ตัวอย่างการประยุกต์ใช้การวิเคราะห์สเปกตรัม วิธีการวิเคราะห์สเปกตรัม วิธีการแผ่รังสีและการดูดซึม

ในศตวรรษที่ 17 แสดงถึงผลรวมของมูลค่าทั้งหมดของปริมาณทางกายภาพใด ๆ พลังงาน มวล รังสีเชิงแสง อย่างหลังนี้มักหมายถึงเมื่อเราพูดถึงสเปกตรัมของแสง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สเปกตรัมของแสงคือชุดของแถบรังสีแสงที่มีความถี่ต่างกัน ซึ่งบางส่วนเราสามารถมองเห็นได้ทุกวันในโลกรอบตัวเรา ในขณะที่บางส่วนไม่สามารถเข้าถึงได้ด้วยตาเปล่า สเปกตรัมแสงแบ่งออกเป็นส่วนที่มองเห็นได้และมองไม่เห็น ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับความสามารถของสายตามนุษย์ในการรับรู้ ในทางกลับกันจะสัมผัสกับแสงอินฟราเรดและอัลตราไวโอเลต

ประเภทของสเปกตรัม

นอกจากนี้ยังมีสเปกตรัมประเภทต่างๆ มีสามสิ่งนี้ขึ้นอยู่กับความหนาแน่นสเปกตรัมของความเข้มของรังสี Spectra สามารถเป็นแบบต่อเนื่อง เป็นเส้น หรือเป็นแถบก็ได้ ประเภทของสเปกตรัมจะถูกกำหนดโดยใช้

สเปกตรัมต่อเนื่อง

สเปกตรัมต่อเนื่องเกิดขึ้นจากของแข็งหรือก๊าซความหนาแน่นสูงที่ได้รับความร้อนที่อุณหภูมิสูง รุ้งเจ็ดสีที่รู้จักกันดีเป็นตัวอย่างโดยตรงของสเปกตรัมต่อเนื่อง

สเปกตรัมเส้น

ยังแสดงถึงประเภทของสเปกตรัมและมาจากสสารใดๆ ในสถานะอะตอมของก๊าซ สิ่งสำคัญที่ควรทราบในที่นี้ว่ามันอยู่ในอะตอม ไม่ใช่โมเลกุล สเปกตรัมนี้ช่วยให้มั่นใจได้ว่าอะตอมมีปฏิสัมพันธ์กันต่ำมาก เนื่องจากไม่มีปฏิสัมพันธ์กัน อะตอมจึงปล่อยคลื่นที่มีความยาวเท่ากันอย่างถาวร ตัวอย่างของสเปกตรัมดังกล่าวคือการเรืองแสงของก๊าซที่ได้รับความร้อนถึงอุณหภูมิสูง

สเปกตรัมวงดนตรี

สเปกตรัมแบบแถบแสดงให้เห็นแถบแต่ละแถบอย่างชัดเจน โดยคั่นด้วยช่วงมืดที่ค่อนข้างชัดเจน ยิ่งไปกว่านั้น แต่ละแถบเหล่านี้ไม่ใช่การแผ่รังสีความถี่ที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด แต่ประกอบด้วยเส้นแสงจำนวนมากที่อยู่ใกล้กัน ตัวอย่างของสเปกตรัมดังกล่าว เช่น ในกรณีของสเปกตรัมเส้น คือ การเรืองแสงของไอระเหยที่อุณหภูมิสูง อย่างไรก็ตาม พวกมันไม่ได้ถูกสร้างขึ้นโดยอะตอมอีกต่อไป แต่เกิดจากโมเลกุลที่มีพันธะร่วมที่ใกล้เคียงกันมาก ซึ่งทำให้เกิดแสงดังกล่าว

สเปกตรัมการดูดซึม

อย่างไรก็ตาม ประเภทของสเปกตรัมไม่ได้จบเพียงแค่นั้น นอกจากนี้ยังมีอีกประเภทหนึ่งที่เรียกว่าสเปกตรัมการดูดกลืนแสง ในการวิเคราะห์สเปกตรัม สเปกตรัมการดูดกลืนแสงคือเส้นสีเข้มตัดกับพื้นหลังของสเปกตรัมต่อเนื่อง และโดยพื้นฐานแล้ว สเปกตรัมการดูดกลืนแสงเป็นการแสดงออกถึงการขึ้นอยู่กับอัตราการดูดกลืนของสาร ซึ่งอาจสูงหรือน้อยก็ได้

แม้ว่าจะมีวิธีทดลองมากมายในการวัดสเปกตรัมการดูดกลืนแสง สิ่งที่พบบ่อยที่สุดคือการทดลองที่ลำแสงรังสีที่สร้างขึ้นถูกส่งผ่านการทำความเย็น (เพื่อไม่ให้มีปฏิกิริยาระหว่างอนุภาคและดังนั้นจึงเรืองแสง) ก๊าซหลังจากนั้นจึงกำหนดความเข้มของรังสีที่ผ่านเข้าไป พลังงานที่ถ่ายโอนอาจถูกนำมาใช้ในการคำนวณการดูดซึมได้เป็นอย่างดี

การวิเคราะห์สเปกตรัมซึ่งเป็นวิธีการกำหนดองค์ประกอบของสารในเชิงคุณภาพและเชิงปริมาณ โดยอาศัยการศึกษาสเปกตรัมการปล่อย การดูดกลืน การสะท้อน และการเรืองแสงของสารเหล่านั้น แยกแยะระหว่างอะตอมและโมเลกุล การวิเคราะห์สเปกตรัมซึ่งมีหน้าที่กำหนดองค์ประกอบองค์ประกอบและโมเลกุลของสารตามลำดับ การปล่อยมลพิษ การวิเคราะห์สเปกตรัมดำเนินการโดยใช้สเปกตรัมการแผ่รังสีของอะตอม ไอออน หรือโมเลกุลที่ถูกกระตุ้นในรูปแบบต่างๆ การดูดซับ การวิเคราะห์สเปกตรัม- ตามสเปกตรัมการดูดกลืนรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าโดยวัตถุที่วิเคราะห์ (ดู สเปกโทรสโกปีการดูดกลืนแสง). คุณสมบัติของสารที่วิเคราะห์ ข้อมูลเฉพาะของสเปกตรัมที่ใช้ ช่วงความยาวคลื่น และปัจจัยอื่นๆ หลักสูตรการวิเคราะห์ อุปกรณ์ วิธีการวัดสเปกตรัม และคุณลักษณะทางมาตรวิทยาของผลลัพธ์จะแตกต่างกันไปมาก ขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของการศึกษา ตามนี้ การวิเคราะห์สเปกตรัมแบ่งออกเป็นหลายวิธีอิสระ (ดูโดยเฉพาะ สเปกโทรสโกปีแบบสะท้อนแสง, สเปกโทรสโกปีอัลตราไวโอเลต, )

มักจะอยู่ใต้ การวิเคราะห์สเปกตรัมเข้าใจเฉพาะการวิเคราะห์สเปกตรัมการปล่อยอะตอม (AESA) - วิธีการวิเคราะห์องค์ประกอบโดยอาศัยการศึกษาสเปกตรัมการปล่อยของอะตอมและไอออนอิสระในเฟสก๊าซในช่วงความยาวคลื่น 150-800 นาโนเมตร (ดู)

ตัวอย่างของสารทดสอบถูกนำเข้าไปในแหล่งกำเนิดรังสี ซึ่งจะระเหย แยกตัวของโมเลกุล และกระตุ้นอะตอม (ไอออน) ที่เกิดขึ้น หลังปล่อยรังสีลักษณะเฉพาะซึ่งเข้าสู่อุปกรณ์บันทึกของเครื่องสเปกตรัม

ในการวิเคราะห์สเปกตรัมเชิงคุณภาพ สเปกตรัมของตัวอย่างจะถูกเปรียบเทียบกับสเปกตรัมขององค์ประกอบที่ทราบซึ่งระบุไว้ในแผนที่และตารางเส้นสเปกตรัมที่สอดคล้องกัน ดังนั้นองค์ประกอบองค์ประกอบของสารที่วิเคราะห์จึงถูกสร้างขึ้น ในการวิเคราะห์เชิงปริมาณ ปริมาณ (ความเข้มข้น) ขององค์ประกอบที่ต้องการในสารที่วิเคราะห์จะถูกกำหนดโดยการขึ้นอยู่กับขนาดของสัญญาณการวิเคราะห์ (ความหนาแน่นของการดำคล้ำหรือความหนาแน่นของแสงของเส้นการวิเคราะห์บนแผ่นถ่ายภาพ ฟลักซ์ส่องสว่างไปยังตัวรับโฟโตอิเล็กทริก ) ขององค์ประกอบที่ต้องการในเนื้อหาในตัวอย่าง การพึ่งพาอาศัยกันนี้ถูกกำหนดในลักษณะที่ซับซ้อนโดยปัจจัยที่ควบคุมยากหลายประการ (องค์ประกอบจำนวนมากของตัวอย่าง โครงสร้าง การกระจายตัว พารามิเตอร์ของแหล่งกำเนิดการกระตุ้นของสเปกตรัม ความไม่เสถียรของอุปกรณ์บันทึก คุณสมบัติของแผ่นถ่ายภาพ ฯลฯ ). ดังนั้นตามกฎแล้ว เพื่อใช้กำหนดชุดตัวอย่างสำหรับการสอบเทียบ ซึ่งในแง่ขององค์ประกอบและโครงสร้างรวมจะใกล้เคียงกับสารที่กำลังวิเคราะห์มากที่สุดและมีองค์ประกอบที่ทราบในปริมาณที่ทราบ ตัวอย่างดังกล่าวสามารถใช้เป็นวัสดุโลหะที่เตรียมเป็นพิเศษ โลหะผสม, ของผสมของสาร, สารละลาย, รวมไปถึง และผลิตโดยอุตสาหกรรม เพื่อขจัดอิทธิพลต่อผลการวิเคราะห์ของความแตกต่างที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ในคุณสมบัติของตัวอย่างที่วิเคราะห์และตัวอย่างมาตรฐาน จึงมีการใช้เทคนิคที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น เส้นสเปกตรัมขององค์ประกอบที่กำหนดและสิ่งที่เรียกว่าองค์ประกอบอ้างอิง ซึ่งมีคุณสมบัติทางเคมีและกายภาพใกล้เคียงกับองค์ประกอบที่ถูกกำหนด จะถูกเปรียบเทียบ เมื่อวิเคราะห์วัสดุประเภทเดียวกัน คุณสามารถใช้การอ้างอิงการสอบเทียบเดียวกันได้ ซึ่งมีการปรับเปลี่ยนเป็นระยะโดยใช้ตัวอย่างการตรวจสอบ

