Спектроскопия представляет собой метод основанный на взаимодействии электромагнитного излучения с изучаемым объектом. Спектроскопия является одним из самых быстрых, чувствительных и информативных методов анализа практического любого вещества и является универсальным инструментом для проведения исследований в области химии, физики и астрономии. Современный спектральный анализ позволяет получить информацию о структуре атомов и молекул, химическом составе вещества, концентрации примесей, изотопном составе вещества, температуре и плотности вещества, наличии магнитного поля и его напряженности.
НЕМНОГО ИСТОРИИ
Опыты Исаака Ньютона
Зарождение спектроскопии как науки началось еще в 1666 г., когда Исаак Ньютон впервые наблюдал непрерывный спектр. Результаты исследований в области света легли в основу его лекций в Кэмбриджском университете и трактата «Оптика». Однако его работа подвергалась периодическим нападкам со стороны научного сообщества, и ему пришлось работу над теорией света на какое-то время оставить. Именно Исааку Ньютону современная наука обязана словом «спектр».
Темные линии Волластона
В 1802 г. английский физик Уильям Волластон обратил внимание на темные линии в солнечном спектре (линии поглощения), но большого значения им не предал и определил их в качестве «границы цветов». И только спустя 10 лет немецкий физик Йозеф Фраунгофер их не только подробно изучил, но и установил, что они являются природной характеристикой солнечного цвета.
Прорыв Кирхгофа и Бунзена
Решающий в отношении спектрального анализа сделали химик Роберт Бунзен и физик Густав Кирхгоф, совместно разработав стандартный прибор для анализа спектров элементов. Они смогли установить, что атом химического элемента может излучать и поглощать свет одной и той же частоты. Именно этот прорыв и положил начало спектральному анализу.
В дальнейшем исследования в области света расширялись и углублялись и к середине XX века сформировались основные принципы спектроскопического анализа и спектральный метод получил широкое распространение в научной практике и промышленном анализе.
ПРИНЦИП РАБОТЫ СПЕКТРОМЕТРА
В настоящее время существует огромное количество спектрометров, отличающихся техническими характеристиками, конструкцией и стоимостью. Однако все они имеют схожий принцип работы, который относительно прост в техническом исполнении. В состав конструкции спектрометров, как правило, входят следующие узлы:
- Осветительный, состоящий из источника света, конденсорной линзы или зеркала и диафрагмы.
- Оптический, состоящий из коллиматора, через который проходит световой поток, а также призмы или дифракционной решетки, где проходит преломление и разложение светового луча на спектры, светового отверстия и выходного объектива, в плоскости которого устанавливается окуляр, фотопластинка, выходная диафрагма или другие устройства.
- Регистрирующий, который может состоять, в самых простых случаях, из окуляра или фотопластинки, либо фотоприемник, в качестве которого используют фотодиодную матрицу, детектор с зарядовой связью или фотоэлектронный умножитель.
ВИДЫ СПЕКТРОСКОПИИ
Исходя из того, что электромагнитное излучение (свет) взаимодействует с исследуемым объектом как на атомном, так и на молекулярном уровнях, то принято различать два типа спектроскопии:
- Атомную
- Молекулярную
Атомная спектроскопия представлена следующими аналитическими методами:
- Атомно-абсорбционный метод основан на поглощении энергии света атомом в основном состоянии с дальнейшим его переходом в возбужденное состояние.
- Атомно-эмисионный метод подразумевает термическое воздействие на атомы, которые, переходя в возбужденное состояние, испускают электромагнитное излучение.
- Атомно-флуоресцентный метод представляет собой комбинацию поглощения и излучения. Для этого исследуемый объект превращают в пар и подвергают излучению для возбуждения флуоресценции.
- Рентгеновский метод основан на переходе атомов возбужденное состояние путем бомбардировки их электронами с дальнейшим их облучением рентгеновскими лучами
Молекулярная спектроскопия изучает состояние молекул вещества на электронном, колебательном и вращательных уровнях. То есть методы молекулярной спектроскопии позволяют исследовать молекулярную структуру вещества.
Существуют следующие методы молекулярной спектроскопии:
- Ультрафиолетовая (электронная) спектроскопия изучает поглощение и испускание света веществами в ультрафиолетовой области
- Инфракрасная спектроскопия изучает поглощение, испукание и отражение света в инфракрасной области.
- Спектроскопия комбинационного рассеяния света (Рамановская спектроскопия) изучает взаимодействие неупругого света (рассеянного) с веществом, позволяя определить вибрационное состояние молекул.
- Ядерный магнитный резонанс представляет собой резонансное поглощение электромагнитной энергии парамагнитной системой атомных ядер, находящихся в постоянном магнитном поле.
- Электронный парамагнитный резонанс заключается в резонансном поглощении электромагнитного излучения веществами, содержащих парамагнитные частицы.
- Масс-спектрометрия основана на ионизации вещества в электрическом или магнитном полях с дальнейшим разделением полученных ионов в зависимости от отношения массы к заряду.
ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СПЕКТРОСКОПИИ
В настоящее время спектрометрические методы анализа активно используются в различных отраслях промышленности и на стыке наук. Области применения спектрометрического анализа настолько многочисленны, что можно привести примеры основных направлений:
- химия и нефтехимия
- металлургия
- геология
- материаловедение и нанотехнологии
- экология
- фармацевтика и биофарма
- медицина
- криминалистика
- пищевая промышленность
- сельское хозяйство
- биотехнология и геномика
- полупроводниковая промышленность
- астрономия
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ПРОСТЫМИ СЛОВАМИ
Спектр [лат. spectrum видимое, видение] – совокупность волн, создаваемых каким-либо источником.
Спектрометр [гр. metreo измеряю] - прибор, определяющий положение отдельных линий спектра.
Спектроскопия [гр. skopeo смотрю] – изучение спектра.
Вы можете купить оборудование для спектроскопии в Москве в нашей компании по наименьшей цене.