Шугаман спектрийн гарал үүслийг хэрхэн тайлбарлах вэ. Ялгарлын спектрийн гарал үүсэл

Наад зах нь нэг квант тоо өөрчлөгдөхөд (үндсэн n, хоёрдогч - l; соронзон - м; спин - m s) атом нь энергийг хүлээн авах эсвэл өгдөг. Энэ нь атом нь цахилгаан соронзон оронтой харилцан үйлчлэлцэх, эсвэл мөргөлдөх, химийн урвал зэрэг бусад атом эсвэл молекулуудтай шууд энерги солилцох үед тохиолдож болно. Гадны нөлөө байхгүй үед атом нь үндсэн төлөвт, өөрөөр хэлбэл хамгийн бага энергитэй байдаг. Гаднаас энерги хүлээн авах үед электронуудын хурд нэмэгдэж, атом догдолж эхэлдэг.

Зураг 3.

Атом ямар ч хэмжээний энергийг хүлээн авч, өгч чадахгүй; эрчим хүчний солилцоо нь зөвхөн хязгаарлагдмал хэсгүүдэд, ялангуяа цахилгаан соронзон цацрагийн квантаар (фотон) явагддаг. Өөрөөр хэлбэл атом нь бие биенээсээ хязгаарлагдмал хэмжээгээр ялгаатай энергийн тодорхой төлөвт л байж болно. Зураг дээр. Эрчим хүчний 3 төлөвийг хэвтээ шугамаар дүрсэлсэн бөгөөд тэдгээрийн доод хэсэг нь газрын түвшинд, үлдсэн хэсэг нь сэтгэл хөдөлгөмтэй тохирч байна; нэг төлөвөөс нөгөөд шилжих шилжилтийг сумаар заана. Нэг атом нь тодорхой энергитэй (давтамжтай) зөвхөн нэг фотоныг нэг үйлдэлд шингээж эсвэл ялгаруулдаг. Матери нь янз бүрийн энергийн түвшинд шилжих, янз бүрийн давтамжийн фотоныг ялгаруулах, шингээх чадвартай олон ижил атомуудаас бүрддэг. Ижил давтамжтай бүх фотонуудын нийлбэр ньспектрийн шугам , шингээх үед үүнийг нэрлэдэгшингээлт , ялгарах үед -ялгаруулалт. Бүх шингээлтийн буюу бүх ялгаралтын шугамын багцыг нэрлэдэг шингээлт (шингээх) эсвэл ялгаруулалт

бодисын (ялгарал) спектр. Шингээлтийн спектрийг судалж буй бодисыг цахилгаан соронзон цацрагийн талбарт (жишээлбэл, гэрлийн урсгалын замд) байрлуулах замаар олж авдаг бөгөөд ялгаруулах спектрийг олж авахын тулд эхлээд бодисын атомуудыг өдөөгдсөн төлөвт шилжүүлдэг. зарим төрлийн эрчим хүчийг (дулааны, химийн, цахилгаан цэнэггүйдэл, цахилгаан соронзон цацраг гэх мэт) хангах замаар олж авдаг. өдөөлтийн дараа атомууд 10 – 9 – 10 – 7 секундын дараа үндсэн төлөв рүү буцаж фотон эсвэл дулаан ялгаруулдаг. INсүүлчийн тохиолдол шилжилт байх болноялгаруулагч бусбЗураг дээр. 3 Долгионт сумаар дүрсэлсэн байна.

Ялгарсан буюу шингэсэн цацрагийн давтамжийг электрон орбиталуудын энергийн зөрүүгээр тодорхойлно ∆E:

Энд h нь Планкийн тогтмол

Квантын төлөвүүдийн үнэмлэхүй энергитиймээс үл мэдэгдэх түүнийгтоолохтодорхой түвшнээс, тухайлбал тэг гэж хүлээн зөвшөөрдөг иончлолын энерги, өөрөөр хэлбэл электроныг бүрэн устгах атомаас.

Атомын орбиталуудын энерги ихээхэн ялгаатай байдаг. Тиймээс цөмд хамгийн ойрхон тойрог замаас электроныг өдөөх (хамгийн гол зүйл квант тоо n=1) 6∙10-аас дээш 4 кДж моль - 1 шаардлагатай (ялгаруулсан фотон нь рентген цацрагийн давтамжтай), 150-600 кЖ моль -1 нь гадны электронуудыг өдөөхөд хангалттай (хэт ягаан туяаны цацраг болон харагдахуйц) бүс нутаг). Үндсэн квант тоо нэмэгдэх тусам өдөөх энерги нэмэгдэнэ ∆Eболон цацрагийн давтамж буурах (Зураг 2.).

Хамгийн их магадлалтай шилжилтүүдЭхний сэтгэл хөдөлгөм түвшнээс эхлээд үндсэн шат хүртэл Э 0 ; харгалзах спектрийн шугамууд гэж нэрлэдэг цуурайтсан . Электрон нь мөн өндөр энергийн төлөвт шилжиж болно ( Э 2 , Э 3 гэх мэт). Үүнийг дахин түвшинд хүргэж байна Э 0 хэд хэдэн завсрын үе шат дамждаг.

Цагаан будаа. 4. Янз бүрийн квант төлөвийн энергийн түвшний харьцангуй зохицуулалт, электрон шилжилтийн үеийн энергийн өөрчлөлт

Гадны амархан өдөөгддөг электронууд гэж нэрлэдэг оптик , тэдний оролцоотой шилжилтүүдийг өгдөг оптик спектр.Өдөөлтийн энерги гадаад электронуудөөр өөр элементүүд нь ижил биш юм. Жишээлбэл, шүлтлэг металлын резонансын шугамыг олж авахын тулд (шилжилт E 1 → E 0) харьцангуй бага энерги шаардагдана (~ 2 эВ, долгионы урт нь харагдах бүсэд байдаг), металл бусуудын хувьд энэ энерги мэдэгдэхүйц өндөр байдаг (~ 5). eV, долгионы урт нь хэт ягаан туяаны бүсэд байдаг). Гадаад электрон хэдий чинээ их байна, төдий чинээ атом эрчим хүчний шилжилт хийх боломжуудтай байдаг төмөр зэрэг металлын спектр нь олон мянган шугамаас бүрддэг , мөн спектрүүд шүлтлэг элементүүдтэдний дотор ядуу.

Атомын спектроскопийн шинжилгээний аргууд.

Атомын тойрог замын дагуух электронуудын энергийн бүх шилжилтийг аналитик зорилгоор ашиглаж болно. Бодисын атомын энергийн төлөвийн өөрчлөлтөд үндэслэсэн шинжилгээний аргуудыг бүлэгт оруулсан болно атомын спектроскопийн аргууд, дохиог хүлээн авах, бүртгэх арга барилаараа ялгаатай.

Оптик аргуудгадаад (валент) электронуудын энергийн шилжилтийг ашиглах нь тэдгээрийн нийтлэг зүйл бол бодисыг урьдчилан атомжуулах (атом болгон задлах) хэрэгцээ юм.

Атомын ялгаруулалтын спектрометр кинетикээр өдөөгдсөн атомуудын цацрагийн ялгаралт дээр үндэслэсэн плазмын энерги, нуман эсвэл оч ялгадас гэх мэт.

Атомын флюресценцийн спектроскопи цахилгаан соронзонгоор өдөөгдсөн атомуудаас ялгарах цацрагийг ашигладаг гадаад эх үүсвэрээс цацраг туяа.

Атом шингээлтийн спектроскопи үүсгэн байгуулсан атомууд гадны эх үүсвэрээс цацрагийг шингээх тухай.

Рентген туяаны аргуудатомын дотоод электронуудын энергийн шилжилт дээр суурилдаг. Дохио хүлээн авах, бүртгэх аргаас хамааран байдаг Рентген цацраг, рентген шингээлтТэгээд Рентген флюресценцийн спектроскопи.Эдгээр аргуудын сортууд нь - Аугер спектроскопи, рентген электрон датчикийн шинжилгээ, электрон спектроскопи- бодисын бүтцийг судлахад голчлон ашигладаг. Рентген туяаны аргууд нь бодисыг атомжуулах шаардлагагүй бөгөөд хатуу дээжийг урьдчилсан бэлтгэлгүйгээр шалгах боломжийг олгодог.

Цөмийн аргуудатомын цөмийн өдөөлт дээр үндэслэсэн.

Зураг дээр. 5. Атомын ялгаралт эсвэл шингээлт дээр суурилсан янз бүрийн аргуудыг өгсөн. Эдгээр аргууд нь өргөн хэрэглэгддэг бөгөөд өндөр сонгомол чанар, онцгой мэдрэмж, хурд, тав тухтай байдал зэргээр тодорхойлогддог; Эдгээр нь хамгийн сонгомол аналитик аргуудын нэг юм. Эдгээр аргууд нь ойролцоогоор тодорхойлох боломжтой 70 элемент. Мэдрэмж нь ихэвчлэн хязгаарт байдаг 10 -4 -10 –10 %. Атом спектрийн шинжилгээихэвчлэн хэдхэн минутын дотор дуусгах боломжтой.

Цагаан будаа. 5. Атомын спектроскопийн аргуудын ангилал

1885 онд Швейцарийн физикч И.Балмер устөрөгчийн спектрийн шугамын зохион байгуулалтад тодорхой зүй тогтлыг олж, спектрийн харагдах хэсгийн шугамд тохирох долгионы уртыг томъёогоор тооцоолж болохыг харуулсан бөгөөд энэ нь одоо хэлбэрээр бичигдсэн байдаг.

Энд бүхэл тоо тус бүрд n, хоёроос илүү тохирч байна спектрийн шугам, А Рдуудсан Ридберг тогтмол

Хожим нь устөрөгчийн спектрээс хоёрыг бүхэл m тоогоор сольсон бусад шугамууд олдсон бөгөөд томъёо нь дараах хэлбэртэй байв.

