Čo je nadph v biológii. Dehydrogenázy - enzýmy triedy oxidoreduktáz (pyridín-dependentné, flavín-dependentné, aeróbne a anaeróbne typy, fyziológia, biochémia)
V sedemnástom storočí označujúci súhrn všetkých významov akéhokoľvek fyzikálne množstvo. Energia, hmotnosť, optické žiarenie. Práve to druhé sa často myslí, keď hovoríme o spektre svetla. Konkrétne, spektrum svetla je súbor pásov optického žiarenia rozdielna frekvencia, z ktorých niektoré môžeme vidieť každý deň vo svete okolo nás, pričom niektoré sú voľným okom nedostupné. V závislosti od vnímania ľudské oko, spektrum svetla je rozdelené na viditeľnú časť a neviditeľnú časť. Ten je zase vystavený infračervenému a ultrafialovému svetlu.
Typy spektier
Existujú tiež odlišné typy spektrá. Sú tri, v závislosti od spektrálnej hustoty intenzity žiarenia. Spektrá môžu byť spojité, čiarové a pruhované. Typy spektier sa určujú pomocou
spojité spektrum
Kontinuálne spektrum tvoria pevné látky alebo plyny zahriate na vysokú teplotu. vysoká hustota. Známa dúha siedmich farieb je priam ukážkou súvislého spektra.
čiarové spektrum
Predstavuje tiež typy spektier a pochádza z akejkoľvek látky, ktorá je v plynnom atómovom stave. Tu je dôležité poznamenať, že je v atóme, nie v molekule. Takéto spektrum poskytuje extrémne nízku interakciu atómov medzi sebou. Keďže nedochádza k žiadnej interakcii, atómy neustále vyžarujú vlny rovnakej vlnovej dĺžky. Príkladom takéhoto spektra je žiara plynov zahriatych na vysokú teplotu.
pruhované spektrum
Pruhované spektrum vizuálne predstavuje samostatné pásy, jasne ohraničené skôr tmavými intervalmi. Navyše každé z týchto pásiem nie je vyžarovaním presne definovanej frekvencie, ale pozostáva z Vysoké číslo tesne rozmiestnené čiary svetla. Príkladom takýchto spektier, ako v prípade čiarového spektra, je žiara pár pri vysoká teplota. Tie však už nevytvárajú atómy, ale molekuly, ktoré majú mimoriadne úzku spoločnú väzbu, ktorá spôsobuje takúto žiaru.
Absorpčné spektrum
Tým však typy spektier stále nekončia. Okrem toho sa rozlišuje iný typ, ako napríklad absorpčné spektrum. Pri spektrálnej analýze sú absorpčné spektrum tmavé čiary na pozadí spojitého spektra a absorpčné spektrum je v podstate vyjadrením závislosti na absorpčnom indexe látky, ktorý môže byť viac-menej vysoký.
Hoci existuje veľký rozsah experimentálne prístupy k meraniu absorpčných spektier. Najbežnejším experimentom je prechod generovaného lúča žiarenia cez ochladený (pre absenciu interakcie častíc a následne luminiscencie) plyn, po ktorom sa zisťuje intenzita žiarenia, ktoré ním prechádza. Prenesená energia sa môže dobre použiť na výpočet absorpcie.
Spektrálna analýza, metóda na kvalitatívne a kvantitatívne stanovenie zloženia látok, založená na štúdiu ich emisných, absorpčných, reflexných a luminiscenčných spektier. Rozlišujte medzi atómovým a molekulárnym spektrálna analýza, ktorých úlohou je určiť elementárne a molekulárne zloženie látky. Emisné spektrálna analýza uskutočňované podľa emisných spektier excitovaných atómov, iónov alebo molekúl rôzne cesty, absorpcia spektrálna analýza- absorpčným spektrom elektromagnetická radiácia analyzované objekty (porov. Absorpčná spektroskopia). V závislosti od účelu štúdie sa vlastnosti analytu, špecifiká použitých spektier, rozsah vlnových dĺžok a iné faktory, priebeh analýzy, vybavenie, metódy merania spektier a metrologické charakteristiky výsledkov značne líšia. Na základe tohto spektrálna analýza rozdelené na číslo nezávislé metódy(pozri najmä reflexná spektroskopia, ultrafialová spektroskopia, ).