ความไวและความแม่นยำของการวิเคราะห์สเปกตรัมขึ้นอยู่กับลักษณะทางกายภาพของแหล่งกำเนิดรังสีเป็นหลัก (การกระตุ้นสเปกตรัม) - อุณหภูมิ ความเข้มข้นของอิเล็กตรอน เวลาคงอยู่ของอะตอมในโซนกระตุ้นสเปกตรัม ความเสถียรของโหมดแหล่งกำเนิด ฯลฯ ในการแก้ปัญหาการวิเคราะห์เฉพาะจำเป็นต้องเลือกแหล่งกำเนิดรังสีที่เหมาะสมปรับคุณลักษณะให้เหมาะสมโดยใช้เทคนิคต่าง ๆ - การใช้บรรยากาศเฉื่อยการใช้สนามแม่เหล็กการแนะนำสารพิเศษที่ทำให้อุณหภูมิคายประจุคงที่ ระดับของการแตกตัวเป็นไอออนของอะตอม กระบวนการแพร่กระจายในระดับที่เหมาะสม ฯลฯ เนื่องจากปัจจัยที่มีอิทธิพลซึ่งกันและกันที่หลากหลาย จึงมักใช้วิธีการวางแผนการทดลองทางคณิตศาสตร์

ในการวิเคราะห์ของแข็ง การปล่อยอาร์ค (DC และ AC) และการปล่อยประกายไฟที่ขับเคลื่อนโดยเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีความเสถียรซึ่งออกแบบเป็นพิเศษ (มักควบคุมด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์) มักถูกใช้ในการวิเคราะห์ของแข็ง เครื่องกำเนิดไฟฟ้าสากลได้ถูกสร้างขึ้นด้วยความช่วยเหลือในการผลิตการปล่อยประเภทต่าง ๆ ด้วยพารามิเตอร์ตัวแปรที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพของกระบวนการกระตุ้นของกลุ่มตัวอย่างที่กำลังศึกษา ตัวอย่างที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าที่เป็นของแข็งสามารถใช้เป็นอาร์กหรืออิเล็กโทรดประกายไฟได้โดยตรง ตัวอย่างของแข็งและผงที่ไม่นำไฟฟ้าจะถูกวางไว้ในช่องของอิเล็กโทรดคาร์บอนในรูปแบบใดรูปแบบหนึ่ง ในกรณีนี้ ทั้งการระเหยโดยสมบูรณ์ (การพ่น) ของสารที่วิเคราะห์และการระเหยแบบเศษส่วนของสารหลังและการกระตุ้นของส่วนประกอบตัวอย่างจะดำเนินการตามคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมี ซึ่งทำให้สามารถเพิ่มความไวและความแม่นยำของ การวิเคราะห์. เพื่อเพิ่มผลกระทบของการแยกส่วนของการระเหย จึงมีการใช้สารเติมแต่งในสารที่วิเคราะห์ของรีเอเจนต์อย่างกว้างขวาง ซึ่งส่งเสริมการก่อตัวของสารประกอบที่มีความผันผวนสูง (ฟลูออไรด์ คลอไรด์ ซัลไฟด์ ฯลฯ) ขององค์ประกอบที่กำหนดภายใต้อุณหภูมิสูง [(5-7) ·10 3 K] สภาวะส่วนโค้งของถ่านหิน สำหรับการวิเคราะห์ตัวอย่างทางธรณีวิทยาในรูปของผงนั้น มีการใช้วิธีการโปรยหรือเป่าตัวอย่างเข้าไปในเขตปล่อยอาร์กคาร์บอนอย่างกว้างขวาง

เมื่อวิเคราะห์ตัวอย่างโลหะวิทยา ควบคู่ไปกับการปล่อยประกายไฟประเภทต่างๆ จะใช้แหล่งกำเนิดแสงจากการปล่อยแสง (หลอดไฟ Grim, การคายประจุในแคโทดกลวง) ด้วยเช่นกัน แหล่งกำเนิดอัตโนมัติแบบผสมผสานได้รับการพัฒนาโดยใช้หลอดปล่อยแสงหรือเครื่องวิเคราะห์ความร้อนไฟฟ้าเพื่อการระเหยหรือการสปัตเตอร์ และตัวอย่างเช่น พลาสมาตรอนความถี่สูงถูกนำมาใช้เพื่อรับสเปกตรัม ในกรณีนี้ สามารถปรับสภาวะการระเหยและการกระตุ้นขององค์ประกอบที่ต้องการให้เหมาะสมได้

เมื่อวิเคราะห์ตัวอย่างของเหลว (สารละลาย) จะได้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุดเมื่อใช้พลาสมาตรอนความถี่สูง (HF) และความถี่สูงพิเศษ (ไมโครเวฟ) ที่ทำงานในบรรยากาศเฉื่อย เช่นเดียวกับการวิเคราะห์โฟโตเมทริกด้วยเปลวไฟ (ดู) เพื่อรักษาอุณหภูมิของพลาสมาปล่อยประจุให้อยู่ในระดับที่เหมาะสม จึงมีการใช้สารเติมแต่งของสารที่แตกตัวเป็นไอออนได้ง่าย เช่น โลหะอัลคาไล การปล่อย HF ที่มีการคัปปลิ้งแบบเหนี่ยวนำของโครงแบบวงแหวนถูกนำมาใช้อย่างประสบความสำเร็จเป็นพิเศษ (รูปที่ 1) โดยแยกโซนการดูดซับพลังงาน RF และโซนการกระตุ้นสเปกตรัม ซึ่งช่วยให้เพิ่มประสิทธิภาพในการกระตุ้นได้อย่างมาก และอัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวนเชิงวิเคราะห์ที่เป็นประโยชน์ จึงบรรลุขีดจำกัดการตรวจจับที่ต่ำมากสำหรับองค์ประกอบที่หลากหลาย ตัวอย่างจะถูกฉีดเข้าไปในโซนกระตุ้นโดยใช้เครื่องพ่นแบบนิวแมติกหรืออัลตราโซนิก (น้อยกว่าปกติ) เมื่อวิเคราะห์โดยใช้ HF และพลาสมาตรอนไมโครเวฟและโฟโตเมทรีเปลวไฟ ค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานสัมพัทธ์คือ 0.01-0.03 ซึ่งในบางกรณีทำให้สามารถใช้การวิเคราะห์สเปกตรัมแทนวิธีการวิเคราะห์ทางเคมีที่แม่นยำ แต่ต้องใช้แรงงานมากและใช้เวลานานกว่า

ในการวิเคราะห์ส่วนผสมของก๊าซ จำเป็นต้องมีการติดตั้งสุญญากาศแบบพิเศษ สเปกตรัมตื่นเต้นโดยใช้การปล่อยคลื่นความถี่วิทยุและไมโครเวฟ เนื่องจากการพัฒนาของแก๊สโครมาโทกราฟี วิธีการเหล่านี้จึงไม่ค่อยมีใครใช้

ข้าว. 1. HF plasmatron: ไฟฉายแก๊ส 1 ดวง; โซนกระตุ้น 2 สเปกตรัม การดูดซับพลังงาน HF 3 โซน; ตัวเหนี่ยวนำความร้อน 4 ตัว; ช่องจ่ายก๊าซทำความเย็น 5 ช่อง (ไนโตรเจน, อาร์กอน); 6-input ของก๊าซสร้างพลาสมา (อาร์กอน); ตัวอย่างที่ทำให้เป็นอะตอม 7 อินพุต (ก๊าซตัวพา - อาร์กอน)

เมื่อวิเคราะห์สารที่มีความบริสุทธิ์สูง เมื่อจำเป็นต้องระบุองค์ประกอบที่มีเนื้อหาน้อยกว่า 10 -5% เช่นเดียวกับเมื่อวิเคราะห์สารพิษและสารกัมมันตภาพรังสี ตัวอย่างจะได้รับการบำบัดล่วงหน้า ตัวอย่างเช่น องค์ประกอบที่ถูกกำหนดจะถูกแยกบางส่วนหรือทั้งหมดออกจากฐานและถ่ายโอนไปยังสารละลายที่มีปริมาตรน้อยกว่าหรือเติมลงในสารที่มีมวลน้อยกว่าซึ่งสะดวกกว่าสำหรับการวิเคราะห์ ในการแยกส่วนประกอบของตัวอย่าง จะใช้การกลั่นแบบเศษส่วนของฐาน (ซึ่งมักมีสิ่งเจือปนน้อยกว่า) การดูดซับ การตกตะกอน การสกัด โครมาโตกราฟี และการแลกเปลี่ยนไอออน การวิเคราะห์สเปกตรัมโดยใช้วิธีทางเคมีที่แสดงความเข้มข้นของตัวอย่าง มักเรียกว่าการวิเคราะห์สเปกตรัมทางเคมี การดำเนินการเพิ่มเติมของการแยกและความเข้มข้นขององค์ประกอบที่กำหนดจะเพิ่มความซับซ้อนและระยะเวลาของการวิเคราะห์อย่างมีนัยสำคัญและทำให้ความแม่นยำแย่ลง (ค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานสัมพัทธ์ถึงค่า 0.2-0.3) แต่ลดขีด จำกัด การตรวจจับลง 10-100 เท่า

การวิเคราะห์สเปกตรัมเฉพาะด้านคือการวิเคราะห์ระดับไมโครสเปกตรัม (เฉพาะที่) ในกรณีนี้ ปริมาณไมโครของสาร (ความลึกของปล่องภูเขาไฟตั้งแต่สิบไมครอนไปจนถึงหลายไมครอน) มักจะถูกระเหยโดยพัลส์เลเซอร์ที่กระทำต่อส่วนของพื้นผิวตัวอย่างที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางหลายสิบไมครอน เพื่อกระตุ้นสเปกตรัม มักใช้การปล่อยประกายไฟแบบพัลส์ที่ซิงโครไนซ์กับพัลส์เลเซอร์ วิธีนี้ใช้ในการศึกษาแร่ธาตุและโลหะวิทยา

