Si kryhet analiza spektrale? Enciklopedia e shkollës

Ministria e Arsimit dhe Shkencës
Republika e Kazakistanit

Karaganda Universiteti Shtetëror
me emrin E.A. Buketova

Fakulteti i Fizikës

Departamenti i Optikës dhe Spektroskopisë

Puna e kursit

në temë:

Spektra. ME analiza spektrale dhe zbatimi i saj.

Përgatitur nga:

student i grupit FTRF-22

Akhtariev Dmitry.

Kontrolluar:

mësuesi

Kusenova Asiya Sabirgalievna

Karaganda - 2003 Planifikoni

Hyrje

1. Energjia në spektër

2. Llojet e spektrave

3. Analiza spektrale dhe zbatimi i saj

4. Pajisjet spektrale

5. Spektri i rrezatimit elektromagnetik

konkluzioni

Lista e literaturës së përdorur

Hyrje

Studimi i spektrit të linjës së një lënde na lejon të përcaktojmë se nga cilat elemente kimike përbëhet dhe në çfarë sasie çdo element përmbahet në një substancë të caktuar.

Përmbajtja sasiore e një elementi në kampionin në studim përcaktohet duke krahasuar intensitetin e vijave individuale në spektrin e këtij elementi me intensitetin e vijave të një elementi tjetër kimik, përmbajtja sasiore e të cilit në kampion është e njohur.

Metoda për përcaktimin e cilësisë dhe përbërjen sasiore Analiza e një substance sipas spektrit të saj quhet analizë spektrale. Analiza spektrale përdoret gjerësisht në eksplorimin e mineraleve për të përcaktuar përbërjen kimike mostrat e xehes. Në industri, analiza spektrale bën të mundur kontrollin e përbërjes së lidhjeve dhe papastërtive të futura në metale për të marrë materiale me vetitë e dëshiruara.

Avantazhet analiza spektrale janë ndjeshmëri e lartë dhe shpejtësi e marrjes së rezultateve. Duke përdorur analizën spektrale, është e mundur të zbulohet prania e arit në një kampion me peshë 6 * 10 -7 g me masën e tij prej vetëm 10 -8 g. Përcaktimi i shkallës së çelikut me metodën e analizës spektrale mund të kryhet në disa dhjetëra sekonda.

Analiza spektrale ju lejon të përcaktoni përbërjen kimike trupat qiellorë, larg nga Toka në distanca prej miliarda vjet dritë. Përbërja kimike e atmosferave të planetëve dhe yjeve, gazit të ftohtë në hapësirën ndëryjore përcaktohet nga spektrat e përthithjes.

Duke studiuar spektrat, shkencëtarët ishin në gjendje të përcaktonin jo vetëm përbërjen kimike të trupave qiellorë, por edhe temperaturën e tyre. Me kompensim vijat spektrale ju mund të përcaktoni shpejtësinë e lëvizjes së një trupi qiellor.

Energjia në spektër.

Burimi i dritës duhet të konsumojë energji. Drita është valë elektromagnetike me gjatësi vale 4*10 -7 - 8*10 -7 m. Valët elektromagnetike emetuar nga lëvizja e përshpejtuar e grimcave të ngarkuara. Këto grimca të ngarkuara janë pjesë e atomeve. Por pa e ditur se si është strukturuar atomi, nuk mund të thuhet asgjë e besueshme për mekanizmin e rrezatimit. Është e qartë vetëm se nuk ka dritë brenda një atomi, ashtu siç nuk ka zë në një varg piano. Ashtu si një varg që fillon të tingëllojë vetëm pasi goditet nga një çekiç, atomet lindin dritë vetëm pasi janë ngacmuar.

Në mënyrë që një atom të fillojë të rrezatojë, energjia duhet të transferohet në të. Kur lëshon, një atom humbet energjinë që merr, dhe për shkëlqimin e vazhdueshëm të një substance, është i nevojshëm një fluks energjie në atomet e tij nga jashtë.

Rrezatimi termik. Lloji më i thjeshtë dhe më i zakonshëm i rrezatimit është rrezatimi termik, në të cilën energjia e humbur nga atomet për të emetuar dritë kompensohet nga energjia e lëvizjes termike të atomeve ose (molekulave) trup rrezatues. Sa më e lartë të jetë temperatura e trupit, aq më shpejt lëvizin atomet. Kur atomet (molekulat) të shpejta përplasen me njëri-tjetrin, një pjesë e tyre energjia kinetike shndërrohet në energji ngacmuese të atomeve, të cilat më pas lëshojnë dritë.

Burimi termik i rrezatimit është Dielli, si dhe një llambë e zakonshme inkandeshente. Llamba është një burim shumë i përshtatshëm, por me kosto të ulët. Vetëm rreth 12% e energjisë totale të lëshuar në llambë goditje elektrike, shndërrohet në energji drite. Burimi termik i dritës është një flakë. Kokrrat e blozës nxehen për shkak të energjisë së çliruar gjatë djegies së karburantit dhe lëshojnë dritë.

Elektrolumineshencë. Energjia e nevojshme nga atomet për të emetuar dritë mund të vijë edhe nga burime jo termike. Gjatë një shkarkimi në gazra, fusha elektrike u jep elektroneve energji kinetike më të madhe. Elektronet e shpejta përjetojnë përplasje me atomet. Një pjesë e energjisë kinetike të elektroneve shkon për të ngacmuar atomet. Atomet e ngacmuara lëshojnë energji në formën e valëve të dritës. Për shkak të kësaj, shkarkimi në gaz shoqërohet me një shkëlqim. Kjo është elektrolumineshencë.

