يتم وصف تقنية الطيفي وتطبيقه بإيجاز
May 31, 2018
يتم إنتاج موجات الضوء بواسطة الإلكترونات المتحركة داخل الذرات. تتحرك الإلكترونات في ذرات المواد المختلفة بشكل مختلف ، لذا فإنها تصدر موجات ضوئية مختلفة. إنه لأهمية نظرية وعملية كبيرة لدراسة التلألؤ وامتصاص المواد المختلفة ، وأصبح موضوعا خاصا - التحليل الطيفي.
ويطلق على الطيف الناتج مباشرة عن طريق انبعاث الضوء من جسم طيف الانبعاث. هناك نوعان من طيف الانبعاثات: الطيف المستمر والطيف المفتوح.
يطلق على الطيف المستمر للضوء الملون ، بدءًا من الأحمر إلى اللون الأرجواني ، الطيف المستمر. أطياف الانبعاثات من الغازات الساخنة الصلبة والسائلة والضغط العالي هي أطياف مستمرة. على سبيل المثال ، يشكل الضوء من الفتيل الكهربائي والضوء من الماء الصلب الساخن طيفًا مستمرًا.
ويسمى الطيف الذي يحتوي على خطوط ساطعة متقطعة فقط طيف خط مشرق. تُسمى الخطوط الساطعة في طيف خط مفتوح الخطوط الطيفية ، ويتطابق كل خط مع طول موجي مختلف للضوء. طيف الانبعاث للغاز المنبعث أو بخار معدني هو طيف الخط المفتوح. ينبعث الطيف المفتوح من الذرات في حالة حرة ، لذلك يطلق عليه أيضًا الطيف الذري. عندما تنظر إلى الطيف الذري للغازات ، يمكنك استخدام الأنبوب الطيفي ، وهو عبارة عن أنبوب زجاجي رقيق ومغلق بداخله غاز منخفض الضغط واثنين من الأقطاب الكهربائية عند طرفي الأنبوب. عندما يتم توصيل قطبين كهربائيين بمصدر طاقة عالي الجهد ، يتوهج الغاز الرقيق في الأنبوب ، مما ينتج لونًا معينًا من الضوء.
الطيف الذري من المواد الصلبة أو السائلة ، يمكن وضعها في لهب الموقد بنسن أو قوس كهربائي لحرق ، وجعلها تتوهج بعد التغويز ، يمكنك أن ترى من الطيف الطيف على خط مفتوحة.
وقد أظهرت التجارب أن الذرات المختلفة تنبعث منها أطياف مفتوحة مفتوحة ، وكل عنصر له طيف خط مفتوح معين. يمكن لكل ذرة أن تصدر فقط أطوال موجية معينة من الضوء لها خصائصها الخاصة. لذلك ، يطلق على الخط الطيفي للخط الطيفي الخط الطيفي المميز للذرة. يمكن استخدام الخطوط الطيفية المميزة للذرات لتحديد المواد ودراسة بنية الذرات.
طيف الامتصاص المنبعث من الأجسام في الضوء الأبيض ذي درجة الحرارة المرتفعة (الذي يحتوي على جميع أطوال الموجات للضوء) التوزيع المستمر خلال المادة ، بعد امتصاص بعض أطوال الموجات الضوئية بواسطة مادة الطيف ، المسماة أطياف الامتصاص. السماح لمصباح قوس ينبعث الضوء الأبيض ، على سبيل المثال ، من خلال درجة حرارة الغاز مع الصوديوم منخفضة (على مصباح الكحول وضع بعنف بعض الملح ، يمكن للتحلل الحراري الملح الملح الصوديوم إنتاج الغاز) ، ومن ثم لمراقبة مع الطيف ، سترى في خلفية مستمرة الطيف اثنين من الحصول على قريبة جدا من الظلام ، وهذا هو طيف الامتصاص الذري للصوديوم. تجدر الإشارة إلى أن كل خط مظلم في طيف الامتصاص لمختلف الذرات يتطابق مع خط مشرق في طيف الانبعاثات لتلك الذرة. وما يوضحه هذا هو أن الضوء الذي تمتصه ذرات الغاز البارد هو بالضبط الضوء الذي تنبعث منه الذرات عند درجات حرارة عالية. لذلك ، الخطوط الطيفية (الخطوط الداكنة) في طيف الامتصاص هي أيضا خطوط طيفية مميزة للذرات ، لكنها عادة ما تكون أقل في طيف الامتصاص منها في الطيف المفتوح.
التحليل الطيفي لأن كل ذرة لها خطوط طيفية مميزة خاصة بها ، يمكن تحديد المواد وتحديد مكوناتها الكيميائية وفقا للطيف. تسمى هذه الطريقة التحليل الطيفي. في التحليل الطيفي ، يمكن استخدام كل من أطياف الانبعاثات والامتصاص. ميزة هذه الطريقة هي أنها حساسة وسريعة للغاية. يمكن الكشف عن عنصر بمحتوى يتراوح بين 10 إلى 10 غرامات في مادة ما من خطه الطيفي المميز ويمكن اكتشافه. استخدم التحليل الطيفي على نطاق واسع في العلوم والتكنولوجيا:
مطلوب التحليل الطيفي عند التحقق مما إذا كانت مواد أشباه الموصلات السيليكون والجرمانيوم تلبي متطلبات عالية النقاء.
من الناحية التاريخية ، ساعد التحليل الطيفي أيضًا على تحديد العديد من العناصر الجديدة. على سبيل المثال ، تم اكتشاف الروبيديوم والسيزيوم من خلال النظر إلى خطوط طيفية مميزة غير معروفة في السابق في الطيف.