Spectra ถูกบันทึกโดยใช้สเปกโตรกราฟและสเปกโตรมิเตอร์ (ควอนโตมิเตอร์) อุปกรณ์เหล่านี้มีหลายประเภท ซึ่งแตกต่างกันไปตามรูรับแสง การกระจาย ความละเอียด และช่วงสเปกตรัมการทำงาน รูรับแสงขนาดใหญ่จำเป็นสำหรับการบันทึกการแผ่รังสีที่อ่อนแอ การกระจายตัวขนาดใหญ่จำเป็นสำหรับการแยกเส้นสเปกตรัมที่มีความยาวคลื่นใกล้เคียงกันเมื่อวิเคราะห์สารด้วยสเปกตรัมหลายเส้น เช่นเดียวกับการเพิ่มความไวของการวิเคราะห์ ตะแกรงการเลี้ยวเบน (แบน, เว้า, เกลียว, โฮโลแกรม, ทำโปรไฟล์) ที่มีตั้งแต่หลายร้อยถึงหลายพันเส้นต่อมิลลิเมตรถูกใช้เป็นอุปกรณ์กระจายแสง มักใช้ปริซึมควอตซ์หรือแก้วน้อยกว่ามาก

สเปกโตรกราฟ (รูปที่ 2) ซึ่งบันทึกสเปกตรัมบนแผ่นถ่ายภาพพิเศษหรือ (ไม่บ่อยนัก) บนฟิล์มถ่ายภาพ เป็นที่นิยมสำหรับการวิเคราะห์สเปกตรัมเชิงคุณภาพ เนื่องจาก ช่วยให้คุณศึกษาสเปกตรัมทั้งหมดของกลุ่มตัวอย่างได้ในคราวเดียว (ในพื้นที่ทำงานของอุปกรณ์) อย่างไรก็ตาม ยังใช้สำหรับการวิเคราะห์เชิงปริมาณด้วยเนื่องจากมีต้นทุนที่ต่ำ ความพร้อมใช้งาน และความง่ายในการบำรุงรักษา การเข้มขึ้นของเส้นสเปกตรัมบนแผ่นถ่ายภาพวัดโดยใช้ไมโครโฟโตมิเตอร์ (ไมโครเดนซิโตมิเตอร์) การใช้คอมพิวเตอร์หรือไมโครโปรเซสเซอร์ทำให้เกิดโหมดการวัดอัตโนมัติ การประมวลผลผลลัพธ์และผลลัพธ์ของผลการวิเคราะห์ขั้นสุดท้าย

รูปที่ 2. การออกแบบออปติคัลของสเปกโตรกราฟ: ช่องทางเข้า 1 ช่อง; กระจกมองข้าง 2 ทิศทาง; กระจก 3 ทรงกลม; ตะแกรงเลี้ยวเบน 4 อัน; ไฟส่องสว่างระดับ 5 ดวง; 6 สเกล; จาน 7 รูป

ข้าว. 3. แผนภาพควอนโตมิเตอร์ (จาก 40 ช่องบันทึก มีเพียง 3 ช่องเท่านั้นที่แสดง): 1-โพลีโครมาเตอร์; ตะแกรงเลี้ยวเบน 2 อัน; ช่องเอาต์พุต 3 ช่อง; ตัวคูณอิเล็กตรอน 4 ภาพ; ช่องใส่ของ 5 ช่อง; ขาตั้งกล้อง 6 อันพร้อมแหล่งกำเนิดแสง เครื่องกำเนิดประกายไฟและอาร์ค 7 เครื่อง อุปกรณ์บันทึกอิเล็กทรอนิกส์ 8 ชิ้น; คอมเพล็กซ์คอมพิวเตอร์ควบคุม 9 ตัว

สเปกโตรมิเตอร์ดำเนินการบันทึกโฟโตอิเล็กทริกของสัญญาณการวิเคราะห์โดยใช้โฟโตมัลติพลายเออร์ทูบ (PMT) พร้อมการประมวลผลข้อมูลอัตโนมัติบนคอมพิวเตอร์ โพลีโครมาเตอร์แบบหลายช่องโฟโตอิเล็กทริค (สูงสุด 40 ช่องขึ้นไป) ในควอนโตมิเตอร์ (รูปที่ 3) ช่วยให้สามารถบันทึกบรรทัดการวิเคราะห์ขององค์ประกอบที่กำหนดทั้งหมดที่ได้รับจากโปรแกรมได้พร้อมกัน เมื่อใช้การสแกนโมโนโครมาเตอร์ การวิเคราะห์หลายองค์ประกอบจะมั่นใจได้ด้วยการสแกนความเร็วสูงทั่วสเปกตรัมตามโปรแกรมที่กำหนด

ในการระบุองค์ประกอบ (C, S, P, As ฯลฯ) เส้นการวิเคราะห์ที่รุนแรงที่สุดซึ่งอยู่ในบริเวณ UV ของสเปกตรัมที่ความยาวคลื่นน้อยกว่า 180-200 นาโนเมตร จะใช้สเปกโตรมิเตอร์สุญญากาศ

เมื่อใช้ควอนตัมมิเตอร์ ระยะเวลาของการวิเคราะห์จะถูกกำหนดเป็นส่วนใหญ่โดยขั้นตอนในการเตรียมวัสดุเริ่มต้นสำหรับการวิเคราะห์ ลดเวลาในการเตรียมตัวอย่างลงได้อย่างมากด้วยการดำเนินการขั้นตอนที่ใช้เวลานานที่สุดโดยอัตโนมัติ เช่น การละลาย การนำสารละลายมาสู่องค์ประกอบมาตรฐาน การเกิดออกซิเดชันของโลหะ การบดและการผสมผง การสุ่มตัวอย่างที่มีมวลที่กำหนด ในหลายกรณี การวิเคราะห์สเปกตรัมแบบหลายองค์ประกอบจะดำเนินการภายในไม่กี่นาที ตัวอย่างเช่น เมื่อวิเคราะห์โซลูชันโดยใช้โฟโตอิเล็กทริกสเปกโตรมิเตอร์อัตโนมัติด้วยพลาสมาตรอน RF หรือเมื่อวิเคราะห์โลหะในระหว่างกระบวนการหลอมด้วยการจ่ายตัวอย่างอัตโนมัติไปยังแหล่งกำเนิดรังสี

บทนำ…………………………………………………………………….2

กลไกการแผ่รังสี……………………………………………………………………..3

การกระจายพลังงานในสเปกตรัม……………………………………………….4

ประเภทของสเปกตรัม……………………………………………………………………………………….6

ประเภทของการวิเคราะห์สเปกตรัม………………………………………………………7

สรุป……………………………………………………………………..9

วรรณคดี…………………………………………………………………….11

การแนะนำ

สเปกตรัมคือการสลายตัวของแสงออกเป็นส่วนประกอบต่างๆ ซึ่งเป็นรังสีที่มีสีต่างกัน

วิธีการศึกษาองค์ประกอบทางเคมีของสารต่าง ๆ จากสเปกตรัมการแผ่รังสีหรือการดูดซึมของสารนั้นเรียกว่า การวิเคราะห์สเปกตรัมการวิเคราะห์สเปกตรัมจำเป็นต้องใช้สารในปริมาณเล็กน้อย ความเร็วและความไวของมันทำให้วิธีนี้เป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้ทั้งในห้องปฏิบัติการและในฟิสิกส์ดาราศาสตร์ เนื่องจากองค์ประกอบทางเคมีแต่ละองค์ประกอบในตารางธาตุปล่อยสเปกตรัมการแผ่รังสีและการดูดกลืนแสงแบบเส้นซึ่งมีลักษณะเฉพาะสำหรับองค์ประกอบนั้นเท่านั้น จึงทำให้สามารถศึกษาองค์ประกอบทางเคมีของสารได้ นักฟิสิกส์ Kirchhoff และ Bunsen พยายามสร้างมันขึ้นมาครั้งแรกในปี 1859 โดยกำลังก่อสร้าง สเปกโตรสโคปแสงถูกส่งผ่านเข้าไปในช่องแคบๆ จากขอบด้านหนึ่งของกล้องโทรทรรศน์ (ท่อที่มีช่องนี้เรียกว่าคอลลิเมเตอร์) จากคอลลิเมเตอร์ รังสีตกลงบนปริซึมซึ่งมีกล่องที่บุด้วยกระดาษสีดำอยู่ข้างใน ปริซึมเบี่ยงเบนรังสีที่มาจากรอยกรีด ผลลัพธ์ที่ได้คือสเปกตรัม หลังจากนั้นพวกเขาก็ปิดหน้าต่างด้วยผ้าม่านและวางตะเกียงที่จุดไฟไว้ที่ช่องคอลลิเมเตอร์ ชิ้นส่วนของสสารต่างๆ ถูกป้อนสลับกันเข้าไปในเปลวเทียน และพวกมันก็มองผ่านกล้องโทรทรรศน์ตัวที่สองที่สเปกตรัมผลลัพธ์ ปรากฎว่าไอระเหยของแต่ละองค์ประกอบทำให้เกิดรังสีที่มีสีที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด และปริซึมก็เบนเข็มรังสีเหล่านี้ไปยังตำแหน่งที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด ดังนั้นจึงไม่มีสีใดสีหนึ่งสามารถปกปิดอีกสีหนึ่งได้ สิ่งนี้นำไปสู่ข้อสรุปว่ามีการค้นพบวิธีการวิเคราะห์ทางเคมีแบบใหม่อย่างสิ้นเชิง โดยใช้สเปกตรัมของสาร จากการค้นพบนี้ในปี พ.ศ. 2404 เคิร์ชฮอฟฟ์ได้พิสูจน์ว่ามีองค์ประกอบจำนวนหนึ่งอยู่ในโครโมสเฟียร์ของดวงอาทิตย์ ซึ่งเป็นการวางรากฐานสำหรับฟิสิกส์ดาราศาสตร์

กลไกการแผ่รังสี

แหล่งกำเนิดแสงจะต้องใช้พลังงาน แสงคือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่น 4*10 -7 - 8*10 -7 ม. คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าถูกปล่อยออกมาจากการเคลื่อนที่ด้วยความเร่งของอนุภาคที่มีประจุ อนุภาคที่มีประจุเหล่านี้เป็นส่วนหนึ่งของอะตอม แต่ไม่รู้ว่าอะตอมมีโครงสร้างอย่างไร ไม่สามารถพูดได้อย่างน่าเชื่อถือเกี่ยวกับกลไกการแผ่รังสี เห็นได้ชัดว่าไม่มีแสงภายในอะตอม เช่นเดียวกับที่ไม่มีเสียงในสายเปียโน เช่นเดียวกับเชือกที่เริ่มส่งเสียงหลังจากถูกทุบด้วยค้อนเท่านั้น อะตอมจะทำให้เกิดแสงหลังจากที่ตื่นเต้นเท่านั้น

