Apa itu analisis spektral? Analisis spektral sinyal

Analisis spektral adalah salah satu metode fisika terpenting untuk mempelajari zat. Dirancang untuk menentukan komposisi kualitatif dan kuantitatif suatu zat berdasarkan spektrumnya.

Ahli kimia telah lama mengetahui bahwa senyawa unsur kimia tertentu, jika ditambahkan ke dalam nyala api, akan memberikan warna yang khas. Jadi, garam natrium membuat nyala api menjadi kuning, dan senyawa boron menjadikannya hijau. Warna suatu zat terjadi ketika ia memancarkan gelombang dengan panjang tertentu atau menyerapnya dari spektrum penuh cahaya putih yang mengenainya. Dalam kasus kedua, warna yang terlihat oleh mata ternyata tidak sesuai dengan gelombang yang diserap ini, tetapi dengan gelombang lain - gelombang tambahan, yang bila ditambahkan ke dalamnya, memberikan cahaya putih.

Pola-pola ini, yang terbentuk pada awal abad terakhir, digeneralisasikan pada tahun 1859-1861. Ilmuwan Jerman G. Kirchhoff dan R. Bunsen, yang membuktikan bahwa setiap unsur kimia memiliki spektrum karakteristiknya masing-masing. Hal ini memungkinkan terciptanya jenis analisis unsur - analisis spektral atom, yang dengannya dimungkinkan untuk menentukan secara kuantitatif kandungan berbagai unsur dalam sampel suatu zat yang terurai menjadi atom atau ion dalam nyala api atau listrik. busur. Bahkan sebelum terciptanya versi kuantitatif dari metode ini, metode ini telah berhasil digunakan untuk “analisis unsur” benda langit. Analisis spektral pada abad terakhir telah membantu mempelajari komposisi Matahari dan bintang-bintang lainnya, serta menemukan beberapa unsur, khususnya helium.

Dengan bantuan analisis spektral, menjadi mungkin untuk membedakan tidak hanya unsur kimia yang berbeda, tetapi juga isotop dari unsur yang sama, yang biasanya memberikan spektrum yang berbeda. Metode ini digunakan untuk menganalisis komposisi isotop suatu zat dan didasarkan pada perbedaan pergeseran tingkat energi molekul dengan isotop yang berbeda.

Sinar-X, dinamai menurut nama fisikawan Jerman W. Roentgen yang menemukannya pada tahun 1895, adalah salah satu bagian dengan panjang gelombang terpendek dari spektrum penuh gelombang elektromagnetik, terletak di antara sinar ultraviolet dan radiasi gamma. Ketika sinar-X diserap oleh atom, elektron-elektron dalam yang terletak di dekat inti dan terikat erat padanya akan tereksitasi. Sebaliknya, emisi sinar-X oleh atom dikaitkan dengan transisi elektron dalam dari tingkat energi tereksitasi ke tingkat energi biasa dan stasioner.

Kedua tingkat tersebut hanya dapat memiliki energi yang ditentukan secara ketat, bergantung pada muatan inti atom. Artinya perbedaan antara energi-energi ini, sama dengan energi kuantum yang diserap (atau dipancarkan), juga bergantung pada muatan inti, dan radiasi setiap unsur kimia dalam wilayah spektrum sinar-X adalah himpunan karakteristik gelombang elemen ini dengan frekuensi getaran yang ditentukan secara ketat.

Analisis spektral sinar-X, salah satu jenis analisis unsur, didasarkan pada penggunaan fenomena ini. Ini banyak digunakan untuk analisis bijih, mineral, serta senyawa anorganik dan organoelemen kompleks.

Ada jenis spektroskopi lain yang tidak didasarkan pada radiasi, namun pada penyerapan gelombang cahaya oleh materi. Apa yang disebut spektrum molekuler diamati, sebagai suatu peraturan, ketika larutan zat menyerap cahaya tampak, ultraviolet atau inframerah; Dalam hal ini, tidak terjadi dekomposisi molekul. Jika sinar tampak atau ultraviolet biasanya bekerja pada elektron, menyebabkan elektron naik ke tingkat energi baru yang tereksitasi (lihat Atom), maka sinar inframerah (termal), yang membawa lebih sedikit energi, hanya merangsang getaran atom-atom yang saling berhubungan. Oleh karena itu, informasi yang diberikan oleh jenis spektroskopi ini kepada ahli kimia berbeda-beda. Jika dari spektrum inframerah (getaran) seseorang mengetahui keberadaan kelompok atom tertentu dalam suatu zat, maka spektrum di wilayah ultraviolet (dan untuk zat berwarna - di daerah tampak) membawa informasi tentang struktur kelompok penyerap cahaya sebagai keseluruhan.

Di antara senyawa organik, kelompok tersebut biasanya didasarkan pada sistem ikatan tak jenuh (lihat Hidrokarbon tak jenuh). Semakin banyak ikatan rangkap atau rangkap tiga dalam suatu molekul, bergantian dengan ikatan sederhana (dengan kata lain, semakin panjang rantai konjugasinya), semakin mudah elektron tereksitasi.

