu bạn hướng một chùm ánh sáng xuyên qua bộ lọc màu tím vào một bình chứa chất huỳnh quang (thuốc nhuộm hữu cơ), thì chất lỏng này bắt đầu phát sáng với ánh sáng màu lục-vàng, tức là ánh sáng có bước sóng dài hơn ánh sáng tím.
Hiện tượng quang phát quang được sử dụng rộng rãi trong đèn huỳnh quang. Nhà vật lý Liên Xô S.I. Vavilov đề xuất phủ bề mặt bên trong của ống phóng điện bằng các chất có khả năng phát sáng rực rỡ dưới tác dụng của bức xạ sóng ngắn từ quá trình phóng điện khí.

Sự phân bố năng lượng trong quang phổ.

Không có nguồn nào tạo ra ánh sáng đơn sắc, tức là ánh sáng có bước sóng xác định chặt chẽ. Chúng tôi bị thuyết phục về điều này bằng các thí nghiệm về sự phân hủy ánh sáng thành quang phổ bằng lăng kính, cũng như các thí nghiệm về giao thoa và nhiễu xạ.
Năng lượng mà ánh sáng mang theo từ nguồn được phân bổ theo một cách nhất định trên các sóng có độ dài ở mọi độ dài tạo nên chùm sáng. Chúng ta cũng có thể nói rằng năng lượng được phân bổ theo tần số, vì có một mối quan hệ đơn giản giữa bước sóng và tần số: ђv = c.
Mật độ thông lượng của bức xạ điện từ hoặc cường độ được xác định bởi năng lượng ở mọi tần số. Để mô tả sự phân bố tần số của bức xạ, cần phải đưa ra một đại lượng mới: cường độ trên một khoảng tần số đơn vị. Đại lượng này được gọi là mật độ quang phổ của cường độ bức xạ.

Bạn không thể dựa vào mắt mình để ước tính sự phân bổ năng lượng. Mắt có độ nhạy chọn lọc với ánh sáng: độ nhạy tối đa của nó nằm ở vùng màu vàng-lục của quang phổ. Tốt nhất nên tận dụng đặc tính của vật đen để hấp thụ gần như hoàn toàn ánh sáng ở mọi bước sóng. Trong trường hợp này, năng lượng bức xạ (tức là ánh sáng) gây nóng cơ thể. Vì vậy, chỉ cần đo nhiệt độ cơ thể và sử dụng nó để đánh giá lượng năng lượng hấp thụ trên một đơn vị thời gian là đủ.
Một nhiệt kế thông thường quá kém nhạy để có thể sử dụng thành công trong những thí nghiệm như vậy. Cần có những dụng cụ nhạy hơn để đo nhiệt độ. Bạn có thể lấy một nhiệt kế điện, trong đó phần tử nhạy cảm được chế tạo dưới dạng một tấm kim loại mỏng. Tấm này phải được phủ một lớp bồ hóng mỏng, lớp này gần như hấp thụ hoàn toàn ánh sáng ở bất kỳ bước sóng nào.
Tấm nhạy nhiệt của thiết bị phải được đặt ở vị trí này hoặc vị trí khác trong quang phổ. Toàn bộ phổ nhìn thấy có chiều dài l từ tia đỏ đến tia tím tương ứng với dải tần từ IR đến UV. Chiều rộng tương ứng với một khoảng nhỏ Av. Bằng cách làm nóng tấm đen của thiết bị, người ta có thể đánh giá mật độ dòng bức xạ trên mỗi khoảng tần số Av. Di chuyển tấm dọc theo quang phổ, chúng ta sẽ thấy rằng phần lớn năng lượng nằm ở phần màu đỏ của quang phổ chứ không phải ở phần màu vàng-lục như mắt thường thấy.
Dựa trên kết quả của các thí nghiệm này, có thể xây dựng được đường cong biểu diễn sự phụ thuộc của mật độ phổ của cường độ bức xạ vào tần số. Mật độ phổ của cường độ bức xạ được xác định bởi nhiệt độ của tấm và không khó tìm ra tần số nếu thiết bị dùng để phân hủy ánh sáng được hiệu chỉnh, nghĩa là nếu biết tần số của một phần phổ nhất định tương ứng với tần số nào. ĐẾN.
Bằng cách vẽ dọc theo trục hoành các giá trị của tần số tương ứng với điểm giữa của các khoảng Av và dọc theo trục tọa độ mật độ phổ của cường độ bức xạ, chúng ta thu được một số điểm mà qua đó chúng ta có thể vẽ một đường cong mượt mà. Đường cong này thể hiện trực quan sự phân bố năng lượng và phần nhìn thấy được của quang phổ hồ quang điện.

