Mi a nadphn a biológiában. A dehidrogenázok az oxidoreduktáz osztályba tartozó enzimek (piridinfüggő, flavinfüggő, aerob és anaerob típusok, fiziológia, biokémia)

A tizenhetedik században, bármely jelentésének összességét jelölve fizikai mennyiség. Energia, tömeg, optikai sugárzás. Gyakran ez utóbbira gondolunk, amikor a fény spektrumáról beszélünk. Pontosabban, a fényspektrum az optikai sugárzás sávjainak halmaza különböző frekvenciák, amelyek egy részét nap mint nap láthatjuk a minket körülvevő világban, míg néhányuk szabad szemmel megközelíthetetlen. Az észlelési lehetőségtől függően emberi szem által, a fényspektrum látható és láthatatlan részekre oszlik. Ez utóbbi viszont infravörös és ultraibolya fénynek van kitéve.

A spektrumok típusai

Vannak még különböző típusok spektrumok. Ebből három van, a sugárzás intenzitásának spektrális sűrűségétől függően. A spektrumok lehetnek folyamatosak, vonalak vagy csíkosak. A spektrumok típusát a segítségével határozzuk meg

Folyamatos spektrum

Folytonos spektrumot magas hőmérsékletre hevített szilárd anyagok vagy gázok alkotnak. nagy sűrűségű. A jól ismert hét színből álló szivárvány a folytonos spektrum közvetlen példája.

Vonalspektrum

Szintén spektrumtípusokat képvisel, és bármely gáz halmazállapotú anyagból származik. Itt fontos megjegyezni, hogy az atomban van, nem a molekulában. Ez a spektrum rendkívül alacsony kölcsönhatást biztosít az atomoknak egymással. Mivel nincs kölcsönhatás, az atomok tartósan azonos hosszúságú hullámokat bocsátanak ki. Ilyen spektrum például a magas hőmérsékletre hevített gázok izzása.

Sáv spektrum

A csíkos spektrum vizuálisan az egyes sávokat képviseli, amelyeket világosan elég sötét intervallumok határolnak el. Ráadásul ezek a sávok mindegyike nem egy szigorúan meghatározott frekvenciájú sugárzás, hanem abból áll nagy mennyiség egymáshoz közel elhelyezkedő fényvonalak. Az ilyen spektrumok példája, akárcsak a vonalspektrumok esetében, a gőzök izzása at magas hőmérsékletű. Ezeket azonban már nem atomok hozzák létre, hanem olyan molekulák, amelyeknek rendkívül szoros közös kötésük van, ami ilyen fényt okoz.

Abszorpciós spektrum

A spektrumok típusai azonban ezzel nem érnek véget. Ezenkívül létezik egy másik típus is, az abszorpciós spektrum. A spektrális analízisben az abszorpciós spektrum sötét vonalak a folytonos spektrum hátterében, és az abszorpciós spektrum lényegében az anyag abszorpciós sebességétől való függést fejezi ki, amely többé-kevésbé magas lehet.

Bár van széleskörű az abszorpciós spektrumok mérésének kísérleti megközelítései. A legelterjedtebb az a kísérlet, amelyben a keletkezett sugárzássugarat egy lehűtött (hogy a részecskék kölcsönhatása, és ezért izzás) gázon vezetik át, majd meghatározzák a rajta áthaladó sugárzás intenzitását. Az átvitt energia jól használható az abszorpció kiszámítására.

Spektrális elemzés, az anyagok összetételének minőségi és mennyiségi meghatározására szolgáló módszer, amely az emissziós, abszorpciós, a reflexiós és a lumineszcencia spektrum vizsgálatán alapul. Tegyen különbséget atomi és molekuláris között spektrális elemzés, amelynek feladata egy anyag elemi, illetve molekuláris összetételének meghatározása. Kibocsátás spektrális elemzés a gerjesztett atomok, ionok vagy molekulák emissziós spektrumait használva különböző utak, felszívódás spektrális elemzés- abszorpciós spektrum alapján elektromágneses sugárzás elemzett objektumok (lásd Abszorpciós spektroszkópia). A vizsgálat céljától függően az elemzett anyag tulajdonságai, a felhasznált spektrumok sajátosságai, a hullámhossz-tartomány és egyéb tényezők, az elemzés menete, berendezései, spektrummérési módszerei és az eredmények metrológiai jellemzői nagymértékben változnak. Ennek megfelelően spektrális elemzés számra osztva független módszerek(lásd különösen reflexiós spektroszkópia, ultraibolya spektroszkópia, ).

