Spectra. Spektrális elemzés

Spektrális elemzés- az anyagok vizsgálatának egyik legfontosabb fizikai módszere. Egy anyag minőségi és mennyiségi összetételének spektruma alapján történő meghatározására szolgál.

A kémikusok régóta tudják, hogy bizonyos kémiai elemek vegyületei, ha lángba kerülnek, jellegzetes színekre színezik azt. Tehát a nátriumsók sárgává, a bórvegyületek pedig zölddé teszik a lángot. Egy anyag színe akkor következik be, amikor egy bizonyos hullámhosszú hullámokat bocsát ki, vagy elnyeli azokat a ráeső fehér fény teljes spektrumából. A második esetben a szín szemmel látható, kiderül, hogy nem ezeknek az elnyelt hullámoknak felel meg, hanem másoknak – további, fehér fényt adva velük kombinálva.

Ezeket a múlt század elején kialakult mintákat 1859-1861-ben foglalták össze. G. Kirchhoff és R. Bunsen német tudósok, akik bebizonyították, hogy minden kémiai elemnek megvan a maga jellegzetes spektruma. Ez lehetővé tette egyfajta elemanalízis - atomspektrális analízis - létrehozását, amellyel egy lángban vagy elektromos ívben atomokra vagy ionokra bomlott anyag mintájában kvantitatív módon meg lehet határozni a különböző elemek tartalmát. Még a módszer kvantitatív változatának megalkotása előtt sikeresen alkalmazták "elemanalízisre" égitestek. A spektrális elemzés már a múlt században segített a Nap és más csillagok összetételének tanulmányozásában, valamint egyes elemek, különösen a hélium felfedezésében.

A spektrális elemzés segítségével lehetővé vált nemcsak a különböző kémiai elemek megkülönböztetése, hanem ugyanazon elem izotópjai is, amelyek általában eltérő spektrumot adnak. A módszer az anyagok izotópösszetételének elemzésére szolgál, és a különböző izotópokkal rendelkező molekulák energiaszintjének eltérő eltolódásán alapul.

Az 1895-ben felfedező W. Roentgen német fizikusról elnevezett röntgensugarak az elektromágneses hullámok teljes spektrumának egyik legrövidebb hullámhosszú része, amely az ultraibolya fény és a gamma-sugárzás között helyezkedik el. Amikor a röntgensugarakat az atomok elnyelik, mélyen elhelyezkedő elektronok gerjesztődnek, amelyek az atommag közelében helyezkednek el, és különösen erősen kötődnek hozzá. Az atomok röntgensugárzásának kibocsátása éppen ellenkezőleg, a mély elektronoknak a gerjesztett energiaszintekről a közönséges, állóra való átmenetéhez kapcsolódik.

Mind ezeknek, mind a többi szintnek csak szigorúan meghatározott energiája lehet, az atommag töltésétől függően. Ez azt jelenti, hogy ezeknek az energiáknak a különbsége, amely megegyezik az elnyelt (vagy kibocsátott) kvantum energiájával, az atommag töltésétől és mindegyik sugárzásától is függ. kémiai elem a spektrum röntgentartományában egy adott elemre jellemző hullámok halmaza, szigorúan meghatározott rezgési frekvenciákkal.

Ennek a jelenségnek a felhasználásán alapul a röntgen-spektrumanalízis, egyfajta elemanalízis. Széles körben használják ércek, ásványok, valamint összetett szervetlen és szerves elem vegyületek elemzésére.

Vannak más spektroszkópiai típusok is, amelyek nem a sugárzáson, hanem a fényhullámok anyag általi abszorpcióján alapulnak. Az úgynevezett molekuláris spektrumok általában akkor figyelhetők meg, amikor az anyagok oldatai elnyelik a látható, ultraibolya vagy infravörös fényt; a molekulák bomlása nem megy végbe. Ha a látható vagy ultraibolya fény általában az elektronokra hat, új, gerjesztett energiaszintekre kényszerítve őket (lásd Atom), akkor a kevesebb energiát hordozó infravörös (termikus) sugarak csak az egymással összefüggő atomok rezgéseit gerjesztik. Ezért az információ, amelyet az ilyen típusú spektroszkópia a vegyészek számára ad, eltérő. Ha az infravörös (rezgési) spektrumból megtudják bizonyos atomcsoportok jelenlétét egy anyagban, akkor az ultraibolya (színes anyagok esetében - a látható) tartományban lévő spektrumok a fényelnyelő csoport szerkezetéről hordoznak információt. mint egész.

