Formula structurală Nadph. Funcții biologice

ANALIZA SPECTRALĂ(folosind spectre de emisie) este utilizat în aproape toate sectoarele economiei. Folosit pe scară largă în industria metalică pentru analiza rapidă a fierului, oțelului, fontei, precum și a diferitelor oțeluri speciale și produse metalice finite, pentru a determina puritatea metalelor ușoare, neferoase și prețioase. Aplicație grozavă are analiza spectrală în geochimie în studiul compoziției mineralelor. ÎN industria chimicași industriile conexe, analiza spectrală servește la stabilirea purității produselor fabricate și utilizate, la analiza catalizatorilor, diverse reziduuri, sedimente, turbidități și ape de spălare; în medicină – pentru descoperirea metalelor în diverse tesuturi organice. O serie de probleme speciale care sunt greu de rezolvat sau nu pot fi rezolvate în alt mod sunt rezolvate folosind analiza spectrală rapid și precis. Aceasta include, de exemplu, distribuția metalelor în aliaje, studiul sulfurilor și a altor incluziuni în aliaje și minerale; Acest tip de cercetare este uneori denumit analiza locala.

Alegerea unuia sau altui tip de aparat spectral din punct de vedere al suficienței dispersiei acestuia se face în funcție de scopul și obiectivele analizei spectrale. Spectrografe cu cuarț cu dispersie mai mare, oferind pentru lungimi de undă 4000-2200 Ӑ o bandă de spectru de cel puțin 22 cm lungime. Pentru alte elemente poate fi Se folosesc aparate care produc spectre de 7-15 cm lungime.Spectrografele cu optica din sticla au in general mai putina importanta. Dintre acestea, instrumentele combinate sunt convenabile (de exemplu, de la companiile Hilger și Fuss), care, dacă se dorește, pot fi folosite ca spectroscop și spectrograf. Următoarele surse de energie sunt folosite pentru a obține spectre. 1) Flacăra amestecului care arde- hidrogen și oxigen, un amestec de oxigen și gaz iluminant, un amestec de oxigen și acetilenă sau în final aer și acetilenă. În acest din urmă caz, temperatura sursei de lumină ajunge la 2500-3000°C. Flacăra este cea mai potrivită pentru obținerea de spectre ale metalelor alcaline și alcalino-pământoase, precum și pentru elemente precum Cu, Hg și Tl. 2) Arc voltaic. a) Obișnuit, cap. arr. curent continuu, cu o forta de 5-20 A. Se foloseste cu mare succes pt analiza calitativa minerale greu de topit care sunt introduse în arc sub formă de bucăți sau pulberi fin măcinate. Pentru analiza cantitativă a metalelor, utilizarea unui arc voltaic convențional are un dezavantaj foarte semnificativ și anume că suprafața metalelor analizate este acoperită cu o peliculă de oxid și arderea arcului devine în cele din urmă neuniformă. Temperatura arcului voltaic ajunge la 5000-6000°C. b) Arc intermitent (Abreissbogen) de curent continuu cu o putere de 2-5 A la o tensiune de aproximativ 80 V. Folosind dispozitiv special arderea arcului este întreruptă de 4-10 ori pe secundă. Această metodă de excitare reduce oxidarea suprafeței metalelor analizate. La tensiuni mai mari - până la 220 V și un curent de 1-2 A - un arc intermitent poate fi folosit și pentru analiza soluțiilor. 3) Descărcări de scântei, obținut folosind o bobină de inducție sau, mai des, un transformator de curent continuu sau (preferabil) alternativ cu o putere de până la 1 kW, dând în circuitul secundar 10.000-30.000 V. Se folosesc trei tipuri de descărcări, a) Descărcări scântei fără capacitate și inductanță în circuitul secundar, numit uneori în arc tensiune înaltă(Hochspannungsbogen). Analiza lichidelor și a sărurilor topite folosind astfel de descărcări este foarte sensibilă. b) Descărcări de scânteie cu capacitate și inductanță în circuitul secundar, numite adesea și scântei condensate, reprezintă o sursă de energie mai universală, potrivită pentru excitarea spectrelor aproape tuturor elementelor (cu excepția metalelor alcaline), precum și a gazelor. Schema de conectare este prezentată în Fig. 1,

unde R este reostatul din circuitul primar, Tr este transformatorul de curent alternativ, C 1 este capacitatea din circuitul secundar I, S este comutatorul pentru schimbarea inductanței L 1, U este întrerupătorul sincron, LF este descărcătorul de scântei , F este eclatorul de lucru. Circuitul secundar II este reglat în rezonanță cu circuitul secundar I folosind inductanța și capacitatea variabilă C2; un semn al prezenței rezonanței este cea mai mare putere curent, indicat de miliampermetrul A. Scopul circuitului secundar II al întreruptorului sincron U și al parascânteilor LF este de a face descărcări electrice cât mai uniforme atât ca caracter cât și ca număr pe o anumită perioadă de timp; în timpul lucrului normal nu sunt introduse astfel de dispozitive suplimentare.

La studierea metalelor din circuitul secundar, se folosește o capacitate de 6000-15000 cm3 și o inductanță de până la 0,05-0,01 N. Pentru analiza lichidelor, se introduce uneori în circuitul secundar un reostat de apă cu o rezistență de până la 40000 Ohmi. . Gazele sunt studiate fără inductanță cu o capacitate mică. c) Descărcări de curent Tesla, care sunt efectuate folosind circuitul prezentat în Fig. 2,

unde V este un voltmetru, A este un ampermetru, T este un transformator, C este o capacitate, T-T este un transformator Tesla, F este eclatorul în care este introdusă substanța analizată. Curenții Tesla sunt utilizați pentru a studia substanțe care au un punct de topire scăzut: diverse preparate vegetale și organice, depuneri pe filtre etc. În analiza spectrală a metalelor, în cazul unui număr mare dintre acestea, ele însele sunt de obicei electrozi, și li se dă o formă, de exemplu, din cele prezentate în fig. 3,

unde a este un electrod realizat din firul gros care se analizează, b este din cositor, c este un fir subțire îndoit, d este un disc tăiat dintr-o tijă cilindrică groasă, e este o formă tăiată din bucăți mari turnare În analiza cantitativă, este întotdeauna necesar să existe aceeași formă și dimensiune a suprafeței electrodului expus la scântei. Dacă cantitatea de metal analizată este mică, puteți utiliza un cadru din metal pur, de exemplu, aur și platină, în care este fixat metalul analizat, așa cum se arată în Fig. 4.