Metode spektroskopi molekuler digunakan tidak hanya untuk menentukan struktur molekul, tetapi juga untuk mengukur secara akurat jumlah zat yang diketahui dalam suatu larutan. Spektrum di wilayah ultraviolet atau wilayah tampak sangat cocok untuk ini. Pita serapan di wilayah ini biasanya diamati pada konsentrasi zat terlarut dalam urutan seperseratus dan bahkan seperseribu persen. Kasus khusus penerapan spektroskopi adalah metode kolorimetri, yang banyak digunakan untuk mengukur konsentrasi senyawa berwarna.

Atom beberapa zat juga mampu menyerap gelombang radio. Kemampuan ini diwujudkan ketika suatu zat ditempatkan di medan magnet permanen yang kuat. Banyak inti atom memiliki momen magnetnya sendiri - putaran, dan dalam medan magnet, inti atom dengan orientasi putaran yang tidak sama ternyata “tidak setara” secara energetik. Mereka yang arah putarannya bertepatan dengan arah medan magnet yang diterapkan menemukan diri mereka dalam posisi yang lebih menguntungkan, dan orientasi lain mulai memainkan peran “keadaan tereksitasi” dalam kaitannya dengan mereka. Ini tidak berarti bahwa inti dalam keadaan putaran yang menguntungkan tidak dapat masuk ke keadaan “tereksitasi”; perbedaan energi pada keadaan putaran sangat kecil, namun persentase inti dalam keadaan energi yang tidak menguntungkan relatif kecil. Dan semakin kuat bidang yang diterapkan, semakin kecil ukurannya. Inti atom tampaknya berosilasi di antara dua keadaan energi. Dan karena frekuensi osilasi tersebut sesuai dengan frekuensi gelombang radio, resonansi juga dimungkinkan - penyerapan energi dari medan elektromagnetik bolak-balik dengan frekuensi yang sesuai, yang menyebabkan peningkatan tajam jumlah inti dalam keadaan tereksitasi.

Inilah dasar kerja spektrometer resonansi magnetik nuklir (NMR), yang mampu mendeteksi keberadaan inti atom dalam suatu zat yang putarannya sama dengan 1/2: hidrogen 1H, litium 7Li, fluor 19F, fosfor 31P, sebagai serta isotop karbon 13C, nitrogen 15N, oksigen 17O, dll.

Semakin kuat magnet permanennya, semakin tinggi sensitivitas perangkat tersebut. Frekuensi resonansi yang diperlukan untuk mengeksitasi inti atom juga meningkat sebanding dengan kekuatan medan magnet. Ini berfungsi sebagai ukuran kelas perangkat. Spektrometer kelas menengah beroperasi pada frekuensi 60-90 MHz (saat merekam spektrum proton); yang lebih keren - pada frekuensi 180, 360 dan bahkan 600 MHz.

Spektrometer kelas tinggi - instrumen yang sangat akurat dan kompleks - memungkinkan tidak hanya untuk mendeteksi dan mengukur secara kuantitatif kandungan unsur tertentu, tetapi juga untuk membedakan sinyal atom yang menempati posisi kimiawi yang “tidak setara” dalam molekul. Dan dengan mempelajari apa yang disebut interaksi spin-spin, yang mengarah pada pemisahan sinyal menjadi kelompok-kelompok garis sempit di bawah pengaruh medan magnet inti yang berdekatan, seseorang dapat mempelajari banyak hal menarik tentang atom-atom yang mengelilingi inti di bawahnya. belajar. Spektroskopi NMR memungkinkan Anda memperoleh 70 hingga 100% informasi yang diperlukan, misalnya, untuk menetapkan struktur senyawa organik kompleks.

Jenis spektroskopi radio lainnya - resonansi paramagnetik elektron (EPR) - didasarkan pada fakta bahwa tidak hanya inti, tetapi juga elektron memiliki spin 1/2. Spektroskopi EPR adalah cara terbaik untuk mempelajari partikel dengan elektron tidak berpasangan - radikal bebas. Seperti spektrum NMR, spektrum EPR memungkinkan untuk mempelajari banyak hal tidak hanya tentang partikel “pemberi sinyal” itu sendiri, tetapi juga tentang sifat atom di sekitarnya. Instrumen spektroskopi EPR sangat sensitif: untuk merekam spektrum, larutan yang mengandung beberapa ratus juta mol radikal bebas per liter biasanya sudah cukup. Dan perangkat dengan sensitivitas rekor, yang baru-baru ini dibuat oleh sekelompok ilmuwan Soviet, hanya mampu mendeteksi keberadaan 100 radikal dalam sampel, yang setara dengan konsentrasi radikal tersebut sekitar 10 -18 mol/l.

Komposisi kimia suatu zat– karakteristik terpenting dari bahan yang digunakan umat manusia. Tanpa pengetahuan pasti, mustahil merencanakan proses teknologi dalam produksi industri dengan akurasi yang memuaskan. Baru-baru ini, persyaratan untuk menentukan komposisi kimia suatu zat menjadi semakin ketat: banyak bidang kegiatan industri dan ilmiah memerlukan bahan dengan “kemurnian” tertentu - ini adalah persyaratan untuk komposisi yang akurat dan tetap, serta pembatasan ketat pada adanya pengotor zat asing. Sehubungan dengan tren ini, metode yang semakin progresif untuk menentukan komposisi kimia suatu zat sedang dikembangkan. Ini termasuk metode analisis spektral, yang memberikan studi kimia bahan secara akurat dan cepat.

