Análisis espectral
La versión actual de la página aún no ha sido revisada por colaboradores experimentados y puede diferir significativamente de la versión revisada el 12 de enero de 2022; la verificación requiere 1 edición . Para la película, ver el artículo " Análisis espectral (película) ".El análisis espectral es un conjunto de métodos para la determinación cualitativa y cuantitativa de la composición de un objeto, basado en el estudio de los espectros de interacción de la materia con la radiación, incluidos los espectros de radiación electromagnética, ondas acústicas, distribuciones de masa y energía de elementos elementales. partículas, etc. [1] .
Según el propósito del análisis y los tipos de espectros, existen varios métodos de análisis espectral. Los análisis espectrales atómicos y moleculares permiten determinar la composición elemental y molecular de una sustancia, respectivamente. En los métodos de emisión y absorción , la composición se determina a partir de los espectros de emisión y absorción.
El análisis espectrométrico de masas se lleva a cabo utilizando los espectros de masas de iones atómicos o moleculares y permite determinar la composición isotópica de un objeto.
Historia
Las líneas oscuras en las franjas espectrales se notaron hace mucho tiempo (por ejemplo, Wollaston las notó ), pero el primer estudio serio de estas líneas fue realizado solo en 1814 por Josef Fraunhofer . El efecto se denominó " líneas de Fraunhofer " en su honor. Fraunhofer estableció la estabilidad de la posición de las líneas, compiló su tabla (contó 574 líneas en total), asignó un código alfanumérico a cada una. Igualmente importante fue su conclusión de que las líneas no están asociadas ni con el material óptico ni con la atmósfera terrestre , sino que son una característica natural de la luz solar. Encontró líneas similares en fuentes de luz artificial, así como en los espectros de Venus y Sirio .
Pronto quedó claro que una de las líneas más claras siempre aparece en presencia de sodio . En 1859, G. Kirchhoff y R. Bunsen, después de una serie de experimentos, concluyeron que cada elemento químico tiene su propio espectro de líneas único y que el espectro de los cuerpos celestes puede usarse para sacar conclusiones sobre la composición de su materia. A partir de ese momento apareció en la ciencia el análisis espectral, un poderoso método para la determinación remota de la composición química.
Para probar el método en 1868, la Academia de Ciencias de París organizó una expedición a la India, donde se avecinaba un eclipse solar total. Allí, los científicos encontraron que todas las líneas oscuras en el momento del eclipse, cuando el espectro de emisión cambió el espectro de absorción de la corona solar , se volvieron, como se predijo, brillantes sobre un fondo oscuro.
La naturaleza de cada una de las líneas, su conexión con los elementos químicos fueron aclarados gradualmente. En 1860, Kirchhoff y Bunsen descubrieron el cesio mediante análisis espectral , y en 1861, el rubidio . También en 1861, William Crookes descubrió el talio mediante análisis espectral . Y el helio fue descubierto en el Sol 27 años antes que en la Tierra (1868 y 1895, respectivamente).
En 1933, en el Instituto de Tecnología Histórica de Leningrado, se aplicó por primera vez el análisis espectral a productos metálicos antiguos. [2]
Cómo funciona
Los átomos de cada elemento químico tienen frecuencias de resonancia estrictamente definidas, por lo que es en estas frecuencias que emiten o absorben luz.
Las líneas oscuras aparecen cuando los electrones ubicados en los niveles de energía más bajos de un átomo, bajo la influencia de la radiación de una fuente de luz, suben simultáneamente a un nivel más alto, mientras absorben ondas de luz de una cierta longitud de onda, e inmediatamente después vuelven al anterior. nivel, emitiendo ondas de la misma longitud de onda hacia atrás, pero dado que esta radiación se dispersa uniformemente en todas las direcciones, en contraste con la radiación dirigida desde la fuente inicial, las líneas oscuras son visibles en los espectros en el lugar / lugares correspondientes a una determinada longitud de onda / longitudes de onda. Estas longitudes de onda son diferentes para cada sustancia y están determinadas por la diferencia de energía entre los niveles de energía electrónica en los átomos de esa sustancia.
El número de tales líneas para una sustancia particular es igual al número de posibles variantes singulares de transiciones de electrones entre niveles de energía; por ejemplo, si los electrones en los átomos de una sustancia en particular están ubicados en dos niveles, solo es posible una transición: del nivel interno al externo (y viceversa), y habrá una línea oscura en el espectrograma para esta sustancia . Si hay tres niveles de energía electrónica, entonces ya hay tres posibles opciones de transición (1-2, 2-3, 1-3) y también habrá tres líneas oscuras en el espectrograma.
La intensidad de las líneas depende de la cantidad de materia y de su estado. En el análisis espectral cuantitativo, el contenido de la sustancia de prueba está determinado por las intensidades relativas o absolutas de las líneas o bandas en los espectros.
El análisis espectral óptico se caracteriza por una relativa facilidad de implementación, la ausencia de una preparación compleja de las muestras para el análisis y una pequeña cantidad de la sustancia requerida para el análisis (entre 10 y 30 mg).
Los espectros atómicos (absorción o emisión) se obtienen transfiriendo una sustancia a un estado de vapor calentando la muestra a 1000-10000 °C. Como fuentes de excitación de átomos en el análisis de emisión de materiales conductores, se utilizan una chispa, un arco de corriente alterna; mientras que la muestra se coloca en el cráter de uno de los electrodos de carbón. Las llamas o plasmas de varios gases se utilizan ampliamente para analizar soluciones.
Aplicación
Recientemente, los métodos de espectrometría de masas y de emisión de análisis espectral basados en la excitación de átomos y su ionización en el plasma de argón de descargas inductivas, así como en una chispa láser, se han vuelto más utilizados.
El análisis espectral es un método sensible y se usa ampliamente en química analítica , astrofísica, metalurgia, ingeniería mecánica, exploración geológica, arqueología y otras ramas de la ciencia.
En la teoría del procesamiento de señales, el análisis espectral significa el análisis de la distribución de la energía de la señal (por ejemplo, sonido) sobre frecuencias, números de onda, etc.
Véase también
Notas
- ↑ Gran Enciclopedia Rusa : [en 35 volúmenes] / cap. edición Yu. S. Osipov . - M. : Gran Enciclopedia Rusa, 2004-2017.
- ↑ N. M. Lapotyshkin . en el mundo de las aleaciones. M.: Enlightenment, 1973. p.51
Literatura
- Sobel'man, II Introducción a la teoría de los espectros atómicos. - M., Nauka, 1977. - 320 p.
Enlaces
- Enlaces de espectroscopia en el directorio de enlaces de Curlie (dmoz)
- Enlaces de espectroscopia amateur en Curlie Links Directory (dmoz)
- Base de datos de espectros de todos los elementos químicos (tablas)
- Historia de la espectroscopia del laboratorio de espectroscopia del MIT
- Cronología de la espectroscopia
- Datos de espectroscopia del gobierno NIST .
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