Au fost propuse destul de multe metode de introducere a soluțiilor într-o sursă de lumină. Când se lucrează cu o flacără, se folosește un atomizor Lundegaard, prezentat schematic în Fig. 5 împreună cu un arzător special.

Aerul suflat prin pulverizatorul BC captează lichidul de testare, turnat într-o cantitate de 3-10 cm 3 în adâncitura C și îl transportă sub formă de praf fin la arzătorul A, unde este amestecat cu gaz. Pentru a introduce soluții în arc, precum și în scânteie, se folosesc electrozi curați de carbon sau grafit, pe unul dintre care se face o adâncitură. Trebuie remarcat, totuși, că este foarte dificil să gătiți cărbuni complet curați. Metodele utilizate pentru curățare - fierbere alternativă în acizi clorhidric și fluorhidric, precum și calcinare în atmosferă de hidrogen la 2500-3000 ° C - nu produc cărbuni lipsiți de impurități; rămân Ca, Mg, V, Ti, Al (deși urme). ), Fe, Si, B. Cărbunii de puritate satisfăcătoare se obțin și prin calcinarea lor în aer cu ajutorul unui curent electric: printr-o tijă de carbon cu diametrul de 5 mm se trece un curent de aproximativ 400 A, iar incandescența puternică realizată în acest mod (până la 3.000 ° C) este suficient pentru ca în câteva secunde majoritatea impurităților care contaminează cărbunii se vor evapora. Există și metode de introducere a soluțiilor într-o scânteie, unde soluția în sine este electrodul inferior, iar scânteia sare la suprafața ei; un alt electrod poate fi orice metal pur. Un exemplu de astfel de dispozitiv este prezentat în Fig. 6 Electrod lichid Gerlyach.

Golul în care se toarnă soluția de testare este căptușit cu folie de platină sau acoperit cu un strat gros de aur. În fig. 7 prezintă un aparat Hitchen, care servește și la introducerea soluțiilor într-o scânteie.

Din vasul A, soluția de testare curge într-un curent slab prin tubul B și duza de cuarț C în sfera de acțiune a descărcărilor de scântei. Electrodul inferior, lipit într-un tub de sticlă, este atașat la aparat folosind un tub de cauciuc E. Atașamentul C, prezentat în Fig. 7 separat, are o decupare pe o parte pentru pereții cu mortar. D - vas de siguranță din sticlă în care se face o gaură rotundă pentru ieșire raze ultraviolete. Este mai convenabil să faceți acest vas cuarț fără gaură. Electrodul superior F, grafit, carbon sau metal, este, de asemenea, prevăzut cu o placă rezistentă la stropire. Pentru un „arc de înaltă tensiune” care încălzește puternic substanțele analizate, Gerlach folosește electrozi răciți atunci când lucrează cu soluții, așa cum se arată schematic în Fig. 8.

O pâlnie de sticlă G este atașată de un fir gros (6 mm în diametru) folosind un dop K, în care sunt plasate bucăți de gheață. La capătul superior al firului se fixează un electrod rotund de fier E cu diametrul de 4 cm și înălțimea de 4 cm, pe care se așează o cupă de platină P; acesta din urmă ar trebui să fie ușor de îndepărtat pentru curățare. Trebuie folosit și electrodul superior. gros pentru a evita topirea. Când se analizează cantități mici de substanțe - sedimente pe filtre, diverse pulberi etc. - se poate folosi dispozitivul prezentat în Fig. 9.

Din substanța de testat și hârtie de filtru se face un bulgăre, umezit pentru o conductivitate mai bună cu o soluție, de exemplu, NaCl, plasată pe electrodul inferior, uneori constând din cadmiu pur, închis într-un tub de cuarț (mai rău de sticlă); electrodul de sus este, de asemenea, un metal pur. Pentru aceleași analize atunci când se lucrează cu curenți Tesla, se folosește un design special de eclator, prezentat în Fig. 10 a și b.

În balamaua rotundă K se fixează în poziția dorită o placă de aluminiu E, pe care se așează o placă de sticlă G, iar pe aceasta din urmă - preparatul P pe hârtie de filtru F. Preparatul se umezește cu ceva soluție acidă sau sără. Întregul sistem este un mic condensator. Pentru studiul gazelor se folosesc vase închise din sticlă sau cuarț (Fig. 11).

Pentru analiza cantitativă a gazelor, este convenabil să folosiți electrozi de aur sau platină, ale căror linii pot fi folosite pentru comparație. Aproape toate dispozitivele menționate mai sus pentru introducerea substanțelor într-o scânteie și arc sunt montate în standuri speciale în timpul funcționării. Un exemplu este trepiedul Gramont prezentat în Fig. 12:

folosind șurubul D, electrozii sunt depărtați și depărtați simultan; șurubul E este folosit pentru a muta electrodul superior paralel cu bancul optic, iar șurubul C este pentru rotirea laterală a electrodului inferior; șurubul B este utilizat pentru rotirea laterală a întregii părți superioare a trepiedului; în cele din urmă, folosind șurubul A, puteți ridica sau coborî întregul top parte trepied; N - suport pentru arzătoare, pahare etc. Alegerea sursei de energie pentru un anumit scop de cercetare se poate face pe baza următorului tabel aproximativ.

Analiza calitativa. În analiza spectrală calitativă, descoperirea unui element depinde de mulți factori: natura elementului care se determină, sursa de energie, rezoluția aparatului spectral, precum și sensibilitatea plăcilor fotografice. În ceea ce privește sensibilitatea testului, se pot face următoarele linii directoare. Când lucrați cu descărcări de scântei în soluții, puteți deschide 10 -9 -10 -3%, iar în metale 10 -2 -10 -4% din elementul studiat; când se lucrează cu arc voltaic, limitele de deschidere sunt de aproximativ 10 -3%. Suma absolută care poate fi deschis când se lucrează cu o flacără, este de 10 -4 -10 -7 g, iar cu descărcări de scântei 10 -6 -10 -8 g din elementul studiat. Cea mai mare sensibilitate a descoperirii se aplică metalelor și metaloizilor - B, P, C; sensibilitate mai mică pentru metaloizi As, Se și Te; halogenii, precum și S, O, N în compușii lor, nu pot fi utilizați deloc. deschis și m.b. descoperit doar în unele cazuri în amestecuri de gaze.

