Nadph strukturna formula. Biološke funkcije

SPEKTRALNA ANALIZA(koristeći spektre emisije) koristi se u gotovo svim sektorima gospodarstva. Naširoko se koristi u metalnoj industriji za brzu analizu željeza, čelika, lijevanog željeza, kao i raznih specijalnih čelika i gotovih metalnih proizvoda, za određivanje čistoće lakih, obojenih i plemenitih metala. Sjajna aplikacija ima spektralnu analizu u geokemiji u proučavanju sastava minerala. U kemijska industrija i srodnim industrijama, spektralna analiza služi za utvrđivanje čistoće proizvedenih i korištenih proizvoda, za analizu katalizatora, raznih ostataka, sedimenata, zamućenja i voda za pranje; u medicini – za otkriće metala u raznim organska tkiva. Niz posebnih problema koje je teško riješiti ili se ne mogu riješiti na bilo koji drugi način rješava se spektralnom analizom brzo i točno. To uključuje, na primjer, raspodjelu metala u legurama, proučavanje sulfida i drugih inkluzija u legurama i mineralima; Ova vrsta istraživanja ponekad se naziva lokalna analiza.

Izbor jedne ili druge vrste spektralnog aparata s gledišta dostatnosti njegove disperzije vrši se ovisno o svrsi i ciljevima spektralne analize. Kvarcni spektrografi s većom disperzijom, daju za valne duljine 4000-2200 Ӑ traku spektra dugu najmanje 22 cm. Za druge elemente može biti Koriste se aparati koji daju spektre duljine 7-15 cm.Spektografi sa staklenom optikom općenito su manje važni. Od njih su prikladni kombinirani instrumenti (na primjer, iz tvrtki Hilger i Fuss), koji se po želji mogu koristiti kao spektroskop i spektrograf. Za dobivanje spektra koriste se sljedeći izvori energije. 1) Plamen goruće smjese- vodik i kisik, smjesa kisika i plina za osvjetljavanje, smjesa kisika i acetilena ili konačno zraka i acetilena. U potonjem slučaju temperatura izvora svjetlosti doseže 2500-3000°C. Plamen je najprikladniji za dobivanje spektra alkalnih i zemnoalkalijskih metala, kao i za elemente poput Cu, Hg i Tl. 2) Voltin luk. a) Obični, pogl. arr. istosmjerna struja, sa snagom od 5-20 A. Koristi se s velikim uspjehom za kvalitativna analiza teško topljivi minerali koji se unose u luk u obliku komadića ili fino mljevenog praha. Za kvantitativnu analizu metala, uporaba konvencionalnog voltaičkog luka ima vrlo značajan nedostatak, naime, da je površina analiziranih metala prekrivena oksidnim filmom i izgaranje luka u konačnici postaje neravnomjerno. Temperatura voltaičkog luka doseže 5000-6000°C. b) Isprekidani luk (Abreissbogen) istosmjerne struje snage 2-5 A pri naponu od oko 80 V. Korištenjem poseban uređaj gorenje luka se prekida 4-10 puta u sekundi. Ova metoda pobuđivanja smanjuje oksidaciju površine analiziranih metala. Pri višim naponima - do 220 V i struji od 1-2 A - isprekidani luk se također može koristiti za analizu otopina. 3) Iskričasto pražnjenje, dobiven pomoću indukcijskog svitka ili, češće, transformatora istosmjerne ili (poželjno) izmjenične struje snage do 1 kW, koji u sekundarnom krugu daje 10 000-30 000 V. Koriste se tri vrste pražnjenja, a) Iskreće pražnjenje bez kapaciteta i induktiviteta u sekundarnom krugu, koji se ponekad naziva u luku visoki napon(Hochspannungsbogen). Analiza tekućina i rastaljenih soli pomoću takvih ispuštanja vrlo je osjetljiva. b) Iskričasta pražnjenja s kapacitetom i induktivitetom u sekundarnom krugu, često se također nazivaju zgusnute iskre, predstavljaju univerzalniji izvor energije, pogodan za pobuđivanje spektra gotovo svih elemenata (osim alkalnih metala), kao i plinova. Dijagram povezivanja prikazan je na sl. 1,

gdje je R reostat u primarnom krugu, Tr je transformator izmjenične struje, C 1 je kapacitet u sekundarnom krugu I, S je sklopka za promjenu induktiviteta L 1, U je sinkroni prekidač, LF je hvatač iskrenja , F je radni iskrište. Sekundarni krug II podešen je na rezonanciju sa sekundarnim krugom I pomoću induktiviteta i promjenjivog kapaciteta C 2; znak prisutnosti rezonancije je najveća snaga struja, prikazana miliampermetrom A. Svrha sekundarnog kruga II sinkronog prekidača U i hvatača iskrenja LF je da električna pražnjenja budu što ujednačenija i po karakteru i po broju u određenom vremenskom razdoblju; tijekom normalnog rada takvi dodatni uređaji se ne uvode.

Pri proučavanju metala u sekundarnom krugu koristi se kapacitet od 6000-15000 cm3 i induktivitet do 0,05-0,01 N. Za analizu tekućina ponekad se u sekundarni krug uvodi vodeni reostat s otporom do 40000 Ohma. . Plinovi se proučavaju bez induktiviteta s malim kapacitetom. c) Pražnjenja Tesla struje, koja se izvode pomoću kruga prikazanog na sl. 2,

gdje je V voltmetar, A je ampermetar, T je transformator, C je kapacitivnost, T-T je Teslin transformator, F je iskrište u koje se uvodi analizirana tvar. Tesla strujama se koriste za proučavanje tvari koje imaju nisko talište: razni biljni i organski pripravci, naslage na filterima itd. U spektralnoj analizi metala, kod velikog broja njih, najčešće su sami elektrode, a dat im je neki oblik, na primjer, od onih prikazanih na SL. 3,

gdje je a elektroda izrađena od debele žice koja se analizira, b je od kositra, c je savijena tanka žica, d je disk izrezan iz debele cilindrične šipke, e je oblik izrezan iz veliki komadi lijevanje U kvantitativnoj analizi uvijek je potreban isti oblik i veličina površine elektrode koja je izložena iskrenju. Ako je količina metala koja se analizira mala, možete koristiti okvir od nekog čistog metala, na primjer, zlata i platine, u koji je fiksiran analizirani metal, kao što je prikazano na sl. 4.