мТэгээд n- бүхэл тоо.

At м= 1, Лайманы цувралыг бүрдүүлдэг спектрийн хэт ягаан туяаны хэсэгт байрлах шугамыг олж авах ба хэзээ м= 3 - хэт улаан туяаны хэсэгт - Paschen цуврал.

Үзэл бодлоос нь сонгодог физикШулуун байгаа эсэх, тэдгээрийн зохион байгуулалтын хэв маяг, атомын тогтвортой байдлыг тайлбарлах боломжгүй байв. Үнэхээр, хамт цөмийг тойрон хөдөлж төв рүү чиглэсэн хурдатгалэлектрон цацрах ёстой цахилгаан соронзон долгион, эрч хүчээ алдаж, цөм рүү унах, энэ нь тохиолддоггүй. Данийн физикч Н.Бор зөрчилдөөнийг даван туулсан.

Борын санаагаар атомын энерги дурын утгатай байж болохгүй. Атом бүрийн хувьд хэд хэдэн хатуу тодорхойлогдсон байдаг дискрет утгуудатомын энергийн түвшин гэж нэрлэгддэг түүний байж болох энерги.

1) Атомын энергийн түвшинг дараах томъёогоор тодорхойлно.

Атомын энерги нь зөвхөн тойрог замын тоогоор тодорхойлогддог (үндсэн квант тоо) n, учир нь энэ томьёоны бусад бүх хэмжигдэхүүн нь үндсэн тогтмолууд юм.

At n = 1:

Энэ энергийг атомын холболтын энерги буюу иончлолын энерги гэж нэрлэдэг - энэ энергийг атомаас салгахын тулд электронд өгөх ёстой.

At n = 2:

n = 3: гэх мэт.

Атом дахь электроны энерги нь зөвхөн салангид утгыг авч чаддаг тул үүнийг квантлагдсан гэж нэрлэдэг.

Борын онол нь гурван постулат дээр суурилдаг.

I (хөдөлгөөнгүй төлөв байдлын постулат).

Атом дахь электрон нь зөвхөн тусгай суурин (квант) төлөвт байж болно, тус бүр нь тодорхой энергитэй тохирч байна. Электрон хөдөлгөөнгүй төлөвт байх үед атом нь цацраг үүсгэдэггүй.

II постулат (давтамжийн дүрэм).

Атом дахь электрон нэгээс үсрэх боломжтой тогтвортой байдалнөгөө рүү. Энэ шилжилтийн үед квант ялгардаг буюу шингэдэг цахилгаан соронзон оронДараах төлөв дэх атом дахь электрон энергийн ялгаагаар тодорхойлогддог давтамжийн u:

Хэрэв , дараа нь энерги ялгардаг, хэрэв - энэ нь шингэдэг.

Хамгийн бага энергитэй тохирох атомын төлөвийг газар гэж нэрлэдэг бөгөөд бусад нь сэтгэл хөдөлдөг. Өдөөгдсөн төлөвт атомын амьдрах хугацаа ~10-8 секунд байна.

Борын III постулат (орбитын квантчлалын дүрэм).

Атом дахь хөдөлгөөнгүй (зөвшөөрөгдсөн) электрон тойрог зам нь нөхцөл байдлаас олддог n= 1, 2, 3...– (орбитын тоо нь үндсэн квант тоо)

Хаана м- электрон масс;

В- түүний хөдөлгөөний шугаман хурд;

r n- радиус n- тойрог зам;

h- Планкийн тогтмол.

Луис де Бройль атом дахь электрон тойрог замыг квантлах нууцлаг дүрмийн мөн чанарыг олж нээсэн. Де Бройлийн таамаглалаар атомын электрон бүр нь байдаг хөдөлгөөнгүй тойрог замнийцэж байна зогсож буй долгионтойрог дээр бүхэл тооны долгионы урттай. Хэрэв тойрог дээр бүхэл тооны долгионы урт багтахгүй бол долгион өөрөө "хаагдахгүй" бөгөөд хурдан ялзардаг. Тиймээс атом дахь электроны зөвшөөрөгдсөн тойрог замууд нь холбогдох де Бройль долгионы хамгийн их интерференцийн нөхцөлтэй тохирч байна.

Энэ нийтлэлд атомууд гэрэл хэрхэн ялгарч, шингэж байгааг ойлгоход шаардлагатай үндсэн ойлголтуудыг танилцуулж байна. Эдгээр үзэгдлийн хэрэглээг мөн энд тайлбарласан болно.

Ухаалаг утас ба физик

1990 оноос хойш төрсөн хүн төрөл бүрийн зүйлгүйгээр амьдралаа өнгөрөөсөн электрон төхөөрөмжтөсөөлж ч чадахгүй. Ухаалаг утас нь утсыг орлохоос гадна валютын ханшийг хянах, гүйлгээ хийх, такси дуудах, тэр ч байтугай ОУСС-ын сансрын нисэгчидтэй өөрийн хэрэглээний программуудаар дамжуулан захидал бичих боломжийг бүрдүүлдэг. Үүний дагуу эдгээр бүх дижитал туслахуудыг ердийн зүйл гэж үздэг. Бүх төрлийн төхөөрөмжүүдийн агшилтын эрин үеийг бий болгосон атомын гэрлийн ялгарал, шингээлт нь ийм уншигчдад зөвхөн физикийн хичээлийн уйтгартай сэдэв мэт санагдах болно. Гэхдээ физикийн энэ хэсэгт маш олон сонирхолтой, сэтгэл хөдөлгөм зүйл байдаг.

Спектрийн нээлтийн онолын үндэслэл

"Сониуч зан чамайг хэзээ ч сайн зүйл рүү хөтөлдөггүй" гэсэн үг байдаг. Гэхдээ энэ илэрхийлэл нь бусад хүмүүсийн харилцаанд хөндлөнгөөс оролцохгүй байх нь дээр гэсэн үг юм. Хэрэв та эргэн тойрныхоо ертөнцийг сонирхож байвал муу зүйл тохиолдохгүй. 19-р зууны төгсгөлд хүмүүс соронзонгийн мөн чанарыг ойлгож эхэлсэн (энэ нь Максвеллийн тэгшитгэлийн системд маш сайн дүрслэгдсэн байдаг). Дараагийн асуултЭрдэмтдийн шийдэхийг хүссэн зүйл бол материйн бүтэц байв. Бид нэн даруй тодруулах ёстой: шинжлэх ухааны хувьд үнэ цэнэтэй зүйл бол атомуудын гэрлийн ялгаралт, шингээлт биш юм. Шугаман спектр нь үр дагавар юм энэ үзэгдэлмөн бодисын бүтцийг судлах үндэс.

Атомын бүтэц

Эрдэмтэд одоо ч гэсэн Эртний Грекгантиг нь хуваагдашгүй хэсэг болох "атом"-оос бүрддэг гэж үздэг. 19-р зууны эцэс хүртэл хүмүүс эдгээрийг материйн хамгийн жижиг хэсгүүд гэж боддог байв. Гэхдээ Рутерфордын хүнд хэсгүүдийг алтан ялтас дээр тараах туршилт нь атом ч гэсэн дотоод бүтэц. Хүнд цөм нь төвд байрладаг бөгөөд эерэг цэнэгтэй, сөрөг гэрлийн электронууд эргэлддэг;

Максвеллийн онолын хүрээнд атомын парадоксууд

Эдгээр өгөгдөл нь хэд хэдэн парадоксыг бий болгосон: Максвеллийн тэгшитгэлийн дагуу аливаа хөдөлгөөнт цэнэгтэй бөөмс нь цахилгаан соронзон орон үүсгэдэг тул энерги алддаг. Яагаад электронууд цөм дээр унахгүй, харин үргэлжлүүлэн эргэлддэг вэ? Атом бүр яагаад зөвхөн тодорхой долгионы урттай фотоныг шингээж, ялгаруулдаг нь бас тодорхойгүй байв. Борын онол нь тойрог замуудыг нэвтрүүлснээр эдгээр зөрчилдөөнийг арилгах боломжтой болсон. Энэ онолын постулатын дагуу электронууд зөвхөн эдгээр орбиталуудын цөмийн эргэн тойронд байж болно. Хоёр хөрш улсын хооронд шилжих шилжилт нь тодорхой энерги бүхий квант ялгарах эсвэл шингээх замаар дагалддаг. Атомуудын гэрлийн ялгаралт, шингээлт нь яг үүнээс болж үүсдэг.

Долгионы урт, давтамж, энерги

Илүү ихийг бүрэн зурагФотоны талаар бага зэрэг ярих шаардлагатай байна. Энэ энгийн бөөмс, ямар ч тайван массгүй. Тэд зөвхөн орчингоороо хөдөлж байх үед л байдаг. Гэхдээ тэд масстай хэвээр байна: гадаргуу дээр цохихдоо тэд үүн рүү импульс шилжүүлдэг бөгөөд энэ нь массгүйгээр боломжгүй юм. Тэд зүгээр л массаа энерги болгон хувиргаж, цохисон бодисыг бага зэрэг дулаацуулж, шингээдэг. Борын онол энэ баримтыг тайлбарлаагүй байна. Фотоны шинж чанар, түүний зан үйлийн онцлогийг тайлбарлав квант физик. Тэгэхээр фотон нь долгион ба масстай бөөмс юм. Фотон нь долгион шиг байдаг дараах шинж чанарууд: урт (λ), давтамж (ν), эрчим хүч (E). Долгионы урт урт байх тусам давтамж бага, энерги багасна.

Атомын спектр

Атомын спектр нь хэд хэдэн үе шаттайгаар үүсдэг.

1. Атом дахь электрон тойрог 2-оос хөдөлдөг (илүү өндөр энерги) тойрог замд 1 (бага энерги).
2. Тодорхой хэмжээний энерги ялгардаг бөгөөд энэ нь гэрлийн квант (hν) хэлбэрээр үүсдэг.
3. Энэ квант нь хүрээлэн буй орон зайд ялгардаг.