Gyakran alatta spektrális elemzés csak az atomemissziós spektrális analízist (AESA) érti - az elemanalízis módszere, amely a gázfázisban lévő szabad atomok és ionok emissziós spektrumának vizsgálatán alapul a 150-800 nm hullámhossz-tartományban (lásd).

A vizsgált anyag mintáját sugárforrásba visszük, ahol az elpárolog, disszociál molekulákat és gerjeszti a keletkező atomokat (ionokat). Ez utóbbiak jellegzetes sugárzást bocsátanak ki, amely a spektrális műszer rögzítőkészülékébe kerül.

A kvalitatív spektrális elemzés során a minták spektrumait összehasonlítják a megfelelő atlaszokban és spektrális vonaltáblázatokban megadott ismert elemek spektrumával, és így megállapítják az elemzett anyag elemi összetételét. A kvantitatív analízis során a kívánt elem mennyiségét (koncentrációját) a vizsgált anyagban az analitikai jel nagyságának (feketedési sűrűsége vagy az analitikai vonal optikai sűrűsége a fényképezőlapon; a fényáram a fotoelektromos vevőhöz) függése határozza meg. ) a kívánt elem tartalmáról a mintában. Ezt a függőséget számos nehezen szabályozható tényező (a minták tömeges összetétele, szerkezete, diszperziója, a spektrumok gerjesztési forrásának paraméterei, a rögzítő eszközök instabilitása, a fényképezőlemezek tulajdonságai stb.) komplex módon határozza meg. ). Ezért ennek megállapításához általában olyan mintakészletet használnak a kalibráláshoz, amelyek bruttó összetételét és szerkezetét tekintve a lehető legközelebb állnak a vizsgált anyaghoz, és ismert mennyiségben tartalmazzák a meghatározandó elemeket. Az ilyen minták speciálisan elkészített fémanyagként szolgálhatnak. ötvözetek, anyagkeverékek, oldatok, beleértve és az ipar termeli. A vizsgált és a standard minták tulajdonságaiban mutatkozó elkerülhetetlen különbségek elemzési eredményekre gyakorolt ​​hatásának kiküszöbölésére használja különböző technikák; összehasonlítják például a meghatározandó elem és az úgynevezett referenciaelem spektrumvonalait, amely kémiai ill. fizikai tulajdonságok a meghatározotthoz. Azonos típusú anyagok elemzésekor ugyanazokat a kalibrációs függőségeket használhatja, amelyeket ellenőrző minták segítségével időszakonként módosítanak.

A spektrális elemzés érzékenysége és pontossága elsősorban attól függ fizikai jellemzők sugárforrások (spektrumok gerjesztése) - hőmérséklet, elektronkoncentráció, az atomok tartózkodási ideje a spektrumok gerjesztési zónájában, a forrásmód stabilitása stb. Egy adott analitikai probléma megoldásához szükséges a megfelelő sugárforrás kiválasztása, jellemzőinek optimalizálása különféle technikák segítségével - inert atmoszféra alkalmazása, alkalmazása mágneses mező, speciális anyagok bevezetése, amelyek stabilizálják a kisülési hőmérsékletet, az atomok ionizációs fokát, diffúziós folyamatokat optimális szinten stb. Az egymást kölcsönösen befolyásoló tényezők sokfélesége miatt gyakran alkalmazzák a kísérletek matematikai tervezésének módszereit.