Katodolumineshencë. Shkëlqim të ngurta, i shkaktuar nga bombardimi nga elektronet e tyre, quhet katodolumineshencë. Falë katodolumineshencës, ekranet e tubave të rrezeve katodike të televizorëve shkëlqejnë.

Kimilumineshencë. Për disa reaksionet kimike, që vjen me çlirimin e energjisë, një pjesë e kësaj energjie shpenzohet drejtpërdrejt në emetimin e dritës. Burimi i dritës mbetet i ftohtë (ka një temperaturë mjedisi). Ky fenomen quhet kimiolumineshencë.

Fotolumineshencë. Drita e rënë në një substancë reflektohet pjesërisht dhe pjesërisht absorbohet. Energjia e dritës së përthithur në shumicën e rasteve shkakton vetëm ngrohjen e trupave. Sidoqoftë, disa trupa vetë fillojnë të shkëlqejnë drejtpërdrejt nën ndikimin e rrezatimit që ndodh mbi to. Kjo është fotolumineshencë. Drita ngacmon atomet e materies (i rrit ato energjia e brendshme), pas së cilës ato theksohen vetë. Për shembull, bojërat me shkëlqim që mbulojnë shumë dekorime të pemës së Krishtlindjes lëshojnë dritë pasi rrezatohen.

Drita e emetuar gjatë fotolumineshencës, si rregull, ka një gjatësi vale më të madhe se drita që ngacmon shkëlqimin. Kjo mund të vërehet eksperimentalisht. Nëse drejtoni një rreze drite të kaluar përmes një filtri vjollce në një enë me fluoresceit (një ngjyrë organike), atëherë ky lëng fillon të shkëlqejë me dritë jeshile-verdhë, pra dritë me një gjatësi vale më të madhe se drita vjollce.

Fenomeni i fotolumineshencës përdoret gjerësisht në llambat fluoreshente. fizikan sovjetik S.I. Vavilov sugjeroi mbulimin sipërfaqe e brendshme tub shkarkimi me substanca të afta të shkëlqejnë me shkëlqim nën ndikimin e rrezatimit me valë të shkurtër shkarkimi i gazit. Llambat fluoreshente janë afërsisht tre deri në katër herë më ekonomike se llambat inkandeshente konvencionale.

Janë renditur llojet kryesore të rrezatimit dhe burimet që i krijojnë ato. Burimet më të zakonshme të rrezatimit janë termike.

Shpërndarja e energjisë në spektër. Asnjë nga burimet nuk jep dritë monokromatike, pra dritë me një gjatësi vale të përcaktuar rreptësisht. Ne jemi të bindur për këtë nga eksperimentet mbi zbërthimin e dritës në një spektër duke përdorur një prizëm, si dhe eksperimentet mbi ndërhyrjen dhe difraksionin.

Energjia që mbart drita me vete nga burimi shpërndahet në një mënyrë të caktuar mbi valët e të gjitha gjatësive që përbëjnë rrezen e dritës. Mund të themi gjithashtu se energjia shpërndahet në frekuenca, pasi ka një ndryshim midis gjatësisë së valës dhe frekuencës. lidhje e thjeshtë: ђv = c.

Dendësia e fluksit rrezatimi elektromagnetik, ose intensiteti /, përcaktohet nga energjia &W që i atribuohet të gjitha frekuencave. Për të karakterizuar shpërndarjen e frekuencës së rrezatimit, është e nevojshme të futet një sasi e re: intensiteti për intervalin e frekuencës për njësi. Kjo sasi quhet dendësia spektrale e intensitetit të rrezatimit.

Dendësia e fluksit të rrezatimit spektral mund të gjendet në mënyrë eksperimentale. Për ta bërë këtë, ju duhet të përdorni një prizëm për të marrë spektrin e emetimit, për shembull, hark elektrik, dhe matni densitetin e fluksit të rrezatimit që bie në intervale të vogla spektrale të gjerësisë Av.

Ju nuk mund të mbështeteni në syrin tuaj për të vlerësuar shpërndarjen e energjisë. Syri ka ndjeshmëri selektive ndaj dritës: ndjeshmëria e tij maksimale qëndron në rajonin e verdhë-jeshile të spektrit. Është më mirë të përfitoni nga vetia e një trupi të zi për të thithur pothuajse plotësisht dritën e të gjitha gjatësive valore. Në këtë rast, energjia e rrezatimit (d.m.th. drita) shkakton ngrohjen e trupit. Prandaj, mjafton të matni temperaturën e trupit dhe ta përdorni atë për të gjykuar sasinë e energjisë së përthithur për njësi të kohës.

Një termometër i zakonshëm është shumë i ndjeshëm për t'u përdorur me sukses në eksperimente të tilla. Për matjen e temperaturës nevojiten instrumente më të ndjeshme. Ju mund të merrni një termometër elektrik në të cilin element ndjesor bërë në formën e një pllake të hollë metalike. Kjo pjatë duhet të mbulohet shtresë e hollë blozë, e cila pothuajse plotësisht thith dritën e çdo gjatësi vale.

