Analiza spektralna: emisja i absorpcja światła przez atomy

Dokładnie znać skład chemiczny substancji jest wymagany w wielu obszarach działalności przemysłowej. Przebieg procesów chemicznych zależy od czystości materiału roboczego. Jednak czyste materiały, pozbawione jakichkolwiek zanieczyszczeń, w naturze prawie nigdy nie występują. Aby zbadać skład chemiczny substancji roboczej, badane są procesy emisji i absorpcji światła przez atomy - analiza spektralna.

Ta metoda badania natury materii została odkryta w połowie XIX wieku i wywołała sensację. Dzięki niemu uzyskano szereg ważnych osiągnięć w dziedzinie chemii i fizyki, uzyskano nową wiedzę na temat pierwiastków chemicznych. Analiza jest bardzo czuła i umożliwia wykrycie nawet mikroskopowej domieszki obcej substancji. Jednak zakres analizy spektralnej wykracza znacznie poza badanie składu substancji.

Czym jest widmo?

Spektrum to zjawisko, w którym wiązka światła przechodząca przez obiekt refrakcyjny (na przykład pryzmat) jest rozkładana na kilka wielobarwnych promieni.

Atomy każdego pierwiastka chemicznego mają swoje własne spektrum, różne od widm innych pierwiastków. Dzięki tej unikalności można określić skład chemiczny substancji. Badanie widm emisji i absorpcji światła przez atomy jest podstawą analizy spektralnej (spektroskopii).

Promieniowanie atomów materii odbywa się tylko w stanie wzbudzonym, gdy są one wystawione na działanie jakiegokolwiek źródła energii. Otrzymawszy energię, substancja oddaje ją w postaci promieniowania i powraca do normalnego stanu. Uzyskane dane dotyczące emisji i absorpcji atomów lekkich przez atomy są przetwarzane za pomocą specjalnych urządzeń spektralnych.

Rodzaje promieniowania

Zdarza się:

1. Termiczne. Kiedy ciało jest ogrzewane, atomy przyspieszają ich ruch, co prowadzi do uwolnienia energii. Po osiągnięciu określonego stężenia wytworzonej energii substancja zaczyna emitować światło.
2. Pole elektryczne może być użyte do emisji i pochłaniania atomów światła. W tym przypadku energia promieniowania nazywana jest elektroluminescencją.
3. Chemiluminescencja. Zjawisko to występuje w niektórych reakcjach chemicznych, gdy temperatura substancji pozostaje normalna, a promieniowanie następuje w wyniku interakcji z inną substancją.
4. Fotoluminescencja. Występuje, gdy same atomy zaczynają emitować światło pod wpływem innego źródła promieniowania.

Rodzaje spektroskopii

Aby zbadać procesy absorpcji i emisji światła przez atomy, stosuje się różne metody analizy spektralnej:

1. Emisja.
2. Absorpcja.
3. Luminescencyjny.
4. RTG.
5. Radiospektroskopowy.
6. Spektrofotometryczne itp.

Najczęstsze metody spektroskopii to emisja, absorpcja i luminescencja.

W metodzie pomiaru emisji substancja musi zostać przekształcona w stan gazowy. Pod wpływem wysokiej temperatury substancja rozpada się na atomy. W tym przypadku charakter promieniowania substancji staje się kryterium do określania składu chemicznego. Badanie procesu odbywa się za pomocą urządzeń spektralnych analizujących rodzaj fali.

Metoda absorpcji służy do badania nie emisji, ale absorpcji światła przez atomy. W zależności od rodzaju pierwiastka charakter absorpcji energii przez substancję będzie w każdym przypadku indywidualny.

W metodzie luminescencyjnej substancja jest wzbudzana promieniami podczerwonymi lub ultrafioletowymi.

Aplikacja do analizy spektralnej

Spektroskopia przyniosła światu wiele cennych odkryć w różnych dziedzinach wiedzy.

Z analizy spektralnej stwierdzono wiele pierwiastków chemicznych: cez, hel, rubid i inne. Podstawowy kolor ich widm często powoduje ich nazwę (na przykład "rubidium" - "ciemnoczerwony").

Spektroskopia jest szeroko stosowana w przemyśle, w szczególności w przemyśle maszynowym, w metalurgii. Analiza spektralna pomaga w najdokładniejszym określeniu składu minerału, co pozwala na uzyskanie najczystszej substancji do produkcji.

Nietypowe zastosowanie analizy stwierdzono w dziedzinie kryminalistyki, w szczególności w celu ustalenia autentyczności lub fałszu dokumentu.

Wartość analizy spektralnej dla astrofizyki

Najcenniejsze informacje o procesach emisji i absorpcji światła przez atomy podano w zakresie astrofizyki i eksploracji kosmosu.

Tylko dzięki analizie spektralnej możliwe było ustalenie składu chemicznego ciał niebieskich, na przykład słońca i gwiazd. Spektroskopia wykazała, że ​​gwiazdy zawierają te same elementy, co na Ziemi. Fotosfery ciał niebieskich to nic innego jak ciągłe spektrum.

Nie tylko skład chemiczny gwiazd został odkryty dzięki analizie spektralnej. Ta metoda pozwoliła nam zbadać cykl życia gwiazdy. Każdy z nich zajął swoje miejsce w klasie widmowej, w oparciu o jego wielkość i temperaturę promieniowania.

Analiza spektralna pozwoliło mi uzyskać wyobrażenie o kosmicznych wymiarach i odległościach, o prędkości poruszających się obiektów kosmicznych, ich rotacji. Efekt Dopplera uzupełnia i ujawnia istotę badań prowadzonych za pomocą spektroskopii.

W związku z tym większość współczesnych badań astronomicznych opiera się na danych analizy spektralnej.

Lasery, emisja i absorpcja światła przez atomy w widmach

Laser (generator kwantowy) jest źródłem promieniowania. W nim promieniowanie energii przez wzbudzone atomy odbywa się pod wpływem zewnętrznego bodźca. Widma laserowe powstają w wyniku emisji światła przez atomy, a nie przez jego absorpcję. Promień lasera jest spójny: promienie są równoległe i praktycznie nie rozchodzą się, niezależnie od odległości od źródła promieniowania. Lasery są szeroko stosowane w różnych dziedzinach wiedzy, w szczególności w medycynie, fizyce optycznej, fotografii, metalurgii itp.

Po krótkiej analizie procesów emisji i absorpcji światła przez atomy oraz zapoznaniu się z podstawową metodą badań - analizą widmową, możemy stwierdzić, że ma ona bezsporne znaczenie we współczesnym świecie. Wiele dziedzin nauki, produkcji i technologii stosuje tę metodę i jej wyniki w swojej pracy.