A spektrális elemzés egy meghatározási módszer. A
Spektrális elemzés- az objektum összetételének minőségi és mennyiségi meghatározására szolgáló módszerek összessége, az anyag és a sugárzás kölcsönhatásának spektrumainak tanulmányozása alapján, beleértve az elektromágneses sugárzás, az akusztikus hullámok, a tömeg- és energiaeloszlás spektrumát elemi részecskék satöbbi.
Számos spektrális elemzési módszert különböztetünk meg az elemzés céljától és a spektrumok típusától függően. Atomés molekuláris A spektrális elemzések lehetővé teszik az anyag elemi és molekuláris összetételének meghatározását. Az emissziós és abszorpciós módszerekben az összetételt az emissziós és abszorpciós spektrumok alapján határozzák meg.
A tömegspektrometriai elemzést az atom- vagy molekuláris ionok tömegspektrumai alapján végzik, és lehetővé teszi egy tárgy izotóp -összetételének meghatározását.
Történelem
A spektrális csíkok sötét vonalait már régóta észrevették, de az első komoly tanulmányt ezekről a vonalakról csak 1814 -ben végezte el Joseph Fraunhofer. Az ő tiszteletére a hatást "Fraunhofer -vonalak" -nak nevezték el. Fraunhofer megállapította a vonalak helyzetének stabilitását, táblázatot készített belőlük (összesen 574 sort számolt meg), és mindegyikhez alfanumerikus kódot rendelt. Nem kevésbé fontos volt az a következtetés, hogy a vonalak nem kapcsolódnak sem optikai anyaghoz, sem a Föld légköréhez, hanem természetes tulajdonságok. napfény... Hasonló vonalakat talált a mesterséges fényforrásokban, valamint a Vénusz és a Szíriusz spektrumában.
Hamar kiderült, hogy az egyik legvilágosabb vonal mindig nátrium jelenlétében jelenik meg. 1859 -ben G. Kirchhoff és R. Bunsen számos kísérletet követően azt a következtetést vonta le: minden kémiai elemnek megvan a maga egyedi vonalspektruma, és az égitestek spektrumából következtetéseket lehet levonni anyaguk összetételéről. Ettől a pillanattól kezdve a tudományban megjelent a spektrális elemzés, amely a távérzékelés hatékony módja kémiai összetétel.
A módszer tesztelésére 1868 -ban a Párizsi Tudományos Akadémia expedíciót szervezett Indiába, ahol egy teljes Napfogyatkozás... Ott a tudósok felfedezték: minden sötét vonal a napfogyatkozás idején, amikor a sugárzási spektrum megváltoztatta a napkorona abszorpciós spektrumát, az előrejelzések szerint világos lett a sötét háttér előtt.
Az egyes vonalak jellege, a vegyi elemekkel való kapcsolatuk fokozatosan tisztázódott. 1860 -ban Kirchhoff és Bunsen spektrális elemzéssel felfedezték a céziumot, 1861 -ben pedig a rubídiumot. A héliumot pedig 27 évvel korábban fedezték fel a Napon, mint a Földön (1868 és 1895).
Működés elve
Az egyes kémiai elemek atomjai szigorúan meghatározott rezonanciafrekvenciákkal rendelkeznek, ennek következtében ezeken a frekvenciákon bocsátanak ki vagy vesznek el fényt. Ez ahhoz vezet, hogy a spektroszkópban a spektrumokon (sötét vagy világos) vonalak láthatók az egyes anyagokra jellemző bizonyos helyeken. A vonalak intenzitása az anyag mennyiségétől és állapotától függ. A kvantitatív spektrális elemzés során az analit tartalmát a vonalak vagy sávok relatív vagy abszolút intenzitása határozza meg a spektrumokban.
Az optikai spektrális elemzést viszonylag könnyű végrehajtás jellemzi, a minták elemzésre való komplex előkészítésének hiánya, és jelentéktelen mennyiségű anyag (10-30 mg) szükséges az elemek nagyszámú elemzéséhez.
Az atomspektrumokat (abszorpció vagy emisszió) úgy nyerik, hogy az anyagot gőzállapotba alakítják a minta 1000-10000 ° C-ra történő felmelegítésével. Az atomok gerjesztésének forrásaként az emissziós elemzésben vezető anyagok alkalmazzon szikrát, ívet váltakozó áram; a mintát az egyik szén -elektróda kráterébe helyezzük. Különböző gázok lángját vagy plazmát széles körben használják az oldatok elemzéséhez.
Alkalmazás
A közelmúltban a legelterjedtebbek az emissziós és tömegspektrometriás spektrometriai módszerek, amelyek az atomok gerjesztésén és azok ionizációján alapulnak az indukciós kisülések argonplazmájában, valamint a lézer szikrájában.
A spektrális elemzés érzékeny módszer, és széles körben használják az analitikus kémiában, az asztrofizikában, a kohászatban, a gépiparban, a geológiai feltárásban és a tudomány más területein.
A jelfeldolgozás elméletében a spektrális elemzés azt is jelenti, hogy elemezzük a jel (például hang) energiájának eloszlását a frekvenciák, hullámszámok stb.
Lásd még
Wikimédia Alapítvány. 2010.