Az elemzés során szilárd anyagok Leggyakrabban íves (egyen- és váltóáramú) és szikrakisüléseket használnak, amelyeket speciálisan kialakított stabilizáló generátorok hajtanak meg (gyakran elektronikusan vezérelve). Univerzális generátorokat is létrehoztak, amelyek segítségével kisüléseket kapnak különböző típusok a vizsgált minták gerjesztési folyamatainak hatékonyságát befolyásoló változó paraméterekkel. Egy szilárd, elektromosan vezetőképes minta közvetlenül szolgálhat ív- vagy szikraelektródaként; A nem vezető szilárd mintákat és porokat az egyik vagy másik konfigurációjú szénelektródák mélyedéseibe helyezik. Ebben az esetben mind a vizsgált anyag teljes elpárologtatása (permetezése), mind az utóbbi frakcionált elpárologtatása és a mintakomponensek gerjesztése a fizikai ill. kémiai tulajdonságok, ami javítja az elemzés érzékenységét és pontosságát. A bepárlásos frakcionálás hatásának fokozására széles körben alkalmazzák a reagensek elemzett anyagához adalékanyagokat, amelyek elősegítik a meghatározott elemekből magas hőmérsékleten erősen illékony vegyületek (fluoridok, kloridok, szulfidok stb.) képződését [(5-7) ·10 3 K] szénív körülmények. A por alakú geológiai minták elemzéséhez széles körben alkalmazzák a minták széníves kisülési zónába történő permetezését vagy befújását.

A kohászati ​​minták elemzésekor a különféle típusú szikrakisülések mellett izzító kisülésű fényforrásokat (Grim lámpák, üreges katód kisülés) is használnak. Kombinált automatizált forrásokat fejlesztettek ki, amelyekben izzító kisülési lámpákat vagy elektrotermikus analizátorokat használnak párologtatásra vagy porlasztásra, és például nagyfrekvenciás plazmatronokat használnak a spektrumok felvételére. Ebben az esetben lehetőség van a meghatározandó elemek párolgási és gerjesztési feltételeinek optimalizálására.

Folyékony minták (oldatok) elemzésekor legjobb eredményeket inert atmoszférában működő nagyfrekvenciás (HF) és ultra-nagyfrekvenciás (mikrohullámú) plazmatronok, valamint lángfotometriás analízis segítségével nyerik (lásd). A kisülési plazma hőmérsékletének optimális szinten történő stabilizálása érdekében könnyen ionizálható anyagok, például alkálifémek adalékait vezetik be. Különösen sikeresen alkalmazzák a toroid konfigurációjú induktív csatolással ellátott HF kisülést (1. ábra). Elválasztja a rádiófrekvenciás energiaelnyelési és a spektrális gerjesztési zónákat, ami lehetővé teszi a gerjesztési hatékonyság és a hasznos analitikai jel-zaj arány drámai növelését, és ezáltal nagyon alacsony érzékelési határértékeket ér el az elemek széles körében. A mintákat pneumatikus vagy (ritkábban) ultrahangos permetezőkkel juttatják be a gerjesztési zónába. Nagyfrekvenciás és mikrohullámú plazmatronok és lángfotometria segítségével történő elemzéskor a relatív szórás 0,01-0,03, ami bizonyos esetekben lehetővé teszi a spektrális elemzés használatát a pontos, de munkaigényesebb és időigényesebb helyett kémiai módszerek elemzés.

A gázkeverékek elemzéséhez speciális vákuumberendezésekre van szükség; a spektrumokat RF és mikrohullámú kisülésekkel gerjesztjük. A gázkromatográfia fejlődése miatt ezeket a módszereket ritkán alkalmazzák.

Rizs. 1. HF plasmatron: 1-kipufogógáz-égő; 2-spektrumú gerjesztési zóna; 3-zónás HF energiaelnyelés; 4-fűtő induktor; 5-hűtőgáz bemenet (nitrogén, argon); 6-bemenet plazmaképző gáz (argon); 7-bemenet porlasztott minta (vivőgáz - argon).

A nagy tisztaságú anyagok elemzésekor, ha meg kell határozni a 10-5% -nál kisebb tartalmú elemeket, valamint mérgező és radioaktív anyagok elemzésekor, a mintákat előkezelik; például a meghatározandó elemeket részben vagy teljesen elválasztjuk az alaptól, és kisebb térfogatú oldatba visszük át, vagy egy kisebb tömegű anyaghoz adjuk, amely kényelmesebb az elemzéshez. A mintakomponensek elkülönítésére a bázis (ritkábban a szennyeződések) frakcionált desztillációját, adszorpciót, kicsapást, extrakciót, kromatográfiát és ioncserét alkalmaznak. Spektrális elemzés a felsoroltak segítségével kémiai módszerek A mintakoncentrációt általában kémiai spektrális elemzésnek nevezik. A meghatározandó elemek elválasztásának és koncentrálásának további műveletei jelentősen növelik az elemzés összetettségét és időtartamát, és rontják annak pontosságát (a relatív szórás eléri a 0,2-0,3 értéket), de 10-100-szor csökkenti a kimutatási határokat.