Predloženo je dosta metoda za uvođenje otopina u izvor svjetlosti. Pri radu s plamenom koristi se Lundegaardov raspršivač, shematski prikazan na sl. 5 zajedno s posebnim plamenikom.

Zrak koji se upuhuje kroz BC raspršivač hvata ispitivanu tekućinu, ulivenu u količini od 3-10 cm 3 u udubljenje C, i u obliku fine prašine prenosi je do plamenika A, gdje se miješa s plinom. Za uvođenje otopina u luk, kao iu iskru, koriste se čiste ugljične ili grafitne elektrode, od kojih se na jednoj napravi udubljenje. Međutim, treba napomenuti da je vrlo teško kuhati ugljen potpuno čist. Metode koje se koriste za čišćenje - naizmjenično vrenje u klorovodičnoj i fluorovodičnoj kiselini, kao i kalcinacija u atmosferi vodika do 2500-3000 °C - ne proizvode ugljen bez nečistoća; Ca, Mg, V, Ti, Al ostaju (iako u tragovima ), Fe, Si, B. Ugljeni zadovoljavajuće čistoće dobivaju se i žarenjem na zraku pomoću električne struje: struja od oko 400 A prolazi kroz ugljičnu šipku promjera 5 mm, a snažno žarenje postignuto u ovaj način (do 3000 °C) je dovoljan da u roku od nekoliko sekundi većina nečistoća koje zagađuju ugljen ispari. Postoje i metode za uvođenje otopina u iskru, gdje je sama otopina donja elektroda, a iskra skoči na njezinu površinu; druga elektroda može biti bilo koji čisti metal. Primjer takvog uređaja prikazan je na sl. 6 Gerlyach tekuća elektroda.

Udubljenje u koje se ulijeva ispitivana otopina obloži se platinastom folijom ili prevuče debelim slojem zlata. Na sl. Slika 7 prikazuje Hitchenov aparat, koji također služi za uvođenje otopina u iskru.

Iz posude A ispitna otopina teče u slabom mlazu kroz cijev B i kvarcnu mlaznicu C u sferu djelovanja iskrišta. Donja elektroda, zalemljena u staklenu cijev, pričvršćena je na aparat pomoću gumene cijevi E. Dodatak C, prikazan na sl. 7 odvojeno, ima s jedne strane izrez za zidanje žbukom. D - staklena sigurnosna posuda u kojoj je napravljen okrugli otvor za izlaz ultraljubičaste zrake. Pogodnije je napraviti ovu posudu kvarcnom bez rupe. Gornja elektroda F, grafitna, ugljična ili metalna, također je opremljena pločom otpornom na prskanje. Za "visokonaponski luk" koji snažno zagrijava analizirane tvari, Gerlach koristi ohlađene elektrode pri radu s otopinama, kao što je shematski prikazano na Sl. 8.

Stakleni lijevak G pričvršćen je čepom K na debelu žicu (promjera 6 mm) u koju se stavljaju komadići leda. Na gornjem kraju žice učvršćena je okrugla željezna elektroda E promjera 4 cm i visine 4 cm, na koju je postavljena platinska čašica P; potonji bi se trebao lako ukloniti radi čišćenja. Također treba koristiti gornju elektrodu. gusto da se izbjegne topljenje. Pri analizi malih količina tvari - taloga na filtrima, raznih prašaka i sl. - možete koristiti uređaj prikazan na sl. 9.

Napravi se grumen od ispitivane tvari i filtar papira, navlaženog radi bolje vodljivosti otopinom, npr. NaCl, koji se stavi na donju elektrodu, koja se ponekad sastoji od čistog kadmija, zatvorena u kvarcnu (gore staklenu) cijev; gornja elektroda je također neki čisti metal. Za iste analize pri radu s Teslinim strujama koristi se poseban dizajn iskrišta, prikazan na sl. 10 a i b.

U okrugli šarnir K učvrsti se u željenom položaju aluminijska ploča E, na koju se stavi staklena ploča G, a na posljednju - preparat P na filtar papiru F. Preparat se navlaži s malo kiseline ili otopine soli. Cijeli ovaj sustav je mali kondenzator. Za proučavanje plinova koriste se zatvorene staklene ili kvarcne posude (slika 11).

Za kvantitativnu analizu plinova prikladno je koristiti zlatne ili platinske elektrode, čije linije mogu poslužiti za usporedbu. Gotovo svi gore navedeni uređaji za uvođenje tvari u iskru i luk montirani su u posebnim stalcima tijekom rada. Primjer je Gramont tronožac prikazan na sl. 12:

pomoću vijka D, elektrode se istovremeno razmaknu i razmaknu; vijak E služi za pomicanje gornje elektrode paralelno s optičkom klupom, a vijak C služi za bočnu rotaciju donje elektrode; vijak B služi za bočnu rotaciju cijelog gornjeg dijela stativa; konačno, pomoću vijka A možete podići ili spustiti cijeli gornji dio tronožac; N - stalak za plamenike, čaše itd. Odabir izvora energije za pojedinu svrhu istraživanja može se napraviti na temelju sljedeće okvirne tablice.

Kvalitativna analiza. U kvalitativnoj spektralnoj analizi otkriće elementa ovisi o mnogim čimbenicima: prirodi elementa koji se određuje, izvoru energije, razlučivosti spektralnog aparata, kao i osjetljivosti fotografskih ploča. Što se tiče osjetljivosti testa, mogu se dati sljedeće smjernice. Kada radite s iskrećim pražnjenjima u otopinama, možete otvoriti 10 -9 -10 -3%, au metalima 10 -2 -10 -4% elementa koji se proučava; pri radu s voltaičnim lukom granice otvaranja su oko 10 -3%. Apsolutni iznos koji može biti otvoren pri radu s plamenom, iznosi 10 -4 -10 -7 g, a kod iskrišta 10 -6 -10 -8 g proučavanog elementa. Najveća osjetljivost otkrića odnosi se na metale i metaloide - B, P, C; manja osjetljivost na metaloide As, Se i Te; halogeni, kao i S, O, N u njihovim spojevima, uopće se ne mogu koristiti. otvorena i m.b. otkriven samo u nekim slučajevima u plinskim smjesama.