A szerves vegyületek közül az ilyen csoportosítások alapja általában a telítetlen kötések rendszere (lásd Telítetlen szénhidrogének). Minél több kettős vagy hármas kötés van a molekulában, váltakozva egyszerűekkel (más szóval minél hosszabb a konjugációs lánc), annál könnyebben gerjeszthetők az elektronok.

A molekulaspektroszkópiai módszerekkel nemcsak a molekulák szerkezetét határozzák meg, hanem az oldatban lévő ismert anyag mennyiségének pontos mérésére is. Erre különösen alkalmasak az ultraibolya vagy látható tartományban lévő spektrumok. Az abszorpciós sávok ebben a tartományban általában századszázalékos, sőt ezredszázalékos oldott anyag koncentrációknál figyelhetők meg. A spektroszkópia ilyen alkalmazásának speciális esete a kolorimetriás módszer, amelyet széles körben alkalmaznak a színes vegyületek koncentrációjának mérésére.

Egyes anyagok atomjai is képesek elnyelni a rádióhullámokat. Ez a képesség akkor nyilvánul meg, amikor egy anyagot egy erős állandó mágnes mezőjébe helyeznek. Sok atommagnak megvan a maga mágneses momentuma - spin, és mágneses térben az egyenlőtlen spin-orientációjú atommagok energetikailag „egyenlőtlennek” bizonyulnak. Azok, amelyeknek a forgásiránya egybeesik a szuperponált irányával mágneses mező, kedvezőbb helyzetbe kerülnek, és más orientációk kezdik el játszani velük kapcsolatban az "izgatott állapotok" szerepét. Ez nem jelenti azt, hogy az előnyös spinállapotú mag ne tudna átmenni / "gerjeszteni"; a spinállapotok energiáinak különbsége nagyon kicsi, de a kedvezőtlen energiaállapotú atommagok aránya még így is viszonylag kicsi. És minél kisebb, annál erősebb az egymásra helyezett mező. Úgy tűnik, hogy az atommagok két energiaállapot között oszcillálnak. És mivel az ilyen rezgések frekvenciája megfelel a rádióhullámok frekvenciájának, lehetséges a rezonancia is - a váltakozó energiájának elnyelése. elektromágneses mező a megfelelő gyakorisággal, ami a magok számának éles növekedéséhez vezet gerjesztett állapotban.

Ez az alapja a mágneses magrezonancia (NMR) spektrométerek működésének, amelyek képesek kimutatni azon atommagok jelenlétét az anyagban, amelyek spinje 1/2: hidrogén 1H, lítium 7Li, fluor 19F, foszfor 31P, valamint szén izotópjai 13C, nitrogén 15N, oxigén 17O stb.

Az ilyen eszközök érzékenysége minél nagyobb, annál erősebb az állandó mágnes. A mágneses tér erősségével arányosan nő az atommagok gerjesztéséhez szükséges rezonanciafrekvencia is. Az eszköz osztályának mértékeként szolgál. A középosztály spektrométerei 60-90 MHz frekvencián működnek (protonspektrumok rögzítésekor); hűvösebbek - 180, 360 és akár 600 MHz-es frekvencián.

Spektrométerek magas színvonalú- nagyon precíz és összetett eszközök - nem csak egy adott elem tartalmának kimutatását és mennyiségi mérését teszik lehetővé, hanem a molekulában kémiailag "egyenlőtlen" pozíciót elfoglaló atomok jeleinek megkülönböztetését is. Az úgynevezett spin-spin kölcsönhatás tanulmányozásával pedig, amely a jelek keskeny vonalakból álló csoportokra való felosztásához vezet a szomszédos magok mágneses tere hatására, sok érdekességet megtudhatunk az atommagot körülvevő atomokról. tanulmány. Az NMR-spektroszkópia lehetővé teszi a szükséges információk 70-100%-ának megszerzését, például egy összetett szerves vegyület szerkezetének megállapításához.