A spektrális elemzés sajátos területe a mikrospektrális (lokális) elemzés. Ebben az esetben a minta felületének több tíz mikron átmérőjű szakaszára ható lézerimpulzus hatására általában egy mikrotérfogatnyi anyagot (krátermélység több tíz mikrontól több mikronig) párologtatnak el. A spektrumok gerjesztésére leggyakrabban lézerimpulzussal szinkronizált impulzusos szikrakisülést használnak. A módszert az ásványok és a kohászat tanulmányozásában alkalmazzák.

A spektrumokat spektrográfok és spektrométerek (kvantométerek) segítségével rögzítik. Ezeknek az eszközöknek számos típusa létezik, amelyek különböznek egymástól a rekesznyílásban, a diszperzióban, a felbontásban és a működési spektrális tartományban. Nagy apertúra szükséges a gyenge sugárzások rögzítéséhez, nagy szórás szükséges a hasonló hullámhosszú spektrumvonalak elválasztásához többsoros spektrummal rendelkező anyagok elemzésekor, valamint az analízis érzékenységének növeléséhez. Fényeloszlató eszközként használnak diffrakciós rácsokat (lapos, homorú, menetes, holografikus, profilozott), milliméterenként több száz és több ezer vonallal, sokkal ritkábban kvarc- vagy üvegprizmákat.

Kvalitatív spektrális elemzéshez előnyösek a spektrográfok (2. ábra), amelyek speciális fényképészeti lemezekre vagy (ritkábban) fotófilmekre rögzítik a spektrumot, mert lehetővé teszi a minta teljes spektrumának egyszerre történő tanulmányozását (az eszköz munkaterületén); azonban arra is használják mennyiségi elemzés a viszonylag olcsóság, a rendelkezésre állás és a könnyű karbantartás miatt. A spektrumvonalak sötétedését a fényképészeti lemezeken mikrofotométerekkel (mikrodenzitométerekkel) mérjük. Számítógépek vagy mikroprocesszorok használata biztosítja automatikus mód mérések, eredmények feldolgozása és kiadása végső eredmények elemzés.

2. ábra. A spektrográf optikai kialakítása: 1 bejáratú rés; 2 fordulatú tükör; 3-gömb alakú tükör; 4-diffrakciós rács; 5 fényskála világítás; 6 fokozatú; 7-es fotótábla.

Rizs. 3. Kvantométer diagram (40 rögzítési csatornából csak három látható): 1-polikromátor; 2-diffrakciós rácsok; 3 kimeneti nyílások; 4-foto-elektron szorzó; 5 bejáratú rés; 6-os állványok fényforrással; 7 szikra- és ívkisülés generátor; 8-elektronikus rögzítő eszköz; 9 vezérlős számítógép komplexum.

A spektrométerek az analitikai jelek fotoelektromos rögzítését fotosokszorozó csövekkel (PMT) végzik, automatikus adatfeldolgozással számítógépen. A fotoelektromos többcsatornás (legfeljebb 40 csatornás) polikromátorok kvantométerekben (3. ábra) lehetővé teszik a program által biztosított összes meghatározott elem analitikai vonalainak egyidejű rögzítését. Pásztázó monokromátorok használatakor többelemes elemzés biztosított Magassebesség adott programnak megfelelően a spektrumban pásztázva.

Azon elemek (C, S, P, As stb.) meghatározására, amelyek legintenzívebb analitikai vonalai a spektrum UV tartományában találhatók 180-200 nm-nél kisebb hullámhosszon, vákuumspektrométereket használnak.

Kvantummérők alkalmazása esetén az elemzés időtartamát nagymértékben meghatározzák a kiindulási anyag elemzésre való előkészítésének eljárásai. A minta-előkészítési idő jelentős csökkenése a legidőigényesebb szakaszok - feloldás, oldatok standard összetételűvé tétele, fémek oxidációja, porok őrlése és keverése, adott tömegű mintavétel - automatizálásával érhető el. Sok esetben a többelemes spektrális analízis néhány percen belül megtörténik, például: megoldások elemzésekor automatizált fotoelektromos spektrométerekkel RF plazmatronokkal vagy fémek elemzésekor az olvasztási folyamat során a minták sugárforráshoz való automatikus ellátásával.