Za kvalitativnu analizu najveća vrijednost imaju “zadnje retke”, a pri analizi zadatak je većini precizna definicija valne duljine spektralnih linija. U vizualnim studijama, valne duljine se mjere duž bubnja spektrometra; ta se mjerenja mogu smatrati samo približnim, budući da je točnost obično ±(2-Z)Ӑ, a u Kaiserovim tablicama ovaj interval pogreške može odgovarati oko 10 spektralnih linija koje pripadaju različitim elementima za λ 6000 i 5000Ӑ i oko 20 spektralnih linija za λ ≈ 4000 ɐ. Valna duljina se mnogo točnije određuje spektrografskom analizom. U tom slučaju, na spektrogramima, pomoću mjernog mikroskopa, razmak između linija s poznata duljina valovi i definirani; Hartmannova formula koristi se za pronalaženje valne duljine potonjeg. Točnost takvih mjerenja pri radu s instrumentom koji proizvodi traku spektra duljine oko 20 cm je ± 0,5 Ӑ za λ ≈ 4000 Ӑ, ± 0,2 Ӑ za λ ≈ 3000 Ӑ i ± 0,1 Ӑ za λ ≈ 2500 Ӑ. Odgovarajući element nalazi se u tablicama na temelju valne duljine. Razmak između linija tijekom normalnog rada mjeri se s točnošću od 0,05-0,01 mm. Ova tehnika se ponekad prikladno kombinira sa snimanjem spektra s takozvanim Hartmannovim zatvaračima, čija su dva tipa prikazana na sl. 13, a i b; Uz njihovu pomoć, prorez spektrografa može biti izrađen različitih visina. sl. Slika 13c shematski prikazuje slučaj kvalitativne analize tvari X - identifikacija elemenata A i B u njoj. Spektri sa SL. 13, d pokazuju da u supstanci Y, pored elementa A, čije su linije označene slovom G, postoji nečistoća, čije su linije označene z. Koristeći ovu tehniku, u jednostavnim slučajevima, možete izvršiti kvalitativnu analizu bez pribjegavanja mjerenju udaljenosti između linija.

Kvantitativna analiza. Za kvantitativnu spektralnu analizu od najveće su važnosti linije koje imaju najveću moguću koncentracijsku osjetljivost dI/dK, gdje je I intenzitet linije, a K koncentracija elementa koji je daje. Što je veća koncentracijska osjetljivost, to precizniju analizu. S vremenom se razvila cijela linija metode kvantitativne spektralne analize. Ove metode su sljedeće.

ja Spektroskopske metode(bez fotografije) gotovo sve su fotometrijske metode. Tu spadaju: 1) Barrattova metoda. Istovremeno se pobuđuju spektri dviju tvari - ispitivane i standardne - vidljive u vidnom polju spektroskopa jedna pored druge, jedna iznad druge. Put zraka prikazan je na sl. 14,

gdje su F 1 i F 2 dva iskrišta, svjetlost iz kojih prolazi kroz Nicolasove prizme N 1 i N 2, polarizirajući zrake u međusobno okomitim ravninama. Pomoću prizme D zrake ulaze u prorez S spektroskopa. Treća Nicolasova prizma, analizator, postavljena je u njegov teleskop, rotirajući se čime se postiže isti intenzitet dviju linija koje se uspoređuju. Prethodno se pri proučavanju standarda, odnosno tvari s poznatim sadržajem elemenata, utvrđuje odnos između kuta zakreta analizatora i koncentracije, te se iz tih podataka crta dijagram. Kod analize pomoću kuta rotacije analizatora, željena vrijednost se nalazi iz ovog dijagrama postotak. Točnost metode je ±10%. 2) . Princip metode je da svjetlosne zrake nakon prizme spektroskopa prolaze kroz Wollastonovu prizmu, gdje se razdvajaju u dvije zrake i polariziraju u međusobno okomitim ravninama. Dijagram putanje zraka prikazan je na sl. 15,

gdje je S prorez, P prizma spektroskopa, W Wollastonova prizma. U vidnom polju dobivaju se dva spektra B 1 i B 2 koji leže jedan do drugoga; L - povećalo, N - analizator. Ako rotirate Wollastonovu prizmu, spektri će se pomicati jedan u odnosu na drugi, što vam omogućuje kombiniranje bilo koje dvije njihove linije. Na primjer, ako se analizira željezo koje sadrži vanadij, tada se linija vanadija kombinira s nekom obližnjom jednobojnom linijom željeza; zatim okretanjem analizatora postižu istu svjetlinu tih linija. Kut rotacije analizatora, kao iu prethodnoj metodi, mjera je koncentracije željenog elementa. Metoda je posebno prikladna za analizu željeza, čiji spektar ima mnogo linija, što omogućuje da se uvijek pronađu linije pogodne za istraživanje. Točnost metode je ± (3-7)%. 3) Occhialinijeva metoda. Ako su elektrode (na primjer, metali koji se analiziraju) postavljene vodoravno i slika se projicira iz izvora svjetlosti na okomiti prorez spektroskopa, tada se mogu pojaviti linije nečistoća i tijekom iskre i tijekom lučnog pražnjenja. otvorene ovisno o koncentraciji na većoj ili manjoj udaljenosti od elektroda. Izvor svjetla projicira se na prorez pomoću posebna leća opremljen mikrometrijskim vijkom. Tijekom analize, ta se leća pomiče i slika izvora svjetlosti pomiče se zajedno s njom sve dok ne nestane svaka linija nečistoće u spektru. Mjera koncentracije nečistoća je očitanje na skali leće. Trenutno je ova metoda također razvijena za rad s ultraljubičastim dijelom spektra. Valja napomenuti da je Lockyer koristio istu metodu osvjetljavanja proreza spektralnog aparata te je razvio metodu kvantitativne spektralne analize, tzv. metoda "dugih i kratkih linija". 4) Izravna fotometrija spektara. Gore opisane metode nazivaju se vizualne. Umjesto vizualnih studija, Lundegaard je koristio fotoćeliju za mjerenje intenziteta spektralnih linija. Točnost određivanja alkalijskih metala pri radu s plamenom dosegla je ± 5%. Za iskričasta pražnjenja ova metoda nije primjenjiva jer su manje postojana od plamena. Postoje i metode koje se temelje na promjeni induktiviteta u sekundarnom krugu, kao i korištenju umjetnog prigušenja svjetlosti koja ulazi u spektroskop dok proučavane spektralne linije ne nestanu u vidnom polju.