Pllaka e ndjeshme ndaj nxehtësisë e pajisjes duhet të vendoset në një ose në një vend tjetër në spektër. I gjithë spektri i dukshëm i gjatësisë l nga rrezet e kuqe në vjollcë korrespondon me intervalin e frekuencës nga v cr në y f. Gjerësia korrespondon me një interval të vogël Av. Duke ngrohur pllakën e zezë të pajisjes, mund të gjykohet densiteti i fluksit të rrezatimit për intervalin e frekuencës Av. Duke lëvizur pllakën përgjatë spektrit, ne gjejmë se shumica energjia bie në pjesën e kuqe të spektrit, dhe jo në të verdhë-jeshile, siç i duket syrit.

Bazuar në rezultatet e këtyre eksperimenteve, është e mundur të ndërtohet një kurbë e varësisë së densitetit spektral të intensitetit të rrezatimit nga frekuenca. Dendësia spektrale e intensitetit të rrezatimit përcaktohet nga temperatura e pllakës dhe frekuenca nuk është e vështirë të gjendet nëse pajisja e përdorur për dekompozimin e dritës është e kalibruar, domethënë nëse dihet se çfarë frekuence korrespondon një pjesë e caktuar e spektrit. te.

Vizatimi i vlerave të frekuencave që korrespondojnë përgjatë boshtit të abshisës me pikat e mesit të intervaleve Av dhe përgjatë boshtit të ordinatave dendësia spektrale intensiteti i rrezatimit, marrim një numër pikash përmes të cilave mund të vizatojmë një kurbë të qetë. Kjo kurbë jep një paraqitje vizuale të shpërndarjes së energjisë dhe pjesës së dukshme të spektrit të harkut elektrik.

Analiza spektrale është një nga më të rëndësishmet metoda fizike hulumtimi i substancave. Projektuar për të përcaktuar përbërjen cilësore dhe sasiore të një substance bazuar në spektrin e saj.

Kimistët e kanë ditur prej kohësh se komponimet e disa elementeve kimike, nëse i shtohen flakës, i japin asaj ngjyra karakteristike. Kështu, kripërat e natriumit e bëjnë flakën të verdhë, dhe përbërjet e borit e bëjnë atë të gjelbër. Ngjyra e një lënde shfaqet kur ajo ose lëshon valë me një gjatësi të caktuar, ose i thith ato nga spektri i plotë i incidentit që ka ndodhur në të. dritë e bardhë. Në rastin e dytë, ngjyra të dukshme për syrin, rezulton se nuk korrespondon me këto valë të zhytura, por me të tjera - ato shtesë, duke dhënë dritë të bardhë kur u shtohet atyre.

Këto modele, të vendosura në fillim të shekullit të kaluar, u përgjithësuan në 1859-1861. Shkencëtarët gjermanë G. Kirchhoff dhe R. Bunsen, të cilët vërtetuan se çdo element kimik ka spektrin e tij karakteristik. Kjo bëri të mundur krijimin e një lloji të analizës elementare - analiza spektrale atomike, me të cilën është e mundur të përcaktohet në mënyrë sasiore përmbajtja elemente të ndryshme në një mostër të një lënde të zbërthyer në atome ose jone në një flakë ose hark elektrik. Edhe para krijimit të një versioni sasior të kësaj metode, ajo u përdor me sukses për "analizën elementare" të trupave qiellorë. Analiza spektrale tashmë në shekullin e kaluar ndihmoi në studimin e përbërjes së Diellit dhe yjeve të tjerë, si dhe në zbulimin e disa elementeve, në veçanti të heliumit.

Me ndihmën e analizës spektrale, u bë e mundur të dalloheshin jo vetëm të ndryshme elementet kimike, por edhe izotope të të njëjtit element, të cilët zakonisht japin spektra të ndryshëm. Metoda përdoret për të analizuar përbërjen izotopike të substancave dhe bazohet në zhvendosje të ndryshme në nivelet e energjisë të molekulave me izotope të ndryshëm.

Rrezet X, të emërtuara sipas fizikanit gjerman W. Roentgen, i cili i zbuloi ato në 1895, janë një nga pjesët me gjatësi vale më të shkurtër të spektrit të plotë të valëve elektromagnetike, të vendosura në të ndërmjet dritë ultravjollcë dhe rrezatimi gama. Kur rrezet X absorbohen nga atomet, elektronet e thella të vendosura pranë bërthamës dhe të lidhura veçanërisht fort me të ngacmohen. Emetimi i rrezeve X nga atomet, përkundrazi, shoqërohet me kalimin e elektroneve të thella nga nivelet e energjisë së ngacmuar në ato të zakonshme, të palëvizshme.

Të dy nivelet mund të kenë vetëm energji të përcaktuara rreptësisht, në varësi të ngarkesës së bërthamës atomike. Kjo do të thotë se ndryshimi midis këtyre energjive, e barabartë me energjinë kuanti i absorbuar (ose i emetuar) varet gjithashtu nga ngarkesa e bërthamës dhe emetimi i secilit element kimik në rajonin e rrezeve X të spektrit është karakteristik për të këtij elementi një grup valësh me frekuenca të lëkundjeve të përcaktuara rreptësisht.

Analiza spektrale me rreze X, një lloj analize elementare, bazohet në përdorimin e këtij fenomeni. Përdoret gjerësisht për analizën e xeheve, mineraleve, si dhe komplekseve inorganike dhe elementare komponimet organike.