Энэ нь ингэж л болж байна шугамын спектратом. Яагаад ингэж нэрлэдэгийг хэлбэр дүрсээр нь тайлбарладаг: тусгай төхөөрөмжүүд гарч буй гэрлийн фотонуудыг "барих" үед бичлэг хийх төхөөрөмж дээр хэд хэдэн шугамыг тэмдэглэдэг. Өөр өөр долгионы урттай фотонуудыг салгахын тулд дифракцийн үзэгдлийг ашигладаг: өөр өөр давтамжтай долгионууд өөр өөр хугарлын индекстэй байдаг тул зарим нь бусдаас илүү хазайдаг.

Бодисын шинж чанар ба спектр

Бодисын шугамын спектр нь атом бүрийн хувьд өвөрмөц байдаг. Өөрөөр хэлбэл, устөрөгч ялгарах үед нэг шугам, алт нь өөр нэг шугамыг өгөх болно. Энэ баримт нь спектрометрийг ашиглах үндэс суурь юм. Аливаа зүйлийн спектрийг олж авсны дараа та бодис нь юунаас бүрдэх, түүний доторх атомууд бие биентэйгээ хэрхэн харьцаж байгааг ойлгох боломжтой. Энэ арга нь тодорхойлох боломжийг олгодог ба янз бүрийн шинж чанаруудхими, физикийн ихэвчлэн ашигладаг материалууд. Атомуудын гэрлийг шингээх, ялгаруулах нь бидний эргэн тойрон дахь ертөнцийг судлах хамгийн түгээмэл хэрэглүүрүүдийн нэг юм.

Ялгарлын спектрийн аргын сул тал

руу энэ мөчидЭнэ нь атомууд хэрхэн цацруулдаг тухай байсан. Гэхдээ ихэвчлэн бүх электронууд тойрог замдаа тэнцвэрт байдалд байдаг, бусад төлөв рүү шилжих шалтгаан байхгүй; Бодис ямар нэгэн зүйл ялгаруулахын тулд эхлээд энерги шингээх ёстой. Энэ нь атомын гэрлийг шингээх, ялгаруулах чадварыг ашигладаг аргын сул тал юм. Товчхондоо, спектрийг олж авахын өмнө бодисыг эхлээд халаах эсвэл гэрэлтүүлэх ёстой. Эрдэмтэн оддыг судалдаг бол тэд өөрсдийнхөө ачаар аль хэдийн гэрэлтдэг бол асуулт гарч ирэхгүй дотоод үйл явц. Харин хүдэр судлах шаардлагатай бол эсвэл хүнсний бүтээгдэхүүн, дараа нь спектрийг олж авахын тулд үүнийг шатаах шаардлагатай. Энэ арга нь үргэлж тохиромжтой байдаггүй.

Шингээлтийн спектр

Атомоор гэрлийг ялгаруулах, шингээх арга нь хоёр чиглэлд "ажилладаг". Та өргөн зурвасын гэрлийг бодис дээр (өөрөөр хэлбэл өөр өөр долгионы урттай фотонууд байдаг) гэрэлтүүлж, дараа нь аль долгионы уртыг шингээж байгааг харж болно. Гэхдээ энэ арга нь үргэлж тохиромжтой байдаггүй: бодис нь хүссэн хэсэгтээ ил тод байх шаардлагатай цахилгаан соронзон хэмжүүр.

Чанарын болон тоон шинжилгээ

Энэ нь тодорхой болсон: спектр нь бодис бүрийн хувьд өвөрмөц байдаг. Уншигч ийм дүн шинжилгээг зөвхөн тухайн материалыг юугаар хийсэн болохыг тодорхойлоход ашигладаг гэж дүгнэж болно. Гэсэн хэдий ч спектрийн боломжууд илүү өргөн байдаг. Үүссэн шугамын өргөн, эрчмийг шалгах, таних тусгай арга техникийг ашиглан нэгдэлд орсон атомын тоог тодорхойлох боломжтой. Түүнчлэн, энэ үзүүлэлтийг янз бүрийн нэгжээр илэрхийлж болно:

• хувиар (жишээлбэл, энэ хайлш нь 1% хөнгөн цагаан агуулдаг);
• мэнгэ (энэ шингэнд 3 моль ширээний давс ууссан);
• граммаар (энэ дээж нь 0.2 г уран, 0.4 грамм тори агуулсан).

Заримдаа дүн шинжилгээ нь холимог байдаг: чанарын болон тоон үзүүлэлтийг нэгэн зэрэг хийдэг. Гэхдээ өмнө нь физикчид шугамын байрлалыг цээжилж, сүүдрийг нь тусгай хүснэгт ашиглан үнэлдэг байсан бол одоо энэ бүгдийг программууд хийдэг.

Спектрийн хэрэглээ

Атомуудын гэрлийн ялгаралт, шингээлт гэж юу болохыг бид аль хэдийн дэлгэрэнгүй авч үзсэн. Спектрийн шинжилгээг маш өргөн ашигладаг. Талбай байхгүй хүний ​​үйл ажиллагаа, бидний авч үзэж буй үзэгдэл хаана ч хэрэглэгддэг. Тэдгээрийн заримыг энд харуулав.

1. Өгүүллийн эхэнд бид ухаалаг гар утасны тухай ярьсан. Цахиурын хагас дамжуулагч элементүүд нь спектрийн шинжилгээг ашиглан талстуудыг судалсны ачаар маш жижиг болсон.
2. Ямар ч тохиолдолд энэ нь өвөрмөц байдал юм электрон бүрхүүлатом бүр нь аль сумыг хамгийн түрүүнд харвасан, машины хүрээ яагаад хугарсан, цамхагт кран унасан, мөн хүн ямар хорд хордсон, усанд хэр удаан байсан зэргийг тодорхойлох боломжтой болгодог.
3. Анагаах ухаан нь биеийн шингэнтэй холбоотой спектрийн шинжилгээг өөрийн зорилгоор ихэвчлэн ашигладаг боловч энэ аргыг эдэд ч ашигладаг.
4. Алс холын галактикууд, сансрын хийн үүл, харь гаригийн оддын ойролцоох гаригууд - энэ бүгдийг гэрлийн тусламжтайгаар судалж, спектр болгон задалдаг. Эрдэмтэд эдгээр объектуудын бүтэц, тэдгээрийн хурд, тэдгээрийн дотор болж буй үйл явцыг тэдний ялгаруулж, шингээж буй фотоныг бүртгэж, шинжлэх чадвартай сурдаг.

Цахилгаан соронзон хэмжүүр

Бидний хамгийн их анхаардаг зүйл харагдах гэрэл. Гэхдээ цахилгаан соронзон масштабын хувьд энэ сегмент нь маш бага юм. Хүний нүд илрүүлж чадахгүй зүйл нь солонгын долоон өнгөнөөс хамаагүй өргөн юм. Зөвхөн харагдахуйц фотонууд (λ = 380-780 нанометр) төдийгүй бусад квантуудыг ялгаруулж, шингээж болно. Цахилгаан соронзон хэмжүүрт дараахь зүйлс орно.

1. Радио долгион(λ = 100 километр) руу мэдээлэл дамжуулна хол зайд. Учир нь маш урт уртДолгион нь маш бага энергитэй байдаг. Тэд маш амархан шингэдэг.
2. Терагерцийн долгион(λ = 1-0.1 миллиметр) саяхныг хүртэл нэвтрэхэд хэцүү байсан. Өмнө нь тэдний хүрээ нь радио долгионд багтдаг байсан бол одоо цахилгаан соронзон хуваарийн энэ сегментийг тусдаа ангид хуваарилдаг.
3. Хэт улаан туяаны долгион (λ = 0.74-2000 микрометр) дулаан дамжуулдаг. Гал, дэнлүү, нар тэднийг элбэг дэлбэг цацруулдаг.

Бид харагдах гэрлийг авч үзсэн тул энэ талаар дэлгэрэнгүй бичихгүй.

Хэт ягаан туяаны долгион(λ = 10-400 нанометр) нь хүний ​​хувьд хэт их үхэлд хүргэдэг боловч тэдгээрийн дутагдал нь эргэлт буцалтгүй үйл явцыг үүсгэдэг. Манай төв од нь хэт ягаан туяа ихээр ялгаруулдаг ч дэлхийн агаар мандал ихэнхийг нь хаадаг.

Рентген ба гамма квантууд (λ < 10 нанометров) имеют общий диапазон, но различаются по происхождению. Чтобы получить их, нужно разогнать электроны или атомы до очень өндөр хурдтай. Хүний лаборатори үүнийг хийх чадвартай боловч байгальд ийм энерги нь зөвхөн оддын дотор эсвэл асар том биетүүдийн мөргөлдөх үед л олддог. Жишээ сүүлчийн үйл явцЭнэ нь суперновагийн дэлбэрэлт, оддыг хар нүхэнд шингээх, хоёр галактик эсвэл галактикийн уулзвар, их хэмжээний хийн үүл байж болно.

Бүх хүрээний цахилгаан соронзон долгион, тухайлбал атомууд ялгарах, шингээх чадварыг хүний ​​үйл ажиллагаанд ашигладаг. Уншигч амьдралынхаа замыг сонгосон (эсвэл зүгээр л сонгох гэж байгаа) эсэхээс үл хамааран тэрээр спектрийн судалгааны үр дүнтэй тулгарах нь гарцаагүй. Эрдэмтэн нэг удаа бодисын шинж чанарыг судалж, микрочип бүтээсэн учраас л худалдагч орчин үеийн төлбөрийн терминал ашигладаг. Тариаланч тариалангийн талбайг бордож, одоо геологич нэгэн цагт хүдэрт фосфор байгааг олж илрүүлсэн учраас л их хэмжээний ургац хурааж байна. Охин зөвхөн байнгын химийн будаг зохион бүтээсний ачаар л тод хувцас өмсдөг.