Pentru analiza calitativă cea mai mare valoare au „ultimele rânduri”, iar atunci când se analizează sarcina este cel mai mult definiție precisă lungimi de undă ale liniilor spectrale. În studiile vizuale, lungimile de undă sunt măsurate de-a lungul tamburului spectrometrului; aceste măsurători pot fi considerate doar aproximative, deoarece acuratețea este de obicei ±(2-З)Ӑ și în tabelele Kaiser acest interval de eroare poate corespunde la aproximativ 10 linii spectrale aparținând unor elemente diferite pentru λ 6000 și 5000Ӑ și aproximativ 20 de linii spectrale pentru λ ≈ 4000 Ӑ. Lungimea de undă este determinată mult mai precis prin analiza spectrografică. În acest caz, pe spectrograme, folosind un microscop de măsurare, distanța dintre linii cu lungime cunoscută valuri și definite; Formula lui Hartmann este folosită pentru a găsi lungimea de undă a acestuia din urmă. Precizia unor astfel de măsurători atunci când se lucrează cu un instrument care produce o bandă de spectru de aproximativ 20 cm lungime este de ± 0,5 Ӑ pentru λ ≈ 4000 Ӑ, ± 0,2 Ӑ pentru λ ≈ 3000 Ӑ și ± 0,1 Ӑ pentru λ ≈ 25. Elementul corespunzător se găsește în tabelele bazate pe lungimea de undă. Distanța dintre linii în timpul lucrului normal este măsurată cu o precizie de 0,05-0,01 mm. Această tehnică este uneori combinată convenabil cu spectre de fotografiere cu așa-numitele obturatoare Hartmann, dintre care două tipuri sunt prezentate în Fig. 13, a și b; Cu ajutorul lor, fanta spectrografului poate fi realizată de diferite înălțimi. Smochin. 13c prezintă schematic cazul analizei calitative a substanței X - identificarea elementelor A și B în ea. Spectrele din FIG. 13, d arată că în substanța Y, pe lângă elementul A, ale cărui linii sunt desemnate cu litera G, există o impuritate, ale cărei linii sunt desemnate z. Folosind această tehnică, în cazuri simple, puteți efectua o analiză calitativă fără a apela la măsurarea distanțelor dintre linii.

Analiza cantitativa. Pentru analiza spectrală cantitativă, liniile care au cea mai mare sensibilitate la concentrație posibilă dI/dK sunt de cea mai mare importanță, unde I este intensitatea liniei și K este concentrația elementului care o dă. Cu cât sensibilitatea la concentrare este mai mare, cu atât analiză mai precisă. De-a lungul timpului s-a dezvoltat întreaga linie metode de analiză spectrală cantitativă. Aceste metode sunt după cum urmează.

eu. Metode spectroscopice(fără fotografie) aproape toate sunt metode fotometrice. Acestea includ: 1) Metoda Barratt. În același timp, sunt excitate spectrele a două substanțe - testul și standardul - vizibile în câmpul vizual al spectroscopului unul lângă altul, unul deasupra celuilalt. Calea razelor este prezentată în Fig. 14,

unde F 1 și F 2 sunt două eclatoare, a căror lumină trece prin prismele Nicolas N 1 și N 2, polarizând razele în planuri reciproc perpendiculare. Folosind prisma D, razele intră în fanta S a spectroscopului. O a treia prismă Nicolas, un analizor, este plasată în telescopul său, rotindu-se ceea ce atinge aceeași intensitate a celor două linii comparate. Anterior, la studierea standardelor, adică a substanțelor cu conținut cunoscut de elemente, se stabilește relația dintre unghiul de rotație al analizorului și concentrație și se trasează o diagramă din aceste date. Când se analizează după unghiul de rotație al analizorului, valoarea dorită se găsește din această diagramă procent. Precizia metodei este de ±10%. 2) . Principiul metodei este că razele de lumină după prisma spectroscopului trec printr-o prismă Wollaston, unde diverg în două fascicule și sunt polarizate în planuri reciproc perpendiculare. Diagrama traseului razelor este prezentată în Fig. 15,

unde S este fanta, P este prisma spectroscopului, W este prisma Wollaston. În câmpul vizual se obțin două spectre B 1 și B 2, situate unul lângă celălalt; L - lupă, N - analizor. Dacă rotiți prisma Wollaston, spectrele se vor mișca unele față de altele, ceea ce vă permite să combinați oricare două dintre liniile lor. De exemplu, dacă se analizează fierul care conține vanadiu, atunci linia de vanadiu este combinată cu o linie de fier dintr-o singură culoare din apropiere; apoi, prin rotirea analizorului, ele obțin aceeași luminozitate a acestor linii. Unghiul de rotație al analizorului, ca și în metoda anterioară, este o măsură a concentrației elementului dorit. Metoda este potrivită în special pentru analiza fierului, al cărui spectru are multe linii, ceea ce face posibilă găsirea întotdeauna a liniilor potrivite pentru cercetare. Precizia metodei este de ± (3-7)%. 3) Metoda Occhialini. Dacă electrozii (de exemplu, metalele analizate) sunt plasați orizontal și imaginea este proiectată de la o sursă de lumină pe fanta verticală a spectroscopului, atunci atât în ​​timpul descărcărilor cu scântei, cât și în timpul arcului, pot apărea linii de impurități. deschis in functie de concentratie la o distanta mai mare sau mai mica de electrozi. Sursa de lumină este proiectată pe fantă folosind lentila speciala echipat cu un surub micrometric. În timpul analizei, această lentilă se mișcă și imaginea sursei de lumină se mișcă împreună cu ea până când orice linie de impurități din spectru dispare. Măsura concentrației de impurități este citirea pe scara lentilei. În prezent, această metodă a fost dezvoltată și pentru lucrul cu partea ultravioletă a spectrului. De remarcat că Lockyer a folosit aceeași metodă de iluminare a fantei unui aparat spectral și a dezvoltat o metodă de analiză spectrală cantitativă, așa-numita. metoda „linii lungi și scurte”. 4) Fotometria directă a spectrelor. Metodele descrise mai sus se numesc vizuale. În loc de studii vizuale, Lundegaard a folosit o fotocelulă pentru a măsura intensitatea liniilor spectrale. Precizia determinării metalelor alcaline atunci când se lucrează cu o flacără a atins ± 5%. Pentru descărcări de scântei, această metodă nu este aplicabilă, deoarece acestea sunt mai puțin constante decât flăcările. Există și metode bazate pe schimbarea inductanței în circuitul secundar, precum și pe utilizarea atenuării artificiale a luminii care intră în spectroscop până când liniile spectrale studiate dispar în câmpul vizual.