التحليل الطيفي مفيد أيضا لدراسة التركيب الكيميائي للأجرام السماوية. في أوائل القرن التاسع عشر ، عند دراسة الطيف الشمسي ، وجد أن هناك العديد من الخطوط الداكنة في طيفها المستمر. في الأصل لا أعرف ما هي تشكيل خطوط الظلام ، ثم يفهم الناس سبب أطياف الامتصاص ، ونعرف فقط هذا من داخل وهج الشمس بعد انخفاض درجة حرارة الغلاف الجوي لأشعة الشمس من أطياف الامتصاص. وبتحليل دقيق لهذه الأسلاك ، قارنها مع طيف الذرة ، عرف الناس أن الغلاف الجوي للشمس يحتوي على الهيدروجين ، والهليوم ، والنيتروجين ، والكربون ، والأكسجين ، والحديد ، والمغنيسيوم ، والسيليكون ، والكالسيوم ، والصوديوم ، وهكذا عشرات العناصر.
يتم ترتيب الأنماط بالتسلسل وفقًا لطول الموجة بعد فصل الضوء في نظام التشتت ، مثل طيف لون أشعة الشمس في توزيع مستمر وفقًا لترتيب الأحمر والبرتقالي والأصفر والأخضر والنيلي والأرجواني. وقد اكتسبت بنية وآلية وطبيعة وتطبيق الأطياف في البحث العلمي وممارسة الإنتاج المعرفة الغنية وشكلت موضوعا هاما للغاية - التحليل الطيفي. يستخدم التحليل الطيفي على نطاق واسع لدرجة أن كل ذرة لها طيف فريد خاص بها ، مثل بصمة الإصبع. أنها تشكل عدة خطوط طيفية وفقا لقواعد معينة. ترتبط خصائص الخطوط الطيفية الذرية ارتباطًا وثيقًا بالهياكل الذرية ، التي تشكل أساسًا مهمًا لدراسة التراكيب الذرية. يمكن تطبيق مبدأ تطبيق التحليل الطيفي والطريقة التجريبية للتحليل الطيفي ، كل عنصر له خط تعريفه الفريد ، ووضع بعض المواد من طيف خط مفتوح وهوية العناصر المعروفة ولدت من خلال مقارنة الخط الطيفي يمكن معرفة هذه المواد تتكون من العناصر التي ، باستخدام الطيف لا يمكن فقط تكوين المواد الكيميائية النوعية ، وعدد العناصر التي يمكن تحديدها. تتميز طريقة التحليل الطيفي بالحساسية والدقة العالية. في الاستكشاف الجيولوجي ، يمكن استخدام التحليل الطيفي للكشف عن كميات ضئيلة من المعادن الثمينة أو العناصر النادرة أو العناصر المشعة في الركاز. سرعة التحليل الطيفي سريعة ويتم تحسين كفاءة العمل بشكل كبير. ويمكن أيضا دراسة التركيب الكيميائي للأجرام السماوية والأسلاف القياسية من أجل تعديل الطول بواسطة التحليل الطيفي.
النمط الذي يتم ترتيبه بترتيب الطول الموجي (أو التردد) بعد نظام التشتت (مثل المنشور أو الصريف) يقسم الضوء. على سبيل المثال ، يمر ضوء الشمس من خلال منشور ويشكل طيفًا لونًا يتم توزيعه باستمرار حسب ترتيب اللون الأحمر والبرتقالي والأصفر والأخضر والأزرق والنيلي والأرجواني. الأحمر إلى اللون الأرجواني ، المقابلة لطول الموجة من 7،700-3،900 أنجستروم ، هو الجزء المرئي من العين البشرية. ما وراء الطرف الأحمر هو الطول الموجي الأطول من ضوء الأشعة تحت الحمراء ، وما وراء النهاية البنفسجية هو الطول الموجي الأقصر للضوء فوق البنفسجي ، والذي لا يمكن كشفه بالعين المجردة ، ولكن يمكن تسجيله بالأدوات.
لذلك ، يمكن تقسيم الطيف إلى طيف تحت أحمر ، طيف مرئي وطيف فوق بنفسجي وفقاً لمنطقة طول الموجة. وفقا لطبيعة الإنتاج ، يمكن تقسيمها إلى طيف ذري وطيف جزيئي. ويمكن تقسيمه إلى طيف انبعاث وطيف امتصاص وطيف نثر. ويمكن تقسيمه إلى طيف خط ، وطيف نطاق ، وطيف مستمر.
ينقسم الطيف إلى الأشكال التالية
وهذا هو الطيف الخطي.
طيف يتكون من خطوط طيفية ضيقة. إن الموجات الضوئية الناتجة عن غاز ذري مفرد أو بخار معدني لها طيف خطي ، لذلك يطلق على الطيف الخطي اسم الطيف الذري. عندما تقفز طاقة الذرة من مستوى طاقة أعلى إلى مستوى منخفض ، فإنها تشع موجات ضوئية ذات طول موجي واحد. بالمعنى الدقيق للكلمة هذا لا يوجد شيء مثل الطول الموجي الوحيد للضوء أحادي اللون ، نظرًا لمستوى الطاقة الذي له تأثير عرض ودوبلر معين ، فإن الإشعاع الذري بواسطة الخطوط الطيفية سيكون دائمًا عرضًا معينًا (انظر التوسيع) ؛ حتى في نطاق ضيق من الأطوال الموجية ، لا يزال هناك العديد من مكونات الطول الموجي. يعكس الطيف الذري التركيب الداخلي للذرات وفقا لقاعدة توزيع الطول الموجي. كل ذرة لها سلسلة طيفية خاصة بها. من خلال دراسة الطيف الذري ، يمكننا فهم البنية الداخلية للذرة ، أو إجراء تحليل نوعي وكمي لتركيب العينة.