Gondolkodtál már azon, honnan tudunk a távoli égitestek tulajdonságairól?

Biztosan tudja, hogy ilyen tudást a spektrális elemzésnek köszönhetünk. Azonban gyakran alábecsüljük ennek a módszernek a hozzájárulását önmagának megértéséhez. A spektrális elemzés megjelenése felborította a világunk szerkezetére és tulajdonságaira vonatkozó számos bevett paradigmát.

A spektrális elemzésnek köszönhetően elképzelésünk van a tér léptékéről és nagyszerűségéről. Neki köszönhetően már nem korlátozzuk az Univerzumot a Tejútrendszerre. A spektrális elemzés a csillagok sokféleségét tárta elénk, amelyek születésükről, evolúciójukról és halálukról árulkodnak. Ez a módszer szinte minden modern, sőt jövőbeli csillagászati ​​felfedezés alapja.

Tanulj az elérhetetlenről

Két évszázaddal ezelőtt általánosan elfogadott volt, hogy a bolygók és csillagok kémiai összetétele örökre rejtély marad számunkra. Valójában ezekben az években az űrobjektumok mindig elérhetetlenek maradnak számunkra. Következésképpen soha nem kapunk mintát egyetlen csillagról vagy bolygóról sem, és soha nem fogjuk megtudni az összetételét sem. A spektrális elemzés felfedezése teljesen megcáfolta ezt a tévhitet.

A spektrális elemzés lehetővé teszi, hogy távolról megismerje a távoli objektumok számos tulajdonságát. Természetesen ilyen módszer nélkül a modern gyakorlati csillagászat egyszerűen értelmetlen.

Vonalak a szivárványon

A Nap spektrumán lévő sötét vonalakat még 1802-ben vette észre Wollaston feltaláló. Maga a felfedező azonban nem ragadt különösebben ezekhez a vonalakhoz. Kiterjedt kutatásukat és osztályozásukat 1814-ben Fraunhofer végezte. Kísérletei során észrevette, hogy a Napnak, a Szíriusznak, a Vénusznak és a mesterséges fényforrásoknak megvan a maga vonalkészlete. Ez azt jelentette, hogy ezek a vonalak kizárólag a fényforrástól függtek. Nem érinti őket a föld légköre vagy egy optikai eszköz tulajdonságait.

E vonalak természetét 1859-ben Kirchhoff német fizikus fedezte fel Robert Bunsen kémikussal együtt. Kapcsolatot létesítettek a Nap spektrumában lévő vonalak és a gőzemissziós vonalak között különféle anyagok. Ezért megtették azt a forradalmi felfedezést, hogy minden kémiai elemnek megvan a maga spektrális vonala. Következésképpen bármely tárgy kisugárzásával megismerhetjük annak összetételét. Így született meg a spektrális elemzés.

A következő évtizedekben számos kémiai elemet fedeztek fel spektrális elemzéssel. Ide tartozik a hélium, amelyet először a Napban fedeztek fel, innen kapta a nevét. Ezért kezdetben azt gondolták, hogy kizárólag napgáz, mígnem három évtizeddel később felfedezték a Földön.

Háromféle spektrum

Mi magyarázza a spektrum ezen viselkedését? A válasz a sugárzás kvantumtermészetében rejlik. Mint ismeretes, amikor egy atom elnyeli az elektromágneses energiát, a külső elektronja magasabb energiaszintre kerül. Hasonlóan a sugárzással - alacsonyabb szintre. Minden atomnak megvan a maga energiaszintbeli különbsége. Ebből adódik az abszorpció és az emisszió egyedi gyakorisága mindegyiknél kémiai elem.

Ezeken a frekvenciákon bocsát ki és bocsát ki a gáz. Ugyanakkor kemény és folyékony testek hevítve a kémiai összetételüktől függetlenül teljes spektrumot bocsátanak ki. Ezért a kapott spektrum három típusra oszlik: folytonos, vonalspektrum és abszorpciós spektrum. Ennek megfelelően folytonos spektrumot bocsátanak ki szilárd anyagok és folyadékok, vonalspektrumot pedig gázok. Az abszorpciós spektrumot akkor figyeljük meg, ha egy gáz folyamatos sugárzást nyel el. Más szóval, a színes vonalak tovább sötét háttér A vonalspektrum az abszorpciós spektrum többszínű hátterén sötét vonalaknak felel meg.