Гэхдээ уншигч хүн амьдралаа шинжлэх ухааны ертөнцтэй холбохыг хүсвэл атом дахь гэрлийн квант ялгарах, шингээх үйл явцын үндсэн ойлголтоос хавьгүй илүү судлах шаардлагатай болно.

Молекул шингээлтийн спектроскопи. Гэрлийн шингээлтийн үндсэн хууль. Аргын практик хэрэглээ.

Шингээлтийн спектроскопи. Гэрэл шингээлтийн үндсэн хууль (B-L-B хууль).

Атом, ион эсвэл молекул нь гэрлийн квантыг шингээж, илүү өндөр энергийн төлөвт ордог. Ихэвчлэн энэ нь үндсэн, сэтгэл хөдлөмгүй түвшингээс дээд түвшний аль нэгэнд, ихэнхдээ эхний сэтгэл хөдөлгөм түвшинд шилжих шилжилт юм. Бодисын давхаргаар дамжин өнгөрөхөд цацраг туяа шингэдэг тул цацрагийн эрч хүч буурч, илүү их байх тусам гэрэл шингээх бодисын агууламж өндөр байдаг.

Бугер-Ламберт-Беэрийн хууль гэрэл шингээгч бодисын давхаргаар дамжин өнгөрөх гэрлийн эрчмийн бууралтыг тухайн бодисын концентраци болон давхаргын зузаантай холбодог. Тусгал болон тархалтын улмаас үүссэн гэрлийн алдагдлыг харгалзан үзэхийн тулд туршилтын уусмал ба уусгагчаар дамжих гэрлийн эрчмийг ижил уусгагч агуулсан ижил материалаар хийсэн кюветт давхаргын зузаан, тусгал болон гэрлийн тархалтаас үүдэлтэй алдагдлыг харьцуулна. бодисын агууламжаас хамаарна.

Уусмалаар дамжин өнгөрөх гэрлийн эрчмийг бууруулах, дамжуулалтаар тодорхойлогддог(эсвэл зүгээр л өнгөрөх замаар) T: T= I / I 0, энд I ба I 0 нь уусмал ба уусгагчаар дамжих гэрлийн эрчим юм.

Эсрэг тэмдгээр авсан T логарифмыг нэрлэнэ оптик нягтрал А:

Lg T= -lg (I / I 0)=lg (I 0 / I)=A.

Уусмалаар дамжин өнгөрөхөд гэрлийн эрч хүч буурах нь хамаарна Бугер-Ламберт-Беэрийн хууль: I=I 0 10 - дlc, эсвэл I / I 0 =10 -дlc,эсвэл -lg T=A=дл в(1)

хаана e – молийн шингээлтийн коэффициент; l – гэрэл шингээх давхаргын зузаан;в – уусмалын концентраци.

Физик утгад I=1 см ба c=1 моль/л гэж авбал A= гэдэг нь тодорхой болнод . Тиймээс, молийн шингээлтийн коэффициенттэнцүү байна оптик нягтрал 1 см-ийн зузаантай давхаргын нэг молийн уусмал.

Хэд хэдэн өнгөт бодис агуулсан уусмалын оптик нягт нь нэмэлт шинж чанартай байдаг бөгөөд үүнийг заримдаа гэж нэрлэдэг. хуулиар гэрлийн шингээлтийн нэмэлт чанар. Энэ хуулийн дагуу аливаа бодис гэрлийг шингээх нь уусмалд бусад бодис байгаа эсэхээс хамаардаггүй. Хэрэв уусмалд хэд хэдэн өнгөт бодис байгаа бол тэдгээр нь тус бүр өөрийн гэсэн нэмэлт хувь нэмэр оруулна

Бугер-Ламберт-Беэрийн хуулийг хэрэглэх хязгаарлалт ба нөхцөл:

1. Хууль шударга монохромат гэрлийн хувьд.Энэхүү хязгаарлалтыг тэмдэглэхийн тулд индексүүдийг тэгшитгэлд (1) оруулж, дараах хэлбэрээр бичнэ: A l = e l l c . (2)

l индекс хэмжигдэхүүнүүдийг А бад лавлана уу монохромат цацрагдолгионы урттайл .

2. Коэффицент e (1) тэгшитгэлийн хувьд орчны хугарлын илтгэгчээс хамаарна. Хэрэв уусмалын концентраци харьцангуй бага байна, түүний хугарлын илтгэгч нь цэвэр уусгагчийнхтай ижил хэвээр байгаа бөгөөд энэ шалтгааны улмаас хуулиас хазайлт ажиглагддаггүй.

3. Температурхэмжилтийн явцад үлдэх ёстой тогтмолнаад зах нь хэдхэн градусын дотор.

4. гэрлийн туяабайх ёстой зэрэгцээ.

5. (1) тэгшитгэл нь зөвхөн системд ажиглагддаг гэрэл шингээх төвүүд нь зөвхөн нэг төрлийн бөөмс юм. Хэрэв концентраци өөрчлөгдөхөд эдгээр хэсгүүдийн шинж чанар нь жишээлбэл, хүчил-суурь харилцан үйлчлэл, полимержилт, диссоциаци гэх мэтээр өөрчлөгдвөл А-ийн c-ээс хамаарал нь шугаман хэвээр үлдэхгүй, учир нь молийн шингээлтийн коэффициент. шинээр үүссэн болон анхны бөөмс нь ерөнхийдөө ижил биш байх болно.

Жишээлбэл, калийн бихромат уусмалыг шингэлэх үед бихромат ионы концентраци буурахаас гадна химийн харилцан үйлчлэлийн процессууд үүсдэг.

Cr 2 O 2- 7 +H 2 O= 2HCrO - 4 = 2CrO 2- 4 +2H +

Уусмалд бихроматын ионуудын оронд гидрохром ба хромат ионууд гарч ирдэг. Уусмал дахь хромын нийт агууламжаас оптик нягтын хамаарал нь шугаман биш байх болно.

Шингээлтийн спектр.

Гэрлийг уусмалаар сонгон шингээдэг: зарим долгионы уртад гэрлийн шингээлт эрчимтэй явагддаг бол заримд нь гэрэл шингэдэггүй. Гэрлийн квантууд эрчимтэй шингэж, энерги нь шингэдэг hvбөөмийн өдөөх энерги ба тэдгээрийг шингээх магадлалтай тэнцүү байна тэгээс их. Эдгээр давтамж (эсвэл долгионы урт) дахь молийн шингээлтийн коэффициент нь хүрдэг том үнэ цэнэ. Моляр шингээлтийн коэффициентийн утгын давтамж (эсвэл долгионы урт) тархалтыг гэж нэрлэдэг шингээлтийн спектр.

Ихэвчлэн шингээлтийн спектрийг А оптик нягтрал эсвэл молийн шингээлтийн коэффициентийн график хамаарлаар илэрхийлдэг. e давтамж n буюу долгионы урт l дээр ослын гэрэл. А эсвэл орондд Тэдний логарифмыг ихэвчлэн зурдаг.

Ig A координат дахь муруйнууд -л , Зурагт үзүүлсэн шиг. 1, давхаргын концентраци эсвэл зузаан өөрчлөгдөхөд тэдгээр нь ординатын дагуу өөр хоорондоо параллель дээш доош хөдөлж, координатууд A-л (Зураг 2) энэ өмч байхгүй. Энэ шинж чанар нь чанарын шинжилгээ хийхэд зайлшгүй шаардлагатай. Хэт улаан туяаны спектрийг судлахдаа гэрлийн дамжуулалтын хувийг ихэвчлэн функц болгон зурдаг n " эсвэл n.

Зураг 1. Ig A-ийн хамааралл .

1 - концентрацийн уусмал -тай l, см зузаантай кюветт; 2 - 1/4 сек концентрацтай уусмал эсвэл л, см зузаантай кюветт

Шингээлтийн спектрийн гарал үүсэл.

Шингээх зурвасын харагдах байдал нь шингээгч хэсгүүдийн энергийн төлөв байдлын салангид байдалтай холбоотой юм. квант шинж чанарцахилгаан соронзон цацраг. Гэрлийн квантуудыг шингээх үед бөөмийн дотоод энерги нэмэгддэг бөгөөд энэ нь бүхэлдээ бөөмийн эргэлтийн энерги, атомуудын чичиргээний энерги, электронуудын хөдөлгөөнөөс бүрддэг.

E= E vr + E тоо + E el (5)

Энд E нь эргэлтийн энерги, E нь чичиргээний энерги, E нь электрон энерги юм.

Тэгшитгэл (5) нь электрон ба цөмийн спинтэй холбоотой нарийн ба хэт нарийн бүтцийн энергийн нэр томъёо, нэмэлт схемийн ойролцоолсон залруулга болон эхний ойролцоолсон байдлаар үл тоомсорлож болох бусад нэр томъёог багтаасан байх ёстой.

Эрчим хүчний хувьд эргэлт, чичиргээ, электрон хөдөлгөөн нь нэлээд ялгаатай бөгөөд E vr<

1. Эргэлтийн спектрүүд.

Молекулуудын эргэлтийн энергийг ихэвчлэн ашигладаг гэж үздэг хатуу эргүүлэгч загварууд,Энэ нь бие биенээсээ тодорхой зайд байрлах хоёр массыг илэрхийлдэг.

Эргэлтийн энергийн түвшний өдөөлт нь долгионы урттай хэт улаан туяа (IR) болон богино долгионы цацрагийг шингээх үед аль хэдийн үүсдэг.л >=10 2 мкм буюу долгионы тоо n " >= 10 2 см -1 . Спектрийн энэ муж дахь квантуудын энерги нь тэнцүү байна: E bp = 2.8 10 -3 n "= 1.2 кЖ/моль ба түүнээс бага. Энэ утгыг дулааны хөдөлгөөний энергитэй харьцуулж болно kT, тиймээс аль хэдийн тасалгааны температурт эргэлтийн түвшний нэг хэсэг нь хүн амтай байдаг.