II. Metode spectrografice. Cu aceste metode sunt examinate fotografii fotografice ale spectrelor, iar măsura intensității liniilor spectrale este înnegrirea pe care o produc pe placa fotografică. Intensitatea este evaluată fie cu ochi, fie fotometric.

A. Metode fără fotometrie. 1) Metoda ultimelor linii. Când se modifică concentrația oricărui element din spectru, numărul liniilor acestuia se modifică, ceea ce face posibilă, în condiții constante de funcționare, să se judece concentrația elementului care se determină. Sunt fotografiate o serie de spectre de substanțe cu un conținut cunoscut al componentului de interes, numărul liniilor sale este determinat pe spectrograme și sunt compilate tabele care indică ce linii sunt vizibile la concentrații date. Aceste tabele servesc în continuare pentru definiții analitice. La analiza spectrogramei, se determină numărul de linii ale elementului de interes și se găsește conținutul procentual din tabele, iar metoda nu dă o cifră clară, ci limite de concentrație, adică „de la-la”. Este cel mai fiabil posibil să se distingă concentrațiile care diferă unele de altele cu un factor de 10, de exemplu, de la 0,001 la 0,01%, de la 0,01 la 0,1% etc. Tabelele analitice sunt importante numai pentru condiții de operare foarte specifice, care pot varia foarte mult între laboratoare; În plus, este necesară respectarea atentă a condițiilor constante de lucru. 2) Metoda spectrului comparativ. Sunt fotografiate mai multe spectre ale substanței analizate A + x% B, în care se determină conținutul de x element B, iar în intervalele dintre ele pe aceeași placă fotografică - spectre ale substanțelor standard A + a% B, A + b % B, A + c% B , unde a, b, c sunt procentul cunoscut al lui B. În spectrograme, intensitatea liniilor B determină între ce concentrații se află valoarea lui x. Criteriul de constanță a condițiilor de funcționare este egalitatea intensității în toate spectrogramele oricărei linii apropiate A. La analizarea soluțiilor, se adaugă acestora acelasi numar orice element care produce o linie apropiată de liniile B, iar apoi constanța condițiilor de funcționare este judecată după egalitatea intensității acestor linii. Cum mai putina diferentaîntre concentrațiile a, b, c, ... și cu cât se realizează mai exact egalitatea intensității liniilor A, cu atât analiza este mai precisă. A. Orezul, de exemplu, a folosit concentrații de a, b, c, ..., legate între ele, ca 1: 1,5. Adiacent metodei spectrelor comparative este metoda „selectării concentrațiilor” (Testverfahren) conform lui Güttig și Thurnwald, care este aplicabilă numai analizei soluțiilor. Constă în faptul că, dacă în două soluții care conțin a% A și x% A (x este mai mare sau mai mic decât a), care acum pot fi determinate din spectrele lor, atunci o astfel de cantitate n din elementul A se adaugă la orice a acestor soluții astfel încât intensitatea liniilor sale în ambele spectre să devină aceeași. Aceasta va determina concentrația x, care va fi egală cu (a ± n)%. De asemenea, puteți adăuga un alt element B la soluția analizată până când intensitățile anumitor linii A și B sunt egale și, pe baza cantității de B, estimați conținutul de A. 3) Metoda perechii omoloage. În spectrul unei substanțe A + a% B, liniile elementelor A și B nu sunt la fel de intense și, dacă există un număr suficient de aceste linii, puteți găsi două astfel de linii A și B, a căror intensitate va fi la fel. Pentru o altă compoziție A + b% B, celelalte linii A și B vor fi egale ca intensitate etc. Aceste două linii identice se numesc perechi omoloage. Se numesc concentrațiile de B la care apare una sau alta pereche omoloagă puncte de fixare acest cuplu. Pentru a lucra cu această metodă, este necesară compilarea preliminară a tabelelor de perechi omoloage folosind substanțe cu compoziție cunoscută. Cum tabel mai complet, adică cu atât conțin mai multe perechi omoloage cu puncte de fixare care diferă cât mai mult posibil mai putin prieten unul de celălalt, cu atât analiza este mai precisă. Câteva dintre aceste tabele au fost compilate un numar mare de, și pot fi utilizate în orice laborator, deoarece condițiile deversărilor în timpul pregătirii lor sunt precis cunoscute și aceste condiții pot fi utilizate. reprodus cu absolut exactitate. Acest lucru se realizează folosind următoarele truc simplu. În spectrul substanței A + a% B sunt selectate două linii ale elementului A, a căror intensitate variază foarte mult în funcție de valoarea autoinducției în circuitul secundar, și anume o linie de arc (aparținând atomului neutru) și o linie de scânteie (aparținând ionului). Aceste două linii sunt numite pereche de fixare. Prin selectarea valorii auto-inductanței, liniile acestei perechi sunt identice și compilarea se realizează exact în aceste condiții, întotdeauna indicate în tabele. În aceleași condiții, se efectuează analiza, iar procentul este determinat pe baza implementării uneia sau alteia perechi omoloage. Există mai multe modificări ale metodei perechilor omoloage. Dintre acestea, cea mai importantă este metoda spectrul auxiliar, folosit în cazul în care elementele A și B nu au cantitate suficientă linii. În acest caz, liniile spectrale ale elementului A sunt conectate într-un anumit fel cu liniile altui element mai potrivit G, iar rolul lui A începe să fie jucat de elementul G. Metoda perechilor omologice a fost dezvoltată de Gerlyach și Schweitzer. Este aplicabil atât aliajelor, cât și soluțiilor. Precizia sa este în medie de aproximativ ±10%.

