Спектрален анализ, неговите видове и приложения

Спектралният анализ е открит през 1859 г. от Bunsen и Kirchhoff, преподаватели по химия и физика в една от най-старите и най-престижни образователни институции в Германия - Университета на Хайделберг на име Рупрехт и Карл. Откриването на оптичния метод за изследване на химичния състав на телата и тяхното физическо състояние допринесе за идентифицирането на нови химични елементи (индий, цезий, рубидий, хелий, талий и галий), появата на астрофизиката и стана един вид пробив в различни области на научно-техническия прогрес.

Пробив в науката и технологиите

Спектралният анализ значително разшири областта на научните изследвания, което позволи да се постигнат по-прецизни дефиниции за качеството на частиците и атомите, да се разберат техните взаимовръзки и да се установи какво причинява телата да отделят светлинна енергия. Всичко това е пробив в областта на науката и технологиите, тъй като тяхното по-нататъшно развитие е немислимо без ясно познаване на химичния състав на веществата, които са обекти на човешката дейност. Днес не е достатъчно да се ограничаваме до определянето на примеси, а на методите за анализ на веществата се налагат нови изисквания. Така, при производството на полимерни материали, много висока чистота на концентрациите на примеси в първоначалните мономери е много важна, тъй като качеството на готовите полимери често зависи от него.

Характеристики на новия оптичен метод

Повишени изисквания са насочени и към разработването на методи, които осигуряват точност и висока скорост. анализ. Методи за химичен анализ не винаги е достатъчно за тези цели, физико-химичните и физичните методи за определяне на химичния състав притежават редица ценни характеристики. Сред тях водещо място заемат спектралните анализи, които представляват комбинация от методи за количествено и качествено определяне на състава на разглеждания обект, основани на изследване на спектрите на взаимодействие на материята и радиацията. Съответно, акустичните спектри също са включени. електромагнитни вълни радиация, разпределение на енергия и маса на елементарните частици. Благодарение на спектралния анализ стана възможно точното определяне на химичния състав и температурата на веществото, наличието на магнитно поле и неговата интензивност, скорост на движение и други параметри. Методът се основава на изследването на структурата на светлината, която се излъчва или абсорбира от аналита. Когато се изпълнява определен лъч светлина върху страничната повърхност на триъгълна призма, компонентите на бялата светлина на рефракционната светлина създават спектър на екрана, един вид дъгова лента, в която всички цветове са винаги подредени в определен фиксиран ред. Разпространението на светлината се извършва под формата на електромагнитни вълни, определена дължина на всеки от тях съответства на един от цветовете на дъговата ивица. Определянето на химичния състав на веществото по спектър е много подобно на метода за намиране на престъпник чрез пръстови отпечатъци. Спектрите на линиите, както и моделите на пръстите, се характеризират с уникална индивидуалност. Поради това се определя химичният състав. Спектралният анализ дава възможност да се открие определен компонент в състава на комплексно вещество, чиято маса не е по-висока от 10-10. Това е доста чувствителен метод. Използват се спектроскопи и спектрографи за изследване на спектрите. В първия се разглежда спектърът, който се фотографира с помощта на спектрографи. Полученото изображение се нарича спектрограма.

Видове спектрален анализ

Изборът на метода на спектралния анализ до голяма степен зависи от целта на анализа и видовете спектри. По този начин се използват атомни и молекулярни анализи за определяне на молекулярния и елементарен състав на веществото. В случай на определяне на състава на емисионните и абсорбционните спектри се използват емисионни и абсорбционни методи. При изследването на изотопния състав на обекта се прилага масспектрометричен анализ, който се извършва от мас спектрите на молекулни или атомни йони.

Предимства на метода

Спектралният анализ определя елементарния и молекулен състав на веществото, дава възможност да се извърши качествено откриване на отделни елементи от изследваната проба, както и да се получи количествено определяне на техните концентрации. Веществата със сходни химически свойства са много трудни за анализ чрез химични методи, но те се определят спектрално без никакви проблеми. Това, например, е смес от редкоземни елементи или инертни газове. В момента се определят спектрите на всички атоми и се съставят таблиците им.

Приложения за спектрален анализ

Най-добре разработените техники за атомно-спектрален анализ. Те се използват за оценка на голямо разнообразие от обекти в геологията, астрофизиката, черната и цветната металургия, химията, биологията, машиностроенето и други отрасли на науката и промишлеността. Напоследък се увеличи количеството на практическото приложение и молекулярния спектрален анализ. Неговите методи се използват в химическата, фармацевтичната и нефтохимическата промишленост за изследване на органични вещества, по-рядко и за неорганични съединения. Спектрален анализ и неговото приложение в научната среда позволява създаването на астрофизика. По-късно, в новата индустрия, беше възможно да се установи химическият състав на газовите облаци, звездите, Слънцето, което беше абсолютно невъзможно с помощта на други методи за анализ. Този метод също така позволява да се открият от спектрите много други физически характеристики на тези обекти (налягане, температура, скорост на движение, магнитна индукция). Спектрален анализ е приложен и в областта на криминалистиката, с негова помощ се разследват доказателствата, открити на мястото на престъплението, определя се оръжието на убийството и се разкриват някои данни за извършеното престъпление.

Усъвършенствани методи за лабораторна диагностика

Широко се използва спектрален анализ. в медицината. Той се използва за определяне на чужди вещества в човешкото тяло, диагностициране, включително онкологични заболявания на ранен етап от тяхното развитие. Наличието или отсъствието на много заболявания може да се определи чрез лабораторни изследвания на кръвта. Най-често това е заболяване на храносмилателния тракт, урогениталната област. Броят на заболяванията, които определят спектралния анализ на кръвта, постепенно се увеличава. Този метод дава най-висока точност при откриване на биохимични промени в кръвта в случай на неизправност на който и да е човешки орган. В хода на изследването, специални абсорбционни устройства регистрират инфрачервени абсорбционни спектри, получени от вибрационното движение на молекули, серум, и се определят всяко отклонение на неговия молекулен състав. Спектралният анализ също проверява минералния състав на тялото. Материалът за изследването в този случай са косата. Всеки дисбаланс, дефицит или излишък на минерали често се свързват с редица заболявания, като например кръвни заболявания сърдечносъдови, храносмилателната система алергии, нарушения в развитието и растежа на децата, намален имунитет, умора и слабост. Тези видове тестове се считат за най-новите прогресивни лабораторни диагностични методи.

Уникалността на метода

Спектралният анализ днес намери приложение в почти всички най-значими сфери на човешката дейност: в промишлеността, медицината, съдебната медицина и други области. Това е най-важният аспект от развитието на научния прогрес, както и нивото и качеството на човешкия живот.