เพื่อให้อะตอมเริ่มแผ่รังสีได้ จะต้องถ่ายโอนพลังงานไปให้อะตอมนั้น เมื่อปล่อยออกมา อะตอมจะสูญเสียพลังงานที่ได้รับ และเพื่อให้สสารเรืองแสงอย่างต่อเนื่อง จำเป็นต้องมีการไหลเข้าของพลังงานไปยังอะตอมจากภายนอก

การแผ่รังสีความร้อนการแผ่รังสีที่ง่ายและพบบ่อยที่สุดคือการแผ่รังสีความร้อน ซึ่งพลังงานที่อะตอมสูญเสียไปเพื่อเปล่งแสงจะถูกชดเชยด้วยพลังงานของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของอะตอมหรือ (โมเลกุล) ของตัวที่เปล่งแสง ยิ่งอุณหภูมิของร่างกายสูงขึ้น อะตอมก็จะเคลื่อนที่เร็วขึ้น เมื่ออะตอมเร็ว (โมเลกุล) ชนกัน พลังงานจลน์ส่วนหนึ่งของมันจะถูกแปลงเป็นพลังงานกระตุ้นของอะตอม จากนั้นจะปล่อยแสงออกมา

แหล่งกำเนิดความร้อนของรังสีคือดวงอาทิตย์เช่นเดียวกับหลอดไส้ธรรมดา หลอดไฟเป็นแหล่งที่สะดวกมาก แต่ราคาถูก เพียงประมาณ 12% ของพลังงานทั้งหมดที่ปล่อยออกมาจากกระแสไฟฟ้าในหลอดไฟจะถูกแปลงเป็นพลังงานแสง แหล่งความร้อนของแสงคือเปลวไฟ เม็ดเขม่าร้อนขึ้นเนื่องจากพลังงานที่ปล่อยออกมาระหว่างการเผาไหม้เชื้อเพลิงและเปล่งแสง

การเรืองแสงด้วยไฟฟ้าพลังงานที่อะตอมต้องการในการเปล่งแสงอาจมาจากแหล่งที่ไม่ใช่ความร้อนเช่นกัน ในระหว่างการปล่อยก๊าซ สนามไฟฟ้าจะให้พลังงานจลน์แก่อิเล็กตรอนมากขึ้น อิเล็กตรอนเร็วเกิดการชนกับอะตอม พลังงานจลน์ส่วนหนึ่งของอิเล็กตรอนไปกระตุ้นอะตอม อะตอมที่ถูกกระตุ้นจะปล่อยพลังงานออกมาในรูปของคลื่นแสง ด้วยเหตุนี้การปล่อยก๊าซจึงเกิดขึ้นพร้อมกับการเรืองแสง นี่คืออิเล็กโทรลูมิเนสเซนซ์

แคโทโดลูมิเนสเซนซ์การเรืองแสงของของแข็งที่เกิดจากการระดมยิงของอิเล็กตรอนเรียกว่าแคโทโดลูมิเนสเซนซ์ ต้องขอบคุณแคโทโดลูมิเนสเซนซ์ ทำให้หน้าจอของหลอดรังสีแคโทดของโทรทัศน์เรืองแสง

เคมีเรืองแสงในปฏิกิริยาเคมีบางชนิดที่ปล่อยพลังงาน พลังงานส่วนหนึ่งจะถูกส่งไปยังการปล่อยแสงโดยตรง แหล่งกำเนิดแสงยังคงเย็น (อยู่ที่อุณหภูมิแวดล้อม) ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าเคมีเรืองแสง

แสงเรืองแสงแสงที่ตกกระทบบนสารจะถูกสะท้อนบางส่วนและถูกดูดซับบางส่วน พลังงานของแสงที่ถูกดูดกลืนโดยส่วนใหญ่แล้วจะทำให้ร่างกายได้รับความร้อนเท่านั้น อย่างไรก็ตาม ร่างบางร่างเองก็เริ่มเรืองแสงโดยตรงภายใต้อิทธิพลของรังสีที่ตกกระทบกับร่างเหล่านั้น นี่คือแสงเรืองแสง แสงกระตุ้นอะตอมของสสาร (เพิ่มพลังงานภายใน) หลังจากนั้นพวกมันจะส่องสว่างเอง ตัวอย่างเช่น สีเรืองแสงที่ปกคลุมการตกแต่งต้นคริสต์มาสจำนวนมากจะปล่อยแสงหลังจากถูกฉายรังสี

โดยทั่วไป แสงที่ปล่อยออกมาระหว่างโฟโตลูมิเนสเซนซ์จะมีความยาวคลื่นมากกว่าแสงที่กระตุ้นแสงเรืองแสง สิ่งนี้สามารถสังเกตได้จากการทดลอง หากคุณเล็งลำแสงไปที่ภาชนะที่บรรจุฟลูออเรสไซต์ (สีย้อมอินทรีย์)

เมื่อผ่านตัวกรองแสงสีม่วง ของเหลวนี้จะเริ่มเรืองแสงเป็นแสงสีเขียวเหลือง นั่นคือแสงที่มีความยาวคลื่นมากกว่าแสงสีม่วง

ปรากฏการณ์โฟโตลูมิเนสเซนซ์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในหลอดฟลูออเรสเซนต์ นักฟิสิกส์ชาวโซเวียต S.I. Vavilov เสนอให้คลุมพื้นผิวด้านในของท่อระบายด้วยสารที่สามารถเรืองแสงได้อย่างสดใสภายใต้การกระทำของรังสีคลื่นสั้นจากการปล่อยก๊าซ หลอดฟลูออเรสเซนต์ประหยัดกว่าหลอดไส้ทั่วไปประมาณสามถึงสี่เท่า

มีการระบุประเภทรังสีหลักและแหล่งที่มาที่ก่อให้เกิดรังสีเหล่านี้ แหล่งกำเนิดรังสีที่พบบ่อยที่สุดคือความร้อน

การกระจายพลังงานในสเปกตรัม

บนหน้าจอด้านหลังปริซึมการหักเหของแสง สีเอกรงค์ในสเปกตรัมจะถูกจัดเรียงตามลำดับต่อไปนี้: สีแดง (ซึ่งมีความยาวคลื่นยาวที่สุดในบรรดาคลื่นแสงที่มองเห็นได้ (k = 7.6 (10-7 ม. และดัชนีการหักเหของแสงที่เล็กที่สุด), สีส้ม, สีเหลือง , เขียว, ฟ้า, น้ำเงิน และม่วง (มีความยาวคลื่นสั้นที่สุดในสเปกตรัมที่มองเห็นได้ (f = 4 (10-7 ม. และดัชนีการหักเหของแสงสูงสุด) ไม่มีแหล่งกำเนิดใดที่สร้างแสงสีเดียว นั่นคือแสงที่มีความยาวคลื่นกำหนดอย่างเคร่งครัด . การทดลองการสลายตัวของแสงเป็นสเปกตรัมโดยใช้ปริซึมรวมทั้งการทดลองเรื่องการรบกวนและการเลี้ยวเบน

พลังงานที่แสงนำติดตัวมาจากแหล่งกำเนิดจะถูกกระจายไปในลักษณะใดลักษณะหนึ่งเหนือคลื่นทุกความยาวที่ประกอบกันเป็นลำแสง เรายังบอกได้ว่าพลังงานถูกกระจายไปตามความถี่ เนื่องจากความยาวคลื่นและความถี่มีความสัมพันธ์อย่างง่าย: v = c

ความหนาแน่นฟลักซ์ของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าหรือความเข้ม / ถูกกำหนดโดยพลังงาน & W ที่เป็นของความถี่ทั้งหมด เพื่อระบุลักษณะการกระจายความถี่ของรังสี จำเป็นต้องป้อนปริมาณใหม่: ความเข้มต่อช่วงความถี่หนึ่งหน่วย ปริมาณนี้เรียกว่าความหนาแน่นสเปกตรัมของความเข้มของรังสี

ความหนาแน่นฟลักซ์รังสีสเปกตรัมสามารถพบได้จากการทดลอง ในการดำเนินการนี้ คุณจะต้องใช้ปริซึมเพื่อรับสเปกตรัมการแผ่รังสี เช่น ของส่วนโค้งไฟฟ้า และวัดความหนาแน่นของฟลักซ์การแผ่รังสีที่ตกลงในช่วงสเปกตรัมเล็กๆ ของความกว้าง Av

คุณไม่สามารถพึ่งพาสายตาของคุณเพื่อประเมินการกระจายพลังงานได้ ดวงตามีความไวต่อแสงแบบเลือกได้: ความไวสูงสุดนั้นอยู่ในขอบเขตสีเหลืองเขียวของสเปกตรัม วิธีที่ดีที่สุดคือใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติของวัตถุสีดำเพื่อดูดซับแสงทุกความยาวคลื่นได้เกือบทั้งหมด ในกรณีนี้ พลังงานรังสี (เช่น แสง) จะทำให้ร่างกายร้อนขึ้น ดังนั้นจึงเพียงพอที่จะวัดอุณหภูมิร่างกายและใช้เพื่อตัดสินปริมาณพลังงานที่ดูดซึมต่อหน่วยเวลา

เทอร์โมมิเตอร์ธรรมดามีความไวเกินกว่าจะใช้ในการทดลองดังกล่าวได้สำเร็จ จำเป็นต้องใช้เครื่องมือที่มีความละเอียดอ่อนมากขึ้นในการวัดอุณหภูมิ คุณสามารถใช้เทอร์โมมิเตอร์ไฟฟ้าซึ่งมีองค์ประกอบที่ละเอียดอ่อนทำในรูปแบบของแผ่นโลหะบาง ๆ แผ่นนี้จะต้องเคลือบด้วยเขม่าบาง ๆ ซึ่งดูดซับแสงได้ทุกความยาวคลื่นเกือบหมด

ควรวางแผ่นไวต่อความร้อนของอุปกรณ์ไว้ในที่ใดที่หนึ่งในช่วงสเปกตรัม สเปกตรัมความยาวที่มองเห็นได้ทั้งหมด l จากรังสีสีแดงถึงสีม่วง สอดคล้องกับช่วงความถี่ตั้งแต่ v cr ถึง y f ความกว้างสอดคล้องกับช่วง Av เล็กน้อย ด้วยการให้ความร้อนกับแผ่นสีดำของอุปกรณ์ เราสามารถตัดสินความหนาแน่นฟลักซ์การแผ่รังสีต่อช่วงความถี่ Av เมื่อเคลื่อนจานไปตามสเปกตรัม เราจะพบว่าพลังงานส่วนใหญ่อยู่ในส่วนสีแดงของสเปกตรัม ไม่ใช่สีเหลือง-เขียวอย่างที่ตาเห็น

จากผลการทดลองเหล่านี้ คุณสามารถสร้างเส้นโค้งของการพึ่งพาความหนาแน่นสเปกตรัมของความเข้มของรังสีต่อความถี่ได้ ความหนาแน่นสเปกตรัมของความเข้มของรังสีถูกกำหนดโดยอุณหภูมิของแผ่นและความถี่ก็หาได้ไม่ยากหากอุปกรณ์ที่ใช้ในการสลายแสงได้รับการปรับเทียบนั่นคือถ้ารู้ว่าความถี่ใดที่ส่วนหนึ่งของสเปกตรัมที่กำหนดนั้นสอดคล้องกัน ถึง.