- Baltok
- Észak -Han
Nézze meg, mi a "Spektrális elemzés" más szótárakban:
SPECTRÁLIS ELEMZÉS- fizikai minőségi módszerek. . és mennyiségek. a kompozíció meghatározása VA -ban, spektrumainak átvétele és vizsgálata alapján. S. alapja és. atomok és molekulák spektroszkópiája, az elemzés célja és a spektrumok típusa szerint osztályozzák. Atomic S. és. (ACA) meghatározza ... ... Fizikai enciklopédia
Spektrális elemzés- Egy anyag összetételének mérése spektrumainak tanulmányozása alapján Forrás ... Szótár-referenciakönyv a normatív és műszaki dokumentáció feltételeiről
Spektrális elemzés- lásd Spektroszkópia. Földtani szótár: 2 kötetben. M .: Nedra. Szerk .: K. N. Paffengolts et al. 1978. Spektrális elemzés ... Földtani enciklopédia
SPECTRÁLIS ELEMZÉS- Bunsen és Kirchhoff vezette be 1860 -ban, az anyag kémiai vizsgálatát a jellegzetes színes vonalak segítségével, amelyeket prizmán keresztül látunk (az illékonyság során). 25 000 idegen szó magyarázata ... Az orosz nyelv idegen szavainak szótára
SPECTRÁLIS ELEMZÉS- SPECTRÁLIS ANALÍZIS, az egyik elemzési módszer, amelyben a spektrumokat használják (lásd. Spektroszkópia, spektroszkóp), amelyet egy vagy másik test ad felhevítéskor! vagy folyamatos spektrumot adó sugarak áthaladásával. Mert…… Nagy orvosi enciklopédia
SPECTRÁLIS ELEMZÉS- fizikai módszer az anyag összetételének minőségi és mennyiségi meghatározására, optikai spektruma alapján. Megkülönböztetni az atomi és a molekuláris spektrális elemzést, az emissziót (emissziós spektrumok alapján) és az abszorpciót (spektrumok alapján ... ...) Nagy enciklopédikus szótár
Spektrális elemzés- matematikai statisztikai módszer az idősorok elemzésére, amelyben egy sorozatot összetett halmaznak, egymásra rakott harmonikus rezgések keverékének tekintünk. A hangsúly a frekvencián van ....... Közgazdasági és matematikai szótár
SPECTRÁLIS ELEMZÉS- fizikai a vegyi anyag minőségi és mennyiségi meghatározásának módszerei. bármely anyag összetételét optikai spektrumuk megszerzése és tanulmányozása alapján. Az alkalmazott spektrumok jellegétől függően a következő típusokat különböztetjük meg: emisszió (emisszió C ... Nagy Politechnikai Enciklopédia
Spektrális elemzés- I A spektrális elemzés egy fizikai módszer az anyag atom- és molekuláris összetételének minőségi és mennyiségi meghatározására, spektrumainak tanulmányozása alapján. S. fizikai alapja és. Az atomok és molekulák spektroszkópia, ... ... Nagy szovjet enciklopédia
Spektrális elemzés- A cikk tartalma. I. A testek ragyogása. Sugárzási spektrum. Nap spektrum. Fraunhofer vonalak. Prizmás és diffrakciós spektrumok. A prizma és a rács színszórása. II. Spektroszkópok. Hajlított és egyenes spektroszkóp, közvetlen látás. ... ... Encyclopedic Dictionary of F.A. Brockhaus és I.A. Efron
SPECTRÁLIS ELEMZÉS(emissziós spektrumok használatával) a gazdaság szinte minden ágazatában alkalmazható. Széles körben használják a fémiparban a vas, acél, öntöttvas, valamint különféle speciális acélok és kész fémtermékek gyors elemzésére, a könnyű, színes és nemesfémek tisztaságának megállapítására. A spektrális elemzést széles körben használják a geokémiában az ásványok összetételének tanulmányozásakor. BAN BEN vegyiparés a kapcsolódó iparágak, spektrális elemzést alkalmaznak a gyártott és használt termékek tisztaságának megállapítására, katalizátorok, különféle maradványok, üledékek, iszapok és öblítővizek elemzésére; az orvostudományban - fémek felfedezésére különböző szerves szövetekben. Számos speciális, nehezen megoldható vagy más módon egyáltalán nem megoldható probléma gyorsan és pontosan megoldható a spektrális elemzés segítségével. Ide tartozik például a fémek eloszlása ötvözetekben, a szulfid ötvözetek és ásványok kutatása és egyéb zárványok; ezt a fajta kutatást néha a kifejezés jelöli helyi elemzés.
A spektrális készülék egyik vagy másik típusának megválasztása a diszperzió elégségessége szempontjából a spektrális elemzés céljától és feladataitól függ. Nagyobb diszperziójú kvarc spektrográfok, amelyek 4000-2200 wave hullámhosszra adnak spektrumcsíkot legalább 22 cm. Más elemekhez B. B. Olyan berendezéseket használtak, amelyek 7-15 cm hosszú spektrumokat adnak, és az üvegoptikával ellátott spektrográfok általában kisebb jelentőséggel bírnak. Ezek közül a kombinált műszerek kényelmesek (például a Gilger és a Füss cégétől), amelyek kívánt esetben spektroszkópként és spektrográfként is használhatók. A spektrumok kinyeréséhez a következő energiaforrásokat használjuk. egy) Az égő keverék lángja- hidrogén és oxigén, oxigén és lámpagáz keveréke, oxigén és acetilén keveréke, vagy végül levegő és acetilén. Ez utóbbi esetben a fényforrás hőmérséklete eléri a 2500-3000 ° C-ot. A láng a legalkalmasabb alkáli- és alkáliföldfém -spektrumok, valamint olyan elemek, mint a Cu, Hg és Tl spektrumainak kinyerésére. 2) Voltikus ív. a) Rendes, ch. arr. egyenáram, 5-20 A. erővel. Nagy sikerrel használják a nehezen olvadó ásványok minőségi elemzésére, amelyeket darabok vagy finomra őrölt porok formájában vezetnek be az ívbe. A fémek mennyiségi elemzéséhez a hagyományos voltaikus ív használata nagyon jelentős hátrányt jelent, vagyis az, hogy a vizsgált fémek felületét oxidfilm borítja, és az ívégés végül egyenetlenné válik. A voltív hőmérséklete eléri az 5000-6000 ° C-ot. b) Szakaszos ív (Abreissbogen) egyenáramú, 2-5 A erősségű, körülbelül 80 V feszültség mellett. Egy speciális eszköz segítségével az ív másodpercenként 4-10-szer megszakad. Ez a gerjesztési módszer csökkenti a vizsgált fémek felületének oxidációját. Nagyobb feszültségnél - 220 V -ig és 1-2 A áramerősségnél - a szakaszos ív felhasználható az oldatok elemzésére is. 3) Szikra kisülések, indukciós tekercs vagy gyakrabban egy egyenáramú vagy (lehetőleg) váltakozó áramú transzformátor segítségével, amelynek teljesítménye legfeljebb 1 kW, és a szekunder áramkörben 10000-30000 V. Háromféle kisülést használnak, a) kapacitás és induktivitás a másodlagos áramkörben, amelyet néha nagyfeszültségű ívnek (Hochspannungsbogen) neveznek. A folyadékok és olvadt sók elemzése ilyen kisülések felhasználásával nagyon érzékeny. b) Szikrakisülés kapacitással és induktivitással a másodlagos áramkörben, gyakran más néven sűrített szikrák, egy univerzálisabb energiaforrást képviselnek, alkalmasak szinte minden elem spektrumának izgalmára (kivéve alkálifémek), valamint a gázok. A bekötési rajz az ábrán látható. egy,
ahol R egy reosztát a primer áramkörben, Tr egy váltakozó áramú transzformátor, C 1 a kapacitás az I szekunder áramkörben, S egy kapcsoló az L 1 induktivitás megváltoztatásához, U szinkron megszakító, LF szikralevezető , F működő szikraköz. A II szekunder áramkör az I szekunder áramkörre rezonanciára van hangolva az induktivitás és a változó kapacitású C 2 segítségével; A rezonancia jelenlétének jele az A milliaméter által mutatott legnagyobb áram. Az U szinkron megszakító és az LF szikrafogó másodlagos áramkörének II. időtartam; normál munka során ilyen kiegészítő eszközöket nem vezetnek be.
