Любой химический элемент характеризуется определенным количеством и распределением оптических электронов в атомах.
В атомарном состоянии каждый химический элемент может излучать присущий только ему линейчатый спектр. По наличию или отсутствию в спектре излучения исследуемого вещества характерных для данного химического элемента спектральных линий можно выяснить наличие или отсутствие этого элемента в веществе. Так проводят качественный анализ тела, то есть определяют его химический состав.
Качественный спектральный анализ
Качественный спектральный анализ характеризуется чрезвычайной чувствительностью: чтобы наблюдать спектры натрия или кальция, достаточно иметь их концентрацию порядка 10-6 %.
Благодаря качественному спектральному анализу были открыты такие химические элементы, как рубидий, цезий, таллий, индий, галлий и гелий, причем последний был обнаружен сначала на Солнце и только после этого – на Земле.
Количественный спектральный анализ
Количественный спектральный анализ основывается на зависимости интенсивности спектральных линий от концентрации исследуемого элемента. Однако только при малом содержании данного элемента в смесях или сплавах с увеличением его концентрации интенсивность спектральных линий элемента растет. Уже при концентрациях в несколько процентов рост замедляется и, наконец, совсем прекращается.
Так, в спектрограммах сплавов меди с различным содержанием цинка рост интенсивности спектральных линий цинка наблюдается только тогда, когда сплав содержит до 5-8% цинка.
Итак, количественный спектральный анализ дает надежные результаты только для незначительных примесей.
Спектрограф
Для идентификации спектра в спектральном анализе используют специальные приборы–спектрографы.
Примером прибора данного типа является спектрограф марки ИСП-28, оптическая схема которого показана ниже:
Свет от источника 1 проходит через кварцевый конденсор, состоящий из трех линз 2-4, затем через фигурную диафрагму 5 типа «ласточкин хвост», регулируемую входную щель 6 и падает на зеркальный объектив 7. После отражения от зеркала в объективе 7, свет параллельным пучком направляется на кварцевую дисперсионную призму 8 и разлагается в спектр. Объектив фотокамеры 9 фокусирует свет различных длин волн в фокальной плоскости 10, там же размещается фотопластинка (или фотодетектор). Объектив фотокамеры изготовлен из кварца.
Отметим, что фотопластинка (или фотодетектор) размещается под некоторым углом скольжения от оси камеры. Этим достигается четкое изображение на ней всех линий спектра; при этом учитывается тот факт, что свет меньшей длины волны фокусируется ближе к линзе, а большей – дальше.
Спектрограф данного типа предназначен для проведения качественного и количественного анализа металлов и сплавов, руд, минералов и т. п. Его рабочий диапазон длин волн составляет 200-600 нм; длина спектра на фотопластинке занимает 220 мм.
Спектральный анализ имеет важное применение в науке и технике.
Благодаря спектроскопии было обнаружено сходство химического состава небесных тел. Оказалось, что атмосфера Солнца и звезд по химическому составу приближается к среднему составу коры Земли, только на Солнце и звездах несравненно больше водорода и гелия. В машиностроительной и металлургической промышленности спектральный анализ обеспечивает быстрый и надежный химический анализ материалов и технический контроль процессов производства.
Возникли трудности с работой по этой теме? У нас вы можете заказать научную статью по физике по низкой цене!
Комментарии