ÎN. Metode folosind fotometrie. 1) Metoda Barratt. Smochin. 16 oferă o idee despre metodă.

F 1 și F 2 sunt două eclatoare, cu ajutorul cărora sunt excitate simultan spectrele standardului și ale substanței analizate. Lumina trece prin 2 sectoare rotative S 1 si S 2 si, cu ajutorul unei prisme D, formeaza spectre care sunt situate unul deasupra celuilalt. Prin selectarea tăierilor de sector, liniilor elementului studiat li se acordă aceeași intensitate; concentrația elementului care se determină se calculează din raportul dintre valorile butașilor. 2) este similară, dar cu un eclator (Fig. 17).

Lumina de la F este împărțită în două fascicule și trece prin sectoarele S 1 și S 2, folosind rombul Hüfner R, se obțin două benzi ale spectrului una deasupra celeilalte; Sp - fantă pentru spectrograf. Tăierile sectoriale sunt modificate până când intensitatea liniei de impurități și a oricărei linii din apropiere a substanței principale sunt egale, iar conținutul procentual al elementului care se determină este calculat din raportul valorilor tăieturii. 3) Când este folosit ca fotometru sector logaritmic rotativ liniile capătă un aspect în formă de pană pe spectrograme. Unul dintre aceste sectoare și poziția sa față de spectrograf în timpul funcționării sunt prezentate în Fig. 18, a și b.

Tăierea sectorului respectă ecuația

- log Ɵ = 0,3 + 0,2l

unde Ɵ este lungimea arcului în părți ale unui cerc complet, situat la distanța I, măsurată în mm de-a lungul razei de la capătul acestuia. O măsură a intensității liniilor este lungimea lor, deoarece odată cu o modificare a concentrației unui element, lungimea liniilor sale în formă de pană se modifică. În primul rând, folosind mostre cu conținut cunoscut, se construiește o diagramă a dependenței lungimii unei linii de conținutul %; Când este analizată pe o spectrogramă, lungimea aceleiași linii este măsurată și procentul este găsit din diagramă. Există mai multe modificări diferite ale acestei metode. Merită subliniată modificarea lui Scheibe, care a folosit așa-numitul. sector dublu logaritmic. O vedere a acestui sector este prezentată în Fig. 19.

Liniile sunt apoi examinate folosind un aparat special. Precizie realizabilă folosind sectoare logaritmice, ±(10-15)%; Modificarea lui Scheibe oferă o precizie de ±(5-7)%. 4) Destul de des, fotometria liniilor spectrale este utilizată folosind spectrofotometre de lumină și termoelectrice de diferite modele. Fotometrele termoelectrice, concepute special în scopul analizei cantitative, sunt convenabile. De exemplu, în fig. Figura 20 prezintă o diagramă a fotometrului conform lui Sheibe:

L este o sursă de lumină constantă cu un condensator K, M este o placă fotografică cu spectrul studiat, Sp este o fantă, O 1 și O 2 sunt lentile, V este un obturator, Th este un termoelement care este conectat la galvanometru . O măsură a intensității liniilor este devierea acului galvanometrului. Mai puțin utilizate sunt galvanometrele cu auto-înregistrare, care înregistrează intensitatea liniilor sub formă de curbă. Precizia analizei la utilizarea acestui tip de fotometrie este de ±(5-10)%. Atunci când este combinată cu alte metode de analiză cantitativă, precizia poate fi crescut; de exemplu, metoda cu trei linii Scheibe și Schnettler, care este o combinație a metodei perechilor omoloage și măsurători fotometrice, în cazuri favorabile pot da o precizie de ±(1-2)%.

Ministerul Educației și Științei
Republica Kazahstan

Karaganda Universitate de stat
numit după E.A. Buketova

Facultatea de Fizică

Departamentul de Optică și Spectroscopie

Lucrări de curs

pe tema:

Spectre. CU analiza spectrală și aplicarea acesteia.

Pregătite de:

elev al grupului FTRF-22

Akhtariev Dmitri.

Verificat:

profesor

Kusenova Asiya Sabirgalievna

Karaganda - 2003 Plan

Introducere

1. Energia în spectru

2. Tipuri de spectre

3. Analiza spectrală și aplicarea acesteia

4. Dispozitive spectrale

5. Spectrul radiațiilor electromagnetice

Concluzie

Lista literaturii folosite

Introducere

Studierea spectrului de linii al unei substanțe ne permite să stabilim din ce elemente chimice constă și în ce cantitate este conținut fiecare element într-o anumită substanță.

Conținutul cantitativ al unui element din eșantionul studiat este determinat prin compararea intensității liniilor individuale din spectrul acestui element cu intensitatea liniilor altuia. element chimic, al cărui conținut cantitativ în probă este cunoscut.

Metoda de determinare a calitatii si compoziţia cantitativă Analiza unei substanțe după spectrul său se numește analiză spectrală. Analiza spectrală este utilizată pe scară largă în explorarea minerală pentru a determina compoziția chimică a probelor de minereu. În industrie, analiza spectrală face posibilă controlul compoziției aliajelor și impurităților introduse în metale pentru a obține materiale cu proprietăți specificate.

Avantajele analizei spectrale sunt sensibilitate crescutăși viteza de obținere a rezultatelor. Folosind analiza spectrală, este posibil să se detecteze prezența aurului într-o probă care cântărește 6 * 10 -7 g cu masa sa de numai 10 -8 g. Determinarea gradului de oțel prin metoda analizei spectrale poate fi efectuată în câteva zeci de secunde.

Analiza spectrală vă permite să determinați compoziție chimică corpuri cerești, departe de Pământ la distanțe de miliarde de ani lumină. Compoziția chimică a atmosferelor planetelor și stelelor, gazul rece din spațiul interstelar este determinată din spectre de absorbție.

Studiind spectrele, oamenii de știință au putut determina nu numai compoziția chimică a corpurilor cerești, ci și temperatura acestora. Prin deplasarea liniilor spectrale, se poate determina viteza de mișcare a unui corp ceresc.

Energia în spectru.