často pod spektrálna analýza rozumie len atómová emisná spektrálna analýza (AESA) - metóda elementárnej analýzy založená na štúdiu emisných spektier voľných atómov a iónov v plynnej fáze v rozsahu vlnových dĺžok 150-800 nm (pozri).
Vzorka testovanej látky sa zavedie do zdroja žiarenia, kde sa odparí, disociuje molekuly a excituje vytvorené atómy (ióny). Tieto emitujú charakteristické žiarenie, ktoré vstupuje do záznamového zariadenia spektrálneho prístroja.
Pri kvalitatívnej spektrálnej analýze sa spektrá vzoriek porovnávajú so spektrami známych prvkov uvedenými v zodpovedajúcich atlasoch a tabuľkách spektrálnych čiar, čím sa stanoví elementárne zloženie analytu. Pri kvantitatívnej analýze sa množstvo (koncentrácia) požadovaného prvku v analyzovanej látke určuje v závislosti od veľkosti analytického signálu (hustota sčernenia alebo optická hustota analytickej čiary na fotografickej platni; svetelný tok do fotoelektrického prijímača ) požadovaného prvku na jeho obsahu vo vzorke. Táto závislosť je determinovaná komplexne mnohými ťažko kontrolovateľnými faktormi (hrubé zloženie vzoriek, ich štruktúra, jemnosť, parametre zdroja budenia spektra, nestabilita záznamových zariadení, vlastnosti fotografických platní a pod.). Preto sa na jej stanovenie spravidla používa súbor vzoriek na kalibráciu, ktoré sú z hľadiska hrubého zloženia a štruktúry čo najbližšie k analyzovanej látke a obsahujú známe množstvá prvkov, ktoré sa majú stanoviť. Takéto vzorky môžu slúžiť ako špeciálne pripravené kovové. zliatiny, zmesi látok, roztoky vr. a vyrábané priemyslom. Na odstránenie vplyvu nevyhnutného rozdielu vo vlastnostiach analyzovaných a štandardných vzoriek na výsledky analýzy použite rôzne triky; porovnávajú napríklad spektrálne čiary stanovovaného prvku a takzvaného porovnávacieho prvku, ktorý je podobný v chemickom a fyzikálne vlastnosti k tomu, ktorý je definovaný. Pri analýze materiálov rovnakého typu možno použiť jednu a tú istú kalibračnú závislosť, ktorá sa periodicky koriguje podľa overovacích vzoriek.
Citlivosť a presnosť spektrálnej analýzy závisí hlavne od fyzicka charakteristika zdroje žiarenia (excitácia spektra) - teplota, hustota elektrónov, doba zotrvania atómov v zóne excitácie spektra, stabilita režimu zdroja a pod. Na vyriešenie konkrétneho analytického problému je potrebné zvoliť vhodný zdroj žiarenia, dosiahnuť optimalizáciu jeho charakteristík rôznymi technikami - použitie inertnej atmosféry, uloženie magnetické pole, zavedenie špeciálnych látok, ktoré stabilizujú teplotu výboja, stupeň ionizácie atómov, difúzne procesy na optimálnej úrovni atď. Vzhľadom na rôznorodosť vzájomne sa ovplyvňujúcich faktorov sa v tomto prípade často používajú metódy matematického plánovania experimentov.
Pri analýze pevné látky najpoužívanejšie sú oblúkové (jednosmerný a striedavý prúd) a iskrové výboje, poháňané špeciálne navrhnutými stabilizačnými generátormi (často elektronicky riadenými). Boli vytvorené aj univerzálne generátory, pomocou ktorých sa získavajú výboje odlišné typy s premenlivými parametrami ovplyvňujúcimi účinnosť excitačných procesov skúmaných vzoriek. Pevná elektricky vodivá vzorka môže priamo slúžiť ako oblúková alebo iskrová elektróda; Nevodivé tuhé vzorky a prášky sú umiestnené v vybraniach uhlíkových elektród tej či onej konfigurácie. V tomto prípade sa úplné odparenie (rozprašovanie) analytu a jeho frakčné odparenie a excitácia zložiek vzorky uskutočňujú v súlade s ich fyzikálnymi a chemické vlastnosti, čo zlepšuje citlivosť a presnosť analýzy. Na zvýšenie účinku frakcionácie odparovania sa vo veľkej miere používajú prísady do analyzovanej látky činidiel, ktoré podporujú tvorbu vysoko prchavých zlúčenín (fluoridy, chloridy, sulfidy atď.) prvkov určených na stanovenie pri vysokej teplote [( 5-7) 10 3 K] podmienky uhlíkového oblúka. Na analýzu geologických vzoriek vo forme práškov sa široko používa metóda sypania alebo fúkania vzoriek do zóny uhlíkového oblúkového výboja.