Ekzistojnë lloje të tjera spektroskopie të bazuara jo në rrezatim, por në thithjen e valëve të dritës nga materia. Të ashtuquajturat spektra molekularë vërehen, si rregull, kur tretësirat e substancave thithin të dukshme, ultravjollcë ose dritë infra të kuqe; Në këtë rast, nuk ndodh dekompozimi i molekulave. Nëse drita e dukshme ose ultravjollcë zakonisht vepron mbi elektronet, duke i bërë ato të rriten në të reja, të ngacmuara nivelet e energjisë(shih Atom), pastaj rrezet infra të kuqe (termike), që mbartin më pak energji, ngacmojnë vetëm dridhjet e atomeve të ndërlidhura. Prandaj, informacioni që këto lloje të spektroskopisë u japin kimistëve është i ndryshëm. Nëse nga spektri infra i kuq (vibrues) ata mësojnë për praninë e grupeve të caktuara të atomeve në një substancë, atëherë spektrat në rajonin ultravjollcë (dhe për substancat me ngjyrë - në atë të dukshme) mbartin informacione për strukturën e grupit që thith dritën si. një e tërë.

Ndër komponimet organike, baza e grupeve të tilla, si rregull, është një sistem lidhjesh të pangopura (shiko Hidrokarburet e pangopura). Lidhjet më të dyfishta ose të trefishta në një molekulë, të alternuara me ato të thjeshta (me fjalë të tjera, sesa zinxhir më të gjatë konjugim), aq më lehtë ngacmohen elektronet.

Metodat e spektroskopisë molekulare përdoren jo vetëm për të përcaktuar strukturën e molekulave, por edhe për të matur me saktësi sasinë substancë e njohur në tretësirë. Spektrat në zonën ultravjollcë ose të dukshme janë veçanërisht të përshtatshme për këtë. Brezat e përthithjes në këtë rajon zakonisht vërehen në një përqendrim të lëndës së tretur të rendit të qindëshave dhe madje të të mijëtave të përqindjes. Një rast i veçantë i një aplikimi të tillë të spektroskopisë është metoda e kolorimetrisë, e cila përdoret gjerësisht për të matur përqendrimin e përbërjeve me ngjyrë.

Atomet e disa substancave janë gjithashtu të afta të thithin valët e radios. Kjo aftësi shfaqet kur një substancë vendoset në fushën e një magneti të fuqishëm të përhershëm. Shumë bërthama atomike kanë të tyren moment magnetik- rrotullimi, dhe në një fushë magnetike bërthamat me orientim të pabarabartë të rrotullimit rezultojnë të jenë energjikisht "të pabarabarta". Ata, drejtimi i rrotullimit të të cilëve përkon me drejtimin e fushës magnetike të aplikuar, e gjejnë veten në një pozicion më të favorshëm dhe orientimet e tjera fillojnë të luajnë rolin e "gjendjeve të ngacmuara" në lidhje me to. Kjo nuk do të thotë se një bërthamë në një gjendje të favorshme rrotullimi nuk mund të shkojë në një gjendje "të ngacmuar"; ndryshimi në energjitë e gjendjeve të rrotullimit është shumë i vogël, por megjithatë përqindja e bërthamave në një gjendje të pafavorshme energjetike është relativisht e vogël. Dhe sa më e fuqishme të jetë fusha e aplikuar, aq më e vogël është. Bërthamat duket se luhaten midis dy gjendjet energjetike. Dhe meqenëse frekuenca e lëkundjeve të tilla korrespondon me frekuencën e valëve të radios, rezonanca është gjithashtu e mundur - thithja e energjisë alternative fushë elektromagnetike me frekuencën përkatëse, duke çuar në një rritje të mprehtë të numrit të bërthamave në një gjendje të ngacmuar.

Kjo është baza për punën e spektrometrit bërthamor. rezonancë magnetike(NMR), i aftë për të zbuluar praninë e atyre substancave bërthamat atomike, spini i të cilit është 1/2: hidrogjen 1H, litium 7Li, fluor 19F, fosfor 31P, si dhe izotopet e karbonit 13C, azotit 15N, oksigjenit 17O etj.

Ndjeshmëria e pajisjeve të tilla është më e lartë, aq më të fuqishme janë ato. magnet i përhershëm. Frekuenca rezonante e nevojshme për të ngacmuar bërthamat gjithashtu rritet në proporcion me forcën e fushës magnetike. Shërben si masë e klasës së pajisjes. Spektrometrat e klasës së mesme funksionojnë në një frekuencë prej 60-90 MHz (kur regjistrojnë spektrat e protonit); ato më të ftohta - në një frekuencë prej 180, 360 dhe madje 600 MHz.

Spektrometrat e klasit të lartë - instrumente shumë të sakta dhe komplekse - lejojnë jo vetëm të zbulojnë dhe matin në mënyrë sasiore përmbajtjen e një elementi të veçantë, por edhe të dallojnë sinjalet e atomeve që zënë pozicione kimikisht "të pabarabarta" në molekulë. Dhe duke studiuar të ashtuquajturin ndërveprim spin-spin, i cili çon në ndarjen e sinjaleve në grupe vijash të ngushta nën ndikimin e fushës magnetike të bërthamave fqinje, mund të mësoni shumë gjëra interesante rreth atomeve që rrethojnë bërthamën nën studim. Spektroskopia NMR ju lejon të merrni nga 70 deri në 100% të informacionit të nevojshëm, për shembull, për të vendosur strukturën e një përbërje organike komplekse.