A másodlagos körben lévő fémek kutatása során 6000-15000 cm3 kapacitást és legfeljebb 0,05-0,01 N induktivitást használnak. másodlagos áramkör. A gázokat induktivitás nélkül, kis kapacitással vizsgálják. c) Tesla áramok kisülései, amelyeket az ábrán látható áramkör segítségével hajtunk végre. 2,
ahol V egy voltmérő, A egy ampermérő, T egy transzformátor, C egy kapacitás, T-T egy Tesla transzformátor, F egy szikraköz, ahol az analit befecskendezése történik. A Tesla -áramokat alacsony olvadáspontú anyagok vizsgálatára használják: különféle növényi és szerves készítmények, csapadékok szűrőkön, stb. valamilyen formát kapnak, például az 1. ábrán láthatókból. 3,
ahol a elemzett vastag huzalból készült elektróda, b ón, c hajlított vékony huzal, d vastag hengeres rúdból kivágott tárcsa, e nagy darabokatöntvény. A kvantitatív elemzés során szükség van arra, hogy mindig azonos alakú és méretű legyen a szikráknak kitett elektródafelület. Az elemzett fém kis mennyiségével használhat valamilyen tiszta fémből, például aranyból és platinából készült keretet, amelyben az elemzett fém rögzítve van, amint az az ábrán látható. 4.
Számos módszert javasoltak az oldatok fényforrásba való bevezetésére. Lánggal történő munkavégzés során Lundegaard porlasztót használnak, amelyet sematikusan az 1. ábra mutat be. 5 speciális égővel együtt.
A ВС porlasztón keresztül fúvott levegő befogja a vizsgálati folyadékot, amelyet 3-10 cm 3 mennyiségben a C mélyedésbe öntenek, és finom por formájában az A égőhöz viszi, ahol a gázzal keveredik. Az oldatok ívbe, valamint a szikrába való bevezetéséhez tiszta szén- vagy grafit -elektródákat használnak, amelyek egyikén mélyedés van. Meg kell azonban jegyezni, hogy nagyon nehéz a szeneket teljesen tisztára főzni. A tisztításhoz használt módszerek - sósavban és hidrogén -fluoridban való forralás, valamint 2500-3000 ° C -ig terjedő hidrogénatmoszférában történő kalcinálás - nem adnak szenet szennyeződésektől, maradnak (bár nyomokban) Ca, Mg, V, Ti, Al, Fe, Si, B. A kielégítő tisztaságú szeneket levegőn történő kalcinálással is nyerjük elektromos áram: Körülbelül 400 A áramot vezetnek át egy 5 mm átmérőjű szénrúdon, és az ebből eredő nagy izzadás (akár 3000 ° C -ig) elegendő ahhoz, hogy a szenet szennyező szennyeződések nagy része pár másodpercen belül elpárologjon. Vannak olyan módszerek is, amelyek segítségével oldatokat vezetnek be szikrába, ahol maga az oldat az alsó elektróda, és a szikra felcsúszik a felületére; a másik elektróda lehet bármilyen tiszta fém. Egy ilyen eszközre példa az 1. ábra. 6 folyadék elektróda Gerlach.
A mélyedést, ahová a vizsgálati oldatot öntik, platinafóliával bélelik, vagy vastag aranyozási réteggel borítják. ÁBRA. A 7. ábra a Hitchen -készüléket mutatja, amely a szikraoldatok bevezetését is szolgálja.
Az A tartályból a vizsgálati oldat gyenge áramban áramlik a B csövön és a C kvarcfúvókán keresztül a szikrakisülés hatáskörébe. Az alsó elektródát üvegcsőbe forrasztva E gumi csővel rögzítik a készülékhez. 7 külön, az egyik oldalon kivágás van a fugázáshoz. D - üveg biztonsági edény, amelyben kerek lyuk az ultraibolya sugarak kilépésére. Kényelmesebb ezt az edényt kvarcból lyuk nélkül készíteni. Az F felső elektróda, legyen az grafit, szén vagy fém, fröccsenő lemezt is fogad. A "nagyfeszültségű ívhez", amely nagymértékben izzítja az analitokat, Gerlach, oldatokkal dolgozva, hűtéssel ellátott elektródákat használ, amint az sematikusan az 1. ábrán látható. nyolc.