Fantasi cahaya

Sifat Analisis Spektral

(spektroskopi) mempelajari komposisi kimia suatu zat berdasarkan kemampuannya memancarkan dan menyerap cahaya. Diketahui bahwa setiap unsur kimia memancarkan dan menyerap spektrum cahaya yang merupakan karakteristiknya saja, asalkan dapat direduksi menjadi gas.

Oleh karena itu, keberadaan zat-zat tersebut dalam suatu bahan tertentu dapat ditentukan berdasarkan spektrum uniknya. Metode analisis spektral modern memungkinkan untuk menentukan keberadaan suatu zat yang beratnya mencapai sepersejuta gram dalam sampel - indikator intensitas radiasi bertanggung jawab untuk ini. Keunikan spektrum yang dipancarkan atom mencirikan hubungannya yang mendalam dengan struktur fisiknya.

Cahaya tampak adalah radiasi dari 3,8 *10 -7 ke 7,6*10 -7 m, bertanggung jawab atas berbagai warna. Zat hanya dapat memancarkan cahaya dalam keadaan tereksitasi (keadaan ini ditandai dengan peningkatan tingkat energi dalam) dengan adanya sumber energi yang konstan.

Menerima energi berlebih, atom suatu zat memancarkannya dalam bentuk cahaya dan kembali ke keadaan energi normal. Cahaya yang dipancarkan oleh atom inilah yang digunakan untuk analisis spektral. Jenis radiasi yang paling umum meliputi: radiasi termal, electroluminescence, cathodoluminescence, chemiluminescence.

Analisis spektral. Pewarnaan api dengan ion logam

Jenis analisis spektral

Ada spektroskopi emisi dan serapan. Metode spektroskopi emisi didasarkan pada sifat-sifat unsur dalam memancarkan cahaya. Untuk merangsang atom-atom suatu zat, digunakan pemanasan suhu tinggi yang setara dengan beberapa ratus atau bahkan ribuan derajat - untuk ini, sampel suatu zat ditempatkan dalam nyala api atau di bidang pelepasan listrik yang kuat. Di bawah pengaruh suhu tinggi, molekul suatu zat terbagi menjadi atom.

Atom, menerima energi berlebih, memancarkannya dalam bentuk kuanta cahaya dengan panjang gelombang berbeda, yang direkam oleh perangkat spektral - perangkat yang secara visual menggambarkan spektrum cahaya yang dihasilkan. Perangkat spektral juga berfungsi sebagai elemen pemisah sistem spektroskopi, karena fluks cahaya dijumlahkan dari semua zat yang ada dalam sampel, dan tugasnya termasuk membagi total rangkaian cahaya ke dalam spektrum elemen individu dan menentukan intensitasnya, yang mana akan memungkinkan di masa depan untuk menarik kesimpulan tentang jumlah unsur yang ada dalam massa total zat.

• Tergantung pada metode pengamatan dan pencatatan spektrum, instrumen spektral dibedakan: spektrograf dan spektroskop. Yang pertama merekam spektrum pada film fotografi, dan yang terakhir memungkinkan seseorang melihat spektrum untuk pengamatan langsung oleh seseorang melalui cakupan pengamatan khusus. Untuk menentukan dimensi, digunakan mikroskop khusus yang memungkinkan panjang gelombang ditentukan dengan akurasi tinggi.
• Setelah spektrum cahaya direkam, spektrum tersebut harus dianalisis secara cermat. Gelombang dengan panjang tertentu dan posisinya dalam spektrum diidentifikasi. Selanjutnya dibuat korelasi antara posisinya dan kepemilikannya terhadap zat yang diinginkan. Hal ini dilakukan dengan membandingkan data posisi gelombang dengan informasi yang terdapat dalam tabel metodologi yang menunjukkan panjang gelombang dan spektrum unsur kimia tertentu.
• Spektroskopi serapan dilakukan serupa dengan spektroskopi emisi. Dalam hal ini, zat ditempatkan di antara sumber cahaya dan peralatan spektral. Melewati bahan yang dianalisis, cahaya yang dipancarkan mencapai peralatan spektral dengan "kemiringan" (garis serapan) sepanjang panjang gelombang tertentu - cahaya tersebut merupakan spektrum serapan dari bahan yang diteliti. Urutan penelitian selanjutnya serupa untuk proses spektroskopi emisi di atas.

Membuka Analisis Spektral

Pentingnya spektroskopi bagi ilmu pengetahuan

Analisis spektral telah memungkinkan umat manusia untuk menemukan beberapa unsur yang tidak dapat ditentukan dengan metode tradisional dalam mencatat zat kimia. Ini adalah unsur-unsur seperti rubidium, cesium, helium (ditemukan menggunakan spektroskopi Matahari - jauh sebelum penemuannya di Bumi), indium, galium dan lain-lain. Garis-garis unsur-unsur ini terdeteksi dalam spektrum emisi gas, dan pada saat penelitiannya tidak dapat diidentifikasi.

Menjadi jelas bahwa ini adalah unsur-unsur baru yang sampai sekarang belum diketahui. Spektroskopi memiliki dampak serius pada pembentukan industri metalurgi dan teknik mesin, industri nuklir, dan pertanian saat ini, yang menjadi salah satu alat utama untuk analisis sistematis.