II. Spektrografske metode. Ovim se metodama ispituju fotografske fotografije spektra, a mjera intenziteta spektralnih linija je zacrnjenje koje proizvode na fotografskoj ploči. Intenzitet se procjenjuje okom ili fotometrijski.

A. Metode bez fotometrije. 1) Metoda zadnjih redaka. Kada se promijeni koncentracija bilo kojeg elementa u spektru, mijenja se i broj njegovih linija, što omogućuje, u stalnim radnim uvjetima, prosuditi koncentraciju elementa koji se određuje. Fotografira se niz spektara tvari s poznatim sadržajem interesne komponente, na spektrogramima se utvrđuje broj njezinih linija i sastavljaju tablice koje pokazuju koje su linije vidljive pri danim koncentracijama. Ove tablice dalje služe za analitičke definicije. Pri analizi spektrograma određuje se broj linija elementa od interesa i iz tablica se pronalazi postotni sadržaj, a metoda ne daje jednoznačnu brojku, već granice koncentracije, tj. “od-do”. Najpouzdanije je moguće razlikovati koncentracije koje se međusobno razlikuju za faktor 10, na primjer od 0,001 do 0,01%, od 0,01 do 0,1% itd. Analitičke tablice važne su samo za vrlo specifične radne uvjete, koji mogu varirati uvelike između laboratorija; Osim toga, potrebno je pažljivo pridržavanje stalnih radnih uvjeta. 2) Metoda usporednog spektra. Fotografira se nekoliko spektara analizirane tvari A + x% B, u kojima se određuje sadržaj x elementa B, a u razmacima između njih na istoj fotografskoj ploči - spektri standardnih tvari A + a% B, A + b. % B, A + c% B, gdje su a, b, c poznati postotak B. U spektrogramima, intenzitet B linija određuje između kojih se koncentracija nalazi vrijednost x. Kriterij za stalnost radnih uvjeta je jednakost intenziteta u svim spektrogramima bilo koje obližnje linije A. Pri analizi otopina dodaje im se isti broj bilo koji element koji proizvodi liniju blisku linijama B, a zatim se konstantnost radnih uvjeta prosuđuje prema jednakosti intenziteta tih linija. Kako manja razlika između koncentracija a, b, c, ... i što se točnije postigne jednakost intenziteta linija A, to je analiza točnija. A. Rice je, na primjer, koristio koncentracije a, b, c, ..., međusobno povezane, kao 1:1,5. Uz metodu komparativnih spektara susjedna je metoda “izbora koncentracija” (Testverfahren) prema Güttigu i Thurnwaldu, koja je primjenjiva samo za analizu otopina. Ono leži u činjenici da ako u dvije otopine koje sadrže a% A i x% A (x je veći ili manji od a), što se sada može odrediti iz njihovih spektara, tada se takva količina n elementa A dodaje bilo kojem ovih otopina tako da intenzitet njegovih linija u oba spektra postane isti. To će odrediti koncentraciju x, koja će biti jednaka (a ± n)%. U analiziranu otopinu možete dodati i neki drugi element B dok se intenziteti pojedinih linija A i B ne izjednače te na temelju količine B procijeniti sadržaj A. 3) Metoda homolognog para. U spektru tvari A + a% B, linije elemenata A i B nisu jednakog intenziteta i, ako postoji dovoljan broj tih linija, mogu se naći dvije takve linije A i B, čiji će intenzitet biti isti. Za drugu kompoziciju A + b% B, druge linije A i B bit će jednake po intenzitetu, itd. Ove dvije identične linije nazivaju se homologni parovi. Koncentracije B pri kojima se javlja jedan ili drugi homologni par nazivaju se pričvrsne točke ovaj par. Za rad ovom metodom potrebna je preliminarna kompilacija tablica homolognih parova pomoću tvari poznatog sastava. Kako potpuniju tablicu, tj. što više sadrže homologne parove s pričvrsnim točkama koje se razlikuju što je više moguće manje prijatelj jedna od druge, to je analiza točnija. Sastavljeno je dosta ovih tablica veliki broj, a mogu se koristiti u svakom laboratoriju, budući da su uvjeti pražnjenja tijekom njihove pripreme točno poznati i ti se uvjeti mogu koristiti. apsolutno točno reproducirano. To se postiže pomoću sljedećeg jednostavan trik. U spektru tvari A + a% B odabrane su dvije linije elementa A, čiji intenzitet jako varira ovisno o vrijednosti samoindukcije u sekundarnom krugu, i to jedna lučna linija (koja pripada neutralnom atomu) i jedna linija iskre (pripada ionu). Ove dvije linije se zovu fiksirajući par. Odabirom vrijednosti samoinduktivnosti vodovi ovog para postaju identični i sastavljanje se provodi upravo pod tim uvjetima, uvijek navedenim u tablicama. Pod istim uvjetima provodi se analiza, a postotak se određuje na temelju implementacije jednog ili drugog homolognog para. Postoji nekoliko modifikacija metode homolognog para. Od toga je najvažnija metoda pomoćni spektar, koristi se u slučaju kada elementi A i B nemaju dovoljna količina linije. U tom slučaju se spektralne linije elementa A povezuju na određeni način s linijama drugog, prikladnijeg elementa G, a ulogu A počinje igrati element G. Metodu homoloških parova razvio je Gerlyach i Schweitzer. Primjenjiv je i na legure i na otopine. Njegova točnost je u prosjeku oko ±10%.

U. Metode koje koriste fotometriju. 1) Barrattova metoda. sl. 16 daje ideju o metodi.

F 1 i F 2 su dva iskrišta, uz pomoć kojih se istovremeno pobuđuju spektri standarda i analizirane tvari. Svjetlost prolazi kroz 2 rotirajuća sektora S 1 i S 2 i uz pomoć prizme D oblikuje spektre koji se nalaze jedan iznad drugog. Odabirom sektorskih rezova, linije proučavanog elementa dobivaju isti intenzitet; koncentracija elementa koji se određuje izračunava se iz omjera vrijednosti reznica. 2) je sličan, ali s jednim iskrištem (slika 17).