A G üvegtölcsért vastag (6 mm átmérőjű) huzalhoz erősítjük K dugóval, ahol jégdarabokat helyezünk el. A huzal felső végén egy kerek, 4 cm átmérőjű és 4 cm magas E vaselektróda van rögzítve, amelyre egy platinacsésze P kerül; az utóbbinak könnyen eltávolíthatónak kell lennie a tisztításhoz. A felső elektróda is legyen b. vastag, nehogy megolvadjon. Ha kis mennyiségű anyagot - szűrők üledékeit, különféle porokat stb. - elemez, használhatja az ábrán látható eszközt. kilenc.
A vizsgált anyagból és szűrőpapírból csomót készítenek, amelyet a jobb vezetőképesség érdekében megnedvesítenek egy oldattal, például NaCl oldattal, amelyet az alsó elektródára helyeznek, néha tiszta kadmiumból, kvarc (rosszabb, mint az üveg) csőben; a felső elektróda is valamilyen tiszta fém. Ugyanezek az elemzések a Tesla áramokkal való munkavégzés során speciális szikraköz kialakítást alkalmaznak, amint az az ábrán látható. 10 a és b.
A K kerek csuklópántban egy alumínium E lemez van rögzítve a kívánt helyzetben, amelyre egy G üveglap van felhelyezve, és az utóbbinál - P készítmény F szűrőpapíron. A készítményt valamilyen savval vagy sóval megnedvesítik. Ez az egész rendszer egy kis kondenzátor. A gázok vizsgálatához zárt üveg- vagy kvarc edényeket használnak (11. ábra).
A gázok mennyiségi elemzéséhez kényelmes arany vagy platina elektródákat használni, amelyek vonalai összehasonlításra használhatók. Az anyagok szikrába és ívbe juttatására szolgáló, fent említett eszközök szinte mindegyike speciális állványokon van rögzítve működés közben. Példa erre az 1. ábrán látható Gramont állvány. 12:
a D csavar segítségével az elektródákat egyszerre távolítják el és mozgatják; az E csavar a felső elektróda párhuzamos mozgatását szolgálja az optikai paddal, a C csavar pedig az alsó elektróda oldalirányú fordulatait; a B csavart az állvány teljes felső részének oldalirányú elforgatására használják; végül az A csavar segítségével felemelheti vagy leengedheti az állvány teljes felső részét; H - álljon égők, poharak, stb. Egy energiaforrás kiválasztására egy adott kutatási célból, az alábbi példatáblázat alapján kerülhet sor.
Minőségi elemzés... A kvalitatív spektrális elemzés során bármely elem felfedezése sok tényezőtől függ: a meghatározandó elem jellegétől, az energiaforrástól, a spektrális készülék felbontásától, valamint a fényképlapok érzékenységétől. A következő iránymutatások adhatók a vizsgálat érzékenységére vonatkozóan. Ha oldatokban szikrakisüléssel dolgozik, akkor a vizsgált elem 10-9-10-10% -át, fémekben pedig 10-2-10-10% -át nyithatja meg; voltfeszültségű ívvel történő munkavégzés esetén a nyitási határok körülbelül 10-3%. Az abszolút felhasználható összeg. lánggal történő munkavégzéskor nyitva van, 10–4–10–7 g, és szikrakisülés esetén 10–6–10–8 g vizsgált elemet tartalmaz. A felfedezés legnagyobb érzékenysége a fémekre és a metalloidokra vonatkozik - B, P, C; kisebb érzékenység az As, Se és Te metalloidokra; halogének, valamint S, O, N vegyületeikben egyáltalán nem m. b. nyitva és m. b. csak bizonyos esetekben fedezték fel gázkeverékekben.
Minőségi elemzéshez legnagyobb érték rendelkeznek "utolsó sorokkal", és az elemzésben a feladat a spektrális vonalak legpontosabb hullámhosszának meghatározása. A vizuális vizsgálatok során a hullámhosszakat a spektrométer dobja mentén számolják; ezek a mérések csak hozzávetőlegesnek tekinthetők, mivel a pontosság általában ± (2-З) Ӑ, és a Kaiser-táblázatokban ez a hibaintervallum körülbelül 10 spektrális vonalnak felelhet meg, amelyek különböző elemekhez tartoznak λ 6000 és 5000 Ӑ esetén, és körülbelül 20 spektrális vonalnak. λ ≈ 4000 Ӑ esetén. A hullámhosszat sokkal pontosabban határozzuk meg spektrográfiai elemzéssel. Ebben az esetben a spektrogramokon mérőmikroszkóp segítségével mérik az ismert hullámhosszú és a meghatározott hullámhosszúságú vonalak közötti távolságot; a Hartmann -képlet szerint az utóbbi hullámhossza megtalálható. Az ilyen mérések pontossága, ha olyan készülékkel dolgozik, amely körülbelül 20 cm hosszúságú spektrális sávot ad, ± 0,5 Ӑ λ 4000 esetén, ± 0,2 Ӑ 3000 Ӑ esetén és ± 0,1 Ӑ λ 2500 Ӑ esetén. . A táblázatban megtalálható a megfelelő elem hullámhosszonként. A vonalak közötti távolságot normál munka során 0,05-0,01 mm pontossággal mérik. Néha kényelmes kombinálni ezt a technikát spektrumfelvétellel az úgynevezett Hartmann redőnyökkel, amelyeknek két típusa látható az ábrán. 13., a és b; spektrográf résük segítségével különböző magasságokat lehet készíteni. ÁBRA. A 13c. Ábra vázlatosan az X anyag minőségi elemzésének eseteit mutatja be - az A és B elemek megállapítását. Ábrán látható, hogy az Y anyagban az A elem mellett, amelynek sorait G betű jelzi, van egy szennyeződés, amelynek sorait z jelzi. Ezzel a technikával egyszerű esetek minőségi elemzést végezhet anélkül, hogy a sorok közötti távolságot mérné.
