2020-05-21
38
Так, например, основатели спектрального анализа немецкие физики Роберт Бунзен и Густав Кирхгоф, исследуя спектры паров щелочных металлов лития, натрия и калия, обнаружили новые элементы — рубидий и цезий, названные так по цвету наиболее ярких линий в их спектрах. Так рубидий дает темно-красные, рубиновые линии, а слово «цезий» означает «небесно-голубой».
Спектральный анализ, проводимый по спектрам испускания, называют эмиссионным, а по спектрам поглощения — абсорбционным спектральным анализом.
Эмиссионный спектральный анализ базируется на двух основных положениях:
1) каждый химический элемент или химическое соединение характеризуется определенным спектром;
2) интенсивность линий и полос в спектре зависит от концентрации того или иного элемента в веществе.
К достоинствам спектрального анализа можно отнести:
– очень высокую чувствительность (обнаруживает элементы с относительной концентрацией десять в минус седьмой — десять в минус восьмой степени, т.е. один атом вещества на сто миллионов других атомов!);
– малое время измерения;
– малые количества исследуемого вещества вплоть до детектирования отдельных молекул;
– дистанционность измерений (например, можно проводить исследования состава атмосферы далеких планет).
Именно так, с помощью спектрального анализа узнали химический состав Солнца и звезд, так как другие методы анализа здесь совершенно невозможны.
Благодаря относительной простоте и достаточной универсальности спектральный анализ является основным методом для контроля состава вещества в машиностроении и металлургии, атомной индустрии. С его помощью определяется химический состав руд и минералов, определяется возраст археологических находок, используется и в криминалистике.
Спектральный анализ в астрофизике дает возможность определять не только химический состав звезд и газопылевых облаков, но и некоторые другие физические характеристики, например температуру, давление, скорость движения небесного тела и индукцию его магнитного поля.
Естественно предположить, что для точных исследований спектров такие простые приспособления, как узкая щель, ограничивающая световой пучок, или призма, уже недостаточно. Поэтому требовалось создать приборы, способные давать четкий спектр и не допускающие перекрывания его отдельных участков. Такие приборы называют спектральными аппаратами. Если спектральный аппарат предназначен для визуального наблюдения спектров, то его называют спектроскопом, а аппарат с фотографической регистрацией спектров — спектрограф. Есть спектральные аппараты и с фотоэлектрическими, и тепловыми приемниками. Их называют спектрометрами или спектрофотометрами.
Однако основной частью любого спектрального аппарата является призма или дифракционная решетка.
Для того чтобы понять как работают такие приборы, рассмотрим схему устройства призменного спектрографа.
В начале исследуемое излучение подается в часть прибора, называемую коллиматором. Он представляет собой трубу, на одном конце которой находится ширма с узкой щелью, а на другом — собирающая линза, называемая коллиматорным объективом. Щель находится в фокусе коллиматорного объектива, поэтому пучок расходящихся лучей, идущих от щели, после преломления в линзе становится параллельным и попадает на призму. Преломляясь в призме, этот параллельный пучок света разлагается на пучки света с разной длиной волны, которые в дальнейшем собираются второй линзой, называемой камерным объективом, в ее фокальной плоскости. Таким образом, вместо одного изображения щели получается целый ряд изображений. Каждому узкому спектральному интервалу соответствует свое изображение, а совокупность этих изображений и представляет собой спектр.