A rádióspektroszkópia másik típusa - az elektronparamágneses rezonancia (EPR) - azon a tényen alapul, hogy nemcsak az atommagok, hanem az elektronok spinje is 1/2. EPR spektroszkópia - A legjobb mód párosítatlan elektronokkal rendelkező részecskék tanulmányozása - szabad gyökök. Az NMR-spektrumokhoz hasonlóan az EPR-spektrumok is lehetővé teszik, hogy nemcsak magáról a „jelző” részecskéről, hanem az azt körülvevő atomok természetéről is sokat megtudjunk. Az EPR spektroszkópiai műszerek nagyon érzékenyek: a spektrum rögzítéséhez általában elegendő egy literenként több százmilliomod mól szabadgyököt tartalmazó oldat. A szovjet tudósok egy csoportja által a közelmúltban létrehozott rekord érzékenységű készülék pedig mindössze 100 gyök jelenlétét képes kimutatni egy mintában, ami megfelel ezek körülbelül 10-18 mol/l koncentrációjának.

Spektrális elemzés - módszerkészlet a minőségi és számszerűsítése a tárgy összetétele, az anyag és a sugárzás kölcsönhatásának spektrumainak tanulmányozása alapján, beleértve az elektromágneses sugárzás spektrumát, az akusztikus hullámokat, az elemi részecskék tömeg- és energiaeloszlását stb.

Az elemzés céljától és a spektrumok típusától függően a spektrumelemzésnek számos módszere létezik:

Emissziós spektrális elemzés - fizikai módszer, az erős gerjesztő források (elektromos ív, nagyfeszültségű szikra) hatására keletkező analit gőzei emissziós spektrumának (emissziós vagy sugárzási spektrum) vizsgálatán alapul; ez a módszer lehetővé teszi egy anyag elemi összetételének meghatározását, azaz annak megítélését, hogy egy adott anyag összetételében mely kémiai elemek szerepelnek.

A lángspektrofotometria vagy lángfotometria, amely az emissziós spektrális analízis egy fajtája, az analit elemeinek lágy gerjesztőforrások hatására keletkező emissziós spektrumainak vizsgálatán alapul. Ennél a módszernél a vizsgálandó oldatot lángba permetezzük. Ez a módszer lehetővé teszi a vizsgált minta főként alkáli- és alkáliföldfémek, valamint néhány egyéb elem, például gallium, indium, tallium, ólom, mangán, réz, foszfor tartalmának megítélését.

Jegyzet. A lángemissziós fotometria mellett az abszorpciós fotometriát, más néven atomabszorpciós spektroszkópiát vagy atomabszorpciós spektrofotometriát alkalmaznak. A lánggázokban lévő szabad fématomok azon képességén alapul, hogy fényenergiát nyeljenek el az egyes elemekre jellemző hullámhosszokon. Ezzel a módszerrel meghatározható az antimon, a bizmut, a szelén, a cink, a higany és néhány olyan elem, amelyet lángemissziós fotometriával nem határoznak meg.

Az abszorpciós spektroszkópia egy anyag abszorpciós spektrumának vizsgálatán alapul, amely az anyag egyedi jellemzője. Létezik egy spektrofotometriás módszer, amely az abszorpciós spektrum meghatározásán vagy a fényelnyelés mérésén alapul (mind az ultraibolya, mind a spektrum látható és infravörös tartományában) szigorúan meghatározott hullámhosszon (monokromatikus sugárzás), amely megfelel az abszorpciós görbe maximumának. adott vizsgált anyag, valamint fotokolorimetriás módszer, amely az abszorpciós spektrum meghatározásán vagy a fényelnyelés mérésén alapul a spektrum látható tartományában.

A spektrofotometriával ellentétben a fotokolorimetriás módszer "fehér" vagy "fehér" fényt használ, amelyet korábban szélessávú szűrőkön engedtek át.

A fény Raman-szórási spektrumain alapuló elemzési módszer. A módszer egy olyan jelenséget használ, amelyet egyszerre fedezett fel G. S. Landsberg és L. I. Mandelstam szovjet fizikus, valamint C. V. Raman indiai fizikus. Ez a jelenség a monokromatikus sugárzás anyag általi elnyelésével és az ezt követő új sugárzás kibocsátásával jár, amely hullámhosszban különbözik az elnyelt sugárzástól.

A turbidimetria a szilárd anyag színtelen szuszpenziója által elnyelt fény intenzitásának mérésén alapul. A turbidimetriában az oldat által elnyelt vagy áthaladó fény intenzitását ugyanúgy mérjük, mint a színes oldatok fotokolorimetriájánál.

A nefelometria a szilárd anyag (adott közegben szuszpendált üledék) színes vagy színtelen szuszpenziója által visszavert vagy szórt fény intenzitásának mérésén alapul.