Mennyiségi elemzés... A kvantitatív spektrális elemzéshez a legnagyobb dI / dK koncentrációérzékenységű vonalak a legnagyobbak, ahol I a vonal intenzitása, K pedig az azt adó elem koncentrációja. Minél nagyobb a koncentrációérzékenység, annál pontosabb az elemzés. Idővel kifejlesztve egész sor kvantitatív spektrális elemzési módszerek. Ezek a módszerek a következők.
ÉN. Spektroszkópos módszerek(nincs fényképes felmérés) szinte mindegyik fotometriai módszer. Ide tartoznak: 1) Barratt módszere. Egyidejűleg két anyag spektruma gerjed - a teszt és a standard -, amelyek a spektroszkóp látómezőjében egymás mellett, egymás felett láthatók. A sugarak útját az 1. ábra mutatja. tizennégy,
ahol F 1 és F 2 két szikraköz, amelyekből a fény áthalad az N 1 és N 2 Nicolas prizmán, és egymásra merőleges síkokban polarizálja a sugarakat. A D prizma segítségével a sugarak belépnek a spektroszkóp S résébe. Távcsövében Nicolas harmadik prizmája - az analizátor - forog, amelyet a két összehasonlított vonal azonos intenzitásával érnek el. Korábban a szabványok, vagyis az ismert elemtartalmú anyagok tanulmányozása során összefüggést állapítottak meg az analizátor forgásszöge és a koncentráció között, és diagramot rajzolnak ezekből az adatokból. Ha az elemző forgásszöge alapján elemzi ezt a diagramot, a szükséges százalék... A módszer pontossága ± 10%. 2). A módszer elve az, hogy a spektroszkópprizma utáni fénysugarak áthaladnak a Wollaston -prizmán, ahol két nyalábra válnak szét, és egymásra merőleges síkokban polarizálódnak. A sugárút az 1. ábrán látható. tizenöt,
ahol S a rés, P a spektroszkópprizma, W a Wollaston -prizma. A látómezőben két B 1 és B 2 spektrumot kapunk, amelyek egymás mellett fekszenek; L - nagyító, N - elemző. Ha elforgatja a Wollaston prizmát, a spektrumok egymáshoz képest mozognak, ami lehetővé teszi két vonaluk kombinálását. Például, ha a vastartalmú vanádiumot elemzik, akkor a vanádium vonal igazodik a közeli monokromatikus vasvonalhoz; majd az analizátort elforgatva ugyanazt a fényerőt érik el. Az analizátor forgásszöge, az előző módszerhez hasonlóan, a kívánt elem koncentrációjának mértéke. A módszer különösen alkalmas a vas elemzésére, amelynek spektrumában sok vonal található, ami lehetővé teszi, hogy mindig találjunk kutatásra alkalmas vonalakat. A módszer pontossága ± (3-7)%. 3) Occhialini módszere. Ha az elektródákat (például az elemzendő fémeket) vízszintesen helyezi el, és a fényforrásból a spektroszkóp függőleges résébe vetíti a képet, akkor mind szikrában, mind ívkisülésben szennyeződési vonalak használhatók. az elektródáktól nagyobb vagy kisebb távolságban lévő koncentrációtól függően nyitva. A fényforrást mikrométeres csavarral ellátott speciális lencse segítségével vetítik a résre. Az elemzés során ez a lencse mozog, és a fényforrás képe együtt mozog vele, amíg a spektrum bármely szennyeződési vonala eltűnik. A szennyeződések koncentrációjának mértéke a lencse skálájának leolvasása. Jelenleg ezt a módszert a velük való együttműködésre is kifejlesztették ultraibolya rész spektrum. Meg kell jegyezni, hogy Lockyer ugyanezt a módszert alkalmazta a spektrális készülék résének megvilágítására, és kidolgozott egy módszert a kvantitatív spektrális elemzéshez, az ún. "hosszú és rövid sorok" módszerét. 4) Spektrumok közvetlen fotometriája... A fent leírt módszereket vizuális módszereknek nevezzük. A vizuális vizsgálatok helyett Lundegard egy fotocellát használt a spektrális vonalak intenzitásának mérésére. Az alkálifémek meghatározásának pontossága lánggal végzett munka során elérte a ± 5%-ot. Szikrakisülés esetén ez a módszer nem alkalmazható, mivel kevésbé állandóak, mint a láng. Vannak olyan módszerek is, amelyek a szekunder kör induktivitásának megváltoztatásán, valamint a spektroszkópba belépő fény mesterséges csillapításán alapulnak, amíg a vizsgált spektrális vonalak eltűnnek a látómezőben.
II. Spektrográfiai módszerek... Ezekkel a módszerekkel a spektrumok fényképes képeit tanulmányozzák, és a spektrális vonalak intenzitásának mértéke az a feketedés, amelyet egy fényképlemezen adnak. Az intenzitást vagy szemmel, vagy fotometriásan értékelik.