Një lloj tjetër i spektroskopisë së radios - rezonanca paramagnetike e elektroneve (EPR) - bazohet në faktin se jo vetëm bërthamat, por edhe elektronet kanë një rrotullim prej 1/2. Spektroskopia EPR - mënyra më e mirë studimet e grimcave me të paçiftuara elektrone - të lira radikalët. Ashtu si spektri NMR, spektri EPR bën të mundur që të mësohet shumë jo vetëm për vetë grimcën "sinjaluese", por edhe për natyrën e atomeve që e rrethojnë atë. Instrumentet e spektroskopisë EPR janë shumë të ndjeshme: një zgjidhje që përmban disa qindra milionat e një nishani zakonisht është e mjaftueshme për të regjistruar një spektër. radikalet e lira për 1 l. Dhe një pajisje me ndjeshmëri rekord, e krijuar së fundmi nga një grup shkencëtarësh sovjetikë, është në gjendje të zbulojë praninë e vetëm 100 radikalëve në një mostër, që korrespondon me përqendrimin e tyre prej afërsisht 10 -18 mol/l.

Një nga metodat kryesore për analizimin e përbërjes kimike të një substance është analiza spektrale. Një analizë e përbërjes së tij kryhet bazuar në studimin e spektrit të tij. Analiza spektrale - përdoret në studime të ndryshme. Me ndihmën e tij u zbulua një kompleks elementësh kimikë: He, Ga, Cs. në atmosferën e Diellit. Si dhe Rb, In dhe XI, përcaktohet përbërja e Diellit dhe e shumicës së trupave të tjerë qiellorë.

Aplikacionet

Ekspertiza spektrale, e zakonshme në:

Metalurgji;
Gjeologjia;
Kimi;
Minerologjia;
Astrofizika;
Biologji;
mjekësi etj.

Ju lejon të gjeni në objekte të studiuara sasitë më të vogla e substancës që përcaktohet (deri në 10 - MS) Analiza spektrale ndahet në cilësore dhe sasiore.

Metodat

Metoda e përcaktimit të përbërjes kimike të një lënde bazuar në spektrin është baza e analizës spektrale. Spektrat e linjës kanë personalitet unik, ashtu si shenjat e gishtave të njeriut, ose modeli i flokeve të borës. Veçantia e modeleve në lëkurën e gishtit është një avantazh i madh për të kërkuar një kriminel. Prandaj, falë veçorive të secilit spektër, është e mundur të përcaktohet përmbajtje kimike trup duke analizuar përbërjen kimike të substancës. Edhe nëse masa e tij e elementit nuk kalon 10 - 10 g, duke përdorur analizën spektrale mund të zbulohet në përbërje. substancë komplekse. Kjo është një metodë mjaft e ndjeshme.

Analiza spektrale e emisioneve

Analiza spektrale e emisioneve është një seri metodash për përcaktimin e përbërjes kimike të një substance nga spektri i saj i emetimit. Baza për metodën e përcaktimit të përbërjes kimike të një substance - ekzaminimi spektral - bazohet në modelet në spektrat e emetimit dhe spektrat e absorbimit. Kjo metodë ju lejon të identifikoni të milionat e një miligrami të një substance.

Ekzistojnë metoda të ekzaminimit cilësor dhe sasior, në përputhje me institucionin kimi analitike si lëndë, qëllimi i të cilit është të formulojë metoda për përcaktimin e përbërjes kimike të një lënde. Metodat për identifikimin e një substance bëhen jashtëzakonisht të rëndësishme brenda analizës organike cilësore.

Bazuar në spektrin e linjës së avujve të çdo substance, është e mundur të përcaktohet se cilët elementë kimikë përmbahen në përbërjen e tij, sepse çdo element kimik ka spektrin e tij specifik të emetimit. Kjo metodë e përcaktimit të përbërjes kimike të një substance quhet analizë spektrale cilësore.

Analiza spektrale me rreze X

Ekziston një metodë tjetër për të përcaktuar substancë kimike, i quajtur analiza spektrale me rreze X. Analiza spektrale me rreze X bazohet në aktivizimin e atomeve të një lënde kur ajo rrezatohet me rreze X, një proces i quajtur sekondar ose fluoreshent. Aktivizimi është gjithashtu i mundur kur rrezatohet me elektrone me energji të lartë në këtë rast, procesi quhet ngacmim i drejtpërdrejtë. Si rezultat i lëvizjes së elektroneve në brendësi më të thellë shtresa elektronike shfaqen vija rrezatimi me rreze x.

Formula Wulff-Bragg ju lejon të vendosni gjatësitë e valëve në përbërjen e rrezatimit me rreze X kur përdorni një kristal të një strukture popullore me distanca e njohur d. Kjo është baza e metodës së përcaktimit. Substanca që studiohet bombardohet me elektrone me shpejtësi të lartë. Vendoseni atë, për shembull, në anodën e një pajisjeje të palosshme tub me rreze x, duke bërë që më pas të nxjerrë karakteristikë rrezet x që bien mbi kristal strukturë e njohur. Këndet maten dhe gjatësitë valore përkatëse llogariten duke përdorur formulën, pas fotografimit të modelit të difraksionit që rezulton.

Teknikat

Aktualisht të gjitha metodat analiza kimike bazohen në dy teknika. Ose në: një pritje fizike, ose në një pritje kimike, duke krahasuar përqendrimin e vendosur me njësinë e tij të matjes:

Fizike

Teknika fizike bazohet në metodën e lidhjes së një njësie sasie të një komponenti me një standard duke e matur atë. vetitë fizike, e cila varet nga përmbajtja e saj në mostrën e substancës. Marrëdhënia funksionale “Ngopja e vetive – përmbajtja e komponentit në mostër” përcaktohet me provë duke kalibruar mjetet për matjen e një vetie fizike të caktuar sipas komponentit që instalohet. Nga grafiku i kalibrimit përftohen marrëdhënie sasiore, të ndërtuara në koordinatat: "ngopja e një vetie fizike - përqendrimi i komponentit të instaluar".