โดยการวางแผนตามแกน abscissa ค่าของความถี่ที่สอดคล้องกับจุดกึ่งกลางของช่วงเวลา Av และตามแกนกำหนดความหนาแน่นสเปกตรัมของความเข้มของรังสีเราได้จุดจำนวนหนึ่งซึ่งเราสามารถวาดเส้นโค้งเรียบได้ เส้นโค้งนี้แสดงให้เห็นการกระจายตัวของพลังงานและส่วนที่มองเห็นได้ของสเปกตรัมของส่วนโค้งไฟฟ้า

วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีสมัยใหม่เป็นสิ่งที่คิดไม่ถึงหากปราศจากความรู้เกี่ยวกับองค์ประกอบทางเคมีของสารที่เป็นเป้าหมายของกิจกรรมของมนุษย์ แร่ธาตุที่นักธรณีวิทยาค้นพบ ตลอดจนสารและวัสดุใหม่ๆ ที่นักเคมีได้รับนั้นมีลักษณะเฉพาะโดยองค์ประกอบทางเคมีเป็นหลัก เพื่อดำเนินกระบวนการทางเทคโนโลยีอย่างเหมาะสมในภาคส่วนต่าง ๆ ของเศรษฐกิจของประเทศ จำเป็นต้องมีความรู้ที่ถูกต้องเกี่ยวกับองค์ประกอบทางเคมีของวัตถุดิบ ผลิตภัณฑ์ขั้นกลาง และผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป

การพัฒนาอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยีทำให้เกิดความต้องการใหม่เกี่ยวกับวิธีการวิเคราะห์สาร จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ คุณสามารถจำกัดตัวเองให้ตรวจวัดสิ่งเจือปนที่มีความเข้มข้นสูงถึง 10-2–10-3% ได้ การเกิดขึ้นและการพัฒนาอย่างรวดเร็วในช่วงหลังสงครามของอุตสาหกรรมวัสดุนิวเคลียร์ เช่นเดียวกับการผลิตเหล็กและโลหะผสมชนิดแข็ง ทนความร้อน และเหล็กและโลหะผสมพิเศษอื่นๆ จำเป็นต้องเพิ่มความไวของวิธีการวิเคราะห์เป็น 10-4–10 -6% เนื่องจากเป็นที่ยอมรับว่าการมีอยู่ของสิ่งเจือปนแม้ในปริมาณความเข้มข้นเล็กน้อยดังกล่าวส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อคุณสมบัติของวัสดุและกระบวนการทางเทคโนโลยีบางอย่าง

เมื่อเร็ว ๆ นี้ ในส่วนที่เกี่ยวข้องกับการพัฒนาของอุตสาหกรรมวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ ความต้องการความบริสุทธิ์ของสารที่สูงขึ้นไปอีก และผลที่ตามมาคือความไวของวิธีการวิเคราะห์ จึงจำเป็นต้องกำหนดสิ่งเจือปนซึ่งมีเนื้อหาเล็กน้อยมาก (10-7– 10-9%) แน่นอนว่าสารที่มีความบริสุทธิ์สูงเป็นพิเศษนั้นจำเป็นเฉพาะในแต่ละกรณีเท่านั้น แต่ในระดับหนึ่งหรืออย่างอื่น การเพิ่มความไวของการวิเคราะห์ได้กลายเป็นข้อกำหนดที่จำเป็นในเกือบทุกสาขาของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ในการผลิตวัสดุโพลีเมอร์ ความเข้มข้นของสิ่งเจือปนในสารตั้งต้น (โมโนเมอร์) มีขนาดใหญ่มาก - มักเป็นสิบหรือเป็นเปอร์เซ็นต์ทั้งหมดด้วยซ้ำ มีการค้นพบเมื่อเร็วๆ นี้ว่าคุณภาพของโพลีเมอร์สำเร็จรูปหลายชนิดขึ้นอยู่กับความบริสุทธิ์เป็นอย่างมาก ดังนั้นในปัจจุบันสารประกอบไม่อิ่มตัวเริ่มต้นและโมโนเมอร์อื่น ๆ บางส่วนจึงถูกตรวจสอบว่ามีสิ่งเจือปนหรือไม่ซึ่งมีเนื้อหาไม่ควรเกิน 10-2–10-4% ในด้านธรณีวิทยา มีการใช้วิธีไฮโดรเคมีในการสำรวจแหล่งสะสมแร่เพิ่มมากขึ้น เพื่อให้ประสบความสำเร็จในการใช้งาน จำเป็นต้องกำหนดเกลือของโลหะในน้ำธรรมชาติที่ความเข้มข้น 10-4–10-8 กรัม/ลิตร หรือน้อยกว่านั้นด้วยซ้ำ

ความต้องการที่เพิ่มขึ้นไม่เพียงแต่ขึ้นอยู่กับความอ่อนไหวของการวิเคราะห์เท่านั้น การนำกระบวนการทางเทคโนโลยีใหม่มาใช้ในการผลิตมักจะเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับการพัฒนาวิธีการที่ให้ความเร็วและความแม่นยำในการวิเคราะห์สูงเพียงพอ นอกจากนี้ วิธีการวิเคราะห์ยังต้องการประสิทธิภาพสูงและความสามารถในการทำให้การปฏิบัติงานแต่ละรายการหรือการวิเคราะห์ทั้งหมดเป็นแบบอัตโนมัติ วิธีการวิเคราะห์ทางเคมีไม่ตรงตามข้อกำหนดของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีสมัยใหม่เสมอไป ดังนั้นวิธีการทางเคมีกายภาพและกายภาพในการกำหนดองค์ประกอบทางเคมีซึ่งมีลักษณะที่มีคุณค่าหลายประการจึงถูกนำมาใช้ในทางปฏิบัติมากขึ้น ในบรรดาวิธีการเหล่านี้หนึ่งในสถานที่สำคัญนั้นถูกต้อง การวิเคราะห์สเปกตรัม

ด้วยการเลือกสรรสูงของการวิเคราะห์สเปกตรัม จึงเป็นไปได้โดยใช้แผนภาพวงจรเดียวกันบนอุปกรณ์เดียวกันในการวิเคราะห์สารที่หลากหลาย โดยเลือกเฉพาะเงื่อนไขที่เหมาะสมที่สุดในแต่ละกรณีเพื่อให้ได้ความเร็ว ความไว และความแม่นยำสูงสุด ของการวิเคราะห์ ดังนั้นแม้จะมีเทคนิคการวิเคราะห์จำนวนมากที่ออกแบบมาเพื่อวิเคราะห์วัตถุต่าง ๆ แต่ทั้งหมดก็ตั้งอยู่บนหลักการทั่วไป

การวิเคราะห์สเปกตรัมขึ้นอยู่กับการศึกษาโครงสร้างของแสงที่ปล่อยออกมาหรือดูดซับโดยสารที่กำลังวิเคราะห์ วิธีการวิเคราะห์สเปกตรัมแบ่งออกเป็น การปล่อยมลพิษ (การปล่อยก๊าซเรือนกระจก) และ การดูดซึม (การดูดซึม-การดูดซึม)

ลองพิจารณาโครงร่างการวิเคราะห์สเปกตรัมการปล่อยก๊าซ (รูปที่ 6.8a) เพื่อให้สารเปล่งแสงได้จำเป็นต้องถ่ายโอนพลังงานเพิ่มเติมไปให้ อะตอมและโมเลกุลของสารวิเคราะห์จะผ่านเข้าสู่สภาวะตื่นเต้น เมื่อกลับสู่สภาวะปกติ พวกมันจะปล่อยพลังงานส่วนเกินออกมาในรูปของแสง ธรรมชาติของแสงที่ปล่อยออกมาจากของแข็งหรือของเหลวมักจะขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางเคมีเพียงเล็กน้อย ดังนั้นจึงไม่สามารถใช้สำหรับการวิเคราะห์ได้ การแผ่รังสีจากก๊าซมีลักษณะแตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง ถูกกำหนดโดยองค์ประกอบของตัวอย่างที่วิเคราะห์ ในเรื่องนี้ในระหว่างการวิเคราะห์การปล่อยก๊าซจะต้องระเหยก่อนที่จะมีการกระตุ้นสาร

ข้าว. 6.8.