Các loại quang phổ.

Thành phần quang phổ của bức xạ từ các chất khác nhau rất đa dạng. Tuy nhiên, bất chấp điều này, tất cả các quang phổ, như kinh nghiệm cho thấy, có thể được chia thành ba loại khác nhau.

Quang phổ liên tục.

Quang phổ mặt trời hay quang phổ ánh sáng hồ quang là liên tục. Điều này có nghĩa là quang phổ chứa các sóng thuộc mọi bước sóng. Không có sự gián đoạn trong quang phổ và có thể nhìn thấy một dải nhiều màu liên tục trên màn hình quang phổ.
Sự phân bố năng lượng trên các tần số, tức là mật độ quang phổ của cường độ bức xạ, là khác nhau đối với các vật thể khác nhau. Ví dụ, một vật thể có bề mặt rất đen phát ra sóng điện từ ở mọi tần số, nhưng đường cong mật độ phổ của cường độ bức xạ theo tần số có cực đại ở một tần số nhất định. Năng lượng bức xạ ở tần số rất thấp và rất cao là không đáng kể. Khi nhiệt độ ngày càng tăng, mật độ phổ cực đại của bức xạ dịch chuyển về phía sóng ngắn hơn.
Quang phổ liên tục (hoặc liên tục), như kinh nghiệm cho thấy, được tạo ra bởi các vật thể ở trạng thái rắn hoặc lỏng, cũng như các chất khí có độ nén cao. Để có được quang phổ liên tục, cơ thể phải được làm nóng đến nhiệt độ cao.
Bản chất của phổ liên tục và sự tồn tại của nó không chỉ được xác định bởi tính chất của từng nguyên tử phát ra mà còn phụ thuộc rất nhiều vào sự tương tác của các nguyên tử với nhau.
Quang phổ liên tục cũng được tạo ra bởi plasma nhiệt độ cao. Sóng điện từ được phát ra từ plasma chủ yếu khi các electron va chạm với các ion.

Quang phổ vạch.

Chúng ta hãy thêm một miếng amiăng được làm ẩm bằng dung dịch muối ăn thông thường vào ngọn lửa nhạt của bếp gas. Khi quan sát ngọn lửa qua kính quang phổ, một vạch màu vàng sáng sẽ lóe lên trên nền quang phổ liên tục khó nhìn thấy của ngọn lửa. Đường màu vàng này được tạo ra bởi hơi natri, được hình thành khi các phân tử muối ăn bị phá vỡ trong ngọn lửa. Trên kính quang phổ, bạn cũng có thể nhìn thấy một dãy các vạch màu có độ sáng khác nhau, được phân tách bằng các sọc tối rộng. Quang phổ như vậy được gọi là quang phổ vạch. Sự hiện diện của quang phổ vạch có nghĩa là một chất chỉ phát ra ánh sáng ở những bước sóng nhất định (chính xác hơn là trong những khoảng quang phổ rất hẹp nhất định). Mỗi dòng có chiều rộng hữu hạn.
Quang phổ vạch chỉ xảy ra đối với các chất ở trạng thái nguyên tử (chứ không xảy ra ở trạng thái phân tử). Trong trường hợp này, ánh sáng được phát ra bởi các nguyên tử thực tế không tương tác với nhau. Đây là loại quang phổ cơ bản nhất. Đặc tính chính của quang phổ vạch là các nguyên tử biệt lập của một nguyên tố hóa học nhất định phát ra các chuỗi bước sóng không lặp lại được xác định nghiêm ngặt. Hai các yếu tố khác nhau Không có chuỗi bước sóng giống nhau. Các dải quang phổ xuất hiện ở đầu ra của thiết bị quang phổ tại vị trí có bước sóng phát ra từ nguồn. Thông thường, để quan sát quang phổ vạch, người ta sử dụng sự phát sáng của hơi của một chất trong ngọn lửa hoặc sự phát sáng của khí phóng điện trong ống chứa đầy khí đang nghiên cứu.
Khi mật độ của khí nguyên tử tăng lên, các vạch quang phổ riêng lẻ sẽ giãn ra và cuối cùng, ở tốc độ rất cao. mật độ cao khí, khi sự tương tác của các nguyên tử trở nên đáng kể, các vạch này chồng lên nhau tạo thành quang phổ liên tục.