DE. Fotometria nélküli módszerek. 1) Utolsó sorok módszer... Amikor a spektrum bármely elemének koncentrációja megváltozik, sorainak száma megváltozik, ami lehetővé teszi állandó működési körülmények között a meghatározandó elem koncentrációjának megítélését. Az érdeklődő komponens ismert tartalmú anyagok spektrumát lefényképezik, a spektrogramokon meghatározzák a sorainak számát, és táblázatokat állítanak össze, amelyek jelzik, hogy mely vonalak láthatók ezeknél a koncentrációknál. Ezek a táblázatok tovább szolgálnak az analitikus meghatározásokhoz. A spektrogramon végzett elemzés során meghatározzák az érdeklődő elem sorainak számát, és a táblázatokban megtalálják a százalékos tartalmat, és a módszer nem az egyértelmű számadatokat adja meg, hanem a koncentrációhatárokat, azaz "tól-ig" . A legmegbízhatóbban meg lehet különböztetni az egymástól 10-szeres mértékben eltérő koncentrációkat, például 0,001-0,01%, 0,01-0,1%stb. Az analitikus táblázatok csak jól meghatározott munkakörülmények esetén fontosak, a különböző laboratóriumok nagyon különbözőek lehetnek; emellett a munkakörülmények állandóságának gondos betartása szükséges. 2) Összehasonlító spektrum módszer... az A + x% B analit több spektrumát lefényképezik, amelyekben a B elem x tartalmát határozzák meg, és a köztük lévő intervallumokban ugyanazon a fényképlemezen - az A + a% B, A + b standard anyagok spektruma % B, A + c% B, ahol a, b, c a B ismert százaléka. A spektrogramokon a B sorok intenzitása alapján határozzák meg, hogy az x értéke melyik koncentráció között van. A munkakörülmények állandóságának kritériuma az intenzitás egyenlősége minden közeli A vonal minden spektrogramján. A megoldások elemzésekor ugyanazt a mennyiségű elemet adjuk hozzájuk, így a B vonalhoz közeli vonalat kapunk, majd az állandóságot. e sorok intenzitásának egyenlősége alapján ítélik meg. Minél kisebb a különbség az a, b, c, ... koncentrációk között, és minél pontosabban érhető el az A egyenes intenzitásának egyenlősége, annál pontosabb az elemzés. A. A rizs például az a, b, c, ... koncentrációkat használta egymással kapcsolatban: 1: 1,5. Az összehasonlító spektrumok módszeréhez csatlakozik a Güttig és Thurnwald szerint a "koncentrációk kiválasztásának" (Testverfahren) módszere, amely csak az oldatok elemzésére alkalmazható. Ez abból a tényből áll, hogy ha két,% A -t és x% A -t tartalmazó oldatban (x nagyobb vagy kisebb, mint a), ami most spektrumukból meghatározható, akkor az A elem ilyen mennyiségű nátriumát adjuk hozzá bármely ezekből a megoldásokból, hogy vonalainak intenzitása mindkét spektrumban azonos legyen. Ez határozza meg az x koncentrációt, amely (a ± n)%lesz. Lehetőség van más B elem hozzáadására is az elemzett oldathoz, amíg egyes A és B vonalak intenzitása egyenlő, és B mennyiségével megbecsüljük A tartalmát. 3) Homológ páros módszer... Az A + a% B anyag spektrumában az A és B elemek vonalai nem egyformán intenzívek, és ha elegendő számú ilyen sor van, akkor két ilyen A és B egyenest találhat, amelyek intenzitása ugyanaz. Egy másik A + b% B összetétel esetén a többi A és B vonal azonos intenzitású lesz, és így tovább.Ezt a két azonos vonalat homológ pároknak nevezzük. Azokat a B koncentrációkat nevezzük, amelyeknél ez vagy az a homológ pár valósul meg rögzítési pontok ezt a párost. Ennek a módszernek a használatához előzetesen össze kell állítani a homológ párokat tartalmazó táblázatokat ismert összetételű anyagok felhasználásával. Minél teljesebbek a táblázatok, vagyis minél több homológ párt tartalmaznak, amelyek rögzítési pontjai a lehető legkevésbé térnek el egymástól, annál pontosabb az elemzés. Jó néhány ilyen táblázat található. nagyszámú, és bármely laboratóriumban használhatók, mivel a kibocsátás körülményei összeállításukkor pontosan ismertek, és ezek a feltételek használhatók. tökéletesen reprodukált. Ezt az alábbi egyszerű technikával érik el. Az A + a% B anyag spektrumában az A elem két sora van kiválasztva, amelyek intenzitása nagymértékben változik a szekunder kör önindukciójának nagyságától függően, nevezetesen egy ívvonal (egy semleges atomhoz tartozik) és egy szikravonal (egy ionhoz tartozik). Ezt a két sort hívják rögzítő pár... Az önindukció nagyságának kiválasztásával ennek a párnak a vonalai megegyeznek, és az összeállítás ilyen körülmények között történik, amelyeket mindig a táblázatok jeleznek. Ugyanezen feltételek mellett elemzést végeznek, és a százalékot egy adott homológ pár megvalósítása határozza meg. A homológia páros módszerének számos módosítása van. Ezek közül a legfontosabb a módszer segédspektrum, akkor használják, ha az A és B elemek nem rendelkeznek elegendő számú sorral. Ebben az esetben az A elem spektrumának vonalai bizonyos módon összekapcsolódnak egy másik, alkalmasabb G elem vonalaival, és a G elem elkezdi betölteni A. szerepét. A homológ párok módszerét Gerlach és Schweitzer. Mind ötvözetekre, mind oldatokra alkalmazható. Pontossága átlagosan ± 10%.
BAN BEN. Fotometriai módszerek... 1) Barratt módszere. ÁBRA. A 16. ábra képet ad a módszerről.
F 1 és F 2 két szikraköz, amelyek segítségével a standard és az analit spektrumát egyszerre gerjesztjük. A fény két forgó S 1 és S 2 szektoron halad át, és egy D prizma segítségével spektrumokat képez, amelyek egymás felett helyezkednek el. A szektorok vágásainak kiválasztásával a vizsgált elem vonalait azonos intenzitással kapjuk meg; a meghatározandó elem koncentrációját a kivágások értékeinek arányából számítják ki. 2) hasonló, de egy szikraközvel (17. ábra).
Az F -ből érkező fény két sugárra oszlik, és áthalad az S 1 és S 2 szektorokon, a Hüfner R rombusz segítségével két spektrális csíkot kapunk egymás fölött; Sp a spektrográf rés. A szektorok bemetszéseit addig változtatják, amíg a szennyező vonal és a fő anyag bármely közeli vonalának intenzitása megegyezik, és a meghatározandó elem százalékos arányát a bevágások értékeinek arányából számítják ki. 3) Fotométerként használva forgó logaritmikus szektor a vonalak ék alakúak a spektrogramokon. Az egyik ilyen szektor és annak helyzete a spektrográfhoz képest működés közben az ábrán látható. 18, a és b.