Spektroskopi telah menjadi sangat penting dalam astrofisika.

Memprovokasi lompatan besar dalam pemahaman tentang struktur Alam Semesta dan penegasan fakta bahwa segala sesuatu yang ada terdiri dari unsur-unsur yang sama, yang antara lain berlimpah di Bumi. Saat ini, metode analisis spektral memungkinkan para ilmuwan untuk menentukan komposisi kimia bintang, nebula, planet, dan galaksi yang terletak miliaran kilometer dari Bumi - objek-objek ini, secara alami, tidak dapat diakses dengan metode analisis langsung karena jaraknya yang sangat jauh.

Dengan menggunakan metode spektroskopi serapan, dimungkinkan untuk mempelajari objek luar angkasa jauh yang tidak memiliki radiasi sendiri. Pengetahuan ini memungkinkan kita untuk menetapkan karakteristik terpenting benda luar angkasa: tekanan, suhu, fitur struktural, dan banyak lagi.

Pernahkah Anda memikirkan bagaimana kita mengetahui sifat-sifat benda langit yang jauh?

Tentunya Anda tahu bahwa kita berhutang pengetahuan tersebut pada analisis spektral. Namun, kita sering meremehkan kontribusi metode ini terhadap pemahaman itu sendiri. Munculnya analisis spektral menjungkirbalikkan banyak paradigma mapan tentang struktur dan sifat dunia kita.

Berkat analisis spektral, kami memiliki gambaran tentang skala dan keagungan ruang. Berkat dia, kita tidak lagi membatasi Alam Semesta hanya pada Bima Sakti. Analisis spektral mengungkapkan kepada kita keragaman bintang yang sangat besar, memberi tahu kita tentang kelahiran, evolusi, dan kematiannya. Metode ini mendasari hampir semua penemuan astronomi modern dan bahkan masa depan.

Pelajari tentang hal yang tidak mungkin tercapai

Dua abad yang lalu, secara umum diterima bahwa komposisi kimiawi planet dan bintang akan selamanya menjadi misteri bagi kita. Memang, dalam benak tahun-tahun itu, benda-benda luar angkasa akan selalu tidak dapat diakses oleh kita. Akibatnya, kita tidak akan pernah mendapatkan sampel bintang atau planet mana pun dan tidak akan pernah mengetahui komposisinya. Penemuan analisis spektral sepenuhnya membantah kesalahpahaman ini.

Analisis spektral memungkinkan Anda mempelajari banyak properti objek jauh dari jarak jauh. Tentu saja, tanpa metode seperti itu, astronomi praktis modern tidak ada artinya.

Garis pada pelangi

Garis-garis gelap pada spektrum Matahari diketahui pada tahun 1802 oleh penemu Wollaston. Namun, penemunya sendiri tidak terlalu terpaku pada garis-garis ini. Penelitian dan klasifikasi ekstensif mereka dilakukan pada tahun 1814 oleh Fraunhofer. Selama eksperimennya, ia memperhatikan bahwa Matahari, Sirius, Venus, dan sumber cahaya buatan memiliki garisnya sendiri-sendiri. Artinya, garis-garis ini hanya bergantung pada sumber cahaya. Mereka tidak terpengaruh oleh atmosfer bumi atau sifat-sifat instrumen optik.

Sifat garis-garis ini ditemukan pada tahun 1859 oleh fisikawan Jerman Kirchhoff bersama dengan ahli kimia Robert Bunsen. Mereka menjalin hubungan antara garis spektrum Matahari dan garis emisi uap berbagai zat. Jadi mereka membuat penemuan revolusioner bahwa setiap unsur kimia mempunyai rangkaian garis spektrumnya sendiri. Oleh karena itu, melalui radiasi suatu benda, seseorang dapat mengetahui komposisinya. Dari sinilah analisis spektral lahir.

Selama dekade berikutnya, banyak unsur kimia ditemukan melalui analisis spektral. Ini termasuk helium, yang pertama kali ditemukan di Matahari, itulah asal mula namanya. Oleh karena itu, awalnya dianggap hanya gas matahari sampai ditemukan di Bumi tiga dekade kemudian.

Tiga jenis spektrum

Apa yang menjelaskan perilaku spektrum ini? Jawabannya terletak pada sifat kuantum radiasi. Seperti diketahui, ketika sebuah atom menyerap energi elektromagnetik, elektron terluarnya berpindah ke tingkat energi yang lebih tinggi. Begitu pula dengan radiasi - ke tingkat yang lebih rendah. Setiap atom mempunyai perbedaan tingkat energinya masing-masing. Oleh karena itu frekuensi penyerapan dan emisi yang unik untuk setiap unsur kimia.

Pada frekuensi inilah gas dipancarkan dan dipancarkan. Pada saat yang sama, benda padat dan cair, ketika dipanaskan, memancarkan spektrum penuh, tidak bergantung pada komposisi kimianya. Oleh karena itu, spektrum yang dihasilkan dibagi menjadi tiga jenis: spektrum kontinu, spektrum garis, dan spektrum serapan. Oleh karena itu, spektrum kontinu dipancarkan oleh benda padat dan cair, dan spektrum garis dipancarkan oleh gas. Spektrum serapan diamati ketika radiasi kontinu diserap oleh gas. Dengan kata lain, garis-garis multi-warna pada latar belakang gelap suatu spektrum garis akan berhubungan dengan garis-garis gelap pada latar belakang multi-warna dari suatu spektrum serapan.