Цэвэр эргэлтийн спектрийг аналитик зорилгоор ашигладаггүй. Тэдгээрийг ашигладаг молекулын бүтцийг судлах, цөмийн хоорондын зайг тодорхойлох гэх мэт.

2. Чичиргээний спектрүүд.

Чичиргээний энергийн түвшний өдөөлттэй холбоотой зурвасууд нь ойролцоогоор 200...300-аас 4000...5000 см -1 хүртэлх спектрийн мужид байрладаг бөгөөд энэ нь 3-60 кЖ/моль квант энергитэй тохирч байна. Тиймээс ердийн температурт молекулуудын энергийн төлөв байдал нь дүрмээр бол газрын чичиргээний түвшингээр тодорхойлогддог. Хоёр атомт молекулын чичиргээг авч үзэхэд ашигладаг хамгийн энгийн загвар гармоник осцилляторын загвар. Энэ бол уян харимхай хүчээр холбогдсон хоёр массын систем юм. Гармоник осцилляторын боломжит энергийн муруйг ихэвчлэн параболоор ойролцоолдог (Зураг 3, муруй 1).

Бүх молекулууд чичиргээний хэт улаан туяаны спектртэй байдаггүй, зөвхөн чичиргээний үед цахилгаан диполь момент өөрчлөгддөг гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй.

Жишээлбэл, HC1, HBr гэх мэт молекулууд нь IR спектртэй боловч H2, O2 гэх мэт байдаггүй.

Олон атомт молекулуудын чичиргээний спектрийг молекулын тэгш хэмийн сургаал ба бүлгийн онолын үндсэн дээр тайлбарладаг. Бүлгийн онолын математик аппарат нь янз бүрийн тэгш хэмтэй молекулуудын давтамжийн тоо, сонгох дүрмийг тооцоолох боломжийг олгодог (молекулын тогтмолыг тодорхойлох, молекулын бүтцийг судлах). Химийн аналитикийн асуудлыг шийдэхийн тулд онцлог давтамжууд(ихэвчлэн чанарын шинжилгээнд зориулагдсан). IR спектрийн шинжилгээ нь ажиглагдсан давтамжуудын заримыг бие даасан атом эсвэл атомын бүлгийн чичиргээтэй тааруулж болохыг харуулсан. Тухайлбал, С-Н холбоо агуулсан бүх молекулын спектрт 2800...3000 см -1, гурвалсан холбоо С мужид давтамж байдгийг тогтоожээ.- C нь 1650 см -1 давтамжаар тодорхойлогддог бөгөөд C-C гурвалсан холбоо нь 2100 см -1 давтамжтай байдаг.

3. Электрон спектр.

Чичиргээний спектрийн энергийн дээд хязгаарыг ихэвчлэн ойролцоогоор 5000 см-1 буюу 60 кЖ/моль фотоны энерги гэж үздэг. Цацрагийн квантуудын энергийн цаашдын өсөлт нь ихэвчлэн электронуудыг өдөөж, электрон шилжилтийг тодорхойлдог зурвасын спектрийн харагдах байдалд хүргэдэг. Электрон спектрийн тайлбарыг молекул орбитал (МО) арга гэх мэт квант механик ойлголтын үндсэн дээр хийж болно.

Цахим шилжилтүүд нь чичиргээний болон тодорхой нөхцөлд эргэлтийн шилжилтийн хэт байрлалаас шалтгаалан хамгийн төвөгтэй байдаг. Чичиргээний бүтэц нь үргэлж шийдэгдээгүй тул олон тооны чичиргээний шилжилтийн давхцал нь электрон спектрийн зурвасыг мэдэгдэхүйц өргөжүүлэхэд хүргэдэг.

Шингээх эрчим.

Нэгдлүүдийн аналитик шинж чанарын хувьд нэгдмэл шингээлт нь чухал биш, харин тодорхой долгионы уртад гэрлийн шингээлт. Аналитик шинж чанарууд нь чухал юм хамгийн их цэг дэх молийн шингээлтийн коэффициент e макс Тэгээд шингээх зурвасын хагас өргөн(Зураг 6).

Нэг атомаас нөгөөд электрон шилжихээс үүссэн зурвасууд (цэнэг дамжуулах зурвасууд) шингээлтийн спектрийн хамгийн их эрчимтэй байдаг. Ихэнхдээ эдгээр зурвасууд нь лигандын p-орбиталаас төв ионы d-орбитал руу электрон шилжихтэй холбоотой байдаг (молийн шингээлтийн коэффициент 10 4). Цэнэг дамжуулах нь жишээлбэл, MnO - 4, CrO 2 - 4 ионуудын хурц өнгийг тайлбарладаг. , төмөр, кобальт, молибден, төмрийн сульфосалицилат цогцолбор болон бусад тиоцианатын цогцолборыг будах.

Цагаан будаа. 6. Шингээх зурвас.

Интраатомтой холбоотой туузууд нь мэдэгдэхүйц бага эрчимтэй байдаг d-d-эсвэл f - f -шилжилтүүд. Уусмал дахь өнгөт нэгдлүүдийн спектр нь ихэвчлэн нэлээд өргөн шингээлтийн зурвасаар тодорхойлогддог. Хамтлагуудын тэлэлт нь гэрлийн шингээлтийг хариуцдаг электронуудын энергийн түвшинд уусгагч молекулуудын хүчтэй нөлөөлөл, электрон шилжилтийн чичиргээний шилжилтийн суперпозициятай холбоотой юм.

Мэдээжийн хэрэг, молийн шингээлтийн коэффициент өндөр, зурвасын өргөн бага байх тусам нэгдлийн химийн-аналитик шинж чанар нь илүү үнэ цэнэтэй байх болно, учир нь эдгээр зурвасын шинж чанарууд нь илрүүлэх хязгаар, сонгомол чанар зэрэг чухал үзүүлэлтүүдийг тодорхойлдог.

Адсорбцийн спектроскопийн төхөөрөмжийн үндсэн бүрэлдэхүүн хэсгүүд.

Үндсэн бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь: гэрлийн эх үүсвэр, гэрлийн монохроматизатор, туршилтын бодис бүхий кювет, хүлээн авагч (гэрэл хүлээн авагч), оптик систем (линз, призм, толь зэргээс бүрдэх, гэрлийн зэрэгцээ туяа үүсгэх, өөрчлөх) гэрлийн чиглэл ба фокус), түүнчлэн гэрлийн урсгалын эрчмийг тэнцүүлэх систем (диафрагм, оптик шаантаг гэх мэт).

Шингээлтийн спектроскопийн төхөөрөмжид гэрэлтүүлгийн эх үүсвэрээс гэрэл нь монохроматизатороор дамжин өнгөрч, судалж буй бодисыг агуулсан кюветт дээр унадаг. Кюветтээр дамжин өнгөрөх монохромат гэрлийн эрчмийг гэрлийн хүлээн авагч (рецептор) хэмждэг. Практикт туршилтын уусмал, уусгагч эсвэл тусгайлан сонгосон лавлагаа уусмалаар дамжин өнгөрөх монохромат гэрлийн эрчмийн харьцааг ихэвчлэн тодорхойлдог.

Гэрлийн эх үүсвэрүүд.

1. Вольфрамын улайсдаг чийдэн нь өргөн хүрээний спектрийн гэрлийг үүсгэдэг. Гэсэн хэдий ч шил нь зөвхөн 350 ... 1000 нм долгионы урттай, өөрөөр хэлбэл спектрийн харагдах хэсэг, хамгийн ойрын хэт ягаан туяа, хэт улаан туяаны мужид гэрлийг дамжуулдаг.

2. Хий дүүргэсэн чийдэн (устөрөгч, мөнгөн ус). Устөрөгчийн дэнлүүнд устөрөгч ялгарах үед гэрэлтдэг. Өдөөлтийн нөхцлийг 200...400 нм-ийн мужид бараг тасралтгүй цацраг туяа үүсэхээр сонгосон. Мөнгөн усны дэнлүүнд ялгадас нь мөнгөн усны уураар үүсдэг. Өдөөгдсөн мөнгөн усны атомууд нь 254, 302, 334 нм долгионы урттай цацраг зонхилох шугамын спектрийг ялгаруулдаг.

3. Нернст тээглүүр нь газрын ховор элементийн ислээс дарагдсан багана юм. Цахилгаан гүйдэл дамжуулж халах үед 1.6...2.0 буюу 5.6...6.0 микрон мужид IR цацраг үүсгэдэг.

4. SiC карборундаар хийсэн бөмбөрцөг зүү нь цахилгаан гүйдэл дамжих үед мөн 2...16 μм-ийн мужид цацраг үүсгэдэг.

5.Хамгийн энгийн төхөөрөмжүүд нь өдрийн гэрлийг гэрэлтүүлгийн эх үүсвэр болгон ашигладаг.

Монохроматорууд (монуроматорууд).

Монохроматизатор буюу монохромататор нь өгөгдсөн долгионы урттай гэрэл үүсгэх төхөөрөмж юм. Монохроматизаторыг зохион бүтээхдээ янз бүрийн оптик үзэгдлүүдийг ашигладаг: гэрлийн шингээлт, интерференц, дисперс гэх мэт. Шингээлтийн спектроскопийн практикт хамгийн өргөн хэрэглэгддэг төхөөрөмжүүд нь гэрлийн шүүлтүүр (шингээлт, интерференц эсвэл интерференц-туйлшрал) ба призмийг монохроматизатор болгон ашигладаг төхөөрөмж юм. .