เอ - การปล่อยมลพิษ: ข – การดูดซึม: 1 - แหล่งกำเนิดแสง; 2 – คอนเดนเซอร์แสง; 3 – คิวเวตต์สำหรับตัวอย่างที่วิเคราะห์ 4 – เครื่องสเปกตรัม 5 – การลงทะเบียนคลื่นความถี่ 6 – การหาความยาวคลื่นของเส้นสเปกตรัมหรือแถบสเปกตรัม 7 – การวิเคราะห์เชิงคุณภาพของตัวอย่างโดยใช้ตารางและแผนที่ 8 – การกำหนดความเข้มของเส้นหรือแถบ 9 – การวิเคราะห์เชิงปริมาณของตัวอย่างโดยใช้กราฟการสอบเทียบ แลมบ์ – ความยาวคลื่น; J – ความเข้มของแบนด์

การระเหยและการกระตุ้นจะดำเนินการใน แหล่งกำเนิดแสง ซึ่งมีการแนะนำตัวอย่างที่วิเคราะห์แล้ว เปลวไฟอุณหภูมิสูงหรือการปล่อยกระแสไฟฟ้าในก๊าซประเภทต่างๆ ใช้เป็นแหล่งกำเนิดแสง: ส่วนโค้ง ประกายไฟ ฯลฯ เพื่อให้ได้กระแสไฟฟ้าที่มีคุณสมบัติที่ต้องการ ให้ใช้ เครื่องกำเนิดไฟฟ้า

อุณหภูมิสูง (หลายพันองศา) ในแหล่งกำเนิดแสงทำให้เกิดการแตกตัวของโมเลกุลของสสารส่วนใหญ่ออกเป็นอะตอม ดังนั้นตามกฎแล้วจึงใช้วิธีการปล่อยก๊าซเรือนกระจกสำหรับการวิเคราะห์อะตอมมิกและน้อยมากสำหรับการวิเคราะห์ระดับโมเลกุลเท่านั้น

การแผ่รังสีของแหล่งกำเนิดแสงประกอบด้วยการแผ่รังสีของอะตอมขององค์ประกอบทั้งหมดที่มีอยู่ในตัวอย่าง ในการวิเคราะห์จำเป็นต้องแยกการแผ่รังสีของแต่ละองค์ประกอบออก ทำได้โดยใช้เครื่องมือทางแสง - อุปกรณ์สเปกตรัม, ซึ่งรังสีแสงที่มีความยาวคลื่นต่างกันจะถูกแยกออกจากกันในอวกาศ การแผ่รังสีของแหล่งกำเนิดแสงซึ่งแบ่งออกเป็นความยาวคลื่นเรียกว่าสเปกตรัม

อุปกรณ์สเปกตรัมได้รับการออกแบบในลักษณะที่การสั่นสะเทือนของแสงแต่ละความยาวคลื่นที่เข้ามาในอุปกรณ์จะรวมกันเป็นเส้นเดียว มีคลื่นที่แตกต่างกันจำนวนเท่าใดในการแผ่รังสีของแหล่งกำเนิดแสงจึงได้เส้นจำนวนมากในอุปกรณ์สเปกตรัม

สเปกตรัมอะตอมขององค์ประกอบประกอบด้วยเส้นแต่ละเส้น เนื่องจากมีคลื่นจำเพาะเพียงบางส่วนในการแผ่รังสีของอะตอม (รูปที่ 6.9a) การแผ่รังสีจากของแข็งหรือของเหลวร้อนประกอบด้วยแสงทุกความยาวคลื่น เส้นแต่ละเส้นในอุปกรณ์สเปกตรัมจะรวมเข้าด้วยกัน รังสีดังกล่าวมีสเปกตรัมต่อเนื่อง (รูปที่ 6.9f) ตรงกันข้ามกับสเปกตรัมเส้นของอะตอม สเปกตรัมการปล่อยโมเลกุลของสารที่ไม่สลายตัวที่อุณหภูมิสูงจะถูกแยกเป็นแถบ (รูปที่ 6.96) แต่ละแถบประกอบด้วยเส้นจำนวนมากที่มีระยะห่างกันมาก

แสงที่สลายตัวเป็นสเปกตรัมในเครื่องสเปกตรัม สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่าหรือบันทึกโดยใช้ภาพถ่ายหรืออุปกรณ์โฟโตอิเล็กทริก การออกแบบเครื่องสเปกตรัมขึ้นอยู่กับวิธีการลงทะเบียนคลื่นความถี่ สำหรับการสังเกตสเปกตรัมด้วยสายตา ให้ใช้ สเปกโตรสโคป – กล้องเหล็ก และ สไตโลมิเตอร์ การถ่ายภาพสเปกตรัมดำเนินการโดยใช้ สเปกโตรกราฟ อุปกรณ์สเปกตรัม – โมโนโครม – ปล่อยให้แสงที่มีความยาวคลื่นหนึ่งถูกแยกออก จากนั้นจึงตรวจจับได้โดยใช้โฟโตเซลล์หรือตัวรับแสงไฟฟ้าอื่น

ข้าว. 6.9.

ก – ปกครอง; 6 – ลาย; มองเห็นแต่ละเส้นที่ประกอบเป็นแถบ วี - แข็ง. สถานที่ที่มืดที่สุดในสเปกตรัมสอดคล้องกับความเข้มของแสงสูงสุด (ภาพเนกาทีฟ) แลมบ์ – ความยาวคลื่น

ในการวิเคราะห์เชิงคุณภาพ จำเป็นต้องพิจารณาว่าองค์ประกอบใดที่ปล่อยออกมาจากเส้นเฉพาะในสเปกตรัมของกลุ่มตัวอย่างที่กำลังวิเคราะห์ ในการทำเช่นนี้คุณจะต้องค้นหาความยาวคลื่นของเส้นตามตำแหน่งในสเปกตรัมจากนั้นใช้ตารางเพื่อพิจารณาว่ามันเป็นขององค์ประกอบหนึ่งหรือองค์ประกอบอื่น หากต้องการดูภาพขยายสเปกตรัมบนแผ่นถ่ายภาพและกำหนดความยาวคลื่น ให้ใช้ กล้องจุลทรรศน์วัด , สเปกโตรโปรเจ็กเตอร์ และอุปกรณ์เสริมอื่นๆ

ความเข้มของเส้นสเปกตรัมจะเพิ่มขึ้นตามความเข้มข้นขององค์ประกอบในตัวอย่างที่เพิ่มขึ้น ดังนั้น เพื่อทำการวิเคราะห์เชิงปริมาณ จำเป็นต้องค้นหาความเข้มของเส้นสเปกตรัมเส้นหนึ่งขององค์ประกอบที่ต้องการหา ความเข้มของเส้นวัดได้จากการทำให้ดำคล้ำในภาพถ่ายสเปกตรัม ( สเปกโตรแกรม ) หรือทันทีโดยขนาดของฟลักซ์แสงที่โผล่ออกมาจากอุปกรณ์สเปกตรัม ปริมาณของการทำให้ดำคล้ำของเส้นบนสเปกโตรแกรมจะถูกกำหนดโดย ไมโครโฟโตมิเตอร์

สร้างความสัมพันธ์ระหว่างความเข้มของเส้นในสเปกตรัมและความเข้มข้นขององค์ประกอบในตัวอย่างที่วิเคราะห์โดยใช้ มาตรฐาน – ตัวอย่างที่คล้ายกับตัวอย่างที่กำลังวิเคราะห์ แต่มีองค์ประกอบทางเคมีที่ทราบแน่ชัด ความสัมพันธ์นี้มักจะแสดงในรูปแบบของกราฟการสอบเทียบ

รูปแบบการดำเนินการวิเคราะห์สเปกตรัมการดูดกลืนแสง (รูปที่ 6.8b) แตกต่างจากรูปแบบที่พิจารณาแล้วเฉพาะในส่วนเริ่มต้นเท่านั้น แหล่งกำเนิดแสงคือวัตถุแข็งที่ได้รับความร้อนหรือแหล่งกำเนิดรังสีต่อเนื่องอื่น ๆ เช่น การแผ่รังสีที่มีความยาวคลื่นเท่าใดก็ได้ ตัวอย่างที่วิเคราะห์จะถูกวางไว้ระหว่างแหล่งกำเนิดแสงและอุปกรณ์สเปกตรัม สเปกตรัมของสารประกอบด้วยความยาวคลื่นซึ่งความเข้มลดลงเมื่อแสงต่อเนื่องผ่านสารนี้ (รูปที่ 6.10) สะดวกในการพรรณนาสเปกตรัมการดูดกลืนแสงของสสารในรูปแบบกราฟิก การวางแผนความยาวคลื่นตามแกนแอบซิสซา และปริมาณการดูดกลืนแสงของสสารตามแนวแกนพิกัด

ข้าว. 6.10.

ก – ถ่ายภาพ; ข – กราฟิก; I – สเปกตรัมของแหล่งกำเนิดแสงต่อเนื่อง II – สเปกตรัมของรังสีเดียวกันหลังจากผ่านตัวอย่างที่วิเคราะห์

สเปกตรัมการดูดกลืนแสงได้มาโดยใช้อุปกรณ์สเปกตรัม - สเปกโตรโฟโตมิเตอร์, ซึ่งรวมถึงแหล่งกำเนิดแสงต่อเนื่อง โมโนโครเมเตอร์ และอุปกรณ์บันทึก

มิฉะนั้น แผนการดำเนินการวิเคราะห์การดูดซับและการปล่อยก๊าซจะเหมือนกัน

การวิเคราะห์สเปกตรัมโดยใช้สเปกตรัมการแผ่รังสีหรือการดูดกลืนแสงประกอบด้วยการดำเนินการต่อไปนี้

• 1. การรับสเปกตรัมของกลุ่มตัวอย่างที่วิเคราะห์
• 2. การกำหนดความยาวคลื่นของเส้นสเปกตรัมหรือแถบสเปกตรัม หลังจากนี้การใช้ตารางหรือแผนที่จะมีการสร้างองค์ประกอบหรือสารประกอบบางอย่างขึ้นเช่น ค้นหาองค์ประกอบเชิงคุณภาพของตัวอย่าง
• 3. การวัดความเข้มของเส้นสเปกตรัมหรือแถบขององค์ประกอบหรือสารประกอบบางชนิด ซึ่งทำให้สามารถค้นหาความเข้มข้นของพวกมันในตัวอย่างที่วิเคราะห์ได้โดยใช้กราฟการสอบเทียบที่สร้างขึ้นก่อนหน้านี้โดยใช้มาตรฐาน เช่น ค้นหาองค์ประกอบเชิงปริมาณของกลุ่มตัวอย่าง

กระบวนการทั้งหมดของการวิเคราะห์สเปกตรัมประกอบด้วยหลายขั้นตอนดังที่เราได้เห็นไปแล้ว ขั้นตอนเหล่านี้สามารถศึกษาได้ตามลำดับ โดยแยกจากกัน จากนั้นจึงตรวจสอบความสัมพันธ์ระหว่างกัน

เมื่อใช้การวิเคราะห์สเปกตรัม คุณสามารถระบุทั้งองค์ประกอบอะตอม (ประถมศึกษา) และโมเลกุลของสารได้ การวิเคราะห์สเปกตรัมทำให้สามารถค้นพบส่วนประกอบแต่ละส่วนของตัวอย่างที่วิเคราะห์ได้ในเชิงคุณภาพ และระบุความเข้มข้นของส่วนประกอบเหล่านั้นในเชิงปริมาณ