Ini adalah spektrum serapan yang diamati di Matahari, sedangkan gas yang dipanaskan memancarkan radiasi dengan spektrum garis. Hal ini dijelaskan oleh fakta bahwa fotosfer Matahari, meskipun berbentuk gas, tidak transparan terhadap spektrum optik. Gambaran serupa diamati di bintang lain. Menariknya, saat terjadi gerhana matahari total, spektrum Matahari menjadi berjajar. Memang dalam hal ini berasal dari lapisan luarnya yang transparan.

Prinsip spektroskopi

Analisis spektral optik relatif sederhana dalam penerapan teknisnya. Pekerjaannya didasarkan pada penguraian radiasi objek yang diteliti dan analisis lebih lanjut dari spektrum yang dihasilkan. Dengan menggunakan prisma kaca, pada tahun 1671 Isaac Newton melakukan penguraian cahaya "resmi" yang pertama. Dia juga memperkenalkan kata “spektrum” ke dalam penggunaan ilmiah. Sebenarnya, saat mengatur cahaya dengan cara yang sama, Wollaston memperhatikan garis hitam pada spektrum. Spektrograf juga beroperasi berdasarkan prinsip ini.

Dekomposisi cahaya juga dapat terjadi dengan menggunakan kisi difraksi. Analisis lebih lanjut terhadap cahaya dapat dilakukan dengan menggunakan berbagai metode. Awalnya, tabung observasi digunakan untuk ini, kemudian kamera. Saat ini, spektrum yang dihasilkan dianalisis dengan instrumen elektronik presisi tinggi.

Sejauh ini kita telah membicarakan tentang spektroskopi optik. Namun, analisis spektral modern tidak terbatas pada kisaran ini. Di banyak bidang ilmu pengetahuan dan teknologi, analisis spektral hampir semua jenis gelombang elektromagnetik digunakan - dari radio hingga sinar-X. Secara alami, penelitian semacam itu dilakukan dengan menggunakan berbagai metode. Tanpa berbagai metode analisis spektral, kita tidak akan mengetahui fisika modern, kimia, kedokteran dan, tentu saja, astronomi.

Analisis spektral dalam astronomi

Seperti disebutkan sebelumnya, studi tentang garis spektrum dimulai dari Matahari. Oleh karena itu, tidak mengherankan jika studi tentang spektrum segera menemukan penerapannya dalam astronomi.

Tentu saja, hal pertama yang mulai dilakukan para astronom adalah menggunakan metode ini untuk mempelajari komposisi bintang dan objek kosmik lainnya. Dengan demikian, setiap bintang memperoleh kelas spektralnya sendiri, yang mencerminkan suhu dan komposisi atmosfernya. Parameter atmosfer planet-planet tata surya juga telah diketahui. Para astronom semakin memahami sifat nebula gas, serta banyak objek dan fenomena langit lainnya.

Namun, dengan menggunakan analisis spektral, Anda tidak hanya dapat mempelajari komposisi kualitatif suatu objek.

Ukur kecepatan

Efek Doppler dalam astronomiEfek Doppler dalam astronomi

Efek Doppler secara teoritis dikembangkan oleh seorang fisikawan Austria pada tahun 1840, yang kemudian diberi nama efek Doppler. Efek ini dapat diamati dengan mendengarkan bunyi peluit kereta api yang lewat. Nada peluit kereta yang mendekat akan sangat berbeda dengan suara kereta yang sedang bergerak. Ini kira-kira bagaimana Efek Doppler dibuktikan secara teoritis. Dampaknya, bagi pengamat, panjang gelombang sumber bergerak terdistorsi. Ini meningkat ketika sumbernya menjauh dan berkurang ketika mendekat. Gelombang elektromagnetik memiliki sifat serupa.

Ketika sumbernya menjauh, semua pita gelap dalam spektrum emisinya bergeser ke sisi merah. Itu. semua panjang gelombang meningkat. Dengan cara yang sama, ketika sumbernya mendekat, mereka bergeser ke sisi ungu. Oleh karena itu, ini menjadi tambahan yang bagus untuk analisis spektral. Sekarang, dari garis-garis spektrum, kita dapat mengenali apa yang sebelumnya tampak mustahil. Ukur kecepatan benda luar angkasa, hitung parameter orbit bintang ganda, kecepatan rotasi planet, dan masih banyak lagi. Efek “pergeseran merah” memainkan peran khusus dalam kosmologi.

Penemuan ilmuwan Amerika Edwin Hubble sebanding dengan perkembangan sistem heliosentris dunia oleh Copernicus. Dengan mempelajari kecerahan Cepheid di berbagai nebula, ia membuktikan bahwa banyak di antaranya terletak lebih jauh dari Bima Sakti. Dengan membandingkan jarak yang diperoleh dengan spektrum galaksi, Hubble menemukan hukumnya yang terkenal. Menurutnya, jarak ke galaksi sebanding dengan kecepatan jaraknya dari kita. Meskipun hukumnya agak berbeda dengan gagasan modern, penemuan Hubble memperluas skala Alam Semesta.