Pri analýze hutníckych vzoriek sa popri iskrových výbojoch rôzneho druhu využívajú aj svetelné zdroje s žeravým výbojom (Grimove výbojky, výboj v dutej katóde). Boli vyvinuté kombinované automatizované zdroje, v ktorých sa na odparovanie alebo naprašovanie používajú doutnavé výbojky alebo elektrotermické analyzátory a na získanie spektier sa používajú napríklad vysokofrekvenčné plazmotróny. V tomto prípade je možné optimalizovať podmienky vyparovania a budenia určovaných prvkov.
Pri analýze kvapalných vzoriek (roztokov) najlepšie výsledky sa získavajú použitím vysokofrekvenčných (HF) a mikrovlnných (mikrovlnných) plazmotrónov pracujúcich v inertnej atmosfére, ako aj plameňovou fotometrickou analýzou (pozri). Na stabilizáciu teploty výbojovej plazmy na optimálnej úrovni sa zavádzajú prísady ľahko ionizovateľných látok, ako sú alkalické kovy. S úspechom sa používa najmä RF výboj s indukčnou väzbou toroidnej konfigurácie (obr. 1). Oddeľuje zóny absorpcie RF energie a zóny budenia spektra, čo umožňuje dramaticky zvýšiť účinnosť budenia a užitočný pomer analytického signálu k šumu a tým dosiahnuť veľmi nízke detekčné limity pre širokú škálu prvkov. Vzorky sa vstrekujú do excitačnej zóny pomocou pneumatických alebo (zriedkavo) ultrazvukových rozprašovačov. Pri analýze pomocou RF a mikrovlnných plazmotrónov a plameňovej fotometrie je rel smerodajná odchýlka je 0,01-0,03, čo v niektorých prípadoch umožňuje použitie spektrálnej analýzy namiesto presnej, ale prácne a časovo náročnejšej chemické metódy analýza.
Na analýzu zmesí plynov sú potrebné špeciálne vákuové zariadenia; spektrá sú excitované pomocou RF a mikrovlnných výbojov. Vzhľadom na rozvoj plynovej chromatografie sa tieto metódy používajú len zriedka.
Ryža. 1. RF plazmový horák: 1-horák výfukových plynov; 2-zóna excitácie spektier; 3-zóna absorpcie RF energie; 4-výhrevný induktor; 5-vstup chladiaceho plynu (dusík, argón); 6-vstup plazmotvorného plynu (argónu); 7-nastriekaný prívod vzorky (nosný plyn - argón).
Pri analýze látok vysokej čistoty, keď je potrebné stanoviť prvky, ktorých obsah je nižší ako 10 -5 %, ako aj pri analýze toxických a rádioaktívnych látok sa vzorky predbežne upravujú; prvky, ktoré sa majú stanoviť, sa napríklad čiastočne alebo úplne oddelia od bázy a prenesú sa do menšieho objemu roztoku alebo sa zavedú do menšieho množstva látky vhodnejšej na analýzu. Na oddelenie zložiek vzorky sa používa frakčná destilácia zásady (zriedkavejšie nečistôt), adsorpcia, zrážanie, extrakcia, chromatografia a iónová výmena. Spektrálna analýza pomocou uvedeného chemické metódy koncentrácia vzorky sa všeobecne označuje ako chemická spektrálna analýza. Dodatočné operácie na separáciu a koncentráciu prvkov, ktoré sa majú určiť, výrazne zvyšujú zložitosť a trvanie analýzy a zhoršujú jej presnosť (relatívna smerodajná odchýlka dosahuje hodnoty 0,2-0,3), ale znižuje limity detekcie 10-100 krát .
