Спектральный анализ

Слайд 1

Слайд 2

Густав Роберт Кирхгоф 1824 - 1887 Роберт Вильгельм Бунзен 1811 - 1899 Спектральный анализ – метод определения химического состава вещества по его спектру. Разработан в 1859 году немецкими учеными Г. Р. Кирхгофом и Р. В. Бунзеным. Понятие спектрального анализа

Слайд 3

Атомы любого химического элемента дают спектр, не похожий на спектры всех других элементов: они способны излучать строго определенный набор длин волн.

Слайд 4

Спектры излучения Непрерывный Линейчатый Полосатый Спектры излучения Непрерывные спектры дают тела, находящиеся в твердом , жидком состоянии, а также сильно сжатые газы. Линейчатые спектры дают все вещества в газообразном атомарном состоянии. Изолированные атомы излучают строго определенные длины волн. Полосатые спектры в отличие от линейчатых спектров создаются не атомами, а молекулами, не связанными или слабо связанными друг с другом.

Слайд 5

Спектры поглощения Непрерывный Линейчатый Полосатый Спектры поглощения

Слайд 6

Спектроскоп Для получения спектра излучения видимого диапазона используется прибор, называемый спектроскопом , в котором детектором излучения служит человеческий глаз.

Слайд 7

Устройство спектроскопа В спектроскопе свет от исследуемого источника 1 направляется на щель 2 трубы 3 , называемой коллиматорной трубой. Щель выделяет узкий пучок света. На втором конце коллиматорной трубы имеется линза, которая расходящийся пучок света преобразует в параллельный. Параллельный пучок света, выходящий из коллиматорной трубы, падает на грань стеклянной призмы 4 . Так как показатель преломления света в стекле зависит от длины волны, то параллельный поэтому пучок света, состоящий из волн разной длины, разлагается на параллельные пучки света разного цвета, идущие по разным направлениям. Линза 5 зрительной трубы фокусирует каждый из параллельных пучков и дает изображение щели в каждом цвете. Разноцветные изображения щели образуют разноцветную полосу — спектр.

Слайд 8

Типы спектрографов Спектрограф высокоразрешающий NSI-800GS Спектрограф-монохроматор средней мощности

Слайд 9

Основные направления применения спектрального анализа В последнее время, благодаря экспрессности, количеству одновременно определяемых элементов и достаточно большой точности по их количественному содержанию, широкое распространение в различных областях деятельности человека получили эмиссионные и масс-спектрометрические методы спектрального анализа, основанные на возбуждении атомов и их ионизации в аргоновой плазме индукционных разрядов, а также в лазерной искре. Наряду с традиционным использованием в металлургии и промышленных предприятиях для анализа металлов и сплавов, в геологии , в археологии, в астрофизике , в аналитической химии, спектральный анализ всё чаще находит себе применение в таких областях как экология, пищевая промышленность, сельское хозяйство и медицина. В экологии это анализ илов канализационных отстойников при подготовке технологии их переработки, донных отложений, анализ почв, воды, растений, золы волос животных и человека для оценки зоны экологического поражения. В сельском хозяйстве и пищевой промышленности это анализ почв, кормов, растений, продуктов питания на наличие примесей токсичных элементов и тяжёлых металлов. В медицине это диагностика заболеваний, вызванных нарушением обменных процессов по анализу химических элементов в биологических жидкостях, тканях, золе волос, ногтей человека. Применение данного метода в медицине является одним из перспективных направлений, ввиду того, что наличие тех или иных веществ в биосубстратах человека (крови, кожи, ногтях, волосах) может служить ценной информацией при диагностике состояния организма человека в целом. В зависимости от объектов анализа, требуемых пределов обнаружения и точности результатов, в практике спектрального анализа используются различные приборы и различные источники возбуждения спектров. В последнее время наибольшее применение находят спектрометры, построенные по схеме дифракционных спектрографов с фотоэлектронной регистрацией спектра.

Слайд 10

Применение спектрального анализа для определения химического состава вещества Спектральный анализ линейчатых спектров излучения и поглощения применяют для определения химического состава вещества – качественного и количественного анализа вещества. Чувствительность этого метода очень высока: с помощью спектрального анализа можно обнаружить элемент в составе сложного вещества, если даже его масса очень мала. Количественный анализ состава вещества по его спектру затруднен, так как яркость спектральных линий зависит не только от массы вещества, но и от способа возбуждения свечения. В настоящее время определены спектры всех атомов и составлены таблицы спектров. С помощью спектрального анализа были открыты новые элементы: рубидий, цезий и другие. Рубидий дает темно-красные, рубиновые линии. Слово цезий означает «небесно-голубой». Это цвет основных линий спектра цезия.