Analisis spektral dan astronomi modern

Saat ini, hampir tidak ada pengamatan astronomi yang terjadi tanpa analisis spektral. Dengan bantuannya, planet ekstrasurya baru ditemukan dan batas-batas Alam Semesta diperluas. Spektrometer dibawa pada penjelajah Mars dan wahana antarplanet, teleskop luar angkasa, dan satelit penelitian. Faktanya, tanpa analisis spektral tidak akan ada astronomi modern. Kami akan terus menatap cahaya bintang yang kosong dan tak berwajah, yang tidak kami ketahui apa pun.

Analisis spektral

Analisis spektral- seperangkat metode penentuan kualitatif dan kuantitatif komposisi suatu benda, berdasarkan studi tentang spektrum interaksi materi dengan radiasi, termasuk spektrum radiasi elektromagnetik, gelombang akustik, distribusi massa dan energi partikel elementer, dll. .

Tergantung pada tujuan analisis dan jenis spektrum, beberapa metode analisis spektral dibedakan. atom Dan molekuler analisis spektral memungkinkan untuk menentukan komposisi unsur dan molekul suatu zat. Pada metode emisi dan serapan, komposisinya ditentukan dari spektrum emisi dan serapan.

Analisis spektrometri massa dilakukan dengan menggunakan spektrum massa ion atom atau molekul dan memungkinkan seseorang untuk menentukan komposisi isotop suatu benda.

Cerita

Garis-garis gelap pada garis-garis spektral telah diketahui sejak lama, tetapi studi serius pertama terhadap garis-garis ini baru dilakukan pada tahun 1814 oleh Joseph Fraunhofer. Untuk menghormatinya, efek tersebut disebut “Garis Fraunhofer”. Fraunhofer menetapkan stabilitas posisi garis, menyusun tabelnya (dia menghitung total 574 baris), dan memberikan kode alfanumerik untuk masing-masing garis. Yang tidak kalah penting adalah kesimpulannya bahwa garis-garis tersebut tidak berhubungan dengan bahan optik atau atmosfer bumi, tetapi merupakan ciri alami sinar matahari. Dia menemukan garis serupa di sumber cahaya buatan, serta di spektrum Venus dan Sirius.

Segera menjadi jelas bahwa salah satu garis paling jelas selalu muncul pada keberadaan natrium. Pada tahun 1859, G. Kirchhoff dan R. Bunsen, setelah serangkaian percobaan, menyimpulkan: setiap unsur kimia memiliki spektrum garis yang unik, dan dari spektrum benda langit seseorang dapat menarik kesimpulan tentang komposisi zatnya. Sejak saat itu, analisis spektral muncul dalam sains, metode yang ampuh untuk penentuan komposisi kimia dari jarak jauh.

Untuk menguji metode tersebut, pada tahun 1868 Akademi Ilmu Pengetahuan Paris mengadakan ekspedisi ke India, di mana akan terjadi gerhana matahari total. Di sana, para ilmuwan menemukan: semua garis gelap pada saat gerhana, ketika spektrum emisi menggantikan spektrum serapan korona matahari, seperti yang diperkirakan, menjadi terang dengan latar belakang gelap.

Sifat masing-masing garis dan hubungannya dengan unsur kimia secara bertahap diperjelas. Pada tahun 1860, Kirchhoff dan Bunsen menemukan cesium menggunakan analisis spektral, dan pada tahun 1861, rubidium. Dan helium ditemukan di Matahari 27 tahun lebih awal daripada di Bumi (masing-masing pada tahun 1868 dan 1895).

Prinsip operasi

Atom-atom dari setiap unsur kimia memiliki frekuensi resonansi yang ditentukan secara ketat, sehingga pada frekuensi inilah mereka memancarkan atau menyerap cahaya. Hal ini mengarah pada fakta bahwa dalam spektroskop, garis-garis (gelap atau terang) terlihat pada spektrum di tempat-tempat tertentu yang menjadi ciri khas setiap zat. Intensitas garis bergantung pada jumlah zat dan keadaannya. Dalam analisis spektral kuantitatif, kandungan zat yang diteliti ditentukan oleh intensitas relatif atau absolut dari garis atau pita dalam spektrum.

Analisis spektral optik dicirikan oleh implementasi yang relatif mudah, tidak adanya persiapan sampel yang rumit untuk analisis, dan sejumlah kecil zat (10-30 mg) yang diperlukan untuk analisis sejumlah besar elemen.

Spektrum atom (penyerapan atau emisi) diperoleh dengan mentransfer suatu zat ke keadaan uap dengan memanaskan sampel hingga 1000-10000 °C. Percikan atau busur arus bolak-balik digunakan sebagai sumber eksitasi atom dalam analisis emisi bahan konduktif; dalam hal ini, sampel ditempatkan di kawah salah satu elektroda karbon. Api atau plasma berbagai gas banyak digunakan untuk menganalisis larutan.

Aplikasi

Baru-baru ini, metode analisis spektral spektrometri emisi dan massa, berdasarkan eksitasi atom dan ionisasinya dalam plasma argon pelepasan induksi, serta percikan laser, telah menjadi yang paling luas.