Ez az abszorpciós spektrum, amelyet a Napban figyelnek meg, míg a felmelegített gázok vonalspektrumú sugárzást bocsátanak ki. Ez azzal magyarázható, hogy a Nap fotoszférája, bár gáz, nem átlátszó az optikai spektrum számára. Hasonló kép figyelhető meg más csillagoknál is. Az az érdekes, hogy tele van Napfogyatkozás a Nap spektruma vonalas lesz. Valójában ebben az esetben átlátszóból származik külső rétegekőt.

A spektroszkópia alapelvei

Az optikai spektrális analízis technikai megvalósítása viszonylag egyszerű. Munkája a vizsgált objektum sugárzásának lebontásán és a keletkező spektrum további elemzésén alapul. Üvegprizma segítségével 1671-ben Isaac Newton végrehajtotta a fény első "hivatalos" lebontását. A „spektrum” szót a tudományos használatba is bevezette. Valójában, miközben a fényt ugyanilyen módon rendezte el, Wollaston fekete vonalakat vett észre a spektrumon. A spektrográfok is ezen az elven működnek.

A fénybontás diffrakciós rácsok használatával is megtörténhet. A fény további elemzése többféle módszerrel is elvégezhető. Kezdetben megfigyelő csövet használtak erre, majd kamerát. Napjainkban a keletkező spektrumot nagy pontosságú elektronikus műszerekkel elemzik.

Eddig optikai spektroszkópiáról beszéltünk. A modern spektrális elemzés azonban nem korlátozódik erre a tartományra. A tudomány és a technológia számos területén szinte minden típusú elektromágneses hullám spektrális elemzését alkalmazzák - a rádiótól a röntgensugarakig. Természetesen az ilyen vizsgálatokat különféle módszerekkel végzik. Különféle spektrális elemzési módszerek nélkül nem ismernénk a modern fizikát, kémiát, orvostudományt és természetesen a csillagászatot.

Spektrális elemzés a csillagászatban

Amint azt korábban megjegyeztük, a spektrumvonalak tanulmányozása a Naptól indult. Ezért nem meglepő, hogy a spektrumok tanulmányozása azonnal alkalmazásra talált a csillagászatban.

Természetesen a csillagászok az első dolga volt, hogy ezzel a módszerrel tanulmányozzák a csillagok és más kozmikus objektumok összetételét. Így minden csillag megszerezte a saját spektrális osztályát, amely tükrözi légkörük hőmérsékletét és összetételét. Ismertté váltak a bolygók légkörének paraméterei is. Naprendszer. A csillagászok közelebb kerültek a gázködök, valamint sok más égi objektum és jelenség természetének megértéséhez.

A spektrális elemzés segítségével azonban nemcsak arról tanulhatsz minőségi összetétel tárgyakat.

Mérje meg a sebességet

Doppler-effektus a csillagászatban Doppler-effektus a csillagászatban

A Doppler-effektust elméletileg egy osztrák fizikus dolgozta ki 1840-ben, akiről el is nevezték. Ez a hatás egy elhaladó vonat sípját hallgatva figyelhető meg. A közeledő vonat sípjának hangmagassága észrevehetően különbözik a mozgó vonatétól. Nagyjából így igazolták elméletileg a Doppler-effektust. A hatás az, hogy a megfigyelő számára a mozgó forrás hullámhossza torzul. Növekszik, ahogy a forrás távolodik, és csökken, ahogy közeledik. Az elektromágneses hullámok hasonló tulajdonságokkal rendelkeznek.

Ahogy a forrás távolodik, az emissziós spektrumában az összes sötét sáv a vörös oldalra tolódik. Azok. minden hullámhossz nő. Ugyanígy, amikor a forrás közeledik, eltolódnak az ibolya oldalra. Így a spektrális elemzés kiváló kiegészítőjévé vált. Most a spektrum vonalaiból fel lehetett ismerni azt, ami korábban lehetetlennek tűnt. Mérje meg az űrobjektumok sebességét, számítsa ki a kettős csillagok keringési paramétereit, a bolygók forgási sebességét és még sok mást. Különleges szerep„vörös eltolódás” hatást váltott ki a kozmológiában.