Svjetlost iz F se dijeli na dva snopa i prolazi kroz sektore S 1 i S 2, pomoću Hüfnerovog romba R dobivaju se dvije trake spektra jedna iznad druge; Sp - prorez spektrografa. Sektorski rezovi se mijenjaju sve dok intenzitet linije nečistoće i bilo koje obližnje linije glavne tvari ne budu jednaki, a postotni sadržaj elementa koji se određuje izračunava se iz omjera reznih vrijednosti. 3) Kada se koristi kao fotometar rotirajući logaritamski sektor linije na spektrogramima poprimaju klinasti izgled. Jedan od tih sektora i njegov položaj u odnosu na spektrograf tijekom rada prikazan je na slici. 18, a i b.

Rezanje sektora slijedi jednadžbu

- log Ɵ = 0,3 + 0,2l

gdje je Ɵ duljina luka u dijelovima punog kruga, koji se nalazi na udaljenosti I, mjereno u mm duž polumjera od njegovog kraja. Mjera intenziteta linija je njihova duljina, jer se s promjenom koncentracije elementa mijenja i duljina njegovih klinastih linija. Prvo se pomoću uzoraka s poznatim sadržajem konstruira dijagram ovisnosti duljine linije o % sadržaja; Kada se analizira na spektrogramu, mjeri se duljina iste linije i postotak se nalazi iz dijagrama. Postoji nekoliko različitih modifikacija ove metode. Vrijedno je istaknuti modifikaciju Scheibea, koji je koristio tzv. dvostruki logaritamski sektor. Pogled na ovaj sektor prikazan je na sl. 19.

Linije se zatim ispituju posebnim aparatom. Točnost koja se može postići uporabom logaritamskih sektora, ±(10-15)%; Scheibeova modifikacija daje točnost od ±(5-7)%. 4) Često se koristi fotometrija spektralnih linija pomoću svjetlosnih i termoelektričnih spektrofotometara različitih izvedbi. Prikladni su termoelektrični fotometri, dizajnirani posebno za potrebe kvantitativne analize. Na primjer na Sl. Slika 20 prikazuje dijagram fotometra prema Sheibeu:

L je stalni izvor svjetlosti sa kondenzatorom K, M je fotografska ploča sa spektrom koji se proučava, Sp je prorez, O 1 i O 2 su leće, V je zatvarač, Th je termoelement koji je spojen na galvanometar. . Mjera intenziteta linija je otklon igle galvanometra. Rjeđe se koriste samoregistrirajući galvanometri, koji bilježe intenzitet linija u obliku krivulje. Točnost analize kod ove vrste fotometrije je ±(5-10)%. U kombinaciji s drugim metodama kvantitativne analize, točnost može biti povećana; na primjer, metoda tri linije Scheibe i Schnettler, koja je kombinacija metode homolognih parova i fotometrijskih mjerenja, u povoljnim slučajevima može dati točnost od ±(1-2)%.

Ministarstvo obrazovanja i znanosti
Republika Kazahstan

Karaganda Državno sveučilište
nazvan po E.A. Buketova

Fizički fakultet

Zavod za optiku i spektroskopiju

Tečajni rad

na temu:

Spektri. S spektralna analiza i njena primjena.

Pripremio:

student grupe FTRF-22

Akhtariev Dmitry.

Provjereno:

učitelj, nastavnik, profesor

Kusenova Asiya Sabirgalievna

Karaganda - 2003 Plan

Uvod

1. Energija u spektru

2. Vrste spektara

3. Spektralna analiza i njezina primjena

4. Spektralni uređaji

5. Spektar elektromagnetskog zračenja

Zaključak

Popis korištene literature

Uvod

Proučavanje linijskog spektra tvari omogućuje nam da odredimo od kojih se kemijskih elemenata sastoji i u kojoj je količini svaki element sadržan u određenoj tvari.

Kvantitativni sadržaj elementa u ispitivanom uzorku određuje se usporedbom intenziteta pojedinih linija u spektru tog elementa s intenzitetom linija nekog drugog elementa. kemijski element, čiji je kvantitativni sadržaj u uzorku poznat.

Metoda za određivanje kakvoće i kvantitativni sastav Analiza tvari prema spektru naziva se spektralna analiza. Spektralna analiza naširoko se koristi u istraživanju minerala za određivanje kemijskog sastava uzoraka rude. U industriji, spektralna analiza omogućuje kontrolu sastava legura i nečistoća unesenih u metale kako bi se dobili materijali s određenim svojstvima.

Prednosti spektralne analize su visoka osjetljivost i brzinu dobivanja rezultata. Pomoću spektralne analize moguće je otkriti prisutnost zlata u uzorku težine 6 * 10 -7 g s njegovom masom od samo 10 -8 g. Određivanje kvalitete čelika metodom spektralne analize može se izvesti u nekoliko desetke sekundi.

Spektralna analiza omogućuje određivanje kemijski sastav nebeska tijela, udaljen od Zemlje na udaljenosti od milijardi svjetlosnih godina. Kemijski sastav atmosfere planeta i zvijezda, hladnog plina u međuzvjezdanom prostoru određuje se iz apsorpcijskih spektara.

Proučavajući spektre, znanstvenici su mogli odrediti ne samo kemijski sastav nebeskih tijela, već i njihovu temperaturu. Po pomaku spektralnih linija može se odrediti brzina gibanja nebeskog tijela.

Energija u spektru.

Izvor svjetlosti mora trošiti energiju. Svjetlost su elektromagnetski valovi valne duljine 4*10 -7 - 8*10 -7 m. Elektromagnetski valovi emitiran ubrzanim kretanjem nabijenih čestica. Ove nabijene čestice dio su atoma. Ali bez poznavanja strukture atoma ništa se pouzdano ne može reći o mehanizmu zračenja. Jasno je samo da unutar atoma nema svjetla, kao što nema zvuka u žici klavira. Poput žice koja počinje zvučati tek nakon što je udari čekić, atomi rađaju svjetlost tek nakon što su pobuđeni.

