Спектральный анализ

В зависимости от способа регистрации спектра спектральные приборы подразделяются на следующие виды:

а) спектрографы, в которых поверхность покрывается фотоэмульсией для получе­ния фотографии спектра;

б) спектроскопы, в которых спектр рассмат­ривается глазом с помощью окуляра;

в) монохроматоры, в которых из спектра с помощью второй щели выделяется небольшой участок, подле­жащий изучению;

г) фотоэлектрические приборы (квантометры, фото­электрические стилометры и т. д.), регистрация спектра у которых осу­ществляется с помощью фотоэлементов и фотоэлектронных умножи­телей.

Основным элементом спектрального прибора является призма.

Одной из основных характеристик спектрального прибора является его разрешающая способность, или разрешающая сила. Разрешающая способность призмы, так же как и дифракционной решетки, характери­зует свойство прибора разделять излучения, отличающиеся по длине волны на величину Δλ. Чем меньше этот интервал, тем больше разре­шающая способность прибора. Разрешающую способность прибора выражают через безразмерную величину, равную

R=λ/Δλ

Существует три типа спектров: сплошные, полосатые и линейчатые. Раскаленные твердые и жидкие тела, а также газы при большом давлении дают сплошной спектр, в котором один цвет постепенно пере­ходит в другой. Полосатый спектр имеет вид отдельных полос, четких с одного края и размытых с другого. Полосатые спектры характерны для молекул нагретых газов и паров и являются результатом изменения электронной, колебательной и вращательной энергий молекулы.

Спектры молекул совершенно не похожи на спектры атомов, входя­щих в их состав. Атомы раскаленных газов, находящихся в разрежен­ном состоянии, дают свет, при разложении которого получается спектр, состоящий из отдельных цветных линий, разделенных темными участ­ками. Такие спектры называются линейчатыми. Они появляются в ре­зультате электронных переходов внутри атомов и ионов различных элементов, причем каждому элементу соответствует свой индивидуаль­ный спектр.

Все эти три типа спектров являются спектрами испускания. Помимо них существуют спектры поглощения, которые получают следующим образом. Белый свет от источника пропускают через пары исследуемого вещества и направляют на спектрометр или иной прибор, предназначен­ный для исследования спектра. В этом случае на фоне сплошного спек­тра будут видны темные линии, расположенные в определенном поряд­ке. Их число и характер расположения позволяют судить о составе исследуемого вещества. Спектр Солнца относится к спектрам поглоще­ния. В спектре Солнца темные линии, носящие название фраунгоферовых, получаются в результате поглощения лучей определенной длины атмосферой Земли и скоплениями газов около Солнца.

Для того чтобы получить линейчатый спектр исследуемого вещества, необходимо превратить его в светящийся газ. Для этого существует несколько способов. Если в качестве исследуемого вещества взят газ, то через него пропускают искровой электрический разряд; если твердое вещество, то можно им пропитать электроды вольтовой дуги или помес­тить на фитиль спиртовой горелки с бесцветным пламенем.

Исследование спектров испускания и спектров поглощения позво­ляет установить качественный состав того или иного вещества. Количе­ственное содержание определенного элемента в соединении производит­ся путем измерения яркости его спектральных линий.

Спектральный анализ сыграл большую роль в науке. С его помощью был изучен состав Солнца, звезд и туманностей, открыто 25 элементов таблицы Менделеева. В настоящее время спектральный анализ широко применяется в геологии, металлургии, химии и других отраслях науки и техники.