Analisis spektral adalah metode sensitif dan banyak digunakan dalam kimia analitik, astrofisika, metalurgi, teknik mesin, eksplorasi geologi, dan cabang ilmu pengetahuan lainnya.

Dalam teori pemrosesan sinyal, analisis spektral juga berarti menganalisis distribusi energi suatu sinyal (misalnya audio) pada frekuensi, bilangan gelombang, dll.

Lihat juga

Yayasan Wikimedia.

• 2010.
• Baltik

Han Utara

Lihat apa itu “Analisis spektral” di kamus lain: ANALISIS SPEKRAL - fisik metode kualitas. .dan jumlah. penentuan komposisi dalam va, berdasarkan perolehan dan studi spektrumnya. Dasar S.a. spektroskopi atom dan molekul, diklasifikasikan menurut tujuan analisis dan jenis spektrum. Atom S.a. (ASA) mendefinisikan... ...

Analisis spektral Ensiklopedia fisik - Pengukuran komposisi suatu zat berdasarkan kajian spektrumnya. Sumber...

Analisis spektral Buku referensi kamus istilah dokumentasi normatif dan teknis - lihat Spektroskopi. Kamus Geologi: dalam 2 jilid. M.: Nedra. Diedit oleh K. N. Paffengoltz dkk. 1978. Analisis spektral ...

Lihat apa itu “Analisis spektral” di kamus lain:- Diperkenalkan oleh Bunsen dan Kirchhoff pada tahun 1860, studi kimia suatu zat melalui karakteristik garis warnanya, yang terlihat ketika melihatnya (selama penguapan) melalui prisma. Penjelasan 25.000 kata asing... Kamus kata-kata asing dari bahasa Rusia

Lihat apa itu “Analisis spektral” di kamus lain:- ANALISIS SPEKRAL, salah satu metode analisis yang menggunakan spektrum (lihat Spektroskopi, spektroskop) yang diberikan oleh suatu benda ketika dipanaskan! atau ketika melewatkan sinar melalui larutan, menghasilkan spektrum kontinu. Untuk… … Ensiklopedia Kedokteran Hebat

Lihat apa itu “Analisis spektral” di kamus lain:- metode fisik penentuan kualitatif dan kuantitatif komposisi suatu zat, dilakukan dengan menggunakan spektrum optiknya. Ada analisis spektral atom dan molekul, emisi (berdasarkan spektrum emisi) dan serapan (berdasarkan spektrum... ... Kamus Ensiklopedis Besar

Analisis spektral- metode matematika-statistik untuk menganalisis deret waktu, di mana deret tersebut dianggap sebagai himpunan kompleks, campuran osilasi harmonik yang ditumpangkan satu sama lain. Dalam hal ini, perhatian utama diberikan pada frekuensi... ... Kamus ekonomi-matematika

Lihat apa itu “Analisis spektral” di kamus lain:- fisik metode penentuan bahan kimia secara kualitatif dan kuantitatif. komposisi zat apa pun berdasarkan perolehan dan studi spektrum optiknya. Tergantung pada sifat spektrum yang digunakan, jenis berikut dibedakan: emisi (emisi C ... Ensiklopedia Politeknik Besar

Analisis spektral- I Analisis spektral adalah metode fisika untuk penentuan kualitatif dan kuantitatif komposisi atom dan molekul suatu zat, berdasarkan studi spektrumnya. Dasar fisik S. a. Spektroskopi atom dan molekul, itu... ... Ensiklopedia Besar Soviet

Analisis spektral- Isi artikel. I. Cahaya tubuh. Spektrum emisi. Spektrum matahari. Garis Fraunhofer. Spektrum prismatik dan difraksi. Hamburan warna prisma dan kisi. II. Spektroskop. Spektroskop siku dan lurus à penglihatan langsung.… … Kamus Ensiklopedis F.A. Brockhaus dan I.A. Efron

Salah satu metode utama untuk menganalisis komposisi kimia suatu zat adalah analisis spektral. Analisis komposisinya dilakukan berdasarkan kajian spektrumnya. Analisis spektral - digunakan dalam berbagai penelitian. Dengan bantuannya, unsur kimia kompleks ditemukan: He, Ga, Cs. di atmosfer Matahari. Selain Rb, In dan XI, komposisi Matahari dan sebagian besar benda langit lainnya juga ditentukan.

Aplikasi

Keahlian spektral, umum di:

1. Metalurgi;
2. Geologi;
3. Kimia;
4. Mineralogi;
5. Astrofisika;
6. Biologi;
7. obat-obatan, dll.

Memungkinkan Anda menemukan jumlah terkecil zat tertentu dalam objek yang diteliti (hingga 10 - MS). Analisis spektral dibagi menjadi kualitatif dan kuantitatif.

Metode

Metode penetapan komposisi kimia suatu zat berdasarkan spektrum merupakan dasar analisis spektral. Spektrum garis mempunyai kepribadian yang unik, sama seperti sidik jari manusia atau pola kepingan salju. Keunikan pola pada kulit jari menjadi keuntungan besar dalam mencari penjahat. Oleh karena itu, karena kekhasan masing-masing spektrum, kandungan kimiawi suatu organisme dapat ditentukan dengan menganalisis komposisi kimia zat tersebut. Sekalipun massa suatu unsur tidak melebihi 10 - 10 g, dengan menggunakan analisis spektral unsur tersebut dapat dideteksi dalam komposisi zat kompleks. Ini adalah metode yang cukup sensitif.