Špecifickou oblasťou spektrálnej analýzy je mikrospektrálna (lokálna) analýza. V tomto prípade sa mikroobjem látky (hĺbka krátera je od desiatok mikrónov do niekoľkých mikrónov) zvyčajne odparí laserovým impulzom pôsobiacim na časť povrchu vzorky s priemerom niekoľkých desiatok mikrónov. Na vybudenie spektier sa najčastejšie používa pulzný iskrový výboj synchronizovaný s laserovým pulzom. Metóda sa používa pri štúdiu minerálov, vo vede o kovoch.
Spektrá sa zaznamenávajú pomocou spektrografov a spektrometrov (kvantometrov). Existuje mnoho typov týchto prístrojov, ktoré sa líšia svietivosťou, disperziou, rozlíšením a spektrálnou pracovnou oblasťou. Veľká svietivosť je potrebná na detekciu slabého žiarenia, veľká disperzia - na oddelenie spektrálnych čiar s podobnými vlnovými dĺžkami pri analýze látok s viacriadkovým spektrami, ako aj na zvýšenie citlivosti analýzy. Ako zariadenia, ktoré rozptyľujú svetlo, sa používajú difrakčné mriežky (ploché, konkávne, závitové, holografické, profilované), ktoré majú niekoľko stoviek až niekoľko tisíc čiar na milimeter, oveľa menej často - kremenné alebo sklenené hranoly.
Pre kvalitatívnu spektrálnu analýzu sú vhodnejšie spektrografy (obr. 2), ktoré zaznamenávajú spektrá na špeciálne fotografické platne alebo (zriedkavo) na fotografické filmy, pretože umožňujú študovať celé spektrum vzorky naraz (v pracovnej oblasti zariadenia); sa však používajú aj na kvantitatívna analýza kvôli relatívnej lacnosti, dostupnosti a jednoduchosti údržby. Sčernenie spektrálnych čiar na fotografických platniach sa meria pomocou mikrofotometrov (mikrodenzitometrov). Využívanie počítačov alebo mikroprocesorov zabezpečuje automatický režim merania, spracovanie ich výsledkov a vydávanie konečné výsledky analýza.
Obr.2. Optická schéma spektrografu: 1-vstupná štrbina; 2-otočné zrkadlo; 3-sférické zrkadlo; 4-difrakčná mriežka; 5-žiarovková stupnica osvetlenia; 6-stupňová; 7-fotografická doska.
Ryža. 3. Schéma kvantometra (zo 40 registračných kanálov sú zobrazené len tri): 1-polychromátor; 2-difrakčné mriežky; 3-výstupné sloty; 4-fotoelektrónový multiplikátor; 5-vstupové sloty; 6 statívov so svetelnými zdrojmi; 7 generátorov iskrových a oblúkových výbojov; 8-elektronické záznamové zariadenie; 9-riadiaci počítačový komplex.
V spektrometroch sa fotoelektrický záznam analytických signálov vykonáva pomocou fotonásobičov (PMT) s automatickým spracovaním údajov na počítači. Fotoelektrické viackanálové (až 40 kanálov a viac) polychromátory v kvantometroch (obr. 3) umožňujú súčasne zaznamenávať analytické čiary všetkých určovaných prvkov, ktoré program poskytuje. Pri použití skenovacích monochromátorov sa poskytuje viacprvková analýza vysoká rýchlosť skenovanie pozdĺž spektra v súlade so špecifikovaným programom.
Na stanovenie prvkov (C, S, P, As atď.), ktorých najintenzívnejšie analytické čiary sa nachádzajú v UV oblasti spektra pri vlnových dĺžkach menších ako 180-200 nm, sa používajú vákuové spektrometre.
Pri použití kvantometrov je trvanie analýzy do značnej miery určené postupmi prípravy východiskového materiálu na analýzu. Výrazné skrátenie času prípravy vzorky sa dosiahne automatizáciou najdlhších fáz - rozpúšťanie, uvedenie roztokov do štandardného zloženia, oxidácia kovov, mletie a miešanie práškov a odber vzoriek danej hmoty. V mnohých prípadoch sa viacprvková spektrálna analýza vykonáva v priebehu niekoľkých minút, napríklad: pri analýze roztokov pomocou automatizovaných fotoelektrických spektrometrov s RF plazmotrónmi alebo pri analýze kovov v procese tavenia s automatickým odberom vzoriek do zdroja žiarenia.