Da bi atom počeo zračiti, mora mu se prenijeti energija. Pri emitiranju atom gubi primljenu energiju, a za kontinuirani sjaj tvari neophodan je dotok energije njezinim atomima izvana.

Toplinsko zračenje. Najjednostavnija i najčešća vrsta zračenja je toplinsko zračenje, kod kojeg se energija koju su atomi izgubili na emitiranje svjetlosti kompenzira energijom toplinskog gibanja atoma ili (molekula) tijela koje emitira. Što je viša temperatura tijela, atomi se brže kreću. Kada se brzi atomi (molekule) sudaraju jedan s drugim, dio njihove kinetičke energije pretvara se u energiju pobude atoma, koji tada emitiraju svjetlost.

Toplinski izvor zračenja je Sunce, kao i obična žarulja sa žarnom niti. Svjetiljka je vrlo prikladan, ali jeftin izvor. Samo oko 12% ukupne energije oslobođene u svjetiljci elektro šok, pretvara se u svjetlosnu energiju. Toplinski izvor svjetlosti je plamen. Zrnca čađe zagrijavaju se zbog energije koja se oslobađa tijekom izgaranja goriva i emitiraju svjetlost.

Elektroluminiscencija. Energija potrebna atomima za emitiranje svjetlosti također može doći iz izvora koji nisu toplinski. Tijekom pražnjenja u plinovima, električno polje prenosi veću kinetičku energiju elektronima. Brzi elektroni doživljavaju sudare s atomima. Dio kinetičke energije elektrona odlazi na pobuđivanje atoma. Pobuđeni atomi oslobađaju energiju u obliku svjetlosnih valova. Zbog toga je pražnjenje u plinu popraćeno sjajem. Ovo je elektroluminiscencija.

Katodoluminiscencija. Sjaj čvrste tvari, uzrokovano bombardiranjem njihovim elektronima, naziva se katodoluminiscencija. Zahvaljujući katodoluminiscenciji, zasloni katodnih cijevi televizora svijetle.

Kemiluminiscencija. Za neke kemijske reakcije, koji dolazi s oslobađanjem energije, dio te energije izravno se troši na emisiju svjetlosti. Izvor svjetlosti ostaje hladan (na temperaturi je okoline). Ova pojava se naziva kemioluminiscencija.

Fotoluminiscencija. Svjetlost koja pada na tvar djelomično se reflektira, a djelomično apsorbira. Energija apsorbirane svjetlosti u većini slučajeva uzrokuje samo zagrijavanje tijela. Međutim, neka tijela sama počinju svijetliti izravno pod utjecajem zračenja koje pada na njih. Ovo je fotoluminiscencija. Svjetlost pobuđuje atome tvari (povećava njihovu unutarnju energiju), nakon čega se i sami osvjetljavaju. Na primjer, svjetleće boje koje prekrivaju mnoge ukrase za božićno drvce emitiraju svjetlost nakon zračenja.

Svjetlost emitirana tijekom fotoluminiscencije u pravilu ima veću valnu duljinu od svjetlosti koja pobuđuje sjaj. To se može promatrati eksperimentalno. Usmjerite li zraku svjetlosti propuštenu kroz ljubičasti filtar na posudu s fluoresceitom (organska boja), tada ta tekućina počinje svijetliti zeleno-žutim svjetlom, tj. svjetlom veće valne duljine od ljubičastog.

Fenomen fotoluminiscencije naširoko se koristi u fluorescentnim svjetiljkama. Sovjetski fizičar S. I. Vavilov predložio je pokrivanje unutarnja površina izbojna cijev sa tvarima koje mogu jako svijetliti pod djelovanjem kratkovalnog zračenja iz plinskog izboja. Fluorescentne žarulje su otprilike tri do četiri puta ekonomičnije od konvencionalnih žarulja sa žarnom niti.

Navedene su glavne vrste zračenja i izvori koji ih stvaraju. Najčešći izvori zračenja su toplinski.

Raspodjela energije u spektru. Nijedan od izvora ne proizvodi monokromatsku svjetlost, odnosno svjetlost strogo određene valne duljine. U to nas uvjeravaju pokusi rastavljanja svjetlosti na spektar pomoću prizme, kao i pokusi interferencije i difrakcije.

Energija koju svjetlost nosi sa sobom iz izvora raspoređuje se na određeni način po valovima svih duljina koji čine svjetlosni snop. Također možemo reći da je energija raspoređena po frekvencijama, jer postoji jednostavan odnos između valne duljine i frekvencije: ђv = c.

Gustoća toka elektromagnetska radijacija, ili intenzitet /, određen je energijom &W koja se može pripisati svim frekvencijama. Za karakterizaciju raspodjele frekvencija zračenja potrebno je uvesti novu veličinu: intenzitet po jedinici frekvencijskog intervala. Ta se veličina naziva spektralna gustoća intenziteta zračenja.

Spektralna gustoća toka zračenja može se odrediti eksperimentalno. Da biste to učinili, trebate upotrijebiti prizmu za dobivanje spektra zračenja, na primjer, električnog luka i izmjeriti gustoću toka zračenja koja pada na male spektralne intervale širine Av.

Ne možete se osloniti na svoje oko da biste procijenili distribuciju energije. Oko ima selektivnu osjetljivost na svjetlost: njegova najveća osjetljivost nalazi se u žuto-zelenom području spektra. Najbolje je iskoristiti svojstvo crnog tijela da gotovo potpuno apsorbira svjetlost svih valnih duljina. U ovom slučaju energija zračenja (tj. svjetlost) uzrokuje zagrijavanje tijela. Stoga je dovoljno izmjeriti tjelesnu temperaturu i na temelju nje procijeniti količinu apsorbirane energije u jedinici vremena.

Obični termometar je previše osjetljiv da bi se uspješno koristio u takvim pokusima. Za mjerenje temperature potrebni su osjetljiviji instrumenti. Možete uzeti električni termometar, u kojem je osjetljivi element izrađen u obliku tanke metalne ploče. Ova ploča mora biti pokrivena tanki slojčađa, koja gotovo potpuno apsorbira svjetlost bilo koje valne duljine.