A szektorvágás engedelmeskedik az egyenletnek
- lg Ɵ = 0,3 + 0,2 l
ahol Ɵ az ív hossza a teljes kör egyes részeiben, I távolságban, a végétől mért sugár mentén mm -ben mérve. A vonalak intenzitásának mértéke a hosszuk, mivel az elem koncentrációjának változásával az ék alakú vonalak hossza is megváltozik. Előzetesen egy diagramot mutatunk bármely vonal hosszának a% tartalomtól való függőségéről, ismert tartalmú minták segítségével; az elemzés során ugyanazon vonal hosszát mérjük a spektrogramon, és a százalékot a diagramból találjuk. Ennek a módszernek számos különböző módosítása van. Szükséges rámutatni Scheibe módosítására, aki az ún. kettős logaritmikus szektor. Ezt a szektort az 1. ábra mutatja. tizenkilenc.
A vonalakat ezután egy speciális készülék segítségével megvizsgálják. Pontosság, logaritmikus szektorok használatával érhető el, ± (10-15)%; Scheibe módosítása ± (5-7)%pontosságot ad. 4) Gyakran használják a spektrális vonalak fotometriáját a leggyakrabban használt fény- és termoelektromos spektrofotométerek segítségével. különböző minták... Kényelmesek a kifejezetten kvantitatív elemzés céljából kifejlesztett termoelektromos fotométerek. Például a 2. ábra. A 20. ábra a Scheib fotométer sémáját mutatja:
L - állandó fényforrás K kondenzátorral, M - fényképes lemez a vizsgált spektrummal, Sp - rés, O 1 és O 2 - objektívek, V - redőny, Th - hőelem, amely a galvanométerhez van csatlakoztatva. A vonalintenzitás mértéke a galvanométer tű eltérítése. Ritkábban önfelvevő galvanométereket használnak, amelyek görbék formájában rögzítik a vonalak intenzitását. Az elemzés pontossága ilyen típusú fotometria használatakor ± (5-10)%. Más kvantitatív elemzési módszerekkel kombinálva a pontosság használható. megnövekedett; például, három soros módszer Scheibe és Schnettler, amely a homológ párok és a fotometriai mérések módszerének kombinációja, kedvező esetekben ± (1-2)%pontosságot adhat.
Spektrális elemzés módszernek nevezik a különböző anyagok kémiai összetételének spektruma szerinti vizsgálatát.
Az emissziós spektrumokon végzett elemzést emissziónak, az abszorpciós spektrumokat pedig abszorpciós spektrális elemzésnek nevezzük.
Az emissziós spektrális elemzés a következő tényeken alapul:
1. Minden elemnek saját spektruma van (a vonalak számában, elhelyezkedésében és hullámhosszában különbözik), ami nem függ a gerjesztési módszerektől.
2. A spektrális vonalak intenzitása függ az elem koncentrációjától az adott anyagban.
Egy ismeretlen kémiai összetételű anyag spektrális elemzéséhez két műveletet kell végrehajtani: ennek az anyagnak az atomjait valamilyen módon vonal spektrumával kell kibocsátani, majd ezt a fényt spektrummá kell bontani, és meg kell határozni a hullámhosszakat. benne megfigyelt vonalak. Összehasonlítva a kapott vonalspektrumot a periódusos rendszer kémiai elemeinek ismert spektrumával, meg lehet határozni, hogy melyiket kémiai elemek szerepelnek a vizsgált anyagban. A spektrum különböző vonalainak intenzitásának összehasonlításával meg lehet határozni az anyag különböző elemeinek relatív tartalmát.
A spektrális elemzés lehet kvalitatív vagy mennyiségi.
Ha a vizsgált anyag gáz halmazállapotú, akkor általában szikra kisülést használnak az anyag atomjainak gerjesztésére. A vizsgálati gázt egy csőbe töltjük, amelynek végén két elektróda van. Ezekre az elektródákra nagy feszültséget alkalmaznak, és elektromos kisülés következik be a csőben. Az elektromos mező által felgyorsított ütközések a vizsgált gáz atomjainak ionizációjához és gerjesztéséhez vezetnek. A gerjesztett atomok normál állapotba való átmenete során az adott elemre jellemző fénykvantumok bocsátanak ki.
Egy szilárd vagy folyékony halmazállapotú anyag kémiai összetételének meghatározásához, sugárzási spektruma szerint először a vizsgált anyagot gáznemű állapotba kell vinni, és ezt a gázt valahogy fénykibocsátásra kényszeríteni. Jellemzően ívkisülést használnak szilárd anyagminták spektrális elemzésére. Az ív plazmájában az anyag gőzzé alakul, az atomokat gerjesztik és ionizálják. Az elektródák, amelyek között az ív meggyullad, általában a vizsgált anyagból (ha fém) vagy grafitból vagy rézből készülnek. A szenet és a rézet azért választották, mert atomjaik emissziós spektrumai a látható tartományban kis számú vonallal rendelkeznek, és ezért nem zavarják komolyan a vizsgált anyag spektrumának megfigyelését. A vizsgált anyag porát az alsó elektróda mélyedésébe helyezzük.
Irodalom
Aksenovich L.A. Fizika középiskolában: elmélet. Feladatok. Tesztek: Tankönyv. juttatás a obs. környezetek, oktatás / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Szerk. K. S. Farino. - Minszk: Adukatsya i vyhavanne, 2004.- S. 531-532.
A "spektrális elemzés" felfedezése óta sok vita folyik e kifejezés körül. Először fizikai elv spektrális elemzés a minta elemi összetételének azonosítására szolgáló módszert jelentett a megfigyelt spektrum alapján, amelyet valamilyen magas hőmérsékletű láng-, szikra- vagy ívforrás gerjesztett.
A jövőben a spektrális elemzést más analitikai vizsgálati és spektrális gerjesztési módszerekként kezdték értelmezni:
- Raman módszerek,
- abszorpciós és lumineszcens módszerek.