Слайд 11

Волос не получает питания извне, все его строительные материалы поступают с кровью через луковицу и откладываются в стержне. Поэтому в человеческом волосе «записывается» информация о минеральном составе всего организма, загрязнении токсичными металлами и нарушении обмена веществ. И с помощью спектрального анализа волос можно считать эту информацию. Спектральный анализ волос – метод диагностики, позволяющий выявить нарушения минерального обмена веществ, заболевания всего организма на ранних стадиях, а также предрасположенность к выпадению волос, угревой сыпи, снижение иммунитета, проблемы со щитовидной железой, аллергию, болезни печени, сахарный диабет и другие заболевания. Применение спектрального анализа в медицине

Слайд 12

Применение спектрального анализа в астрофизике для определения состава звёзд Спектры звезд – это их паспорта с описанием всех звездных особенностей. Звезды состоят из тех же химических элементов, которые известны на Земле, но в процентном отношении в них преобладают легкие элементы: водород и гелий. По спектру звезды можно узнать ее светимость, расстояние до звезды, температуру, размер, химический состав ее атмосферы, скорость вращения вокруг оси, особенности движения вокруг общего центра тяжести. Спектральный аппарат, устанавливаемый на телескопе, раскладывает свет звезды по длинам волн в полоску спектра. По спектру можно узнать, какая энергия приходит от звезды на различных длинах волн и оценить очень точно ее температуру. Цвет и спектр звезд связан с их температурой. В холодных звездах с температурой фотосферы 3 000 К преобладает излучение в красной области спектра. В спектрах таких звездах много линий металлов и молекул. В горячих голубых звездах с температурой свыше 10 000 – 15 000 К большая часть атомов ионизована. Полностью ионизованные атомы не дают спектральных линий, поэтому в спектрах таких звездах линий мало. Звезда Альтаир Звезда Вега Звезда Мира

Слайд 13

С помощью спектрального анализа определили химический состав Солнца. Ярко светящаяся поверхность Солнца, фотосфера, дает непрерывный спектр. Более холодные верхние слои солнечной атмосферы поглощают избирательно свет от фотосферы, что приводит к появлению линий поглощения на фоне непрерывного спектра. Любопытно, что гелий (от греческого Гелиос – солнце) первоначально открыли на Солнце в 1895 году и лишь затем нашли в атмосфере Земли. Протуберанец на Солнце Хромосфера Солнца Вспышки на Солнце

Слайд 14

Применение спектрального анализа в астрофизике для определения состава атмосфер планет Атмосферы планет состоят из газовых молекул. В холодных планетных атмосферах ионизованные атомы появляются только в верхних, разреженных слоях. Получив с помощью спектрографа снимок спектра поглощения планет, по темным линиям, пересекающим полоску спектра, определяют химический состав атмосфер планет.

Слайд 15

Применение спектрального анализа в астрофизике для определения состава метеоров Навести очень большой телескоп на короткую вспышку метеора на небе почти невозможно. Но 12 мая 2002 года астрономам повезло - яркий метеор случайно пролетел как раз там, куда была направлена узкая щель спектрографа в обсерватории Паранал. В это время спектрограф исследовал свет.

Слайд 16

Применение спектрального анализа в астрофизике для определения давления, напряжённости электрического поля, индукции магнитного поля внутри звёзд Исследование и анализ спектров звезд позволяют определить также давление, напряженность электрического поля (эффект Штарка), индукцию магнитного поля (эффект Зеемана). По раздвоению и периодическому взаимному смещению (сближению и удалению) линий определяют двойную систему звезд. По периодическому смещению линий то в красную, то в фиолетовую область спектра определяют пульсирующие звезды. Двойная звезда Двойная звезда Пульсирующая звезда Т Тельца

Слайд 17

Применение спектрального анализа для определения температуры нагретых тел Температуру нагретого тела определяют по положению максимума излучения в сплошном спектре. Максимум излучения в сплошном спектре связан с температурой тела по закону Вина: длина волны, соответствующая максимуму энергии, излучаемой черным телом, обратно пропорциональна его температуре. Для Солнца положение максимума излучения дает температуру фотосферы 6000 К. Максимум его излучения приходится на видимый свет – в середине интервала длин волн видимого света значение λ ═ 0,55 мкм. В результате эволюции живых организмов глаз оказался «рассчитанным» именно на максимум излучения Солнца.

Слайд 18

В настоящее время в криминалистике широко используются телевизионные спектральные системы для обнаружения различного рода подделок документов: выявление залитых, зачеркнутых или выцветших (угасших) текстов, записей, образованных вдавленными штрихами или выполненных на копировальной бумаге; выявления структуры ткани; выявления загрязнений на тканях (сажа и остатки минеральных масел) при огнестрельных повреждениях и транспортных происшествиях; выявления замытых, а также расположенных на пестрых, темных и загрязненных предметах следов крови. Применение спектрального анализа в криминалистике