Quang phổ sọc.

Quang phổ dải bao gồm các dải riêng lẻ được phân tách bằng khoảng tối. Với sự trợ giúp của một thiết bị quang phổ rất tốt, người ta có thể phát hiện ra rằng mỗi dải là một tập hợp của một số lượng lớn các vạch có khoảng cách rất gần nhau. Không giống như quang phổ vạch, quang phổ sọc được tạo ra không phải bởi các nguyên tử mà bởi các phân tử không liên kết hoặc liên kết yếu với nhau.
Để quan sát quang phổ phân tử, cũng như quan sát quang phổ vạch, người ta thường sử dụng ánh sáng rực rỡ của hơi trong ngọn lửa hoặc ánh sáng rực rỡ của khí phóng điện.

Phổ phát xạ và hấp thụ.

Tất cả các chất có nguyên tử ở trạng thái kích thích đều phát ra sóng ánh sáng, năng lượng của sóng này được phân bố theo một cách nhất định trên các bước sóng. Sự hấp thụ ánh sáng của một chất cũng phụ thuộc vào bước sóng. Như vậy, thủy tinh đỏ truyền các sóng tương ứng với ánh sáng đỏ (l»8·10-5 cm) và hấp thụ tất cả các sóng khác.
Nếu bạn truyền ánh sáng trắng qua một chất khí lạnh, không phát ra, các vạch tối sẽ xuất hiện trên nền quang phổ liên tục của nguồn. Khí hấp thụ mạnh nhất ánh sáng có bước sóng chính xác mà nó phát ra khi đun nóng cao. Các vạch tối trên nền của quang phổ liên tục là các vạch hấp thụ cùng nhau tạo thành phổ hấp thụ.
Có phổ phát xạ liên tục, vạch và sọc và cùng số loại phổ hấp thụ.

Phân tích quang phổ và ứng dụng của nó.

Phương pháp xác định chất lượng và thành phần định lượng Việc phân tích một chất bằng quang phổ của nó được gọi là phân tích quang phổ. Phân tích quang phổ được sử dụng rộng rãi trong thăm dò khoáng sản để xác định thành phần hóa học của mẫu quặng. Trong công nghiệp, phân tích quang phổ giúp kiểm soát thành phần hợp kim và tạp chất được đưa vào kim loại để thu được vật liệu có đặc tính xác định. Quang phổ vạch có vai trò đặc biệt quan trọng vì cấu trúc của chúng liên quan trực tiếp đến cấu trúc của nguyên tử. Suy cho cùng, những quang phổ này được tạo ra bởi những nguyên tử không trải qua ảnh hưởng bên ngoài. Do đó, bằng cách làm quen với quang phổ vạch, chúng ta thực hiện bước đầu tiên hướng tới nghiên cứu cấu trúc của nguyên tử. Bằng cách quan sát những quang phổ này, các nhà khoa học có thể “nhìn” vào bên trong nguyên tử. Ở đây quang học tiếp xúc chặt chẽ với vật lý nguyên tử.
Tính chất chính của quang phổ vạch là bước sóng (hoặc tần số) của quang phổ vạch của bất kỳ chất nào chỉ phụ thuộc vào tính chất của các nguyên tử của chất đó, nhưng hoàn toàn độc lập với phương pháp kích thích phát quang của nguyên tử. Các nguyên tử của bất kỳ nguyên tố hóa học nào đều cho quang phổ không giống với quang phổ của tất cả các nguyên tố khác: chúng có khả năng phát xạ nghiêm ngặt bộ cụ thể bước sóng.
Đây là cơ sở của phân tích quang phổ - phương pháp xác định thành phần hóa học của một chất từ quang phổ của nó.

