Спектрален анализ: емисия и абсорбция на светлина от атоми

Знаете точно химическия състав на дадено вещество се изисква в много области на промишлената дейност. Ходът на химичните процеси зависи от чистотата на работния материал. Въпреки това, чисти материали, лишени от всякакви примеси, в природата почти никога не се срещат. За изследване на химичния състав на работното вещество се изследват процесите на излъчване и абсорбция на светлина от атоми - спектрален анализ.

Този метод за изследване на природата на материята е открит в средата на 19-ти век и предизвиква усещане. С него бяха направени редица важни постижения в областта на химията и физиката, получени са нови знания за химичните елементи. Анализът е много чувствителен и дава възможност да се открие дори микроскопична смес от чуждо вещество. Въпреки това, обхватът на спектралния анализ се простира далеч отвъд проучването на състава на веществата.

Какво е спектър?

Спектърът е явление, при което светлинният лъч, преминаващ през рефрактивен обект (например призма), се разлага на няколко многоцветни лъча.

Атомите на всеки химичен елемент имат свой индивидуален спектър, различен от спектъра на други елементи. Поради тази уникалност може да се определи химичният състав на веществото. Изследването на емисионните и абсорбционните спектри на светлината от атоми е в основата на спектралния анализ (спектроскопия).

Излъчването на атоми на материята се извършва само в възбудено състояние, когато е изложено на тях от всеки източник на енергия. След като получи енергия, веществото го връща под формата на радиация и се връща в нормалното си състояние. Получените данни за излъчването и абсорбцията на леки атоми от атоми се обработват с помощта на специални спектрални устройства.

Видове радиация

Това се случва:

1. Thermal. Когато тялото се нагрява, атомите ускоряват движението си, което води до отделяне на енергия. При достигане на определена концентрация на произведената енергия, веществото започва да излъчва светлина.
2. Електрическо поле може да се използва за излъчване и поглъщане на атоми на светлина. В този случай енергията на излъчване се нарича електролуминесценция.
3. Хемилуминисценция. Това явление възниква при някои химични реакции, когато температурата на веществото остава нормална и радиацията възниква поради взаимодействие с друго вещество.
4. Фотолуминисценцията. Това се случва, когато самите атоми започват да излъчват светлина под влияние на друг източник на радиация.

Видове спектроскопия

За изучаване на процесите на абсорбция и излъчване на светлина от атоми се използват различни методи за спектрален анализ:

1. Share.
2. Абсорбцията.
3. Луминисцентно.
4. Х-лъчи.
5. Radiospectroscopic.
6. Спектрофотометрични и др.

Най-често срещаните методи на спектроскопия са излъчване, абсорбция и луминесценция.

В емисионния метод за анализ веществото трябва да се преобразува в газообразно състояние. Под въздействието на високи температури веществото се разпада на атоми. В този случай естеството на излъчването на веществото става критерий за определяне на химичния състав. Изследването на процеса се извършва с помощта на спектрални устройства, анализиращи типа на вълната.

Методът на абсорбция се използва за изследване не на емисиите, а на абсорбцията на светлина от атомите. В зависимост от естеството на елемента, естеството на поглъщането на енергия от веществото ще бъде индивидуално за всеки отделен случай.

В луминесцентния метод веществото се възбужда чрез инфрачервени или ултравиолетови лъчи.

Приложение на спектрален анализ

Спектроскопията е донесла на света много ценни открития в различни области на знанието.

Намерени са много химични елементи, дължащи се на спектрален анализ: цезий, хелий, рубидий и др. Основният цвят на техните спектри често причинява името (например, "рубидиум" - "тъмно червено").

Спектроскопията се използва широко в промишлеността, по-специално в машиностроенето, металургията. Спектралният анализ помага за най-точно определяне на състава на минерала, който позволява да се получи най-чистото вещество за производство.

Беше установено необичайно приложение на анализа в областта на съдебната медицина, по-специално за установяване на автентичността или лъжливостта на документа.

Стойността на спектралния анализ за астрофизиката

Най-ценната информация за процесите на излъчване и поглъщане на светлина от атоми е дадена в областта на астрофизиката и изследването на космоса.

Само чрез спектрален анализ е възможно да се установи химическият състав на небесните обекти, например слънцето и звездите. Спектроскопията показва, че звездите съдържат същите елементи като на Земята. Фотосферите на небесните тела са само един непрекъснат спектър.

Не само химическият състав на звездите е открит поради спектрален анализ. Този метод ни позволи да изучаваме жизнения цикъл на една звезда. Всеки от тях получи своето място в спектралния клас, въз основа на неговия размер и радиационна температура.

Спектрален анализ позволи ми да получа представа за космическите измерения и разстояния, за скоростта на движещите се космически обекти, за тяхното въртене. Доплеровият ефект допълва и разкрива същността на изследванията, проведени с помощта на спектроскопия.

По този начин повечето съвременни астрономически изследвания се основават на данни от спектрален анализ.

Лазери, излъчване и поглъщане на светлина от атоми в спектрите

Лазер (квантов генератор) е източник на радиация. В него излъчването на енергия от възбудени атоми се извършва под въздействието на външен стимул. Лазерните спектри се формират от излъчването на светлина от атоми, а не от неговата абсорбция. Лазерният лъч е кохерентен: лъчите ходят паралелно и практически не се разминават, независимо от разстоянието до източника на излъчване. Лазерите се използват широко в различни области на знанието, по-специално в медицината, оптичната физика, фотографията, металургията и др.

Разглеждане на процесите на излъчване и поглъщане на светлината от атомите накратко и запознаване с основния метод на изследване - спектрален анализ, може да заключи, че то е от безспорно значение в съвременния свят. Много области на науката, производството и технологиите прилагат този метод и неговите резултати в работата си.