Sursa de lumină trebuie să consume energie. Lumina este unde electromagnetice cu o lungime de undă de 4*10 -7 - 8*10 -7 m. Undele electromagnetice emis de mișcarea accelerată a particulelor încărcate. Aceste particule încărcate fac parte din atomi. Dar fără a ști cum este structurat atomul, nu se poate spune nimic sigur despre mecanismul de radiație. Este clar doar că nu există lumină în interiorul unui atom, la fel cum nu există niciun sunet într-o coardă de pian. Asemenea unei coarde care începe să sune numai după ce a fost lovită de un ciocan, atomii dau naștere luminii numai după ce sunt excitați.

Pentru ca un atom să înceapă să radieze, trebuie să i se transfere energie. Atunci când emite, un atom pierde energia pe care o primește, iar pentru strălucirea continuă a unei substanțe este necesar un aflux de energie către atomii săi din exterior.

Radiație termala. Cel mai simplu și cel mai comun tip de radiație este radiația termică, în care energia pierdută de atomi pentru a emite lumină este compensată de energia mișcării termice a atomilor sau (moleculelor) corpului emițător. Cu cât temperatura corpului este mai mare, cu atât atomii se mișcă mai repede. Când atomii (moleculele) rapizi se ciocnesc unul de altul, o parte din energia lor cinetică este convertită în energie de excitație a atomilor, care apoi emit lumină.

Sursa termică de radiație este Soarele, precum și o lampă incandescentă obișnuită. Lampa este o sursă foarte convenabilă, dar ieftină. Doar aproximativ 12% din energia totală eliberată în lampă soc electric, este transformată în energie luminoasă. Sursa termică de lumină este o flacără. Boabele de funingine se încălzesc datorită energiei eliberate în timpul arderii combustibilului și emit lumină.

Electroluminescență. Energia necesară atomilor pentru a emite lumină poate proveni și din surse non-termice. În timpul unei descărcări în gaze, câmpul electric oferă electronilor o energie cinetică mai mare. Electronii rapidi experimentează coliziuni cu atomii. O parte din energia cinetică a electronilor merge pentru a excita atomii. Atomii excitați eliberează energie sub formă de unde luminoase. Din această cauză, descărcarea în gaz este însoțită de o strălucire. Aceasta este electroluminiscența.

Catodoluminiscență. Strălucire solide, cauzată de bombardarea electronilor lor, se numește catodoluminiscență. Datorită catodoluminiscenței, ecranele tuburilor catodice ale televizoarelor strălucesc.

Chemiluminiscență. Pentru unii reacții chimice, venind odată cu eliberarea de energie, o parte din această energie este cheltuită direct pentru emisia de lumină. Sursa de lumină rămâne rece (este la temperatura ambiantă). Acest fenomen se numește chemioluminiscență.

Fotoluminiscență. Lumina incidentă asupra unei substanțe este parțial reflectată și parțial absorbită. Energia luminii absorbite în majoritatea cazurilor provoacă doar încălzirea corpurilor. Cu toate acestea, unele corpuri încep să strălucească direct sub influența radiațiilor incidente asupra lor. Aceasta este fotoluminiscența. Lumina excită atomii unei substanțe (le crește energia internă), după care se iluminează ei înșiși. De exemplu, vopselele luminoase care acoperă multe decorațiuni pentru brad de Crăciun emit lumină după ce sunt iradiate.

Lumina emisă în timpul fotoluminiscenței, de regulă, are o lungime de undă mai mare decât lumina care excită strălucirea. Acest lucru poate fi observat experimental. Dacă direcționați un fascicul de lumină trecut printr-un filtru violet pe un vas cu fluoresceit (un colorant organic), atunci acest lichid începe să strălucească cu lumină verde-gălbuie, adică lumină cu o lungime de undă mai mare decât lumina violetă.

Fenomenul fotoluminiscenței este utilizat pe scară largă în lămpile fluorescente. Fizicianul sovietic S.I. Vavilov a propus acoperirea suprafata interioara tub de descărcare cu substanțe capabile să strălucească puternic sub acțiunea radiației cu unde scurte de la o descărcare de gaz. Lămpile fluorescente sunt de aproximativ trei până la patru ori mai economice decât lămpile incandescente convenționale.

Sunt enumerate principalele tipuri de radiații și sursele care le creează. Cele mai comune surse de radiații sunt termice.

Distribuția energiei în spectru. Niciuna dintre surse nu produce lumină monocromatică, adică lumină cu o lungime de undă strict definită. Suntem convinși de acest lucru prin experimente privind descompunerea luminii într-un spectru folosind o prismă, precum și experimente privind interferența și difracția.

Energia pe care lumina o poartă cu ea de la sursă este distribuită într-un anumit fel peste undele de toate lungimile care alcătuiesc fasciculul de lumină. De asemenea, putem spune că energia este distribuită pe frecvențe, deoarece există o relație simplă între lungimea de undă și frecvență: ђv = c.

Densitate de flux radiatie electromagnetica, sau intensitatea /, este determinată de energia &W atribuibilă tuturor frecvenţelor. Pentru a caracteriza distribuția de frecvență a radiațiilor, este necesar să se introducă o nouă mărime: intensitatea pe unitatea de interval de frecvență. Această mărime se numește densitatea spectrală a intensității radiației.

Densitatea fluxului de radiație spectrală poate fi găsită experimental. Pentru a face acest lucru, trebuie să utilizați o prismă pentru a obține spectrul de radiație, de exemplu, al unui arc electric și să măsurați densitatea fluxului de radiație care se încadrează pe intervale spectrale mici de lățime Av.

Nu te poți baza pe ochiul tău pentru a estima distribuția energiei. Ochiul are sensibilitate selectivă la lumină: sensibilitatea sa maximă se află în regiunea galben-verde a spectrului. Cel mai bine este să profitați de proprietatea unui corp negru de a absorbi aproape complet lumina de toate lungimile de undă. În acest caz, energia radiației (adică lumina) provoacă încălzirea corpului. Prin urmare, este suficient să măsurați temperatura corpului și să o folosiți pentru a evalua cantitatea de energie absorbită pe unitatea de timp.

Un termometru obișnuit este prea sensibil pentru a fi folosit cu succes în astfel de experimente. Sunt necesare instrumente mai sensibile pentru măsurarea temperaturii. Puteți lua un termometru electric, în care elementul sensibil este realizat sub forma unei plăci subțiri de metal. Această farfurie trebuie acoperită strat subțire funingine, care absoarbe aproape complet lumina de orice lungime de undă.