Edwin Hubble amerikai tudós felfedezése a világ heliocentrikus rendszerének Kopernikusz általi fejlesztéséhez hasonlítható. A cefeidák fényességének tanulmányozásával különféle ködökben bebizonyította, hogy sok közülük sokkal távolabb található, mint a Tejút. A kapott távolságokat a galaxisok spektrumával összehasonlítva Hubble felfedezte híres törvényét. Eszerint a galaxisok távolsága arányos a tőlünk való eltávolításuk sebességével. Bár a törvénye némileg eltér attól modern ötletek, a Hubble felfedezése kiterjesztette az Univerzum hatókörét.

Spektrális elemzés és modern csillagászat

Napjainkban szinte egyetlen csillagászati ​​megfigyelés sem történik spektrális elemzés nélkül. Segítségével új exobolygókat fedeznek fel, és kitágítják az Univerzum határait. A spektrométereket Mars-járók és bolygóközi szondák, űrteleszkópok és kutatóműholdak hordozzák. Valójában spektrális elemzés nélkül nem létezne modern csillagászat. Továbbra is a csillagok üres, arctalan fényét néznénk, amelyről semmit sem tudtunk.

Kirchhoff és Bunsen először 1859-ben próbálkozott spektrális elemzéssel. Két olyan spektroszkópot készített, amely úgy néz ki, mint egy cső szabálytalan alakú. Az egyik oldalon volt egy lyuk (kollimátor), amelybe a vizsgált fénysugarak estek. A cső belsejében egy prizma volt, amely eltérítette a sugarakat, és a csőben lévő másik lyuk felé irányította őket. A kimeneten a fizikusok láthatták, hogy a fény spektrumra bomlik.

A tudósok úgy döntöttek, hogy kísérletet hajtanak végre. Miután besötétítették a szobát és vastag függönnyel takarták be az ablakot, gyertyát gyújtottak a kollimátor rés közelében, majd darabokra szedték. különböző anyagokés bevezette őket egy gyertyalángba, megfigyelve, hogy változik-e a spektrum. És kiderült, hogy az egyes anyagok forró gőzei más-más spektrumot adnak! Mivel a prizma szigorúan elválasztotta a sugarakat, és nem tette lehetővé, hogy átfedjék egymást, a kapott spektrumból az anyagot pontosan lehetett azonosítani.

Kirchhoff ezt követően elemezte a Nap spektrumát, és felfedezte, hogy bizonyos kémiai elemek jelen vannak a kromoszférájában. Ebből született meg az asztrofizika.

A spektrális elemzés jellemzői

A spektrális elemzés elvégzéséhez nagyon kis mennyiségű anyag szükséges. Ez a módszer rendkívül érzékeny és nagyon gyors, ami lehetővé teszi, hogy nem csak sokféle igényre használható, hanem néha egyszerűen pótolhatatlanná is teszi. Biztosan ismert, hogy minden periódusos rendszer egy speciális spektrumot bocsát ki, csak az ő számára, ezért helyesen elvégzett spektrális elemzéssel szinte lehetetlen hibázni.

A spektrális analízis típusai

A spektrális elemzés lehet atomi vagy molekuláris. Az atomanalízis segítségével feltárható egy anyag atomi összetétele, molekuláris analízissel pedig a molekula összetétele.

A spektrum mérésének két módja van: emisszió és abszorpció. Az emissziós spektrális elemzést a kiválasztott atomok vagy molekulák spektrumának vizsgálatával végzik. Ehhez energiát kell adni nekik, vagyis izgatni kell őket. Az abszorpciós elemzést ezzel szemben a tárgyakra irányuló elektromágneses vizsgálat abszorpciós spektrumával végzik.

A spektrális analízis segítségével sokféle mérés lehetséges különféle jellemzők anyagok, részecskék vagy akár nagyok fizikai testek(például űrobjektumok). Ezért a spektrális elemzést tovább osztjuk különféle módszerek. Az adott feladathoz szükséges eredmény eléréséhez helyesen kell kiválasztania a berendezést, a spektrum tanulmányozásának hullámhosszát, valamint magát a spektrális régiót.