A lumineszcens vagy fluoreszcens elemzési módszer az anyagok által kibocsátott látható fény intenzitásának (fluoreszcencia) mérésén alapul, ha ultraibolya sugárzással sugározzák be azokat.

10) Az optikai elemzési módszerek közé tartozik még a törésmutató mérésén alapuló refraktometriás módszer, valamint a polarizációs sík elfordulásának vizsgálatán alapuló polarometrikus módszer.

A spektrumcsíkokon már régen észrevették a sötét vonalakat, de ezeknek a vonalaknak az első komolyabb vizsgálatát csak 1814-ben végezte el Josef Fraunhofer. A hatást az ő tiszteletére Fraunhofer Lines-nek nevezték el. Fraunhofer megállapította a sorok helyzetének stabilitását, összeállította a táblázatukat (összesen 574 sort számolt meg), mindegyikhez alfanumerikus kódot rendelt. Nem kevésbé fontos volt az a következtetése, hogy a vonalak nem kötődnek sem optikai anyaghoz, sem a föld légköréhez, hanem a napfény természetes jellemzői. Hasonló vonalakat talált a mesterséges fényforrásokban, valamint a Vénusz és a Szíriusz spektrumában.

Hamar kiderült, hogy az egyik legtisztább vonal mindig nátrium jelenlétében jelenik meg. 1859-ben G. Kirchhoff és R. Bunsen kísérletsorozat után arra a következtetésre jutott, hogy minden kémiai elemnek megvan a maga egyedi vonalspektruma, és az égitestek spektruma alapján lehet következtetéseket levonni anyaguk összetételére vonatkozóan. Ettől a pillanattól kezdve megjelent a tudományban a spektrális elemzés, amely hatékony módszer a kémiai összetétel távoli meghatározására.

A módszer tesztelésére 1868-ban a Párizsi Tudományos Akadémia expedíciót szervezett Indiába, ahol teljes napfogyatkozás közeledett. Ott a tudósok felfedezték: a napfogyatkozás idején, amikor az emissziós spektrum megváltoztatta a napkorona abszorpciós spektrumát, az összes sötét vonal a jóslatoknak megfelelően világossá vált. sötét háttér.

Fokozatosan tisztázódott az egyes vonalak jellege, kapcsolatuk a kémiai elemekkel. 1860-ban Kirchhoff és Bunsen spektrális elemzéssel a céziumot, 1861-ben pedig a rubídiumot fedezték fel. A héliumot pedig 27 évvel korábban fedezték fel a Napon, mint a Földön (1868, illetve 1895).

Működés elve

Az egyes kémiai elemek atomjai szigorúan meghatározott rezonanciafrekvenciákkal rendelkeznek, aminek következtében ezeken a frekvenciákon bocsátanak ki vagy nyelnek el fényt. Ez oda vezet, hogy a spektroszkópban a spektrumok vonalakat (sötét vagy világos) mutatnak. bizonyos helyeken jellemző az egyes anyagokra. A vonalak intenzitása az anyag mennyiségétől és állapotától függ. A kvantitatív spektrális elemzés során a vizsgált anyag tartalmát a spektrum vonalainak vagy sávjainak relatív vagy abszolút intenzitása határozza meg.

Az optikai spektrális analízist a viszonylag egyszerű kivitelezés, a minták elemzésre való bonyolult előkészítésének hiánya, valamint az analízishez szükséges kis mennyiségű (10-30 mg) anyag jellemzi. nagy szám elemeket.

Az atomspektrumokat (abszorpció vagy emisszió) úgy kapjuk meg, hogy egy anyagot gőzállapotba viszünk a minta 1000-10000 °C-ra való melegítésével. A vezető anyagok kibocsátásának elemzésében az atomok gerjesztésének forrásaként szikrát, váltakozó áramú ívet használnak; míg a mintát az egyik szénelektróda kráterébe helyezzük. Különféle gázok lángját vagy plazmáját széles körben használják oldatok elemzésére.

Alkalmazás

Az utóbbi időben elterjedtté váltak az atomok gerjesztésére és ionizációjára épülő spektrális elemzések emissziós és tömegspektrometriás módszerei az induktív kisülések argonplazmájában, valamint a lézerszikrában.

A spektrális elemzés érzékeny módszer, amelyet széles körben alkalmaznak az analitikai kémiában, az asztrofizikában, a kohászatban, a gépészetben, a geológiai feltárásban és más tudományágakban.