Analisis spektral emisi

Analisis spektral emisi merupakan serangkaian metode untuk menentukan komposisi kimia suatu zat dari spektrum emisinya. Dasar metode penetapan komposisi kimia suatu zat - pemeriksaan spektral - didasarkan pada pola spektrum emisi dan spektrum serapan. Metode ini memungkinkan Anda mengidentifikasi sepersejuta miligram suatu zat.

Ada metode pemeriksaan kualitatif dan kuantitatif, sesuai dengan penetapan kimia analitik sebagai mata pelajaran yang bertujuan untuk merumuskan metode penetapan komposisi kimia suatu zat. Metode untuk mengidentifikasi suatu zat menjadi sangat penting dalam analisis organik kualitatif.

Berdasarkan spektrum garis uap suatu zat, dimungkinkan untuk menentukan unsur kimia mana yang terkandung dalam komposisinya, karena setiap unsur kimia memiliki spektrum emisi spesifiknya sendiri. Metode penetapan komposisi kimia suatu zat disebut analisis spektral kualitatif.

Analisis spektral sinar-X

Ada metode lain untuk mengidentifikasi bahan kimia yang disebut analisis spektral sinar-X. Analisis spektral sinar-X didasarkan pada aktivasi atom suatu zat ketika disinari dengan sinar-X, suatu proses yang disebut sekunder atau fluoresen. Aktivasi juga dimungkinkan bila disinari dengan elektron berenergi tinggi; dalam hal ini prosesnya disebut eksitasi langsung. Akibat pergerakan elektron pada lapisan elektron terdalam yang lebih dalam, muncul garis-garis sinar-X.

Rumus Wulff-Bragg memungkinkan Anda mengatur panjang gelombang radiasi sinar-X saat menggunakan kristal berstruktur populer dengan jarak d yang diketahui. Ini adalah dasar dari metode penentuannya. Substansi yang diteliti dibombardir dengan elektron berkecepatan tinggi. Misalnya, ia ditempatkan pada anoda tabung sinar-X yang dapat diturunkan, setelah itu ia memancarkan sinar-X karakteristik yang jatuh pada kristal dengan struktur yang diketahui. Sudut diukur dan panjang gelombang yang sesuai dihitung menggunakan rumus, setelah memotret pola difraksi yang dihasilkan.

Teknik

Saat ini, semua metode analisis kimia didasarkan pada dua teknik. Baik pada uji fisika, maupun pada uji kimia, membandingkan konsentrasi yang ditetapkan dengan satuan pengukurannya:

Fisik

Teknik fisika didasarkan pada metode mengkorelasikan satuan kuantitas suatu komponen dengan standar dengan mengukur sifat fisiknya, yang bergantung pada kandungannya dalam sampel suatu zat. Hubungan fungsional “Kejenuhan properti – kandungan komponen dalam sampel” ditentukan melalui percobaan dengan mengkalibrasi alat untuk mengukur properti fisik tertentu sesuai dengan komponen yang dipasang. Dari grafik kalibrasi, diperoleh hubungan kuantitatif, dibangun dalam koordinat: "saturasi suatu sifat fisik - konsentrasi komponen terpasang".

Kimia

Teknik kimia digunakan dalam metode mengkorelasikan satuan kuantitas suatu komponen dengan standar. Di sini hukum kekekalan kuantitas atau massa suatu komponen selama interaksi kimia digunakan. Interaksi kimia didasarkan pada sifat kimia senyawa kimia. Dalam sampel suatu zat, dilakukan reaksi kimia yang memenuhi persyaratan yang ditentukan untuk menentukan komponen yang diinginkan, dan volume atau massa yang terlibat dalam reaksi kimia spesifik komponen tersebut diukur. Diperoleh hubungan kuantitatif, kemudian dituliskan banyaknya ekuivalen suatu komponen untuk suatu reaksi kimia tertentu atau hukum kekekalan massa.

Perangkat

Alat untuk menganalisis komposisi fisika dan kimia suatu zat adalah:

1. alat analisa gas;
2. Alarm untuk konsentrasi uap dan gas maksimum yang diperbolehkan dan eksplosif;
3. Konsentrator untuk larutan cair;
4. Pengukur kepadatan;
5. Pengukur garam;
6. Pengukur kelembaban dan perangkat lain yang tujuan dan kelengkapannya serupa.

Seiring waktu, jangkauan objek yang dianalisis meningkat dan kecepatan serta keakuratan analisis meningkat. Salah satu metode instrumental terpenting untuk menetapkan komposisi kimia atom suatu zat adalah analisis spektral.

Setiap tahun semakin banyak instrumen kompleks yang muncul untuk analisis spektral kuantitatif. Mereka juga memproduksi jenis peralatan dan metode perekaman spektrum tercanggih. Laboratorium spektral awalnya diselenggarakan di bidang teknik mesin, metalurgi, dan kemudian di bidang industri lainnya. Seiring waktu, kecepatan dan keakuratan analisis meningkat. Selain itu, area objek yang dianalisis semakin meluas. Salah satu metode instrumental utama untuk menentukan komposisi kimia atom suatu zat adalah analisis spektral.