Toplinski osjetljivu ploču uređaja treba postaviti na jedno ili drugo mjesto u spektru. Cijeli vidljivi spektar duljine l od crvenih do ljubičastih zraka odgovara frekvencijskom intervalu od v cr do y f. Širina odgovara malom intervalu Av. Zagrijavanjem crne ploče uređaja može se prosuditi gustoća toka zračenja po frekvencijskom intervalu Av. Pomičući ploču po spektru, ustanovit ćemo da je većina energije u crvenom dijelu spektra, a ne u žutozelenom, kako se oku čini.

Na temelju rezultata ovih pokusa moguće je konstruirati krivulju ovisnosti spektralne gustoće intenziteta zračenja o frekvenciji. Spektralna gustoća intenziteta zračenja određena je temperaturom ploče, a frekvenciju nije teško pronaći ako je uređaj koji se koristi za razlaganje svjetlosti kalibriran, odnosno ako se zna kojoj frekvenciji odgovara određeni dio spektra. do.

Crtanjem duž osi apscisa vrijednosti frekvencija koje odgovaraju središtima intervala Av, a duž osi ordinata spektralne gustoće intenziteta zračenja, dobivamo niz točaka kroz koje možemo povući glatku krivulju. Ova krivulja daje vizualni prikaz distribucije energije i vidljivog dijela spektra električnog luka.

Od otkrića "spektralne analize", bilo je mnogo kontroverzi oko ovog pojma. Isprva fizički princip spektralna analiza podrazumijevao metodu identifikacije elementarni sastav uzoraka prema promatranom spektru, koji je pobuđen u nekom visokotemperaturnom izvoru plamena, iskri ili luku.

Kasnije se spektralna analiza počela shvaćati kao druge metode analitičkog proučavanja i pobuđivanja spektara:

• metode ramanskog raspršenja,
• metode apsorpcije i luminescencije.

Na kraju su otkriveni rendgenski i gama spektri. Stoga je ispravno, kada se govori o spektralnoj analizi, misliti na ukupnost svega postojeće metode. Međutim, češće se fenomen identifikacije pomoću spektra koristi u razumijevanju emisijskih metoda.

Metode klasifikacije

Druga mogućnost klasifikacije je podjela na molekularne (određivanje molekularnog sastava uzorka) i elementarne (određivanje atomskog sastava) studije spektra.

Molekularna metoda temelji se na proučavanju apsorpcije, spektra Ramanovog raspršenja i luminescencije; atomski sastav se određuje iz ekscitacijskih spektara u toplim izvorima (molekule su uglavnom uništene) ili iz rendgenskih spektralnih studija. Ali takva klasifikacija ne može biti stroga, jer se ponekad obje ove metode podudaraju.

Klasifikacija metoda spektralne analize

Na temelju problema koji se rješavaju gore opisanim metodama, proučavanje spektra dijeli se na metode koje se koriste za proučavanje legura, plinova, ruda i minerala, Gotovi proizvodi, čisti metali itd. Svaki proučavani objekt ima svoje karakteristične značajke i standardima. Dva glavna pravca analize spektra:

1. Kvalitativno
2. Kvantitativno

Što se proučava tijekom njih, razmotrit ćemo dalje.

Dijagram metoda spektralne analize

Kvalitativna spektralna analiza

Kvalitativnom analizom utvrđuje se od kojih se elemenata sastoji analizirani uzorak. Potrebno je dobiti spektar uzorka pobuđenog u nekom izvoru, te iz detektiranih spektralnih linija odrediti kojim elementima pripadaju. Tako će biti jasno od čega se sastoji uzorak. Teškoća kvalitativne analize je veliki broj spektralnih linija na analitičkom spektrogramu, čije je dekodiranje i identifikacija previše naporno i neprecizno.

Kvantitativna spektralna analiza

Metoda kvantitativne spektralne analize temelji se na činjenici da intenzitet analitičke linije raste s povećanjem sadržaja elementa koji se određuje u uzorku. Ova se ovisnost temelji na mnogim čimbenicima koje je teško numerički izračunati. Stoga je praktički nemoguće teoretski utvrditi odnos između intenziteta linija i koncentracije elemenata.

Stoga, relativna mjerenja intenziteta iste spektralne linije kada se promijeni koncentracija elementa koji se određuje. Dakle, ako uvjeti pobude i snimanja spektra ostanu nepromijenjeni, izmjerena energija zračenja proporcionalna je intenzitetu. Mjerenje te energije (ili vrijednosti koja ovisi o njoj) daje nam potrebnu empirijsku vezu između izmjerene vrijednosti i koncentracije elementa u uzorku.

Spektralna analiza

Spektralna analiza- skup metoda za kvalitativno i kvantitativno određivanje sastava objekta, koji se temelji na proučavanju spektra interakcije tvari sa zračenjem, uključujući spektre elektromagnetskog zračenja, akustičnih valova, raspodjele masa i energija elementarnih čestica, itd.

Ovisno o namjeni analize i vrsti spektra, razlikuje se nekoliko metoda spektralne analize. Atomski I molekularni spektralne analize omogućuju određivanje elementarnog, odnosno molekularnog sastava tvari. U emisijskim i apsorpcijskim metodama sastav se određuje iz emisijskih i apsorpcijskih spektara.

Masena spektrometrijska analiza provodi se pomoću spektra mase atomskih ili molekularnih iona i omogućuje određivanje izotopskog sastava objekta.

Priča

Tamne linije na spektralnim prugama primjećuju se već dugo, ali prvi ozbiljno istraživanje te je linije tek 1814. poduzeo Joseph Fraunhofer. U njegovu čast, efekt je nazvan "Fraunhoferove linije". Fraunhofer je utvrdio stabilnost položaja redaka, sastavio njihovu tablicu (ukupno je izbrojao 574 redaka) i svakom dodijelio alfanumeričku šifru. Ništa manje važan nije bio njegov zaključak da linije nisu povezane ni s optičkim materijalom ni s atmosferom Zemlje, već su prirodna karakteristika sunčeva svjetlost. Otkrio je slične linije u umjetnim izvorima svjetlosti, kao iu spektrima Venere i Siriusa.