A spektrális elemzés a jelfeldolgozás elméletében egy jel (például hang) energiájának frekvenciákon, hullámszámokon stb.

Gondolkozott 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 sok bevett paradigmát felborított világunk szerkezetével és tulajdonságaival kapcsolatban.

A spektrális elemzésnek köszönhetően fogalmunk van a kozmosz léptékéről és nagyszerűségéről. Neki köszönhetően már nem korlátozzuk az Univerzumot a Tejútrendszerre. A spektrumelemzés sokféle csillagot tárt fel előttünk, mesélt születésükről, fejlődésükről és halálukról. 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 ezeknek az éveknek a látásmódja szerint az űrobjektumok mindig elérhetetlenek maradnak számunkra. Következésképpen soha nem kapunk tesztmintát egyetlen csillagról vagy bolygóról sem, és soha nem fogunk tudni az összetételükről 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 foglalkozott különösebben ezeken a vonalakon. Kiterjedt tanulmányozásukat és osztályozásukat 1814-ben Fraunhofer végezte el. 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 függenek. Nem befolyásolja őket a föld légköre vagy az optikai műszer tulajdonságai.

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

A következő évtizedek során a spektrális elemzésnek köszönhetően számos kémiai elemet fedeztek fel. Ide tartozik a hélium, amelyet először a Napban fedeztek fel, innen kapta a nevét. Ezért kezdetben kizárólag napgáznak tekintették, míg három évtizeddel később felfedezték a Földön.

Háromféle spektrum

Mi magyarázza a spektrum ezen viselkedését? A válasz a sugárzás kvantumtermészetében rejlik. Mint tudják, amikor egy atom elnyeli az elektromágneses energiát, a külső elektronja magasabb energiaszintre kerül. Hasonlóképpen, sugárzással - alacsonyabbra. Minden atomnak megvan a maga energiaszintbeli különbsége. Ebből adódik az egyes kémiai elemek egyedi abszorpciós és kibocsátási gyakorisága.

Ezeken a frekvenciákon sugároz és bocsát ki gázt. Ugyanakkor a szilárd és folyékony testek hevítéskor teljes spektrumot bocsátanak ki, függetlenül kémiai összetételüktől. Ezért a kapott spektrum három típusra oszlik: folytonos, vonalspektrum és abszorpciós spektrum. Ennek megfelelően a szilárd és folyékony testek folytonos, a gázok vonalspektrumot sugároznak. Az abszorpciós spektrumot akkor figyeljük meg, amikor a folyamatos sugárzást a gáz elnyeli. Más szavakkal, a többszínű vonalak a vonalspektrum sötét hátterén megfelelnek az abszorpciós spektrum többszínű hátterén lévő sötét vonalaknak.

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. Érdekes módon a teljes alatt Napfogyatkozás A Nap spektruma lineárissá válik. Valójában ebben az esetben átlátszóból származik külső rétegekőt.

A spektroszkópia alapelvei

Az optikai spektrális analízis technikai kivitelezése viszonylag egyszerű. Munkásságának alapja a vizsgált tárgy sugárzásának lebontása és az így létrejövő spektrum további elemzése. Üvegprizma segítségével 1671-ben Isaac Newton végrehajtotta a fény első "hivatalos" lebontását. A „spektrum” szót a tudományos használatba is bevezette. Valójában a fényt ugyanúgy elhelyezve Wollaston fekete vonalakat vett észre a spektrumon. A spektrográfok is ezen az elven működnek.

A fény lebontása diffrakciós rácsok segítségével is végbemehet. A fény további elemzése többféle módszerrel elvégezhető. Kezdetben megfigyelő csövet használtak erre, majd kamerát. Ma a kapott spektrumot nagy pontosságú elektronikus műszerek 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. Nélkül különféle módszerek spektrális elemzés, nem ismernénk a modern fizikát, kémiát, orvostudományt és természetesen 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 első dolga volt, hogy ezzel a módszerrel tanulmányozzák a csillagok és más űrobjektumok összetételét. Tehát minden csillagnak megvan a saját spektrális osztálya, 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 az objektumok minőségi összetételét lehet megismerni.