Kimike

Një teknikë kimike përdoret në metodën e lidhjes së një njësie sasie të një komponenti me një standard. Këtu përdoren ligjet e ruajtjes së sasisë ose masës së një komponenti gjatë ndërveprimeve kimike. Aktiv vetitë kimike komponimet kimike, bazuar ndërveprimet kimike. Në një kampion të një substance, kryhet një reaksion kimik që plotëson kërkesat e specifikuara për të përcaktuar përbërësin e dëshiruar dhe matet vëllimi ose masa e përfshirë në reaksionin kimik specifik të përbërësve. Marrëdhëniet sasiore merren, pastaj shënohet numri i ekuivalentëve të një komponenti për një reaksion kimik të caktuar ose ligji i ruajtjes së masës.

Pajisjet

Instrumentet për analizë përbërjen fizike dhe kimike substancat janë:

Analizatorë të gazit;
Alarmet për përqendrime maksimale të lejuara dhe shpërthyese të avujve dhe gazeve;
Koncentratorë për solucione të lëngëta;
Matësit e densitetit;
Matësit e kripës;
Matësit e lagështirës dhe pajisje të tjera të ngjashme në qëllim dhe kompletim.

Me kalimin e kohës, diapazoni i objekteve të analizuara rritet dhe shpejtësia dhe saktësia e analizës rritet. Një nga metodat instrumentale më të rëndësishme për përcaktimin e përbërjes kimike atomike të një substance është analiza spektrale.

Çdo vit shfaqen gjithnjë e më shumë komplekse instrumentesh për analiza sasiore spektrale. Ata prodhojnë gjithashtu llojet më të avancuara të pajisjeve dhe metodave për regjistrimin e spektrit. Laboratorët spektralë organizohen fillimisht në inxhinieri mekanike, metalurgji dhe më pas në fusha të tjera të industrisë. Me kalimin e kohës, shpejtësia dhe saktësia e analizës rritet. Përveç kësaj, zona e objekteve të analizuara po zgjerohet. Një nga metodat kryesore instrumentale për përcaktimin e përbërjes kimike atomike të një substance është analiza spektrale.

Hyrje…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Mekanizmi i rrezatimit………………………………………………………………………………..3

Shpërndarja e energjisë në spektrin…………………………………………………………………………………………………………………………………………

Llojet e spektrave……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….6

Llojet e analizave spektrale………………………………………………………………7

përfundimi…………………………………………………………………………………..9

Literatura………………………………………………………………………………….11

Hyrje

Spektri është zbërthimi i dritës në pjesët përbërëse të saj, rrezet me ngjyra të ndryshme.

Metoda për studimin e përbërjes kimike substanca të ndryshme sipas linjës së tyre të emetimit ose spektrit absorbues quhen analiza spektrale. Për analizën spektrale kërkohet një sasi e papërfillshme e substancës. Shpejtësia dhe ndjeshmëria e saj e kanë bërë këtë metodë të domosdoshme si në laboratorë ashtu edhe në astrofizikë. Meqenëse çdo element kimik i tabelës periodike lëshon një karakteristikë vetëm për të spektri i linjës emetimi dhe përthithja, kjo bën të mundur studimin e përbërjes kimike të një lënde. Fizikanët Kirchhoff dhe Bunsen u përpoqën për herë të parë ta bënin atë në 1859, duke ndërtuar spektroskopi. Drita kalohej në të përmes një të çare të ngushtë të prerë nga njëra skaj i teleskopit (ky tub me një të çarë quhet kolimator). Nga kolimatori, rrezet ranë në një prizëm të mbuluar me një kuti të veshur me letër të zezë nga brenda. Prizma i devijoi rrezet që vinin nga e çara. Rezultati ishte një spektër. Pas kësaj, ata e mbuluan dritaren me një perde dhe vendosën një djegës të ndezur në të çarën e kolimatorit. Pjesë të substancave të ndryshme u futën në mënyrë alternative në flakën e qiririt dhe ata shikuan përmes një teleskopi të dytë spektrin që rezulton. Doli që avujt inkandeshentë të secilit element prodhonin rreze me një ngjyrë të përcaktuar rreptësisht dhe prizmi i devijoi këto rreze në një vend të përcaktuar rreptësisht, dhe për këtë arsye asnjë ngjyrë nuk mund të maskonte tjetrën. Kjo na lejoi të konkludojmë se një radikal mënyrë të re analiza kimike - sipas spektrit të substancës. Në vitin 1861, bazuar në këtë zbulim, Kirchhoff vërtetoi praninë e një numri elementësh në kromosferën e Diellit, duke hedhur themelet për astrofizikën.

Mekanizmi i rrezatimit

Burimi i dritës duhet të konsumojë energji. Drita është valë elektromagnetike me gjatësi vale 4*10 -7 - 8*10 -7 m Valët elektromagnetike emetohen nga lëvizja e përshpejtuar e grimcave të ngarkuara. Këto grimca të ngarkuara janë pjesë e atomeve. Por pa e ditur se si është strukturuar atomi, nuk mund të thuhet asgjë e besueshme për mekanizmin e rrezatimit. Është e qartë vetëm se nuk ka dritë brenda një atomi, ashtu siç nuk ka zë në një varg pianoje. Ashtu si një varg që fillon të tingëllojë vetëm pasi goditet nga një çekiç, atomet lindin dritë vetëm pasi janë ngacmuar.