สารที่มีคุณสมบัติทางเคมีคล้ายกันมาก ซึ่งยากหรือเป็นไปไม่ได้เลยที่จะวิเคราะห์ด้วยวิธีการทางเคมี จะถูกกำหนดทางสเปกตรัมอย่างง่ายดาย ตัวอย่างเช่น การวิเคราะห์ส่วนผสมของธาตุหายากหรือส่วนผสมของก๊าซมีตระกูลนั้นค่อนข้างง่าย การใช้การวิเคราะห์สเปกตรัม ทำให้สามารถระบุสารประกอบอินทรีย์ไอโซเมอร์ที่มีคุณสมบัติทางเคมีคล้ายกันมากได้

วิธีการวิเคราะห์สเปกตรัมของอะตอม ทั้งเชิงคุณภาพและเชิงปริมาณ ในปัจจุบันมีการพัฒนาดีกว่าวิธีเชิงโมเลกุลมาก และมีการใช้งานจริงในวงกว้างมากขึ้น การวิเคราะห์สเปกตรัมอะตอม ใช้ในการวิเคราะห์วัตถุที่หลากหลาย ขอบเขตการใช้งานกว้างมาก: โลหะวิทยาที่มีกลุ่มเหล็กและไม่ใช่เหล็ก วิศวกรรมเครื่องกล ธรณีวิทยา เคมี ชีววิทยา ดาราศาสตร์ฟิสิกส์ และสาขาวิทยาศาสตร์และอุตสาหกรรมอื่นๆ อีกมากมาย

ควรสังเกตว่าความกว้างและขอบเขตของการประยุกต์ใช้การวิเคราะห์สเปกตรัมระดับโมเลกุลในทางปฏิบัติ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเร็วๆ นี้ กำลังเติบโตอย่างรวดเร็วและต่อเนื่อง สาเหตุหลักมาจากการพัฒนาและการผลิตอุปกรณ์วิเคราะห์สเปกตรัมสำหรับวิธีนี้

การใช้งานการวิเคราะห์สเปกตรัมระดับโมเลกุลครอบคลุมถึงสารอินทรีย์เป็นส่วนใหญ่ แม้ว่าสารประกอบอนินทรีย์ก็สามารถวิเคราะห์ได้สำเร็จเช่นกัน การวิเคราะห์สเปกตรัมระดับโมเลกุล มีการนำไปใช้ในอุตสาหกรรมเคมี การกลั่นน้ำมัน และเคมีเภสัชภัณฑ์เป็นหลัก

ความไวของการวิเคราะห์สเปกตรัมนั้นสูงมาก ความเข้มข้นต่ำสุดของสารวิเคราะห์ที่สามารถตรวจจับและวัดได้โดยวิธีสเปกตรัมจะแตกต่างกันไปอย่างมาก ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของสารนี้และองค์ประกอบของตัวอย่างที่วิเคราะห์ การวิเคราะห์โดยตรงเพื่อระบุโลหะส่วนใหญ่และองค์ประกอบอื่นๆ อีกจำนวนหนึ่งสามารถบรรลุความไวที่ 10-3– ได้อย่างง่ายดาย และสำหรับสารบางชนิดอาจสูงถึง 10-5–1-6% อีกด้วย และเฉพาะในกรณีที่ไม่พึงประสงค์โดยเฉพาะ ความไวจะลดลงเหลือ 10-1–10-2% การใช้การแยกเบื้องต้นของสิ่งเจือปนจากฐานตัวอย่างสามารถเพิ่มความไวของการวิเคราะห์ได้อย่างมาก (บ่อยครั้งหลายพันครั้ง) เนื่องจากมีความไวสูง การวิเคราะห์สเปกตรัมของอะตอมจึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการวิเคราะห์โลหะบริสุทธิ์และบริสุทธิ์สูง ในธรณีเคมีและวิทยาศาสตร์ดิน เพื่อกำหนดความเข้มข้นระดับจุลภาคขององค์ประกอบต่างๆ รวมถึงธาตุหายากและธาตุรอง ในอุตสาหกรรมวัสดุอะตอมและเซมิคอนดักเตอร์

ความไวของการวิเคราะห์สเปกตรัมระดับโมเลกุลสำหรับสารต่างๆ จะแตกต่างกันไปตามขีดจำกัดที่กว้างขึ้น ในบางกรณี เป็นการยากที่จะระบุสารที่มีเนื้อหาในตัวอย่างที่วิเคราะห์เป็นเปอร์เซ็นต์และหนึ่งในสิบของเปอร์เซ็นต์ แต่ตัวอย่างก็มีความไวสูงมากในการวิเคราะห์ระดับโมเลกุลที่ 10-7–10-8% ความแม่นยำของการวิเคราะห์สเปกตรัมอะตอมขึ้นอยู่กับองค์ประกอบและโครงสร้างของวัตถุที่วิเคราะห์ เมื่อวิเคราะห์ตัวอย่างที่มีโครงสร้างและองค์ประกอบคล้ายกัน จะทำให้เกิดความแม่นยำสูงได้อย่างง่ายดาย ข้อผิดพลาดในกรณีนี้จะต้องไม่เกิน ±1–3% สัมพันธ์กับค่าที่กำหนด ตัวอย่างเช่น การวิเคราะห์สเปกตรัมอนุกรมของโลหะและโลหะผสมจึงมีความแม่นยำ ในสาขาวิศวกรรมโลหะวิทยาและเครื่องกล การวิเคราะห์สเปกตรัมได้กลายเป็นวิธีการวิเคราะห์หลักไปแล้ว

ความแม่นยำในการวิเคราะห์สารที่มีองค์ประกอบและโครงสร้างแตกต่างกันอย่างมากในแต่ละตัวอย่างนั้นลดลงอย่างมาก แต่เมื่อเร็วๆ นี้ สถานการณ์ในด้านนี้ก็ดีขึ้นอย่างเห็นได้ชัด การวิเคราะห์สเปกตรัมเชิงปริมาณของแร่ แร่ธาตุ หิน ตะกรัน และวัตถุที่คล้ายกันกลายเป็นไปได้ แม้ว่าปัญหาจะยังไม่ได้รับการแก้ไขอย่างสมบูรณ์ แต่ปัจจุบันการวิเคราะห์เชิงปริมาณของตัวอย่างที่ไม่ใช่โลหะถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่างๆ ในสาขาโลหะวิทยา ธรณีวิทยา ในการผลิตวัสดุทนไฟ แก้ว และผลิตภัณฑ์ประเภทอื่นๆ

ข้อผิดพลาดสัมพัทธ์ของการกำหนดในการวิเคราะห์สเปกตรัมอะตอมขึ้นอยู่กับความเข้มข้นเพียงเล็กน้อย โดยจะยังคงค่านี้เกือบคงที่ทั้งเมื่อวิเคราะห์สิ่งเจือปนและสารเติมแต่งขนาดเล็ก และเมื่อพิจารณาส่วนประกอบหลักของตัวอย่าง ความแม่นยำของวิธีการวิเคราะห์ทางเคมีจะลดลงอย่างมากเมื่อเปลี่ยนไปใช้การระบุสิ่งเจือปน ดังนั้นการวิเคราะห์สเปกตรัมของอะตอมจึงมีความแม่นยำมากกว่าการวิเคราะห์ทางเคมีในบริเวณที่มีความเข้มข้นต่ำ ที่ความเข้มข้นเฉลี่ย (0.1–1%) ของสารที่กำหนด ความแม่นยำของทั้งสองวิธีจะใกล้เคียงกัน แต่ในบริเวณที่มีความเข้มข้นสูง ความแม่นยำของการวิเคราะห์ทางเคมีมักจะสูงกว่า การวิเคราะห์สเปกตรัมระดับโมเลกุลมักจะให้ความแม่นยำในการกำหนดที่สูงกว่าการวิเคราะห์เชิงอะตอม และไม่ด้อยไปกว่าความแม่นยำในการวิเคราะห์ทางเคมีแม้ที่ความเข้มข้นสูง

ความเร็วของการวิเคราะห์สเปกตรัมมีความเร็วมากกว่าความเร็วของการวิเคราะห์ด้วยวิธีอื่นๆ อย่างมาก สิ่งนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าการวิเคราะห์สเปกตรัมไม่จำเป็นต้องแยกตัวอย่างออกเป็นส่วนประกอบแต่ละส่วนในเบื้องต้น นอกจากนี้การวิเคราะห์ยังรวดเร็วมากอีกด้วย ดังนั้น เมื่อใช้วิธีการวิเคราะห์สเปกตรัมที่ทันสมัย ​​การระบุเชิงปริมาณที่แม่นยำของส่วนประกอบต่างๆ ในตัวอย่างที่ซับซ้อนจะใช้เวลาเพียงไม่กี่นาทีนับจากช่วงเวลาที่ตัวอย่างถูกส่งไปยังห้องปฏิบัติการจนกระทั่งได้รับผลการวิเคราะห์ แน่นอนว่าเวลาในการวิเคราะห์จะเพิ่มขึ้นเมื่อต้องมีการปรับสภาพตัวอย่างล่วงหน้าเพื่อปรับปรุงความแม่นยำหรือความไว

การวิเคราะห์สเปกตรัมที่มีความเร็วสูงมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับประสิทธิภาพการผลิตที่สูง ซึ่งมีความสำคัญมากสำหรับการวิเคราะห์มวล เนื่องจากความสามารถในการผลิตสูงและการใช้รีเอเจนต์และวัสดุอื่นๆ ต่ำ ค่าใช้จ่ายในการวิเคราะห์หนึ่งครั้งเมื่อใช้วิธีการสเปกตรัมจึงมักจะต่ำ แม้ว่าจะมีต้นทุนเริ่มแรกที่สำคัญในการซื้ออุปกรณ์วิเคราะห์สเปกตรัมก็ตาม ยิ่งไปกว่านั้น ตามกฎแล้ว ยิ่งต้นทุนเริ่มต้นสูงขึ้นและยิ่งการเตรียมเทคนิคการวิเคราะห์เบื้องต้นซับซ้อนมากขึ้นเท่าใด การวิเคราะห์จำนวนมากก็จะยิ่งเร็วและถูกลงเท่านั้น