Placa termosensibilă a dispozitivului trebuie plasată într-unul sau altul din spectru. Întregul spectru vizibil de lungime l de la razele roșii la violete corespunde intervalului de frecvență de la v cr la y f. Lățimea corespunde unui interval mic Av. Prin încălzirea plăcii negre a dispozitivului, se poate aprecia densitatea fluxului de radiație pe intervalul de frecvență Av. Deplasând placa de-a lungul spectrului, vom descoperi că cea mai mare parte a energiei se află în partea roșie a spectrului și nu în galben-verde, așa cum pare ochiului.

Pe baza rezultatelor acestor experimente, este posibil să se construiască o curbă a dependenței densității spectrale a intensității radiației de frecvență. Densitatea spectrală a intensității radiației este determinată de temperatura plăcii, iar frecvența nu este greu de găsit dacă dispozitivul folosit pentru a descompune lumina este calibrat, adică dacă se știe ce frecvență corespunde unei anumite părți a spectrului. la.

Prin trasarea de-a lungul axei absciselor a valorilor frecvențelor corespunzătoare punctelor medii ale intervalelor Av, iar de-a lungul axei ordonatelor densitatea spectrală a intensității radiației, obținem un număr de puncte prin care putem trasa o curbă netedă. Această curbă oferă o reprezentare vizuală a distribuției energiei și a părții vizibile a spectrului arcului electric.

De la descoperirea „analizei spectrale”, au existat multe controverse în jurul acestui termen. La început principiul fizic analiza spectrală implica o metodă de identificare compoziție elementară probe în conformitate cu spectrul observat, care a fost excitat într-o sursă de flacără la temperatură ridicată, scânteie sau arc.

Mai târziu, analiza spectrală a început să fie înțeleasă ca alte metode de studiu analitic și de excitare a spectrelor:

• metode de împrăștiere Raman,
• metode de absorbție și luminiscență.

În cele din urmă, au fost descoperite spectre de raze X și gamma. Prin urmare, este corect, când vorbim despre analiza spectrală, să însemnăm totalitatea tuturor metode existente. Totuși, mai des, fenomenul identificării prin spectre este utilizat în înțelegerea metodelor de emisie.

Metode de clasificare

O altă opțiune de clasificare este împărțirea în studii moleculare (determinarea compoziției moleculare a unei probe) și studii elementare (determinarea compoziției atomice) a spectrelor.

Metoda moleculară se bazează pe studiul spectrelor de absorbție, împrăștiere Raman și luminiscență; compoziția atomică este determinată din spectrele de excitație din izvoarele termale (moleculele sunt în principal distruse) sau din studii spectrale de raze X. Dar o astfel de clasificare nu poate fi strictă, deoarece uneori ambele metode coincid.

Clasificarea metodelor de analiză spectrală

Pe baza problemelor care sunt rezolvate prin metodele descrise mai sus, studiul spectrelor este împărțit în metode utilizate pentru studiul aliajelor, gazelor, minereurilor și mineralelor, produse terminate, metale pure etc. Fiecare obiect studiat are al lui trasaturi caracteristiceși standarde. Două direcții principale de analiză a spectrului:

1. Calitativ
2. Cantitativ

Ceea ce se studiază în timpul lor, vom lua în considerare în continuare.

Diagrama metodelor de analiză spectrală

Analiza spectrală calitativă

Analiza calitativă servește la determinarea din ce elemente constă proba analizată. Este necesar să se obțină spectrul unui eșantion excitat într-o anumită sursă și din liniile spectrale detectate să se determine căror elemente aparțin. Acest lucru va clarifica în ce constă eșantionul. Dificultatea analizei calitative este numărul mare de linii spectrale de pe spectrograma analitică, a căror decodare și identificare este prea laborioasă și inexactă.

Analiza spectrală cantitativă

Metoda analizei spectrale cantitative se bazează pe faptul că intensitatea liniei analitice crește odată cu creșterea conținutului elementului determinat în probă. Această dependență se bazează pe mulți factori care sunt greu de calculat numeric. Prin urmare, este practic imposibil să se stabilească teoretic o relație între intensitatea liniei și concentrația elementului.

Prin urmare, măsurători relative intensitățile aceleiași linii spectrale atunci când se modifică concentrația elementului care se determină. Astfel, dacă condițiile de excitare și înregistrare a spectrelor rămân neschimbate, energia radiației măsurată este proporțională cu intensitatea. Măsurarea acestei energii (sau a unei valori dependente de ea) ne oferă legătura empirică de care avem nevoie între valoarea măsurată și concentrația elementului din probă.

Analiza spectrală

Analiza spectrală- un set de metode de determinare calitativă și cantitativă a compoziției unui obiect, bazate pe studiul spectrelor de interacțiune a materiei cu radiația, inclusiv spectrele radiațiilor electromagnetice, undelor acustice, distribuția maselor și energiilor particulelor elementare, etc.

În funcție de scopurile analizei și de tipurile de spectre, se disting mai multe metode de analiză spectrală. AtomicȘi molecular analizele spectrale fac posibilă determinarea compoziției elementare și respectiv moleculare a unei substanțe. În metodele de emisie și absorbție, compoziția este determinată din spectrele de emisie și absorbție.

Analiza spectrometrică de masă se realizează folosind spectrele de masă ale ionilor atomici sau moleculari și permite determinarea compoziției izotopice a unui obiect.

Poveste

Liniile întunecate pe dungi spectrale au fost observate de mult timp, dar primele cercetare serioasa aceste linii au fost întreprinse abia în 1814 de Joseph Fraunhofer. În onoarea lui, efectul a fost numit „linii Fraunhofer”. Fraunhofer a stabilit stabilitatea pozițiilor liniilor, a întocmit un tabel al acestora (a numărat 574 de linii în total) și i-a atribuit fiecăruia un cod alfanumeric. Nu mai puțin importantă a fost concluzia lui că liniile nu sunt asociate nici cu materialul optic, nici cu atmosfera pământului, ci sunt caracteristică naturală lumina soarelui. El a descoperit linii similare în sursele de lumină artificială, precum și în spectrele lui Venus și Sirius.