Zaujímalo vás niekedy, odkiaľ vieme o vlastnostiach vzdialených nebeských telies?
Určite viete, že za takéto znalosti vďačíme spektrálnej analýze. Prínos tejto metódy k pochopeniu samej však často podceňujeme. Vznik spektrálnej analýzy prevrátil mnohé zavedené paradigmy o štruktúre a vlastnostiach nášho sveta.
Vďaka spektrálnej analýze máme predstavu o rozsahu a veľkosti vesmíru. Vďaka nemu sme prestali obmedzovať vesmír na Mliečnu dráhu. Spektrálna analýza nám odhalila veľké množstvo hviezd, povedala nám o ich zrode, vývoji a smrti. Táto metóda je základom takmer všetkých moderných a dokonca budúcich astronomických objavov.
Dozviete sa o nedosiahnuteľnom
Pred dvoma storočiami sa všeobecne uznávalo, že chemické zloženie planét a hviezd pre nás zostane navždy záhadou. Z pohľadu tých rokov zostanú vesmírne objekty pre nás vždy nedostupné. V dôsledku toho nikdy nedostaneme skúšobnú vzorku žiadnej hviezdy alebo planéty a nikdy nebudeme vedieť o ich zložení. Objav spektrálnej analýzy túto mylnú predstavu úplne vyvrátil.
Spektrálna analýza vám umožňuje vzdialene sa dozvedieť o mnohých vlastnostiach vzdialených objektov. Prirodzene, bez takejto metódy je moderná praktická astronómia jednoducho bezvýznamná.
Čiary na dúhe
Tmavé čiary na spektre Slnka si všimol už v roku 1802 vynálezca Wollaston. Samotný objaviteľ sa však týmito riadkami nijako zvlášť nepozastavil. Ich rozsiahlu štúdiu a klasifikáciu vykonal v roku 1814 Fraunhofer. V priebehu svojich experimentov si všimol, že Slnko, Sírius, Venuša a umelé svetelné zdroje majú svoj vlastný súbor čiar. To znamenalo, že tieto čiary závisia výlučne od zdroja svetla. Nie sú ovplyvnené zemská atmosféra alebo vlastnosti optického prístroja.
Povahu týchto línií objavil v roku 1859 nemecký fyzik Kirchhoff spolu s chemikom Robertom Bunsenom. Vytvorili spojenie medzi čiarami v spektre Slnka a emisnými čiarami pary rôzne látky. Urobili teda revolučný objav, že každý chemický prvok má svoj vlastný súbor spektrálnych čiar. Preto sa žiarením akéhokoľvek objektu dá dozvedieť o jeho zložení. Tak sa zrodila spektrálna analýza.
V priebehu nasledujúcich desaťročí bolo vďaka spektrálnej analýze objavených mnoho chemických prvkov. Patrí medzi ne hélium, ktoré bolo prvýkrát objavené na Slnku, podľa čoho dostal aj svoj názov. Preto bol spočiatku považovaný výlučne za slnečný plyn, až o tri desaťročia neskôr bol objavený na Zemi.
Tri typy spektra
Čo vysvetľuje toto správanie spektra? Odpoveď spočíva v kvantovej povahe žiarenia. Ako viete, keď atóm absorbuje elektromagnetickú energiu, jeho vonkajší elektrón prejde na vyššiu energetickú úroveň. Podobne aj so žiarením - na nižšiu. Každý atóm má svoj vlastný rozdiel v úrovni energie. Z toho vyplýva jedinečná frekvencia absorpcie a emisie každého z nich chemický prvok.
Práve pri týchto frekvenciách vyžaruje a vyžaruje plyn. Zároveň pevné tekuté telá pri zahrievaní vyžarujú celé spektrum, nezávisle od ich chemického zloženia. Preto sa výsledné spektrum delí na tri typy: spojité, čiarové spektrum a absorpčné spektrum. Podľa toho pevné a kvapalné telesá vyžarujú spojité spektrum, plyny vyžarujú čiarové spektrum. Absorpčné spektrum sa pozoruje, keď je plynulé žiarenie absorbované. Inými slovami, farebné čiary na tmavé pozadiečiarové spektrum bude zodpovedať tmavým čiaram na viacfarebnom pozadí absorpčného spektra.