โดยแก่นแท้แล้ว การวิเคราะห์สเปกตรัมเป็นวิธีการใช้เครื่องมือ เมื่อใช้อุปกรณ์ที่ทันสมัย ​​จำนวนการปฏิบัติงานที่ต้องอาศัยการแทรกแซงของนักสเปกโทรสโกปีมีน้อย เป็นที่ยอมรับแล้วว่าการดำเนินการที่เหลือเหล่านี้สามารถทำให้เป็นอัตโนมัติได้ ดังนั้น การวิเคราะห์สเปกตรัมทำให้สามารถกำหนดองค์ประกอบทางเคมีของสารได้โดยอัตโนมัติอย่างสมบูรณ์

การวิเคราะห์สเปกตรัมเป็นแบบสากล ด้วยความช่วยเหลือนี้ คุณสามารถระบุองค์ประกอบและสารประกอบได้เกือบทุกชนิดในวัตถุวิเคราะห์ที่เป็นของแข็ง ของเหลว และก๊าซที่หลากหลาย

การวิเคราะห์สเปกตรัมมีลักษณะเฉพาะด้วยการเลือกสูง ซึ่งหมายความว่าสารเกือบทุกชนิดสามารถตรวจวัดในเชิงคุณภาพและเชิงปริมาณในตัวอย่างที่มีความซับซ้อนได้โดยไม่ต้องแยกออกจากกัน

สเปกตรัมการปล่อย. องค์ประกอบสเปกตรัมของรังสีสำหรับสารต่าง ๆ มีลักษณะที่หลากหลายมาก อย่างไรก็ตาม สเปกตรัมทั้งหมดแบ่งออกเป็นสามประเภท: ก) สเปกตรัมต่อเนื่อง; b) สเปกตรัมของเส้น; c) สเปกตรัมแบบแถบ

ก) สเปกตรัมต่อเนื่อง. วัตถุและก๊าซที่เป็นของแข็งและของเหลวที่ได้รับความร้อน (ที่ความดันสูง) จะปล่อยแสง ซึ่งการสลายตัวทำให้เกิดสเปกตรัมต่อเนื่อง ซึ่งสีสเปกตรัมจะเปลี่ยนเป็นสีอื่นอย่างต่อเนื่อง ธรรมชาติของสเปกตรัมต่อเนื่องและความจริงของการดำรงอยู่ของมันนั้นไม่เพียงถูกกำหนดโดยคุณสมบัติของอะตอมที่เปล่งออกมาแต่ละตัวเท่านั้น แต่ยังรวมถึงปฏิสัมพันธ์ของอะตอมซึ่งกันและกันด้วย สเปกตรัมต่อเนื่องจะเหมือนกันสำหรับสารต่างๆ ดังนั้นจึงไม่สามารถใช้ระบุองค์ประกอบของสารได้

ข) สเปกตรัมเส้น (อะตอม). อะตอมที่ถูกกระตุ้นของก๊าซหรือไอระเหยที่ทำให้บริสุทธิ์จะปล่อยแสง ซึ่งการสลายตัวทำให้เกิดสเปกตรัมเส้นที่ประกอบด้วยเส้นสีแต่ละเส้น องค์ประกอบทางเคมีแต่ละชนิดมีสเปกตรัมเส้นลักษณะเฉพาะ อะตอมของสารดังกล่าวไม่มีปฏิกิริยาต่อกันและปล่อยแสงที่ความยาวคลื่นบางช่วงเท่านั้น อะตอมที่แยกได้ขององค์ประกอบทางเคมีที่กำหนดจะปล่อยความยาวคลื่นที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด ซึ่งช่วยให้เราสามารถตัดสินองค์ประกอบทางเคมีของแหล่งกำเนิดแสงจากเส้นสเปกตรัมได้

วี) สเปกตรัมโมเลกุล (แถบสี)สเปกตรัมของโมเลกุลประกอบด้วยเส้นแต่ละเส้นจำนวนมาก รวมกันเป็นแถบ ชัดเจนที่ปลายด้านหนึ่งและพร่ามัวที่อีกด้านหนึ่ง สเปกตรัมแบบสไทรพ์นั้นต่างจากสเปกตรัมเส้นตรงที่ไม่ได้ถูกสร้างขึ้นโดยอะตอม แต่เกิดจากโมเลกุลที่ไม่ได้ถูกผูกมัดหรือถูกผูกมัดอย่างอ่อนต่อกัน ชุดของเส้นที่ใกล้เคียงกันมากจะถูกจัดกลุ่มไว้เป็นส่วนๆ ของสเปกตรัมและเต็มแถบทั้งหมด ในปี พ.ศ. 2403 นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน G. Kirchhoff และ R. Bunsen ซึ่งศึกษาสเปกตรัมของโลหะได้สร้างข้อเท็จจริงดังต่อไปนี้:

1) โลหะแต่ละชนิดมีสเปกตรัมของตัวเอง

2) สเปกตรัมของโลหะแต่ละชนิดมีค่าคงที่อย่างเคร่งครัด

3) การนำเกลือของโลหะชนิดเดียวกันเข้าไปในเปลวไฟของเตาจะทำให้เกิดสเปกตรัมเดียวกันเสมอ

4) เมื่อนำส่วนผสมของเกลือของโลหะหลายชนิดเข้าไปในเปลวไฟ เส้นทั้งหมดจะปรากฏในสเปกตรัมพร้อมกัน

5) ความสว่างของเส้นสเปกตรัมขึ้นอยู่กับความเข้มข้นขององค์ประกอบในสารที่กำหนด

สเปกตรัมการดูดซึมหากแสงสีขาวจากแหล่งกำเนิดที่สร้างสเปกตรัมต่อเนื่องถูกส่งผ่านไอของสารภายใต้การศึกษาแล้วสลายตัวเป็นสเปกตรัม จากนั้นจะสังเกตเห็นเส้นการดูดกลืนแสงมืดเทียบกับพื้นหลังของสเปกตรัมต่อเนื่องในสถานที่เดียวกันกับเส้นการแผ่รังสี สเปกตรัมของไอขององค์ประกอบที่กำลังศึกษาอยู่จะอยู่ที่ สเปกตรัมดังกล่าวเรียกว่าสเปกตรัมการดูดกลืนแสงของอะตอม

สสารทั้งหมดที่อะตอมอยู่ในสถานะตื่นเต้นจะปล่อยคลื่นแสงออกมา ซึ่งมีการกระจายพลังงานในลักษณะใดลักษณะหนึ่งตามความยาวคลื่น การดูดกลืนแสงจากสสารยังขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นด้วย อะตอมดูดซับรังสีที่ความยาวคลื่นที่สามารถเปล่งออกมาได้ที่อุณหภูมิที่กำหนดเท่านั้น

การวิเคราะห์สเปกตรัมปรากฏการณ์การกระจายตัวถูกนำมาใช้ในวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีในรูปแบบของวิธีการกำหนดองค์ประกอบของสารที่เรียกว่าการวิเคราะห์สเปกตรัม วิธีการนี้อาศัยการศึกษาแสงที่ปล่อยออกมาหรือดูดซับโดยสาร การวิเคราะห์สเปกตรัมเป็นวิธีการศึกษาองค์ประกอบทางเคมีของสารโดยอาศัยการศึกษาสเปกตรัมของสารนั้น

อุปกรณ์สเปกตรัม. เครื่องมือสเปกตรัมใช้ในการรับและศึกษาสเปกตรัม อุปกรณ์สเปกตรัมที่ง่ายที่สุดคือปริซึมและตะแกรงเลี้ยวเบน สิ่งที่แม่นยำกว่าคือสเปกโตรสโคปและสเปกโตรกราฟ

สเปกโตรสโคปเป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในการตรวจสอบองค์ประกอบสเปกตรัมของแสงที่ปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิดด้วยสายตา หากสเปกตรัมถูกบันทึกลงบนแผ่นถ่ายภาพ อุปกรณ์นั้นจะถูกเรียก สเปกโตรกราฟ

การประยุกต์ใช้การวิเคราะห์สเปกตรัม. สเปกตรัมเส้นมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งเนื่องจากโครงสร้างของมันเกี่ยวข้องโดยตรงกับโครงสร้างของอะตอม ท้ายที่สุดแล้ว สเปกตรัมเหล่านี้ถูกสร้างขึ้นโดยอะตอมที่ไม่ได้รับอิทธิพลจากภายนอก องค์ประกอบของสารผสมอินทรีย์เชิงซ้อนส่วนใหญ่ได้รับการวิเคราะห์โดยสเปกตรัมโมเลกุล

การใช้การวิเคราะห์สเปกตรัมทำให้สามารถตรวจจับองค์ประกอบที่กำหนดในองค์ประกอบของสารที่ซับซ้อนได้แม้ว่ามวลของมันจะไม่เกิน 10 -10 กรัมก็ตาม เส้นที่มีอยู่ในองค์ประกอบที่กำหนดทำให้สามารถตัดสินการมีอยู่ของมันในเชิงคุณภาพได้ ความสว่างของเส้นทำให้สามารถ (ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขการกระตุ้นมาตรฐาน) เพื่อตัดสินการมีอยู่ขององค์ประกอบเฉพาะในเชิงปริมาณ

การวิเคราะห์สเปกตรัมสามารถทำได้โดยใช้สเปกตรัมการดูดกลืนแสง ในดาราศาสตร์ฟิสิกส์ คุณลักษณะทางกายภาพหลายประการของวัตถุสามารถกำหนดได้จากสเปกตรัม เช่น อุณหภูมิ ความดัน ความเร็วของการเคลื่อนที่ การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก ฯลฯ เมื่อใช้การวิเคราะห์สเปกตรัม องค์ประกอบทางเคมีของแร่และแร่ธาตุจะถูกกำหนด

การประยุกต์ใช้การวิเคราะห์สเปกตรัมหลักๆ ได้แก่ การวิจัยทางกายภาพและเคมี วิศวกรรมเครื่องกล โลหะวิทยา อุตสาหกรรมนิวเคลียร์ ดาราศาสตร์ ฟิสิกส์ดาราศาสตร์ นิติเวช

เทคโนโลยีสมัยใหม่สำหรับการสร้างวัสดุก่อสร้างล่าสุด (โลหะ-พลาสติก พลาสติก) เชื่อมโยงโดยตรงกับวิทยาศาสตร์พื้นฐาน เช่น เคมีและฟิสิกส์ วิทยาศาสตร์เหล่านี้ใช้วิธีการศึกษาสารสมัยใหม่ ดังนั้นการวิเคราะห์สเปกตรัมจึงสามารถใช้เพื่อกำหนดองค์ประกอบทางเคมีของวัสดุก่อสร้างจากสเปกตรัมได้