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 kürtjének hallgatásával figyelhető meg. A közeledő vonat kürtjének magassága észrevehetően különbözik az induló vonat kürtjétől. Körülbelül így sikerült elméletileg igazolni 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 oldal felé tolódik. Azok. minden hullámhossz nő. Ugyanígy, amikor a forrás közeledik, eltolódnak az ibolya oldalra. Így kiváló kiegészítője lett a spektrális elemzésnek. Most meg lehetett tanulni a spektrum vonalaiból azt, ami korábban lehetetlennek tűnt. Mérje meg egy űrobjektum sebességét, számítsa ki a kettős csillagok keringési paramétereit, a bolygók forgási sebességét és még sok mást. A vöröseltolódási hatás különleges szerepet játszott a kozmológiában.

Edwin Hubble amerikai tudós felfedezése a világ heliocentrikus rendszerének Kopernikusz általi fejlesztéséhez hasonlítható. A cefeidák fényességét különböző ködökben vizsgálva bebizonyította, hogy sok közülük sokkal távolabb található, mint a Tejút. A galaxisok spektrumától kapott távolságokat összehasonlítva Hubble felfedezte híres törvényét. Szerinte a galaxisok távolsága arányos a tőlünk való eltávolításuk sebességével. Bár a törvénye némileg eltér attól modern ötletek, Hubble felfedezése kitágította az univerzum skáláját.

Spektrális elemzés és modern csillagászat

Napjainkban szinte egyetlen csillagászati ​​megfigyelés sem megy végbe spektrális elemzés nélkül. Segítségével fedezzen fel új exobolygókat és tágítsa ki az univerzum határait. A spektrométerek rovereket és bolygóközi szondákat, űrteleszkópokat és kutatóműholdakat szállítanak. Valójában spektrális elemzés nélkül nem lenne modern csillagászat. Továbbra is bekukucskálnánk a csillagok üres, arctalan fényébe, amiről nem tudtunk semmit.

Spektrális elemzés alkalmazása

A spektrális elemzés olyan módszer, amely értékes és legkülönfélébb információkat szolgáltat az égitestekről. Lehetővé teszi, hogy a fény elemzéséből megállapítsa a lámpatest 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 fénysugarat helyezünk, akkor az üvegben különböző módon megtörve a fehér fényt alkotó sugarak irizáló csíkot adnak a képernyőn, amit spektrumnak nevezünk. A spektrumban minden szín mindig meghatározott sorrendben van elrendezve.

Mint tudják, a fény elektromágneses hullámok formájában terjed. Minden szín megfelel az elektromágneses hullámok bizonyos hullámhosszának. A spektrum hullámhossza vörösről ibolyára csökken körülbelül 0,7 mikronról 0,4 mikronra. A spektrum ibolya sugarain túl rejlik ultraibolya sugarak, a szemnek láthatatlan, de a fényképező lemezen hat. A röntgensugárzásnak még rövidebb a hullámhossza. Az égitestek természetük megértéséhez fontos röntgensugárzást a Föld légköre késlelteti.

A spektrum vörös sugarai mögött az infravörös sugarak tartománya található. Láthatatlanok, de speciális fotólemezeken is működnek. Spektrális megfigyelések alatt általában az infravöröstől az ultraibolya sugárzásig terjedő tartományban végzett megfigyeléseket értjük.

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

A következő típusú spektrumok léteznek:

Szivárványcsík formájában folyamatos vagy folytonos spektrumot adnak szilárd és folyékony izzótestek (szén, villanylámpa izzószál) és meglehetősen sűrű gáztömegek.

A sugárzás vonalspektrumát ritkított gázok és gőzök állítják elő erősen hevítve vagy elektromágneses kisülés hatására. Minden gáz egy szigorúan meghatározott hullámhossz-készletet bocsát ki, és egy adott kémiai elemre jellemző vonalspektrumot ad. A gáz halmazállapotának vagy izzásának körülményeinek erős változásai, mint például a melegítés vagy az ionizáció, bizonyos változásokat okoznak az adott gáz spektrumában.

Táblázatok készültek, amelyek felsorolják az egyes gázok vonalait, és jelzik az egyes vezetékek fényerejét. 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 lépnek fel bennük.

Egy vonalabszorpciós spektrumot a gázok és gőzök hoznak létre, ha mögöttük fényes és melegebb forrás van, amely folyamatos spektrumot ad. Az abszorpciós spektrum egy folytonos spektrum, amelyet sötét vonalak metszenek, amelyek pontosan azokon a helyeken találhatók, ahol a gázban rejlő világos vonalaknak elhelyezkedniük kell.

A spektrumok kibocsátása lehetővé teszi a fényt kibocsátó vagy azt 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 test spektrális elemzéssel nem határozható meg.