физические принципы спектрального анализа

Понять физические принципы, лежащие в основе спектрального анализа, удалось только после возникновения квантовой механики. Более того, создание одной из ранних квантовых теорий — знаменитых постулатов Бора — прочно связано с наблюдениями над спектрами. Этот материал излагается в школьной программе по физике, и мы здесь его очень кратко повторим. Согласно постулатам Бора электроны в атоме могут иметь не произвольные, а жестко «регламентированные» значения энергии: 1-ый, 2, … и т. д. Этот набор строго индивидуален для атомов каждого элемента. Если атому сообщить дополнительную энергию (например, облучив его), то электроны с нижних энергетических уровней перейдут на верхние. Через некоторое время «пострадавший от облучения» электрон возвращается на исходный уровень, испуская квант излучения hv (h — постоянная Планка, v — частота излучения), который точно равен разности энергий двух уровней. Регистрируя частоты испущенных квантов (а каждой частоте соответствует линия в спектре), можно получить информацию о разности уровней энергии электронов в атоме.

А это очень детальное описание, по которому атом безошибочно идентифицируется. Технически спектральный анализ проводится по-разному, но всегда предусматривается осуществление двух важнейших этапов — возбуждения спектра и его регистрации. В опытах Бунзена спектр возбуждался пламенем горелки. Но существуют и совершенно другие пути — бомбардировка электронами, облучение и т. д.

И совсем необязательно регистрировать видимую часть спектра. Допустимо пользоваться любым другим диапазоном длин волн — ультрафиолетовым, инфракрасным и т. д. Лишь бы имелась возможность зафиксировать спектр и сравнить его с табличными данными используя для написания таблиц письменные столы. С помощью спектральных методов проводят не только качественный, но и количественный анализ: устанавливают концентрацию разных элементов в образце. Кстати, ее совершенно необязательно выражать именно в массовых процентах (как это делал еще Архимед). Сегодня часто пользуются атомными процентами (или долями). В этом случае концентрация равна отношению числа атомов данного элемента к общему числу атомов. Количественный спектральный анализ основан на простой закономерности: чем больше в образце атомов данного элемента, тем интенсивнее проявляются его линии. А интенсивность можно измерить, например, по степени почернения фоточувствительной пластинки. Необходимым условием количественного анализа является знание зависимости интенсивности от концентрации. Ее строят, пользуясь эталонами, т. е. образцами с заранее известной концентрацией анализируемого элемента. Колоссальным преимуществом спектрального анализа является быстрота его проведения. На современных компьютеризованных установках определение состава образца — буквально минутное дело. На практике очень часто применяют комбинацию разных методов. Например, сначала проводят качественный спектральный анализ и устанавливают, какие элементы присутствуют в образце, а уж затем обращаются к «мокрой химии». Помимо упомянутых нами существует множество других методов анализа. К какому из них прибегнуть, зависит от объекта исследования и имеющегося в наличии оборудования

Комментарии закрыты.