Шингээх шүүлтүүрийн үйл ажиллагаа нь гэрэл нимгэн давхаргаар дамжин өнгөрөхөд шингээлтийн улмаас өнгөрч буй гэрлийн урсгалын хэмжээ, спектрийн найрлагад өөрчлөлт ордогт суурилдаг. Шингээх шүүлтүүрүүдбага тунгалаг (T = 0.1) ба нэлээд өргөн зурвасын өргөнтэй (Д l = 30 нм ба түүнээс дээш). Онцлог шинж чанарууд хөндлөнгийн шүүлтүүрүүдхамаагүй дээр. Шүүлтүүр нь мөнгөний хамгийн нимгэн тунгалаг хоёр давхаргаас бүрдэх ба тэдгээрийн хооронд диэлектрик давхарга байдаг. Гэрлийн интерференцийн үр дүнд диэлектрик давхаргын зузаанаас хоёр дахин их долгионы урттай цацрагууд өнгөрч буй цацрагт үлддэг. Хөндлөнгийн шүүлтүүрүүдийн ил тод байдал нь T = 0.3...0.8. Үр дүнтэй дамжуулах өргөн нь ихэвчлэн 5...10 нм-ээс хэтрэхгүй. Дамжуулах зурвасыг нарийсгахын тулд заримдаа хоёр дараалсан хөндлөнгийн шүүлтүүрийн системийг ашигладаг.

Хамгийн түгээмэл монохроматизаторууд бол кварц, шил болон бусад материалаар хийсэн призм юм. Хэт улаан туяаны спектроскопийн хувьд LiF, NaCl, KBr болон бусад шүлтлэг ба шүлтлэг шороон металлын галогенуудаас бүрдсэн призмийг ашигладаг. Кювет хийхэд ижил материалыг ашигладаг. Призм нь өргөн хүрээний долгионы уртад өндөр монохромат гэрлийг авах боломжийг олгодог.

Гэрэл хүлээн авагч (рецептор).

Шингээлтийн спектроскопийн төхөөрөмжид фотосел ба фото үржүүлэгчийг голчлон рецептор болгон ашигладаг бөгөөд заримдаа гэрлийн эрчмийг нүдээр үнэлдэг. Хэт улаан туяаны цацрагийн эрчмийг хэмжихэд фотоэлемент, термоэлемент, болометрийг ашигладаг. Гэрлийн хүлээн авагч нь тодорхойлогддог спектрийн мэдрэмж- янз бүрийн долгионы урттай цацрагийг мэдрэх чадвар - ба салшгүй мэдрэмж, энэ нь спектрт задардаггүй цацрагийн рецепторт үзүүлэх нөлөөгөөр хэмжигддэг.

Термоэлементүүд нь хэт улаан туяаны цацрагийн нөлөөн дор метал эсвэл хайлшийн хоорондох уулзварын температур өөрчлөгдөх үед үүсдэг дулааны EMF-ийг ашигладаг. Гүүрний хэлхээнд харласан цагаан алт, сурьма эсвэл бусад нимгэн металл хавтан болох халуунд мэдрэмтгий элемент орно. Болометрийн ажиллах зарчим нь халаах үед материалын цахилгаан эсэргүүцэл өөрчлөгдөхөд суурилдаг.

Тус үйлдвэр нь гэрэлтүүлэгч, монохроматизатор, гэрлийн хүлээн авагчийн янз бүрийн хослолыг ашигладаг колориметр, фотометр, фотоэлектро-колориметр, спектрофотометр гэх мэт янз бүрийн шингээлтийн спектроскопийн хэрэгслийг үйлдвэрлэдэг.

Чанарын шинжилгээ.

Чанарын шинжилгээний үүднээс чичиргээний (эсвэл чичиргээ-эргэлтийн) спектрүүд хамгийн их сонирхол татдаг. Чичиргээ-эргэлтийн спектрийн туршилтын судалгаагаар тодорхой давтамжийн зурвасууд нь тодорхой бүлгийн атомууд эсвэл молекул дахь бие даасан атомуудын чичиргээтэй тохирч болохыг харуулсан. Ийм давтамжууднэрлэсэн онцлог. Ижил холбоо эсвэл ижил атомын бүлэг агуулсан өөр өөр молекулууд нь IR спектрийн ижил давтамжийн бүсэд шингээлтийн зурвас үүсгэдэг. Энэ нь хэт улаан туяаны спектрийн чанарын шинжилгээний үндэс юм. Жишээлбэл, 3000...3600 см -1 бүс дэх туузыг зөвхөн O-H эсвэл N-H бондтой холбож болно.

Өнөөдрийг хүртэл 20,000 гаруй нэгдлүүдийн хэт улаан туяаны спектрийг судалж, зохих атлас, хүснэгтэд нэгтгэсэн нь практик шинжилгээг ихээхэн хөнгөвчилдөг. Эхний ойролцоо өгөгдлийг олж авахын тулд Koltup газрын зургийг ихэвчлэн ашигладаг бөгөөд энэ нь олон давтамжийн давтамжийн спектрийн бүс нутаг, тэдгээрийн боломжит хуваарилалтыг заадаг. Мөн хэт улаан туяаны спектроскопийг органик бус бодисын шинжилгээнд амжилттай ашиглаж байна. Жишээлбэл, CO 2- 3-ийн онцлог давтамж нь 1450 см -1, SO 2- 4 байна. - 1130, NO - 3 - 1380, NH + 4 - 3300 см -1 гэх мэт. Чанарын шинжилгээний зорилгоор электрон шингээлтийн спектрийг чичиргээнийхээс хамаагүй бага ашигладаг, учир нь тэдгээр нь ихэвчлэн цөөн тооны өргөн шингээлтийн зурвасаар илэрхийлэгддэг. , ихэвчлэн нэг нь нөгөөдөө давхцаж, бүрэн эсвэл хэсэгчлэн давхцдаг.

Тоон шинжилгээ.

Тоон шинжилгээний аргууд нь Бугер-Ламберт-Беерийн хууль дээр суурилдаг. Үндсэн параметрүүдФотометрийн тодорхойлолт нь хэмжилт хийх долгионы урт, оптик нягтрал, кюветийн зузаан, өнгөт уусмалын концентраци юм. Фотометрийн урвалын бүрэн байдал, нөхцөл, өнгөт болон бусад урвалжуудын концентраци, тэдгээрийн тогтвортой байдал гэх мэт янз бүрийн химийн хүчин зүйлүүд ихээхэн нөлөө үзүүлдэг. Шинжилгээнд хамрагдсан системийн шинж чанар, ашигласан фотометрийн төхөөрөмжийн шинж чанараас хамааран, тодорхой шинжилгээний нөхцөлийг сонгосон.

Фотометрийн тодорхойлох оновчтой нөхцөл.

Долгионы урт.Уусмал дахь гэрлийн шингээгч нэг бодисыг тодорхойлохдоо аналитик долгионы уртыг ихэвчлэн шингээлтийн зурвасын хамгийн их хэмжээгээр сонгоно. Хэрэв спектрийн хэд хэдэн зурвас байгаа бол хамгийн их гэрэл шингээх бүс дэх ажил нь илрүүлэх хамгийн өндөр мэдрэмжийг өгдөг тул сонголтыг ихэвчлэн хамгийн хүчтэй дээр нь хийдэг. Хавтгай максимумыг илүүд үздэг, учир нь энэ тохиолдолд долгионы уртыг тогтоох алдаа нь муруйн хурц дээд хэмжээ эсвэл эгц хэсгүүдтэй харьцуулахад бага нөлөөлдөг. Мөн аналитик долгионы уртын бүсэд цацраг хүлээн авагчийн мэдрэмж хамгийн их байх нь зүйтэй юм.

Гэрлийн дамжуулалт (оптик нягтрал). Фотометрийн багажийн хэмжих хэрэгсэл нь ихэвчлэн тогтмол алдаатай байдагД Дамжуулах утга дахь T Ттүүний утгын бүх хүрээг хамарна. Оптик нягтын нэгжийн алдааД Үүнтэй холбогдуулан А нь бүх интервалын туршид ижил биш байх болно. Тиймээс зарим асуудлыг шийдэхдээ оптик нягтралаас илүү дамжуулах чадвараар ажиллах нь илүү тохиромжтой байдаг. Харьцангуй алдаа нь маш бага, маш том утгууд дээр огцом нэмэгддэг Т.Дундаж утгын бүсэд Тмуруй нь хамгийн бага хэмжээгээр дамждаг (Зураг 7). Хэмжилтийн хамгийн өндөр нарийвчлал. хүрэх болно. lnT+1=0, өөрөөр хэлбэл оптик нягтын утга дээр А =0,435.

Зураг 7. Уусмалын дамжуулалтаас харьцангуй алдааны хамаарал

Тооцоололд бусад эх сурвалжаас шалтгаалсан алдаа, тухайлбал, төхөөрөмжийг тэг болгох, бүрэн дамжуулалт хийх үед гарсан алдаа зэргийг харгалзан үзээгүй. Онолын хувьд илүү нягт нямбай авч үзсэн туршлагаас үзэхэд хамгийн оновчтой оптик нягт нь 0,6...0,7 байна.

Гэрэл шингээх давхаргын зузаан. Бугер-Ламберт-Беэрийн хуулийн тэгшитгэл нь давхаргын зузаан их байх тусам оптик нягтрал ихсэх тул бусад бүх зүйл тэнцүү байх тусам тодорхойлох нь илүү мэдрэмтгий байх болно гэдгийг харуулж байна. Гэсэн хэдий ч давхаргын зузаан (оптик замын урт) нэмэгдэх тусам гэрлийн тархалтын алдагдал, ялангуяа уусмалуудтай ажиллах үед нэмэгддэг. Уусмалын фотометрийн хувьд 5 см-ээс их зузаантай кюветийг ихэвчлэн ашигладаггүй.