Rrezatimi termik. Lloji më i thjeshtë dhe më i zakonshëm i rrezatimit është rrezatimi termik, në të cilin energjia e humbur nga atomet për të emetuar dritë kompensohet nga energjia e lëvizjes termike të atomeve ose (molekulave) të trupit që lëshon. Sa më e lartë të jetë temperatura e trupit, aq më shpejt lëvizin atomet. Kur atomet (molekulat) të shpejta përplasen me njëri-tjetrin, një pjesë e energjisë së tyre kinetike shndërrohet në energji ngacmuese të atomeve, të cilat më pas lëshojnë dritë.

Burimi termik i rrezatimit është Dielli, si dhe një llambë e zakonshme inkandeshente. Llamba është një burim shumë i përshtatshëm, por me kosto të ulët. Vetëm rreth 12% e energjisë totale të çliruar nga rryma elektrike në një llambë konvertohet në energji drite. Burimi termik i dritës është një flakë. Kokrrat e blozës nxehen për shkak të energjisë së çliruar gjatë djegies së karburantit dhe lëshojnë dritë.

Katodolumineshencë. Shkëlqimi i trupave të ngurtë i shkaktuar nga bombardimi i elektroneve quhet katodolumineshencë. Falë katodolumineshencës, ekranet e tubave të rrezeve katodike të televizorëve shkëlqejnë.

Kimilumineshencë. Në disa reaksione kimike që çlirojnë energji, një pjesë e kësaj energjie shpenzohet drejtpërdrejt në emetimin e dritës. Burimi i dritës mbetet i ftohtë (është në temperaturën e ambientit). Ky fenomen quhet kimiolumineshencë.

Fotolumineshencë. Drita e rënë në një substancë reflektohet pjesërisht dhe pjesërisht absorbohet. Energjia e dritës së përthithur në shumicën e rasteve shkakton vetëm ngrohjen e trupave. Sidoqoftë, disa trupa vetë fillojnë të shkëlqejnë drejtpërdrejt nën ndikimin e rrezatimit që ndodh mbi to. Kjo është fotolumineshencë. Drita ngacmon atomet e një substance (rrit energjinë e tyre të brendshme), pas së cilës ato ndriçohen vetë. Për shembull, bojërat me shkëlqim që mbulojnë shumë dekorime të pemës së Krishtlindjes lëshojnë dritë pasi rrezatohen.

Drita e emetuar gjatë fotolumineshencës ka, si rregull, një gjatësi vale më të madhe se drita që ngacmon shkëlqimin. Kjo mund të vërehet eksperimentalisht. Nëse drejtoni një rreze drite në një enë që përmban fluoresceit (një ngjyrë organike),

i kaluar përmes një filtri drite vjollce, ky lëng fillon të shkëlqejë me dritë jeshile-verdhë, pra dritë me një gjatësi vale më të madhe se drita vjollce.

Fenomeni i fotolumineshencës përdoret gjerësisht në llambat fluoreshente. Fizikani sovjetik S.I. Vavilov propozoi mbulimin e sipërfaqes së brendshme të tubit të shkarkimit me substanca të afta të shkëlqejnë me shkëlqim nën veprimin e rrezatimit me valë të shkurtër nga një shkarkim gazi. Llambat fluoreshente janë afërsisht tre deri në katër herë më ekonomike se llambat inkandeshente konvencionale.

Janë renditur llojet kryesore të rrezatimit dhe burimet që i krijojnë ato. Burimet më të zakonshme të rrezatimit janë termike.

Shpërndarja e energjisë në spektër

Në ekranin pas prizmit thyes, ngjyrat monokromatike në spektër janë të renditura në rendin e mëposhtëm: e kuqe (e cila ka gjatësinë më të madhe valore dritë e dukshme gjatësia e valës (k=7.6(10-7 m dhe norma më e ulët përthyerje), portokalli, e verdhë, jeshile, cian, indigo dhe vjollcë (që kanë gjatësinë më të shkurtër të valës në spektrin e dukshëm (f = 4 (10-7 m dhe treguesi më i lartë përthyerje). Asnjë nga burimet nuk prodhon dritë monokromatike, domethënë dritë me një gjatësi vale të përcaktuar rreptësisht. Ne jemi të bindur për këtë nga eksperimentet mbi zbërthimin e dritës në një spektër duke përdorur një prizëm, si dhe eksperimentet mbi ndërhyrjen dhe difraksionin.

Energjia që mbart drita me vete nga burimi shpërndahet në një mënyrë të caktuar mbi valët e të gjitha gjatësive që përbëjnë rrezen e dritës. Mund të themi gjithashtu se energjia shpërndahet në frekuenca, pasi ekziston një lidhje e thjeshtë midis gjatësisë së valës dhe frekuencës: v = c.

Dendësia e fluksit të rrezatimit elektromagnetik, ose intensiteti /, përcaktohet nga energjia &W që i atribuohet të gjitha frekuencave. Për të karakterizuar shpërndarjen e frekuencës së rrezatimit, është e nevojshme të futet një sasi e re: intensiteti për intervalin e frekuencës për njësi. Kjo sasi quhet dendësia spektrale e intensitetit të rrezatimit.