Je to absorpčné spektrum, ktoré sa pozoruje na Slnku, zatiaľ čo zohriate plyny vyžarujú žiarenie s čiarovým spektrom. Vysvetľuje to skutočnosť, že fotosféra Slnka, hoci je to plyn, nie je priehľadná pre optické spektrum. Podobný obraz možno pozorovať aj u iných hviezd. Zaujímavé je, že počas plnej zatmenie Slnka Spektrum Slnka sa stáva lineárnym. V tomto prípade skutočne pochádza z priehľadného vonkajšie vrstvy jej .
Princípy spektroskopie
Optická spektrálna analýza je v technickom prevedení pomerne jednoduchá. Základom jeho práce je rozklad žiarenia skúmaného objektu a ďalší rozbor výsledného spektra. Isaac Newton vykonal v roku 1671 pomocou skleneného hranolu prvý „oficiálny“ rozklad svetla. Do vedeckého používania zaviedol aj slovo „spektrum“. V skutočnosti si Wollaston rozložil svetlo rovnakým spôsobom a všimol si čierne čiary na spektre. Na tomto princípe fungujú aj spektrografy.
Rozklad svetla môže prebiehať aj pomocou difrakčných mriežok. Ďalšiu analýzu svetla možno vykonať rôznymi metódami. Spočiatku na to slúžila pozorovacia trubica, potom kamera. Dnes je výsledné spektrum analyzované vysoko presnými elektronickými prístrojmi.
Doteraz sme hovorili o optickej spektroskopii. Moderná spektrálna analýza však nie je obmedzená na tento rozsah. V mnohých oblastiach vedy a techniky sa používa spektrálna analýza takmer všetkých typov elektromagnetických vĺn – od rádiových po röntgenové lúče. Prirodzene, takéto štúdie sa vykonávajú rôznymi metódami. Bez rôznych metód spektrálnej analýzy by sme nepoznali modernú fyziku, chémiu, medicínu a samozrejme astronómiu.
Spektrálna analýza v astronómii
Ako už bolo uvedené, štúdium spektrálnych čiar začalo zo Slnka. Preto nie je prekvapujúce, že štúdium spektier okamžite našlo svoje uplatnenie v astronómii.
Samozrejme, prvá vec, ktorú astronómovia urobili, bolo použiť túto metódu na štúdium zloženia hviezd a iných vesmírnych objektov. Každá hviezda má teda svoju vlastnú spektrálnu triedu, ktorá odráža teplotu a zloženie ich atmosféry. Známe boli aj parametre atmosféry planét slnečná sústava. Astronómovia sa priblížili k pochopeniu podstaty plynových hmlovín, ako aj mnohých iných nebeských objektov a javov.
Pomocou spektrálnej analýzy sa však možno dozvedieť nielen o kvalitatívne zloženie predmety.
Zmerajte rýchlosť
Dopplerov jav v astronómii Dopplerov jav v astronómii
Dopplerov jav teoreticky vyvinul rakúsky fyzik v roku 1840, po ktorom bol pomenovaný. Tento efekt možno pozorovať počúvaním klaksónu prechádzajúceho vlaku. Výška klaksónu prichádzajúceho vlaku sa bude výrazne líšiť od klaksónu odchádzajúceho vlaku. Približne týmto spôsobom bol teoreticky dokázaný Dopplerov jav. Výsledkom je, že pre pozorovateľa je vlnová dĺžka pohybujúceho sa zdroja skreslená. Zvyšuje sa, keď sa zdroj vzďaľuje a klesá, keď sa približuje. Elektromagnetické vlny majú podobnú vlastnosť.
Keď sa zdroj vzďaľuje, všetky tmavé pásy v jeho emisnom spektre sa posúvajú smerom k červenej strane. Tie. všetky vlnové dĺžky sa zväčšujú. Rovnakým spôsobom, keď sa zdroj priblíži, posunú sa na fialovú stranu. Stal sa tak vynikajúcim doplnkom spektrálnej analýzy. Teraz bolo možné naučiť sa z čiar v spektre to, čo sa predtým zdalo nemožné. Zmerajte rýchlosť vesmírneho objektu, vypočítajte orbitálne parametre dvojhviezd, rýchlosti rotácie planét a mnoho ďalšieho. osobitnú úlohu efekt "červeného posunu" produkovaného v kozmológii.
