Spektralna analiza: emisija i apsorpcija svjetla atomima

Znati točno da je kemijski sastav tvari potreban u mnogim područjima industrijske djelatnosti. Tijek kemijskih procesa ovisi o čistoći radnog materijala. Međutim, čisti materijali, bez ikakvih nečistoća, u prirodi se gotovo nikada ne pojavljuju. Za proučavanje kemijskog sastava radne tvari istražuju se procesi emisije i apsorpcije svjetla atomima - spektralna analiza.

Ova metoda istraživanja prirode materije otkrivena je sredinom 19. stoljeća i izazvala senzaciju. Time je stvoren niz važnih postignuća na području kemije i fizike, dobivena su nova znanja o kemijskim elementima. Analiza je vrlo osjetljiva i omogućuje otkrivanje čak i mikroskopske smjese strane tvari. Međutim, opseg spektralne analize seže daleko izvan istraživanja sastava tvari.

Što je spektar?

Spektar je fenomen u kojem se svjetlosni snop, koji prolazi kroz refraktivni objekt (na primjer prizmu), razlaže na nekoliko višebojnih zraka.

Atomi svakog kemijskog elementa imaju svoj individualni spektar, različit od spektra drugih elemenata. Zbog te jedinstvenosti može se odrediti kemijski sastav tvari. Proučavanje emisijskih i apsorpcijskih spektara svjetlosti atomima temelj je spektralne analize (spektroskopija).

Zračenje atoma materije provodi se samo u uzbuđenom stanju, kada im je izložen bilo koji izvor energije. Nakon što je primila energiju, supstanca ga vraća u obliku zračenja i vraća se u normalno stanje. Dobiveni podaci o emisiji i apsorpciji lakih atoma po atomima obrađuju se pomoću posebnih spektralnih uređaja.

Vrste zračenja

To se događa:

1. Toplinska. Kada se tijelo zagrije, atomi ubrzavaju svoje kretanje, što dovodi do oslobađanja energije. Kada dostigne određenu koncentraciju proizvedene energije, tvar počinje emitirati svjetlost.
2. Električno polje može se koristiti za emitiranje i apsorbiranje atoma svjetla. U ovom slučaju energija zračenja naziva se elektroluminescencija.
3. Chemiluminescence. Ova pojava se događa u nekim kemijskim reakcijama, kada temperatura tvari ostaje normalna, a zračenje nastaje zbog interakcije s drugom tvari.
4. Photoluminescence. To se događa kada sami atomi počnu emitirati svjetlo pod utjecajem drugog izvora zračenja.

Vrste spektroskopije

Za proučavanje procesa apsorpcije i emisije svjetla atomima koriste se različite metode spektralne analize:

1. Udio.
2. Apsorpcija.
3. Svjetlećim.
4. X-zraka.
5. Radiospectroscopic.
6. Spektrofotometrijski itd.

Najčešće metode spektroskopije su emisija, apsorpcija i luminiscencija.

U analiznoj emisijskoj metodi tvar se mora pretvoriti u plinovito stanje. Pod utjecajem visokih temperatura, tvar se raspada u atome. U ovom slučaju, priroda zračenja tvari postaje kriterij za određivanje kemijskog sastava. Proučavanje procesa odvija se pomoću spektralnih uređaja koji analiziraju vrstu vala.

Metoda apsorpcije koristi se za proučavanje ne emisije, već apsorpcije svjetla atomima. Ovisno o prirodi elementa, priroda apsorpcije energije od strane tvari bit će pojedinačna u svakom slučaju.

U luminiscentnoj metodi supstanca se pobuđuje infracrvenim ili ultraljubičastim zrakama.

Primjena spektralne analize

Spektroskopija je svijetu donijela mnogo vrijednih otkrića u različitim područjima znanja.

Mnogi kemijski elementi pronađeni su zbog spektralne analize: cezija, helija, rubidija i drugih. Primarna boja njihovih spektara često uzrokuje ime (na primjer, "rubidij" - "tamno crvena").

Spektroskopija se široko koristi u industriji, posebno u inženjerskoj industriji, metalurgiji. Spektralna analiza pomaže da se najtočnije odredi sastav minerala, koji omogućuje dobivanje najčišće tvari za proizvodnju.

Na području forenzike utvrđena je neuobičajena primjena analize, posebice za utvrđivanje autentičnosti ili neistinitosti dokumenta.

Vrijednost spektralne analize za astrofiziku

Najvrednije informacije o procesima emisije i apsorpcije svjetla atoma dane su u području astrofizike i istraživanja svemira.

Samo je spektralnom analizom bilo moguće utvrditi kemijski sastav nebeskih objekata, primjerice sunca i zvijezda. Spektroskopija je pokazala da zvijezde sadrže iste elemente kao i na Zemlji. Fotosfere nebeskih tijela nisu ništa drugo do kontinuirani spektar.

Zbog spektralne analize otkriven je ne samo kemijski sastav zvijezda. Ta nam je metoda omogućila proučavanje životnog ciklusa zvijezde. Svaka od njih dobila je svoje mjesto u spektralnoj klasi, ovisno o veličini i temperaturi zračenja.

Spektralna analiza dopustio sam da dobijem ideju o kozmičkim dimenzijama i udaljenosti, o brzini kretanja svemirskih objekata, njihovoj rotaciji. Doppler efekt dopunjuje i otkriva bit istraživanja provedenog spektroskopijom.

Stoga se većina modernih astronomskih studija temelji na podacima spektralne analize.

Laseri, emisija i apsorpcija svjetla atomima u spektrima

Laser (kvantni generator) je izvor zračenja. U njemu se zračenje energije pobuđenim atomima provodi pod utjecajem vanjskog podražaja. Laserski spektri nastaju emitiranjem svjetla atomima, a ne njegovom apsorpcijom. Laserska zraka je koherentna: zrake idu paralelno i praktički se ne razilaze, bez obzira na udaljenost do izvora zračenja. Laseri se široko koriste u različitim granama znanja, posebno u medicini, optičkoj fizici, fotografiji, metalurgiji itd.

Nakon kratkog razmatranja procesa emisije i apsorpcije svjetla atomima i upoznavanja s glavnom metodom istraživanja - spektralnom analizom, možemo zaključiti da je ona u suvremenom svijetu od neupitne važnosti. Mnoge sfere znanosti, proizvodnje i tehnologije primjenjuju ovu metodu i njene rezultate u svom radu.