Dendësia e fluksit të rrezatimit spektral mund të gjendet në mënyrë eksperimentale. Për ta bërë këtë, duhet të përdorni një prizëm për të marrë spektrin e rrezatimit, për shembull, të një harku elektrik, dhe të matni densitetin e fluksit të rrezatimit që bie në intervale të vogla spektrale të gjerësisë Av.

Një termometër i zakonshëm është shumë i ndjeshëm për t'u përdorur me sukses në eksperimente të tilla. Për të matur temperaturën nevojiten instrumente më të ndjeshme. Ju mund të merrni një termometër elektrik, në të cilin elementi i ndjeshëm është bërë në formën e një pllake të hollë metalike. Kjo pllakë duhet të jetë e veshur me një shtresë të hollë bloze, e cila pothuajse plotësisht thith dritën e çdo gjatësi vale.

Pllaka e ndjeshme ndaj nxehtësisë e pajisjes duhet të vendoset në një ose në një vend tjetër në spektër. I gjithë spektri i dukshëm i gjatësisë l nga rrezet e kuqe në vjollcë korrespondon me intervalin e frekuencës nga v cr në y f. Gjerësia korrespondon me një interval të vogël Av. Duke ngrohur pllakën e zezë të pajisjes, mund të gjykohet densiteti i fluksit të rrezatimit për intervalin e frekuencës Av. Duke lëvizur pllakën përgjatë spektrit, do të zbulojmë se pjesa më e madhe e energjisë është në pjesën e kuqe të spektrit, dhe jo në atë të verdhë-jeshile, siç i duket syrit.

Duke vizatuar përgjatë boshtit të abshisës vlerat e frekuencave që korrespondojnë me pikat e mesit të intervaleve Av, dhe përgjatë boshtit të ordinatave densitetin spektral të intensitetit të rrezatimit, marrim një numër pikash përmes të cilave mund të vizatojmë një kurbë të qetë. Kjo kurbë jep një paraqitje vizuale të shpërndarjes së energjisë dhe pjesës së dukshme të spektrit të harkut elektrik.

Analiza spektraleështë një metodë për studimin e përbërjes kimike të substancave të ndryshme duke përdorur spektrat e tyre.

Analiza e kryer duke përdorur spektrat e emetimit quhet analiza spektrale e emetimit, dhe analiza e kryer duke përdorur spektrat e përthithjes quhet analiza spektrale e përthithjes.

Analiza spektrale e emetimit bazohet në faktet e mëposhtme:

1. Secili element ka spektrin e vet (që ndryshon në numrin e vijave, vendndodhjen dhe gjatësinë e valës së tyre), i cili nuk varet nga metodat e ngacmimit.

2. Intensiteti i vijave spektrale varet nga përqendrimi i elementit në një substancë të caktuar.

Për të kryer një analizë spektrale të një lënde me një përbërje kimike të panjohur, është e nevojshme të kryhen dy operacione: të detyrohen disi atomet e kësaj substance të lëshojnë dritë me një spektër të linjës, pastaj të zbërthehet kjo dritë në një spektër dhe të përcaktohen gjatësitë e valëve të linjat e vërejtura në të. Duke krahasuar spektrin e linjës që rezulton me spektrin e njohur të elementeve kimike të tabelës periodike, është e mundur të përcaktohet se cilët elementë kimikë janë të pranishëm në përbërjen e substancës në studim. Duke krahasuar intensitetet e linjave të ndryshme në spektër, mund të përcaktohet përmbajtja relative e elementeve të ndryshme në këtë substancë.

Analiza spektrale mund të jetë cilësore dhe sasiore.

Nëse substanca në studim është në gjendje të gaztë, atëherë zakonisht përdoret për të ngacmuar atomet e substancës. shkarkimin e shkëndijës. Një tub me dy elektroda në skajet është i mbushur me gazin në studim. Këto elektroda janë të furnizuara tension të lartë dhe në tub ndodh një shkarkesë elektrike. Ndikimet e elektroneve u përshpejtuan fushë elektrike, çojnë në jonizimin dhe ngacmimin e atomeve të gazit në studim. Gjatë kalimeve të atomeve të ngacmuara në gjendje normale emetohen kuantet e dritës karakteristike të një elementi të caktuar.

Për të përcaktuar përbërjen kimike të një lënde të vendosur në një të ngurtë ose gjendje e lëngët, sipas spektrit të tij të emetimit, është e nevojshme që së pari të konvertohet substanca në studim në gjendje e gaztë dhe disi të bëjë që ky gaz të lëshojë dritë. Në mënyrë tipike, një shkarkim hark përdoret për të kryer analiza spektrale të mostrave të një substance në gjendje të ngurtë. Në plazmën e harkut, substanca shndërrohet në avull, dhe atomet ngacmohen dhe jonizohen. Elektrodat midis të cilave ndizet shkarkimi i harkut zakonisht janë bërë nga substanca në studim (nëse është metal) ose nga grafiti ose bakri. Karboni dhe bakri zgjidhen sepse spektrat e emetimit të atomeve të tyre në rajonin e dukshëm kanë një numër të vogël vijash dhe, për rrjedhojë, nuk krijojnë ndërhyrje serioze në vëzhgimin e spektrit të substancës në studim. Pluhuri i substancës së provës vendoset në zgavrën e elektrodës së poshtme.

Letërsia

Aksenovich L. A. Fizikë në shkolla e mesme: Teori. Detyrat. Testet: Teksti mësimor. shtesa për institucionet që ofrojnë arsim të përgjithshëm. mjedisi, arsimi / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsiya i vyhavanne, 2004. - F. 531-532.