Фотометрийн урвал явуулах концентрацийн нөхцөл. Гэрлийн шингээлтийн үндсэн хуулийн тэгшитгэл нь өнгөт (гэрэл шингээгч) нэгдлийн концентрацийг агуулдаг тул тодорхойлсон бүрэлдэхүүн хэсгийг ийм нэгдэл болгон хувиргах нь шинжилгээний нарийвчлалыг ихээхэн тодорхойлдог хамгийн чухал үйлдлүүдийн нэг юм. . Уусмал дахь өнгөт нэгдлүүдийг голчлон исэлдүүлэх-бууруулах, цогцолбор үүсгэх урвалын үр дүнд олж авдаг. Фотометрийн аргад ашигладаг редокс урвалууд, жишээлбэл, манганыг MnO - 4 болгон исэлдүүлэх нь ихэвчлэн бараг бүрэн дуусдаг.

Уусмал дахь цогцолбор үүсэх урвал үүсэх концентрацийн нөхцлийн тухай асуудал илүү төвөгтэй байдаг. Алхам алхмаар цогцолбор үүсэх үйл явц, протолитийн тэнцвэрт байдал, үүссэн цогцолборын тогтвортой байдал, урвалжийн дотоод өнгө гэх мэт үйл явц нь хүндрэл учруулдаг. сонирхолыг хангалттай нарийвчлан судалж, тэнцвэрт тохирох тогтмолуудыг мэддэг (координацын нэгдлүүдийн тогтвортой байдлын тогтмолууд, урвалжуудын диссоциаци гэх мэт). Эдгээр өгөгдлийг ашиглан жишээлбэл, ямар рН-ийн утга, урвалжийн концентрацид шаардлагатай урвалын бүрэн гүйцэд байдалд хүрэх, дагалдах элементүүд хэрхэн нөлөөлөх гэх мэтийг тооцоолох боломжтой.

Аргын мэдрэмж ба нарийвчлал. Фотометрийн аргаар тодорхойлж болох хамгийн бага концентрацийг ихэвчлэн хамаарлаас тооцдог

c min =A мин /(e l).

Хэрэв ойролцоогоор тооцооллын хувьд бид A min = 0.01, l=1 см ба e =10 3, тэгвэл

в мин =0.01/10 3 =1*10 -5 моль/л.

Энэ нь фотометрийн аргын хамгийн бага концентраци биш юмд хэд хэдэн дарааллаар илүү байж болно. Фотометрийн аргын нарийвчлал нь фотометрийн урвалын бие даасан шинж чанар, ашигласан төхөөрөмжийн шинж чанар болон бусад хүчин зүйлээс хамаардаг бөгөөд нэлээд өргөн хүрээнд өөр өөр байдаг. Фотометрийн аргын ердийн алдаа нь ойролцоогоор 1...2% (харьцангуй) байна.

Фотометрийн хэмжилтийн үндсэн техникүүд

Шалгалт тохируулгын график арга. Бугер-Ламберт-Беэрийн хуулийн дагуу координат дахь график оптик нягтрал - концентраци шугаман байх ёстой бөгөөд шулуун шугам нь координатын эхийг дайран өнгөрөх ёстой. Шалгалт тохируулгын графикийг ихэвчлэн дор хаяж гурван цэгийг ашиглан бүтээдэг бөгөөд энэ нь тодорхойлолтын нарийвчлал, найдвартай байдлыг нэмэгдүүлдэг. Бугер-Ламберт-Берийн хуулиас хазайсан тохиолдолд, i.e. шугаман хамаарал зөрчигдсөн үед А c-ээс эхлэн график дээрх цэгүүдийн тоог нэмэгдүүлэх шаардлагатай. Аргын гол хязгаарлалтууд нь стандарт шийдлүүдийг бэлтгэх, гуравдагч бүрэлдэхүүн хэсэг гэж нэрлэгддэг нөлөөллийг харгалзан үзэхэд бэрхшээлтэй холбоотой байдаг, өөрөөр хэлбэл дээжинд байгаа бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь өөрөө тодорхойлогдоогүй боловч үр дүнд нөлөөлдөг.

Моляр шингээлтийн коэффициент арга. Энэ аргыг ашиглан ажиллахдаа хэд хэдэн стандарт уусмалын оптик нягтыг тодорхойлж, уусмал бүрийн хувьд үүнийг тооцдог.д = A st /(1/ c st) ба үр дүнгийн утгад дундаж. Дараа нь шинжилж буй A x уусмалын оптик нягтыг хэмжиж, c x концентрацийг томъёогоор тооцоолно: c x = A x /( e l).

Аргын хязгаарлалт нь шинжилгээнд хамрагдсан системийг дор хаяж судлагдсан концентрацийн бүсэд Бугер-Ламберт-Беерийн хуульд заавал дагаж мөрдөх явдал юм.

Нэмэлт арга.Энэ аргыг "гурав дахь" бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн нөлөөг автоматаар тооцох боломжийг олгодог тул нарийн төвөгтэй найрлагатай уусмалыг шинжлэхэд ашигладаг. Үүний мөн чанар нь дараах байдалтай байна. Эхлээд тодорхойгүй концентрацитай аналитын бүрэлдэхүүн хэсгийг агуулсан анализ хийсэн уусмалын оптик нягтыг A x тодорхойлно. , дараа нь шинжилж буй уусмалд тодорхой хэмжээний анализын бүрэлдэхүүн хэсэг (c st) нэмж, A x + st оптик нягтыг дахин хэмжинэ.

Шинжилсэн уусмалын оптик нягт A x нь тэнцүү байна: A x = e l c x

ба стандарт нэгийг нэмсэнээр шинжлэгдсэн уусмалын оптик нягт:

A x+st = e l(c x +c st)

Эндээс бид дүн шинжилгээ хийсэн уусмалын концентрацийг олно.

Нэмэлт арга дахь анализийн концентрацийг мөн графикаас A x+st =f(c st) координатаас олж болно. .).EХэрэв бид A x+st-ийг c st-ийн функцээр зурвал шулуун шугамыг авах бөгөөд үүнийг x тэнхлэгтэй огтлолцох экстраполяци нь – c x-тэй тэнцүү сегментийг өгөх болно.

Дифференциал фотометрийн арга. Дифференциал фотометрийн аргыг ашиглан эрчимтэй өнгөт уусмалын фотометрийг амжилттай хийж байна. Уламжлалт фотометрийн тусламжтайгаар гэрлийн эрчмийг I x харьцуулдаг , тодорхойгүй концентрацийн шинжлэгдсэн уусмалаар дамжуулж, гэрлийн эрч хүч I 0 уусгагчаар дамжин өнгөрөв. Ийм уусмалын дамжуулалт нь эрчмийн харьцаатай тэнцүү байна.

Хэт улаан туяаны спектр ашиглан тоон шинжилгээ. IR спектрийн шинжилгээ нь мөн Бугер-Ламберт-Беэрийн хуулийг хэрэглэхэд суурилдаг. Энд хамгийн түгээмэл хэрэглэгддэг арга бол шалгалт тохируулгын график арга юм. IR спектроскопи дахь молийн шингээлтийн коэффициентийн аргыг ашиглах нь тархалт, тасралтгүй шингээлт болон бусад нөлөөллөөс болж 100% дамжуулах шугамын байрлалыг тодорхойлох боломжгүй байдаг тул ихээхэн төвөгтэй байдаг. Шинжилсэн бүрэлдэхүүн хэсэггүйгээр дээжээр дамжин өнгөрөх гэрлийн эрчмийг тодорхойлно (I 0).

Тоон IR спектроскопийн олон бэрхшээлийг ашиглан амжилттай даван туулж байна суурь арга, энэ нь практикт өргөн тархсан. Үүний мөн чанарыг Зураг дээрээс ойлгоход хялбар байдаг. 11, энэ нь хоёр шингээлтийн зурвас бүхий IR спектрийн хэсгийг (тэдгээрийн долгионы тоо) харуулж байна. n A ба n B). Суурь шугамыг шингээлтийн туузны суурь дээр зурсан (тасархай шугамаар харуулсан). Энэ аргаар дамжуулалтыг T A = I A /I 0(A) эсвэл T B = I B /I 0(B) харьцаагаар тодорхойлно.

Гэрэл шингээх бодисын хольцыг тодорхойлох. Спектрофотометрийн арга нь зарчмын хувьд нэг уусмал дахь хэд хэдэн гэрэл шингээх бодисыг урьдчилан ялгахгүйгээр тодорхойлох боломжийг олгодог. Практикийн хувьд ийм системийн онцгой тохиолдол нь хоёр өнгийн бодисын хольцыг шинжлэх явдал юм. Ийм хольцын хувьд гэрлийн шингээлтийн нэмэлт байдлын хуулийн дагуу, жишээлбэл, А ба

Ийм шинжилгээний нэлээд түгээмэл жишээ бол өөрийн гэсэн өнгө бүхий урвалж ашиглан тодорхойлох явдал юм. Энэ аргыг илүү нарийн төвөгтэй олон бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн хольц болгон өргөжүүлж болно. Бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн гэрлийн шингээлт нь Бугер-Ламберт-Беэрийн хуульд захирагдаж, гэрлийн шингээлтийн нэмэлт байдлын хуулийг дагаж мөрдөх үед (3.21) төрлийн тэгшитгэлийн гишүүний тоо нь тодорхойлж буй бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн тоотой пропорциональ хэмжээгээр нэмэгддэг. Үүний дагуу тэгшитгэлийн тоо нэмэгддэг. Ийм тэгшитгэлийн системийг шийдвэрлэхэд компьютерийг амжилттай ашиглаж байна.

