Спектроскопия
Спектроскопия - изучение
спектров, которые возникают при
взаимодействии электромагнитного
излучения с веществом. С ее помощью можно получить
информацию о структуре атомов и молекул,
химическом составе вещества, его
температуре и плотности, а также наличии
магнитного поля и его напряженности.
Развитие спектроскопии как науки
Начало спектроскопии положил Исаак Ньютон, когда в 1666 году он впервые с помощью стеклянной призмы наблюдал разложение солнечного света на спектры. Тогда это явление он назвал оптикой. Результаты исследований в области света легли в основу его лекций в Кэмбриджском университете и трактата об оптике. Однако работа Ньютона подверглась нападкам со стороны научного сообщества, и ему пришлось исследования света на какое-то время оставить. Именно Исааку Ньютону современная наука обязана словом «спектр».
В 1801 году английский ученый Томас Юнг предложил рассматривать спектральные цветовые компоненты как волны с различной длиной волны. А годом позже другой английский физик Уильям Волластон обнаружил 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. Настоящий прорыв 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 это и положило начало спектральному анализу.
В дальнейшем исследования в области света углублялись, и к середине XX века сформировались основные принципы спектрального анализа, который получил широкое распространение в научной практике и промышленном анализе.
Устройство спектрометра
Спектры электромагнитного излучения изучаются специальным спектрографическим оборудованием: спектрометрами, спектрофотометрами, спектрографами, масс-спектрометрами, спектральными анализаторами. Широкое распространение получили спектрометры. 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 их конструкции, как правило, входят следующие узлы:
- осветительный элемент включает источник света, диафрагму, конденсорную линзу или зеркало.
- оптическое устройство состоит из
коллиматора, через который проходит
световой поток. Преломление и разложение светового луча происходит через призму или дифракционную решетку.
- регистрирующий узел состоит из окуляра или фотопластинки, либо фотоприемника.
Методы спектроскопии
Исходя из того, что электромагнитное излучение (свет) взаимодействует с исследуемым объектом как на атомном, так и на молекулярном уровнях, принято различать атомную и молекулярную спектроскопию. 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. Это позволяет исследовать молекулярную структуру вещества. Существуют следующие методы молекулярной спектроскопии:
- ультрафиолетовая (электронная) спектроскопия изучает поглощение и испускание света веществами в ультрафиолетовой области;
- инфракрасный метод изучает поглощение, испускание и отражение света в инфракрасной области;
- спектроскопия комбинационного рассеяния света (Рамановская) 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 спектрального анализа
- химия и нефтехимия
- металлургия
- геология
- материаловедение и нанотехнологии
- экология
- фармацевтика и биофармацевтика
- медицина
- криминалистика
- пищевая промышленность
- сельское хозяйство
- биотехнология и геномика
- полупроводниковая промышленность
- астрономия
Вы можете купить оборудование для спектроскопии в Москве в нашей компании по наименьшей цене.