Végül röntgen- és gamma-spektrumokat fedeztek fel. Ezért helyénvaló, ha spektrális elemzésről beszélünk, az összességét jelenti meglévő módszerek... Azonban gyakrabban használják a spektrumok szerinti azonosítás jelenségét, megértve az emissziós módszereket.
Osztályozási módszerek
Egy másik osztályozási lehetőség a spektrumok molekuláris (a minta molekuláris összetételének meghatározása) és elemi (atomösszetétel meghatározása) felosztása.
A molekuláris módszer az abszorpciós spektrumok, a Raman -szórás és a lumineszcencia vizsgálatán alapul; az atomösszetételt a forró források gerjesztési spektrumaiból határozzák meg (a molekulák főleg elpusztulnak) vagy a röntgen-spektrális vizsgálatok adataiból. De egy ilyen osztályozás nem lehet szigorú, mert néha mindkét módszer azonos.
Spektrális elemzési módszerek osztályozása
A fenti módszerekkel megoldott feladatok alapján a spektrumok szerinti vizsgálat ötvözetek, gázok, ércek és ásványok vizsgálatára használt módszerekre oszlik, elkészült termékek, tiszta fémek stb. Minden vizsgált objektumnak megvannak a sajátosságai és szabványai. A spektrumanalízisnek két fő területe van:
- Minőségi
- Mennyiségi
Amit a végrehajtásuk során tanulmányoztak, továbbgondoljuk.
Spektrális elemzési módszerek diagramja
Minőségi spektrális elemzés
Minőségi elemzéssel határozzák meg, hogy az elemzett minta mely elemekből áll. Meg kell szerezni a minta spektrumát, bármilyen forrásból gerjesztve, és meg kell határozni, hogy mely elemekhez tartoznak az észlelt spektrális vonalak. Ez egyértelművé teszi, hogy a minta miből áll. A kvalitatív elemzés összetettsége az analitikai spektrogram nagyszámú spektrális vonala, amelyek dekódolása és azonosítása túl fáradságos és nem pontos.Kvantitatív spektrális elemzés
A kvantitatív spektrális elemzés módszere azon a tényen alapul, hogy az analitikus vonal intenzitása a mintában meghatározott elem tartalmának növekedésével növekszik. Ez az összefüggés sok olyan tényezőn alapul, amelyeket számszerűen nehéz kiszámítani. Ezért gyakorlatilag lehetetlen elméletileg kapcsolatot létesíteni a vonalintenzitás és az elem koncentrációja között.
Ezért ugyanazon spektrális vonal intenzitásának relatív méréseit végzik el a meghatározandó elem koncentrációjának változásával. Így ha a gerjesztés és a spektrumok regisztrálásának feltételei változatlanok maradnak, a mért sugárzási energia arányos az intenzitással. Ennek az energiának (vagy attól függő mennyiségnek) a mérése megadja azt az empirikus kapcsolatot, amelyre szükségünk van a mért mennyiség és a mintában lévő elem koncentrációja között.
Kirchhoff és Bunsen először 1859 -ben próbált spektrális elemzést végezni. Ketten létrehoztak egy spektroszkópot, amely csőnek tűnik szabálytalan alakú... Az egyik oldalon egy lyuk (kollimátor) volt, amelybe a vizsgált fénysugarak estek. A prizma a cső belsejében helyezkedett el, amely elterelte a sugarakat és a cső másik lyuka felé irányította őket. A kijáratnál a fizikusok láthattak spektrumba bomló fényt.
A tudósok úgy döntöttek, hogy kísérletet hajtanak végre. Sötétíti a szobát és eltakarja az ablakot sötétítő függönyök, meggyújtottak egy gyertyát a kollimátor rés közelében, majd különböző anyagokból darabokat vettek, és a gyertya lángjába fecskendeztek, figyelve, hogy változik -e a spektrum. És kiderült, hogy az egyes anyagok forró gőzei különböző spektrumokat adnak! Mivel a prizma szigorúan elválasztotta a sugarakat, és nem tette lehetővé, hogy átfedjék egymást, lehetséges volt az anyag pontos azonosítása a kapott spektrumból.
Ezt követően Kirchhoff elemezte a Nap spektrumát, és felfedezte, hogy bizonyos kémiai elemek jelen vannak a kromoszférájában. Ez szülte az asztrofizikát.
Spektrális elemzési jellemzők
A spektrális elemzéshez nagyon kis mennyiségű anyagra van szükség. Ez a módszer rendkívül érzékeny és nagyon gyors, ami lehetővé teszi, hogy ne csak a legtöbbet használja különböző igényeket, de néha egyszerűen pótolhatatlanná is teszi. Bizonyos, hogy minden periódusos rendszer speciális spektrumot bocsát ki, csak neki, ezért helyesen elvégzett spektrális elemzéssel szinte lehetetlen hibázni.
Spektrális elemzési típusok
A spektrális elemzés lehet atomi és molekuláris. Az atomenalízis segítségével feltárható az anyag atomösszetétele, molekuláris elemzéssel pedig a molekuláris.
A spektrum mérésének két módja van: emisszió és abszorpció. Az emissziós spektrális elemzést úgy végzik, hogy megvizsgálják, hogy a kiválasztott atomok vagy molekulák melyik spektrumot bocsátják ki. Ehhez energiát kell adni nekik, vagyis izgatni. Az abszorpciós elemzést ezzel szemben egy tárgyakra irányuló elektromágneses vizsgálat abszorpciós spektrumán végzik.
Spektrális elemzéssel mérhető a halmaz különböző jellemzők anyagok, részecskék vagy akár nagy fizikai testek (például űrtárgyak). Ezért a spektrális elemzést tovább osztjuk különböző módszerek... Az adott feladathoz szükséges eredmény eléréséhez ki kell választania a megfelelő berendezést, a spektrumvizsgálat hullámhosszát, valamint magát a spektrumot.