Curând a devenit clar că una dintre cele mai clare linii a apărut întotdeauna în prezența sodiului. În 1859, G. Kirchhoff și R. Bunsen, după o serie de experimente, au concluzionat: fiecare element chimic are propriul spectru de linii unic, iar din spectrul corpurilor cerești se pot trage concluzii despre compoziția substanței lor. Din acest moment a apărut în știință analiza spectrală, o metodă puternică pentru determinarea de la distanță a compoziției chimice.

Pentru a testa metoda în 1868, Academia de Științe din Paris a organizat o expediție în India, unde un complet eclipsă de soare. Acolo, oamenii de știință au descoperit: toate liniile întunecate în momentul eclipsei, când spectrul de emisie a înlocuit spectrul de absorbție al coroanei solare, au devenit, așa cum era prezis, luminoase pe un fundal întunecat.

Natura fiecăreia dintre linii și legătura lor cu elementele chimice au fost clarificate treptat. În 1860, Kirchhoff și Bunsen au descoperit cesiul folosind analiza spectrală, iar în 1861, rubidul. Iar heliul a fost descoperit pe Soare cu 27 de ani mai devreme decât pe Pământ (1868, respectiv 1895).

Principiul de funcționare

Atomii fiecărui element chimic au frecvențe de rezonanță strict definite, drept urmare la aceste frecvențe emit sau absorb lumină. Acest lucru duce la faptul că într-un spectroscop, liniile (întunecate sau luminoase) sunt vizibile pe spectre în anumite locuri caracteristice fiecărei substanțe. Intensitatea liniilor depinde de cantitatea de substanță și de starea acesteia. În analiza spectrală cantitativă, conținutul substanței studiate este determinat de intensitățile relative sau absolute ale liniilor sau benzilor din spectre.

Analiza spectrală optică se caracterizează prin relativă ușurință de implementare, absența pregătirii complexe a probei pentru analiză și o cantitate mică de substanță (10-30 mg) necesară pentru analiză. număr mare elemente.

Spectrele atomice (absorbție sau emisie) se obțin prin transferul substanței în stare de vapori prin încălzirea probei la 1000-10000 °C. O scânteie sau un arc de curent alternativ sunt folosite ca surse de excitație a atomilor în analiza emisiilor materialelor conductoare; în acest caz, proba este plasată în craterul unuia dintre electrozii de carbon. Flăcările sau plasmele diferitelor gaze sunt utilizate pe scară largă pentru analiza soluțiilor.

Aplicație

ÎN În ultima vreme, cea mai mare distributie a obținut metode de emisie și spectrometrie de masă de analiză spectrală bazate pe excitația atomilor și ionizarea acestora în plasmă de argon a descărcărilor de inducție, precum și într-o scânteie laser.

Analiza spectrală este o metodă sensibilă și este utilizată pe scară largă în chimia analitică, astrofizică, metalurgie, inginerie mecanică, explorare geologică și alte ramuri ale științei.

În teoria procesării semnalului, analiza spectrală înseamnă și analiza distribuției de energie a unui semnal (de exemplu, audio) pe frecvențe, numere de unde etc.

Vezi si

Fundația Wikimedia. 2010.

• Balti
• Han de Nord

Vedeți ce este „Analiza spectrală” în alte dicționare:

ANALIZA SPECTRALĂ- fizică metode de calitate. .şi cantităţile. determinarea compoziţiei în va, pe baza achiziţiei şi studiului spectrelor sale. Baza lui S. a. spectroscopie a atomilor și moleculelor, se clasifică în funcție de scopul analizei și de tipurile de spectre. Atomic S. a. (ASA) definește... ... Enciclopedie fizică

Analiza spectrală- Măsurarea compoziției unei substanțe pe baza studiului spectrelor sale Sursa... Dicționar-carte de referință de termeni ai documentației normative și tehnice

Analiza spectrală- vezi Spectroscopie. Dicţionar geologic: în 2 volume. M.: Nedra. Editat de K. N. Paffengoltz et al., 1978. Analiza spectrală... Enciclopedie geologică

ANALIZA SPECTRALĂ- Introdus de Bunsen și Kirchhoff în 1860, studiul chimic al unei substanțe prin liniile sale colorate caracteristice, care se observă atunci când se privește (în timpul volatilizării) printr-o prismă. Explicația a 25.000 de cuvinte străine... Dicționar de cuvinte străine ale limbii ruse

ANALIZA SPECTRALĂ- ANALIZA SPECTRALĂ, una din metodele de analiză, în care se folosesc spectre (vezi Spectroscopie, spectroscop) date de cutare sau cutare corp atunci când sunt încălzite! sau la trecerea razelor prin soluții, dând un spectru continuu. Pentru… … Marea Enciclopedie Medicală

ANALIZA SPECTRALĂ - metoda fizica determinarea calitativă și cantitativă a compoziției unei substanțe, efectuată folosind spectrele sale optice. Există analize spectrale atomice și moleculare, emisie (pe baza spectrelor de emisie) și absorbție (pe baza spectrelor... ... Mare Dicţionar enciclopedic

Analiza spectrală- matematica metoda statistica analiza seriilor temporale, în care seria este considerată ca o mulțime complexă, un amestec de oscilații armonice suprapuse una peste alta. În acest caz, atenția principală este acordată frecvenței... ... Dicţionar economic şi matematic

ANALIZA SPECTRALĂ- fizică metode de determinare calitativă și cantitativă a substanțelor chimice. compoziţia oricăror substanţe pe baza obţinerii şi studierii spectrului lor optic. În funcție de natura spectrelor utilizate, se disting următoarele tipuri: emisii (emisia C... Marea Enciclopedie Politehnică

Analiza spectrală- I Analiza spectrală este o metodă fizică de determinare calitativă și cantitativă a compoziției atomice și moleculare a unei substanțe, pe baza studiului spectrelor acesteia. Baza fizică S. a. Spectroscopia atomilor și moleculelor, ea... ... Marea Enciclopedie Sovietică

Analiza spectrală- Conținutul articolului. I. Strălucirea trupurilor. Spectrul de emisie. Spectrul solar. linii Fraunhofer. Spectre prismatice și de difracție. Difuzarea culorii prismei și grătarului. II. Spectroscoape. Spectroscop cotat și drept à vision direct.… … Dicţionar Enciclopedic F.A. Brockhaus și I.A. Efron