Уусмал дахь цогцолбор нэгдлүүдийн найрлага, тогтвортой байдлыг тодорхойлох. Фотометрийн хэмжилтийн энгийн бөгөөд хангалттай нарийвчлал нь уусмал дахь урвал, ялангуяа химийн болон аналитик ач холбогдолтой өнгөт урвалыг судлахад фотометрийн аргыг өргөнөөр ашиглахад хүргэсэн. Нэгдлүүдийн найрлагыг тодорхойлохын тулд изомоляр цуврал аргыг ихэвчлэн ашигладаг. Энэ аргыг ашиглан төвийн ионы концентраци болон лигандын концентрацийн харьцаа (c M:c L) 9:1-1:9, нийт концентраци (c M +c L) хооронд хэлбэлздэг цуврал уусмалуудыг бэлтгэдэг. ) бүх уусмалд ижил хэвээр байна (изомоляр цуврал). Дараа нь уусмалуудын оптик нягтыг хэмжиж, оптик нягтын концентрацийн харьцаа c M:c L хамаарлыг графикаар зур. . Энэ график дээрх дээд хэмжээ нь цогцолборын найрлагыг илэрхийлнэ. Изомоляр цуврал арга нь хязгаарлалт, сул талуудтай боловч практикт хамгийн өргөн хэрэглэгддэг аргуудын нэг юм.

Практик хэрэглээ.

Фотометрийн болон спектрофотометрийн шинжилгээний аргуудыг үечилсэн системийн олон (50 гаруй) элемент, голчлон металлыг тодорхойлоход ашигладаг. Шингээлтийн спектроскопийн аргыг хүдэр, ашигт малтмал болон бусад байгалийн объектуудад дүн шинжилгээ хийх, боловсруулах, гидрометаллургийн үйлдвэрүүдээс бүтээгдэхүүн боловсруулахад ашигладаг. Эдгээр аргуудыг металлурги, электроник, хими болон бусад үйлдвэрүүд, анагаах ухаан, биологи гэх мэт салбарт үр дүнтэй ашигладаг. Эдгээр нь хүрээлэн буй орчны бохирдлын аналитик хяналт, байгаль орчны асуудлыг шийдвэрлэхэд чухал ач холбогдолтой юм. Спектрийн хэт улаан туяаны бүс, суурилуулсан компьютер бүхий төхөөрөмжүүдийг өргөнөөр ашигласнаар шингээлтийн спектроскопийн аргуудын практик хэрэглээний талбарууд ихээхэн өргөжиж байна. Энэ нь олон бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн нарийн төвөгтэй системийг химийн аргаар ялгахгүйгээр шинжлэх аргыг боловсруулах боломжтой болсон. Шингээлтийн спектроскопийн аргуудыг амжилттай хөгжүүлж, сайжруулсаар байна.

Аргын ерөнхий шинж чанар.

Давуу тал:

1. Өндөр мэдрэмж (илрүүлэх хязгаар бага).

2. Нарийвчлал. Фотометрийн аргын алдаа нь ихэвчлэн 3...5%, таатай тохиолдолд 1...2%, ихэвчлэн 0.5 хүртэл буурдаг. ..1.0%.

3. Том ба бага дүнг шинжлэхэд аргуудыг хэрэглэж болно.

4. Хольцыг тодорхойлох боломж (10 -5 ...10 -6% хүртэл).

5. Бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг химийн аргаар ялгахгүйгээр нарийн төвөгтэй дээж дэх элементүүдийг тодорхойлох боломжийг олгодог олон фотометрийн аргуудын өндөр сонгомол байдал.

6. Энгийн байдал.

7. Илэрхийлэл.

Галын фотометр

Бага хэмжээний флуоресцеиныг тодорхойлох

Лабораторийн ажил

Энэ арга нь флуоресцеины ногоон гэрэлтэх чадварт суурилдаг. Уусмал дахь агууламж бага байх үед флюресценцийн эрч хүч нь бодисын концентрацтай пропорциональ байна.

Ажлын зорилго нь флюориметр тодорхойлох арга техник, шалгалт тохируулгын график аргыг эзэмших явдал юм.

1 Даалгавар: шалгалт тохируулгын графикийн аргыг ашиглан хяналтын уусмал дахь флюресцеиний агууламжийг тодорхойлох.

2 Тоног төхөөрөмж, химийн шилэн сав, урвалж:

1) флюориметр;

2) 50 мл-ийн багтаамжтай хэмжээст колбонд - 7 ширхэг;

3) 10.0 мл-ийн багтаамжтай төгссөн пипетк;

4) флюресцеин, 7 ∙ 10 -10 г/мл титр бүхий шүлтлэг уусмал;

5) нэрмэл ус.

3 Тодорхойлох үйл явц:

1) 1, 2, 3, 4, 5, 6 мл стандарт флуоресцеины уусмалыг 50 мл хэмжээст колбонд дараалан хийж, колбонд байгаа хэмжээг нэрмэл усаар тэмдэглэгээнд тохируулан холино;

2) төхөөрөмжийн заавар эсвэл багшийн зөвлөмжийн дагуу төхөөрөмжийг ажиллуулахад бэлтгэх. Бэлтгэсэн цувралын уусмал бүрийн флюресценцийн эрчмийг хэмжиж, дараа нь хяналтын уусмал;

3) хэмжилтийн өгөгдөл дээр үндэслэн "флюресценцийн эрчим - стандарт уусмалын эзэлхүүн" координатад тохируулгын график байгуулна.

Графикаас багшийн өгсөн хяналтын уусмалын эзэлхүүнийг олох;

4) флюресцеиний стандарт уусмалын концентраци, хяналтын уусмал дахь түүний агууламж, мг-аар алдааг ашиглан тооцоолно.

Дөл ялгаруулах фотометр (эсвэл зүгээр л дөл фотометр) нь дөл дэх элементүүдийн атомуудын гэрлийн энергийг ашиглахад суурилдаг.

Атомын гаднах электрон бүрхүүлийн бүтэц нь атомын спектрийн онцлогийг тодорхойлдог. Ижил гаднах электрон бүрхүүлтэй атомууд нь бүтцийн хувьд ижил төстэй оптик спектртэй байдаг. Электронуудын оптик спектрийг атомууд бие биенээсээ тусгаарлагдсан үед л ажиглаж болно. Энэ нь металлын нэгдлийн уусмалыг дөл рүү цацах замаар хийгддэг. Энэ тохиолдолд уусгагч ууршиж, бодисын молекулууд атомжиж, дараа нь атомууд өдөөгддөг. Ийм дөлийн спектр нь цацрагийн шугам ба туузыг хоёуланг нь агуулж болно. Шугаман спектр нь металлын атомуудын шинж чанар, судалтай спектр нь зарим тохиолдолд үүссэн исэл (MeO) ба гидроксидын (Me(OH) n) молекулуудын шинж чанар юм. Сүүлийнх нь ихэвчлэн шүлтлэг шороо, газрын ховор элементийг судлах явцад үүсдэг. Шүлтлэг металлын хувьд атомжилт нь илүү хялбар бөгөөд бараг бүрэн явагддаг. Ойролцоогоор 1800-1900 градусын хийн агаарын хольцын дөл температурт зөвхөн шүлтлэг ба шүлтлэг шороон металууд өдөөгддөг. Бусад ихэнх элементүүдийн спектрийг олж авахын тулд хүчилтөрөгчийг исэлдүүлэгч болон бусад хий (ацетилен, устөрөгч) болгон ашиглах шаардлагатай бөгөөд энэ нь галын температурыг өндөр болгодог.

Спектрийн харагдах байдал нь шилжилттэй холбоотой байдаг валентын электронуудатомууд хэвийн хэмжээнээс өндөр энерги хүртэл. Энэ хөдөлгөөнд зарцуулсан энергийг өдөөх энерги гэж нэрлэдэг ба кЖ (eV) -ээр илэрхийлнэ.

Шүлтлэг металлын өдөөлтийн энерги нь хамгийн бага, идэвхгүй хий нь хамгийн их байдаг. Хэсэг хугацааны дараа (ойролцоогоор 10 -8 секунд) өдөөгдсөн атомууд хэвийн байдалдаа ордог. Энэ тохиолдолд ялгарах энерги (∆E) нь тодорхой долгионы урттай λ квант хэлбэрээр ялгардаг.

∆E = E 1 – E 0 = hν = (hc)/λ,

Энд E 1 нь өдөөгдсөн төлөвийн энерги, V;

E 0 – анхны төлөвийн энерги, V;

h – Планкийн тогтмол;

ν - цацрагийн давтамж;

λ – цацрагийн долгионы урт, нм;

с – гэрлийн хурд, с.

Янз бүрийн анхны энергитэй олон атомууд цацрагт оролцдог тул тухайн элементийн атомуудад хамаарах бүх боломжит шилжилтээс үүдэлтэй шугамууд цацрагийн спектрт ажиглагддаг. Спектрийн шугамын эрч хүч нь энерги шингээх, дараа нь ялгаруулахад оролцдог атомын тооноос хамаарна; эх үүсвэрийн температур дээр; атомын дээд түвшний энергиээс. Температурын өсөлт нь эрчмийг нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг боловч үүнтэй зэрэгцэн атомын ионжуулалт ийм өсөлттэй байх боломжтой. Жишээлбэл, 2000 градусаас дээш температурт калийн атомууд ионжиж, ионууд нь атомуудаас өөр долгионы урттай цацраг ялгаруулдаг бөгөөд энэ нь цацрагийн эрчмийг хэмжихэд алдаа гаргахад хүргэдэг.

Галын фотометрийн тоон хэмжилтийн найдвартай үр дүнг авахын тулд хэд хэдэн шаардлагыг чанд дагаж мөрдөх шаардлагатай. Шалгалт тохируулгын муруйг олж авахад ашигладаг стандарт уусмалууд нь боломжтой бол шинжилж буй уусмалтай ижил ерөнхий найрлагатай байх ёстой. Шалгалт тохируулгын уусмалыг шинжилгээнд хамрагдсантай нэгэн зэрэг фотометрээр хэмжих ёстой. Шинжилгээнд зориулсан дээжийн найрлага нь харьцангуй энгийн байх ёстой бөгөөд тодорхойлсон бүрэлдэхүүн хэсэг нь гол бүрэлдэхүүн хэсэг бөгөөд илүү их хэмжээгээр агуулагдах ёстой.

Шалгалт тохируулгын график байгуулах арга болон нэмэлтийн арга нь адилхан хамаарна.