Uskoro je postalo jasno da se jedna od najjasnijih linija uvijek pojavljuje u prisutnosti natrija. Godine 1859. G. Kirchhoff i R. Bunsen nakon niza pokusa zaključili su: svaki kemijski element ima svoj jedinstveni linijski spektar, a iz spektra nebeskih tijela može se zaključiti o sastavu njihove tvari. Od tog trenutka u znanosti se pojavila spektralna analiza, moćna metoda za daljinsko određivanje kemijskog sastava.

Kako bi testirala metodu 1868., Pariška akademija znanosti organizirala je ekspediciju u Indiju, gdje je kompletna pomrčina Sunca. Tamo su znanstvenici otkrili: sve tamne linije u trenutku pomrčine, kada je spektar emisije zamijenio apsorpcijski spektar sunčeve korone, postale su, kako je i predviđeno, svijetle na tamnoj pozadini.

Postupno se razjašnjavala priroda svake od linija i njihova veza s kemijskim elementima. Godine 1860. Kirchhoff i Bunsen otkrili su cezij pomoću spektralne analize, a 1861. rubidij. A helij je na Suncu otkriven 27 godina ranije nego na Zemlji (1868. odnosno 1895.).

Princip rada

Atomi svakog kemijskog elementa imaju strogo određene rezonantne frekvencije, zbog čega upravo na tim frekvencijama emitiraju ili apsorbiraju svjetlost. To dovodi do činjenice da su u spektroskopu linije (tamne ili svijetle) vidljive na spektrima na određenim mjestima karakterističnim za svaku tvar. Intenzitet linija ovisi o količini tvari i njezinom stanju. U kvantitativnoj spektralnoj analizi sadržaj ispitivane tvari određen je relativnim ili apsolutnim intenzitetom linija ili vrpci u spektru.

Optičku spektralnu analizu karakterizira relativna jednostavnost provedbe, odsutnost složene pripreme uzorka za analizu i mala količina tvari (10-30 mg) potrebna za analizu veliki broj elementi.

Atomski spektri (apsorpcijski ili emisijski) dobivaju se prevođenjem tvari u stanje pare zagrijavanjem uzorka na 1000-10000 °C. Iskra ili izmjenični luk koriste se kao izvori pobude atoma u analizi emisije vodljivih materijala; u ovom slučaju uzorak se stavlja u krater jedne od ugljičnih elektroda. Plamen ili plazma raznih plinova široko se koriste za analizu otopina.

Primjena

U U zadnje vrijeme, najveća distribucija dobivene su emisijske i maseno spektrometrijske metode spektralne analize temeljene na ekscitaciji atoma i njihovoj ionizaciji u argonskoj plazmi indukcijskih izboja, kao iu laserskoj iskri.

Spektralna analiza je osjetljiva metoda i naširoko se koristi u analitičkoj kemiji, astrofizici, metalurgiji, strojarstvu, geološkim istraživanjima i drugim granama znanosti.

U teoriji obrade signala, spektralna analiza također znači analizu distribucije energije signala (na primjer, zvuka) po frekvencijama, valnim brojevima itd.

vidi također

Zaklada Wikimedia. 2010.

• Balti
• Sjeverni Han

Pogledajte što je "Spektralna analiza" u drugim rječnicima:

SPEKTRALNA ANALIZA- fizički metode kvalitete. .i količine. određivanje sastava u va, na temelju prikupljanja i proučavanja njegovih spektara. Osnova S. a. spektroskopija atoma i molekula, klasificira se prema namjeni analize i vrstama spektra. Atomic S. a. (ASA) definira... ... Fizička enciklopedija

Spektralna analiza- Mjerenje sastava tvari na temelju proučavanja njezinih spektara Izvor... Rječnik-priručnik pojmova normativne i tehničke dokumentacije

Spektralna analiza- vidi Spektroskopija. Geološki rječnik: u 2 sveska. M.: Nedra. Uredili K. N. Paffengoltz i dr. 1978. Spektralna analiza ... Geološka enciklopedija

SPEKTRALNA ANALIZA- Uveli Bunsen i Kirchhoff 1860., kemijsko proučavanje tvari kroz njezine karakteristične obojene linije, koje su uočljive gledajući je (tijekom isparavanja) kroz prizmu. Objašnjenje 25.000 stranih riječi... Rječnik stranih riječi ruskog jezika

SPEKTRALNA ANALIZA- SPEKTRALNA ANALIZA, jedna od metoda analize, pri kojoj se koriste spektri (v. Spektroskopija, spektroskop) koje daje ovo ili ono tijelo kad se zagrije! ili kada zrake prolaze kroz otopine, dajući kontinuirani spektar. za…… Velika medicinska enciklopedija

SPEKTRALNA ANALIZA - fizikalna metoda kvalitativno i kvantitativno određivanje sastava tvari, koje se provodi pomoću njezinih optičkih spektara. Postoje atomska i molekularna spektralna analiza, emisijska (na temelju spektra emisije) i apsorpcijska (na temelju spektra... ... Velik enciklopedijski rječnik

Spektralna analiza- matematika statistička metoda analiza vremenskih nizova, u kojoj se nizovi promatraju kao složen skup, mješavina harmonijskih oscilacija međusobno superponiranih. U ovom slučaju glavna pažnja se posvećuje učestalosti... ... Ekonomski i matematički rječnik

SPEKTRALNA ANALIZA- fizički metode kvalitativnog i kvantitativnog određivanja kemikalija. sastav bilo koje tvari na temelju dobivanja i proučavanja njihova optičkog spektra. Ovisno o prirodi korištenih spektara, razlikuju se sljedeće vrste: emisije (emisija C ... Velika politehnička enciklopedija

Spektralna analiza- I Spektralna analiza je fizikalna metoda za kvalitativno i kvantitativno određivanje atomskog i molekularnog sastava tvari, koja se temelji na proučavanju njezinih spektara. Fizička osnova S. a. Spektroskopija atoma i molekula, njen... ... Velika sovjetska enciklopedija

Spektralna analiza- Sadržaj članka. I. Sjaj tijela. Spektar emisije. Sunčev spektar. Fraunhoferove linije. Prizmatični i difrakcijski spektri. Raspršenje boja prizme i rešetke. II. Spektroskopi. Nagnuti i ravni spektroskop à vision directe.… … Enciklopedijski rječnik F.A. Brockhaus i I.A. Efron