
- •5.1.1.2. Закони геометричної оптики
- •5.1.1.3. Явище повного внутрішнього відбивання
- •5.1.1.4. Лінзи. Хід променів в лінзах
- •5.1.1.5. Формула лінзи. Оптична сила лінзи
- •5.1.2.Хвильова оптика
- •5.1.2.1. Інтерференція світла
- •5.1.2.1.1. Явище інтерференції світла
- •5.1.2.1.2. Когерентність
- •5.1.2.1.3. Спостереження інтерференції світла
- •5.1.2.2. Дифракція світла
- •5.1.2.2.1. Принцип Гюйгенса та Гюйгенса-Френеля
- •5.1.2.2.2. Дифракція на щілині
- •5.1.2.2.3. Дифракції на дифракційній решітці (гратці)
- •5.1.2.3. .Поляризація світла
- •5.1.2.3.1. Природне і поляризоване світло
- •5.1.2.3.2. Поляризатор та аналізатор. Закон Малюса
- •5.1.2.3.3. Закон Брюстера
- •5.1.2.3.4. Поляризація розсіяного світла
- •5.1.2.3.5. Оптична анізотропія двозаломлювальних кристалів
- •5.1.2.3.6. Призма Ніколя
- •5.1.2.3.7. Дихроїзм двозаломлювальних кристалів. Поляроїди
- •5.1.2.4. Дисперсія світла. Спектри.
- •5.1.2.4.1. Явище дисперсії світла
- •5.1.2.4.2. Спектральні прилади
- •5.1.2.4.3. Спектри випромінювання та поглинання. Спектральний аналіз
5.1.2.4.3. Спектри випромінювання та поглинання. Спектральний аналіз
В оптиці розрізняють спектри випромінювання та поглинання.
Спектри випромінювання. Якщо на щілину спектрографа спрямувати сонячне світло або світло від розпечених до білого світіння тіл, то їхній спектр матиме вигляд різнобарвної стрічки з безперервним переходом одного спектрального кольору в інший. Спектр випромінювання від таких джерел світла називають суцільним, або безперервним. В такому спектрі представлені всі довжини хвиль, що йдуть безперервно.
Суцільний (неперервний) – спектр, в якому представлені всі довжини хвиль від червоного кольору до фіолетового. Вид такого спектра залежить в основному від температури тіла і мало залежить від роду речовини. Такі спектри дають тіла у нагрітому стані.
Якщо на щілину спектрографа за допомогою освітлювальної лінзи спроектувати світло від газорозрядних трубок, наповнених, наприклад, неоном, воднем або парою ртуті чи натрію, то утвориться спектр, що складається з окремих ліній. Положення в спектрі цих ліній є характеристичним для даного хімічного елемента. Такі спектри називають лінійчастими. Лінійчастий спектр – сукупність окремих світлових ліній різних кольорів на темному фоні. Такі спектри дають речовини в газоподібному атомарному (але не в молекулярному) стані.
Одержані за різних умов спектри пара або газу можуть складатися з окремих смуг, розділених темними проміжками. Деякі з них - із дуже густою сукупністю окремих ліній. Такі спектри називають смугастими. Смугастий спектр складаються з окремих смуг, розділених темними проміжками. Такі спектри утворюються молекулами, що слабо зв’язані між собою.
Спектри поглинання (спектри абсорбції). В оптиці спостерігаються крім спектрів випромінювання ще й спектри поглинання світла. Такі спектри спостерігають тоді, коли пучок білого світла від джерела, що дає суцільний спектр, на шляху до спектроскопа проходить крізь шар газоподібного елемента чи пари металу (наприклад, водню, гелію чи натрію). Температура цього шару повинна бути нижча за температуру джерела світла, що дає суцільний спектр. У цьому разі на фоні суцільного спектра видно темні лінії або смуги. Темні лінії на фоні неперервного спектра – це лінії поглинання, які в сукупності створюють спектр поглинання. Ці спектри використовуються для дослідження речовин, які не можна збудити шляхом електричного розряду або нагрівання до високих температур для отримання спектрів випромінювання. Наприклад, органічні речовини, як правило, руйнуються під дією високих температур, тому їх і досліджують за спектрами поглинання. В цьому випадку для отримання спектрів поглинання в спектральному приладі між джерелом світла та щілиною коліматора поміщають зразок або плоскопаралельну кювету з розчином досліджуваної речовини. Таким чином визначають молекулярний склад різних речовин. Спектр такого типу відкрив Фраунгофер ще в 19 ст. під час дослідження випромінювання Сонця. Фраунгофер встановив, що неперервний спектр випромінювання Сонця перетинається низкою темних ліній (їх називають фраунгоферовими). Ці лінії утворюються в результаті поглинання світлових хвиль з деякими довжинами хвиль в сонячній та земній атмосфері.
Важливе відкриття відносно спектрів випромінювання та поглинання належить Кірхгофу. Він встановив, що будь-який елемент у газоподібному стані полинає світлові хвилі тієї ж довжини хвилі, які він і випромінює. Таким чином, газ поглинає найінтенсивніше світло саме тих довжин хвиль, які він випромінює в нагрітому стані (закон Кірхгофа).
Спектри люмінесценції. Люмінесценцією називають випровінювання світла тілами, що є надлишковим над тепловим. Люмінесценція може збуджуватись різними факторами; важливим є те, що таке випромінювання має тривалість більшу, ніж період коливань світлових хвиль, тобто більшу, а деколи значно більшу, ніж 10-14с. Речовини здатні люмінесцувати називаються люмінофорами. Люмінесценція відбувається в ІЧ, видимому та УФ діапазонах, в залежності від способу її збудження. Виникає вона як наслідок попереднього збудження атомів та молекул; має квантовий характер; пояснення механізму можливе з точки зору квантової механіки, що виходить за рамки нашого курсу. За типом збудження розрізняють: фотолюмінесценцію, хемілюмінесценцію, електролюмінесценцію, катодолюмінесценцію, радіолюмінесценцію, рентгенолюмінесценцію. За тривалістю свічення (післясвічення) її поділяють на флуоресценцію (короткочасне післясвічення з часами порядку 10-8 с - 10-10 с) та фосфоресценцію (довгочасне післясвічення).
Спектральний аналіз. Дослідження спектрів випромінювання та поглинання, а також спектрів люмінесценції є дуже ефективним методом якісного і кількісного аналізу складу речовини. Спектральний аналіз - це метод визначення хімічного складу речовини за її спектрами. Цей метод знайшов широке використання в науці та техніці. Головною перевагою методу є його надзвичайна чутливість, а також можливість визначити хімічний склад на великих відстанях. Таким методом можна виявити наявність домішки речовини, якщо її вміст не перевищує навіть мільярдної долі % в порівнянні з основною. З допомогою спектрального аналізу було встановлено хімічний склад зірок. Широко відомий історичний факт ідентифікації хімічного елементу гелію в спектрі поглинання світла сонячною короною до того, як цей елемент було знайдено в атмосфері Землі. Цей метод використовується в науці (спектроскопія), металургії, космонавтиці, при створенні нових матеріалів та виробництві чистих металів, в харчовій промисловості.