Objav amerického vedca Edwina Hubbla je porovnateľný s vývojom heliocentrického systému sveta Kopernikom. Skúmaním jasnosti cefeíd v rôznych hmlovinách dokázal, že mnohé z nich sa nachádzajú oveľa ďalej ako Mliečna dráha. Porovnaním získaných vzdialeností zo spektier galaxií objavil Hubble svoj slávny zákon. Vzdialenosť ku galaxiám je podľa neho úmerná rýchlosti ich odstraňovania od nás. Hoci jeho zákon je trochu odlišný od moderné nápady Hubbleov objav rozšíril rozsah vesmíru.
Spektrálna analýza a moderná astronómia
Dnes sa takmer žiadne astronomické pozorovania neuskutočňujú bez spektrálnej analýzy. S jeho pomocou objavujú nové exoplanéty a rozširujú hranice Vesmíru. Spektrometre nesú rovery a medziplanetárne sondy, vesmírne teleskopy a výskumné satelity. V skutočnosti by bez spektrálnej analýzy neexistovala moderná astronómia. Naďalej by sme hľadeli do prázdneho beztvárneho svetla hviezd, o ktorých by sme nič nevedeli.
Kirchhoff a Bunsen boli prví, ktorí sa v roku 1859 pokúsili o spektrálnu analýzu. Dvaja vytvorili spektroskop, ktorý vyzerá ako potrubie nepravidelný tvar. Na jednej strane bol otvor (kolimátor), do ktorého dopadali skúmané svetelné lúče. Vo vnútri potrubia bol umiestnený hranol, ktorý vychyľoval lúče a smeroval ich k inému otvoru v potrubí. Na výstupe mohli fyzici vidieť svetlo rozložené na spektrum.
Vedci sa rozhodli uskutočniť experiment. Po zatemnení miestnosti a zavesení okna hrubými závesmi zapálili sviečku v blízkosti otvoru kolimátora a potom odobrali kúsky rôzne látky a uviedol ich do plameňa sviečky, pričom sledoval, či sa spektrum mení. A ukázalo sa, že horúce pary každej látky dávajú iné spektrá! Keďže hranol striktne oddeľoval lúče a nedovolil, aby sa navzájom prekrývali, z výsledného spektra bolo možné látku presne identifikovať.
Následne Kirchhoff analyzoval spektrum Slnka a zistil, že v jeho chromosfére sú prítomné určité chemické prvky. Z toho vznikla astrofyzika.
Vlastnosti spektrálnej analýzy
Na spektrálnu analýzu je potrebné veľmi malé množstvo látky. Táto metóda je mimoriadne citlivá a veľmi rýchla, čo ju umožňuje nielen použiť pre rôzne potreby, ale niekedy ju robí jednoducho nenahraditeľnou. Je s istotou známe, že každá periodická tabuľka vyžaruje špeciálne spektrum, iba jemu samotnému, preto je pri správne vykonanej spektrálnej analýze takmer nemožné urobiť chybu.
Typy spektrálnej analýzy
Spektrálna analýza je atómová a molekulárna. Pomocou atómovej analýzy je možné odhaliť atómové zloženie látky a pomocou molekulárnej analýzy molekulové zloženie.
Existujú dva spôsoby merania spektra: emisia a absorpcia. Analýza emisného spektra sa vykonáva tak, že sa skúma, ktoré spektrum je emitované vybranými atómami alebo molekulami. K tomu im treba dodať energiu, teda nabudiť ich. Absorpčná analýza sa na rozdiel od toho vykonáva na absorpčnom spektre elektromagnetickej štúdie zameranej na objekty.
Na meranie súboru je možné použiť spektrálnu analýzu rôzne vlastnosti látky, častice alebo aj veľké fyzické telá(napríklad vesmírne objekty). Preto sa spektrálna analýza ďalej delí na rôzne metódy. Ak chcete získať výsledok požadovaný pre konkrétnu úlohu, musíte si vybrať správne zariadenie, vlnovú dĺžku na štúdium spektra, ako aj oblasť samotného spektra.