Giống như dấu vân tay của con người, quang phổ vạch có tính chất độc đáo. Sự độc đáo của các hoa văn trên da ngón tay thường giúp tìm ra tội phạm. Tương tự như vậy, nhờ tính chất riêng của quang phổ, người ta có thể xác định được thành phần hóa học của cơ thể. Sử dụng phân tích quang phổ, có thể phát hiện nguyên tố này trong thành phần của một chất phức tạp, ngay cả khi khối lượng của nó không vượt quá 10-10. Đây là một phương pháp rất nhạy cảm.
Việc nghiên cứu quang phổ vạch của một chất cho phép chúng ta xác định được chất nào nguyên tố hóa học nó bao gồm và số lượng mỗi nguyên tố có trong một chất nhất định.
Hàm lượng định lượng của nguyên tố trong mẫu thử được xác định bằng cách so sánh cường độ dòng riêng biệt Phổ của nguyên tố này với cường độ vạch của nguyên tố hóa học khác, đã biết hàm lượng định lượng của nguyên tố này trong mẫu.
Việc phân tích định lượng thành phần của một chất dựa trên phổ của nó là rất khó, vì độ sáng của các vạch quang phổ không chỉ phụ thuộc vào khối lượng của chất đó mà còn phụ thuộc vào phương pháp kích thích phát sáng. Vâng, khi nào nhiệt độ thấp nhiều vạch quang phổ hoàn toàn không xuất hiện. Tuy nhiên, tùy thuộc vào các điều kiện tiêu chuẩn để kích thích sự phát sáng, phân tích định lượng quang phổ cũng có thể được thực hiện.
Ưu điểm của phân tích quang phổ là độ nhạy cao và tốc độ thu được kết quả. Sử dụng phân tích quang phổ, có thể phát hiện sự hiện diện của vàng trong một mẫu nặng 6·10-7 g, với khối lượng chỉ 10-8 g. Việc xác định loại thép bằng phân tích quang phổ có thể được thực hiện trong vài chục giây. .
Phân tích quang phổ giúp xác định thành phần hóa học của các thiên thể nằm ở khoảng cách hàng tỷ năm ánh sáng tính từ Trái đất. Thành phần hóa học của khí quyển các hành tinh và các ngôi sao, khí lạnh trong không gian giữa các vì sao xác định từ quang phổ hấp thụ.
Bằng cách nghiên cứu quang phổ, các nhà khoa học không chỉ có thể xác định thành phần hóa học của các thiên thể mà còn cả nhiệt độ của chúng. Bằng sự dịch chuyển của các vạch quang phổ, người ta có thể xác định tốc độ chuyển động của một thiên thể.