Spektrális elemzés alkalmazása

Az égitestekről értékes és legváltozatosabb információkat nyújtó módszer a spektrális elemzés. Lehetővé teszi, hogy a fény elemzéséből meghatározza a csillag minőségi és mennyiségi kémiai összetételét, hőmérsékletét, a mágneses tér jelenlétét és erősségét, a látóvonal mentén történő mozgás sebességét és még sok mást.

A spektrális analízis a fehér fény összetevőire való szétbontásán alapul. Ha egy háromszögű prizma oldallapjára fénysugár irányul, akkor az üvegben különböző módon megtörve a komponensek fehér fény a sugarak szivárványcsíkot hoznak létre a képernyőn, amelyet spektrumnak neveznek. A spektrumban minden szín mindig meghatározott sorrendben helyezkedik el.

Mint tudják, a fény elektromágneses hullámok formájában terjed. Minden szín egy adott hossznak felel meg elektromágneses hullám. A spektrum hullámhossza körülbelül 0,7-ről 0,4 μm-re csökken a vörös sugarakról az ibolya sugárzásra. A spektrum ibolya sugarain túl rejlik ultraibolya sugarak, szemnek láthatatlan, hanem a fényképező lemezen hat. Még rövidebb hullámhosszuk van röntgensugarak. Az égitestek természetének megértéséhez fontos röntgensugárzást blokkolja a Föld légköre.

A spektrum vörös sugarain túl van az infravörös sugarak tartománya. Láthatatlanok, de speciális fotólemezeken is működnek. A spektrális megfigyelések általában az infravöröstől az ultraibolya sugárzásig terjedő megfigyeléseket jelentenek.

A spektrumok tanulmányozásához spektroszkópnak és spektrográfnak nevezett műszereket használnak. A spektrumot spektroszkóppal vizsgáljuk, és spektrográffal fényképezzük. A spektrum fényképét spektrogramnak nevezzük.

Létezik a következő típusok spektrumok:

Szilárd vagy folytonos spektrumot szivárványcsík formájában állítanak elő szilárd és folyékony forró testek (szén, villanylámpa izzószál) és meglehetősen sűrű gáztömegek.

A sugárzás vonalspektrumát ritkított gázok és gőzök állítják elő, ha erősen hevítik vagy elektromágneses kisülés hatására. Minden gáz egy szigorúan meghatározott hullámhossz-készletet bocsát ki, és egy adott kémiai elemre jellemző vonalspektrumot hoz létre. Egy gáz halmazállapotában vagy izzási körülményeiben bekövetkező erős változások, mint például a melegítés vagy az ionizáció, bizonyos változásokat okoznak az adott gáz spektrumában.

Táblázatok készültek az egyes gázok vonalainak listájával és az egyes vonalak fényerejének feltüntetésével. Például a nátrium spektrumában két sárga vonal különösen világos.

Megállapítást nyert, hogy egy atom vagy molekula spektruma a szerkezetükhöz kapcsolódik, és bizonyos változásokat tükröz, amelyek az izzási folyamat során fordulnak elő bennük.

Egy vonalabszorpciós spektrumot a gázok és gőzök hoznak létre, amikor erős vagy világosabb fény van mögöttük. forró tavasz folytonos spektrumot adva. Az abszorpciós spektrum egy folytonos spektrum, sötét vonalakkal vágva, amelyek éppen azokon a helyeken helyezkednek el, ahol az adott gázban rejlő világos vonalaknak elhelyezkedniük kell.

Az emissziós spektrumok lehetővé teszik a fényt kibocsátó vagy elnyelő gázok kémiai összetételének elemzését, függetlenül attól, hogy laboratóriumban vagy égitesten vannak. A látóvonalunkon elhelyezkedő, kibocsátó vagy elnyelő atomok vagy molekulák számát a vonalak intenzitása határozza meg. Minél több atom van, annál világosabb a vonal vagy annál sötétebb az abszorpciós spektrumban. A Napot és a csillagokat gáznemű légköri abszorpciós vonalak veszik körül, amelyek akkor keletkeznek, amikor a fény áthalad a csillagok légkörén. Ezért a Nap és a csillagok spektrumai abszorpciós spektrumok.

Emlékeztetni kell arra, hogy a spektrális analízis csak önvilágító vagy sugárzáselnyelő gázok kémiai összetételének meghatározását teszi lehetővé. Kémiai összetétel szilárd spektrális elemzéssel nem határozható meg.