Aplikácia spektrálnej analýzy
Spektrálna analýza je metóda, ktorá poskytuje cenné a najrozmanitejšie informácie o nebeských telesách. Umožňuje vám určiť z analýzy svetla kvalitatívne a kvantitatívne chemické zloženie svietidla, jeho teplotu, prítomnosť a silu magnetického poľa, rýchlosť pohybu pozdĺž línie pohľadu a oveľa viac.
Spektrálna analýza je založená na rozklade bieleho svetla na jeho zložky. Ak sa lúč svetla umiestni na bočnú stranu trojstenného hranola, potom sa komponenty lámu v skle rôznymi spôsobmi biele svetlo lúče vytvoria na obrazovke dúhový pás, nazývaný spektrum. V spektre sú všetky farby vždy usporiadané v určitom poradí.
Ako viete, svetlo sa šíri vo forme elektromagnetických vĺn. Každá farba má špecifickú dĺžku. elektromagnetická vlna. Vlnová dĺžka v spektre klesá z červenej na fialovú od približne 0,7 do 0,4 mikrónu. Za fialovými lúčmi spektra leží ultrafialové lúče, pre oči neviditeľné, ale pôsobí na fotografickú platňu. Ešte kratšie vlnové dĺžky sú röntgenové lúče. Röntgenové žiarenie nebeských telies, dôležité pre pochopenie ich podstaty, je oneskorené zemskou atmosférou.
Za červenými lúčmi spektra je oblasť infračervených lúčov. Sú neviditeľné, ale pôsobia aj na špeciálnych fotografických platniach. Spektrálne pozorovania sú zvyčajne chápané ako pozorovania v rozsahu od infračerveného po ultrafialové lúče.
Na štúdium spektier sa používajú prístroje nazývané spektroskop a spektrograf. Spektrum sa skúma spektroskopom a fotografuje sa spektrografom. Fotografia spektra sa nazýva spektrogram.
Existovať nasledujúce typy spektrá:
Súvislé alebo spojité spektrum vo forme dúhového pásu je dané pevnými a kvapalnými žeravými telesami (uhlie, vlákno elektrickej lampy) a pomerne hustými masami plynu.
Čiarové spektrum žiarenia je produkované riedkymi plynmi a parami pri silnom zahriatí alebo pri pôsobení elektromagnetického výboja. Každý plyn vyžaruje presne definovaný súbor vlnových dĺžok a dáva čiarové spektrum charakteristické pre daný chemický prvok. Silné zmeny skupenstva plynu alebo podmienok jeho žiary, ako je zahrievanie alebo ionizácia, spôsobujú určité zmeny v spektre daného plynu.
Boli zostavené tabuľky so zoznamom čiar každého plynu a s uvedením jasu každej čiary. Napríklad v spektre sodíka sú dve žlté čiary obzvlášť jasné.
Zistilo sa, že spektrum atómu alebo molekuly súvisí s ich štruktúrou a odráža určité zmeny, ktoré sa v nich vyskytujú počas procesu žiary.
Čiarové absorpčné spektrum je dané plynmi a parami, keď je za nimi svetlo a viac horúci prameň poskytujúce spojité spektrum. Absorpčné spektrum je spojité spektrum, pretínané tmavými čiarami, ktoré sa nachádzajú práve na miestach, kde by sa mali nachádzať jasné čiary obsiahnuté v tomto plyne.
Emisia spektier umožňuje analýzu chemického zloženia plynov, ktoré vyžarujú svetlo alebo ho absorbujú, bez ohľadu na to, či sú v laboratóriu alebo na nebeskom telese. Počet atómov alebo molekúl ležiacich na našej línii pohľadu, emitujúcich alebo absorbujúcich, je určený intenzitou čiar. Čím viac atómov, tým jasnejšia alebo tmavšia je čiara v absorpčnom spektre. Slnko a hviezdy sú obklopené plynnými atmosferickými absorpčnými čiarami, ktoré vznikajú pri prechode svetla cez hviezdnu atmosféru. Preto sú spektrá Slnka a hviezd absorpčné.
Je potrebné mať na pamäti, že spektrálna analýza umožňuje určiť chemické zloženie iba samosvietivých plynov alebo plynov absorbujúcich žiarenie. Chemické zloženie pevné telo nie je možné určiť spektrálnou analýzou.