Hiện nay, quang phổ của tất cả các nguyên tử đã được xác định và các bảng quang phổ đã được biên soạn. Với sự trợ giúp của phân tích quang phổ, nhiều nguyên tố mới đã được phát hiện: rubidium, Caesium, v.v. Các nguyên tố thường được đặt tên theo màu của các vạch đậm nhất trong quang phổ. Rubidium tạo ra những đường màu đỏ sẫm, hồng ngọc. Từ xêsi có nghĩa là "bầu trời xanh". Đây là màu của các vạch chính của quang phổ Caesium.
Với sự trợ giúp của phân tích quang phổ, người ta đã biết được thành phần hóa học của Mặt trời và các ngôi sao. Các phương pháp phân tích khác nói chung là không thể thực hiện được ở đây. Hóa ra các ngôi sao bao gồm các nguyên tố hóa học giống như trên Trái đất. Điều gây tò mò là helium ban đầu được phát hiện ở Mặt trời và sau đó chỉ được tìm thấy trong bầu khí quyển của Trái đất. Tên của nguyên tố này gợi lại lịch sử phát hiện ra nó: từ helium có nghĩa là “mặt trời”.
Do tính đơn giản và linh hoạt so sánh của nó, phân tích quang phổ là phương pháp chính để theo dõi thành phần của một chất trong luyện kim, cơ khí và công nghiệp hạt nhân. Sử dụng phân tích quang phổ, thành phần hóa học của quặng và khoáng chất được xác định.
Thành phần của các hỗn hợp phức tạp, chủ yếu là hữu cơ, được phân tích bằng quang phổ phân tử của chúng.
Phân tích quang phổ có thể được thực hiện không chỉ từ phổ phát xạ mà còn từ phổ hấp thụ. Chính các vạch hấp thụ trong quang phổ của Mặt trời và các ngôi sao giúp nghiên cứu thành phần hóa học của các thiên thể này. Sáng bề mặt phát sáng Quang quyển của mặt trời cung cấp quang phổ liên tục. Bầu khí quyển mặt trời hấp thụ có chọn lọc ánh sáng từ quang quyển, dẫn đến xuất hiện các vạch hấp thụ trên nền quang phổ liên tục của quang quyển.
Nhưng bản thân bầu khí quyển của Mặt trời cũng phát ra ánh sáng. Trong lúc nhật thực, khi đĩa mặt trời bị Mặt trăng che phủ, các vạch quang phổ bị đảo ngược. Thay cho các vạch hấp thụ ở quang phổ mặt trời vạch phát xạ nhấp nháy.
Trong vật lý thiên văn, phân tích quang phổ không chỉ có nghĩa là xác định thành phần hóa học của các ngôi sao, đám mây khí, v.v. mà còn tìm ra nhiều thứ khác từ quang phổ đặc điểm vật lý những đối tượng này: nhiệt độ, áp suất, tốc độ, cảm ứng từ.
Ngoài vật lý thiên văn, phân tích quang phổ được sử dụng rộng rãi trong khoa học pháp y để điều tra bằng chứng được tìm thấy tại hiện trường vụ án. Ngoài ra, phân tích quang phổ trong khoa học pháp y rất hữu ích trong việc xác định vũ khí giết người và tiết lộ tổng thể một số chi tiết của tội phạm.
Phân tích quang phổ thậm chí còn được sử dụng rộng rãi hơn trong y học. Ở đây ứng dụng của nó rất tuyệt vời. Nó có thể được sử dụng để chẩn đoán, cũng như xác định các chất lạ trong cơ thể con người.
Phân tích quang phổ đòi hỏi các dụng cụ quang phổ đặc biệt mà chúng ta sẽ xem xét thêm.

Các thiết bị quang phổ.

Để nghiên cứu chính xác quang phổ, những thiết bị đơn giản như khe hẹp hạn chế chùm sáng và lăng kính không còn đủ nữa. Cần có các thiết bị cung cấp phổ rõ ràng, tức là các thiết bị có thể phân tách tốt các sóng có độ dài khác nhau và không cho phép các phần riêng lẻ của quang phổ chồng lên nhau. Những thiết bị như vậy được gọi là thiết bị quang phổ. Thông thường, phần chính của thiết bị quang phổ là lăng kính hoặc cách tử nhiễu xạ.
Chúng ta hãy xem xét sơ đồ thiết kế của một thiết bị quang phổ lăng kính. Bức xạ được nghiên cứu trước tiên đi vào một bộ phận của thiết bị gọi là ống chuẩn trực. Ống chuẩn trực là một ống, ở một đầu có một màn chắn với khoảng cách hẹp, và mặt kia có một thấu kính hội tụ. Khe đó trùng với tiêu cự của thấu kính. Do đó, một chùm ánh sáng phân kỳ tới thấu kính từ khe phát ra từ nó dưới dạng chùm tia song song và rơi vào lăng kính.
Bởi vì tần số khác nhau tương ứng các chỉ số khác nhau khúc xạ thì các chùm tia song song không trùng phương sẽ ló ra khỏi lăng kính. Chúng rơi vào ống kính. Ở tiêu cự của ống kính này có một màn hình - kính mờ hoặc tấm ảnh. Thấu kính tập trung các chùm tia song song lên màn và thay vì một hình ảnh của khe, người ta thu được một loạt hình ảnh. Mỗi tần số (khoảng phổ hẹp) có hình ảnh riêng. Tất cả những hình ảnh này cùng nhau tạo thành một quang phổ.
Thiết bị được mô tả được gọi là máy quang phổ. Nếu thay vì ống kính và màn hình thứ hai, người ta sử dụng kính thiên văn để quan sát quang phổ một cách trực quan thì thiết bị này được gọi là máy quang phổ. Lăng kính và các bộ phận khác của thiết bị quang phổ không nhất thiết phải được làm bằng thủy tinh. Thay vì thủy tinh, các vật liệu trong suốt như thạch anh cũng được sử dụng. đá muối vân vân.