ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Строение спектров и интенсивность спектральных линий из "Введение в спектральный анализ" Под спектральным анализом принято в настоящее время понимать методы определенна химического состава вещества по спектру, излучаемому его атомами. Это определение, не являясь по существу правильным, ибо использование спектров для аналитических целей имеет более общий характер (абсорбционный анализ по спектрам поглощения, рентгеновский анализ по рентгеновским спектрам, люминисцентный анализ и т. д.), находит, однако, себе оправдание в том широком распространении, которое получило использование для практических задач именно эмиссионных атомных спектров. [c.9] Подобно химическим метотам спектральный анализ подразделяется на качественный и количественный анализы. Задачей качественного анализа является установление присутствия в пробе тех или иных элементов, критерием здесь служит присутствие в спектре, в соответствующих условиях, характерных линий анализируемых элементов. Задачей количественного анализа является установление количественного содержания анализируемых элементов по отнощению к основному веществу пробы количественные методы анализа базируются на измерении интенсивностей линий анализируемых элементов, являющихся функцией концентрации элемента в пробе. [c.9] Основными характерными особенностями спектрального анализа как аналитического метода являются чувствительность анализа, достигающая для большинства элементов 10 5—10 /о, быстрота анализа, позволяющая получить качественное и количественное определение элементов в течение нескольких минут, и возможность ограничиваться для проведения анализа чрезвычайно малыми количествами вещества. В отношении точности анализа спектральные методы, как правило, при малых концентрациях анализируемых элементов превосходят химические методы анализа, при средних — успешно конкурируют с ними и лишь в области высоких концентраций уступают химическим методам анализа. [c.9] С помощью спектрального анализа возможно определение всех известных металлов. Определение газов, галоидов, а также углерода, серы и фосфора также возможно однако, определения этих элементов значительно менее чувствительны и в настоящее время редко применяются. [c.9] В отношении объектов анализа спектральные методы универсальны — с их помощью возможен анализ металлов и металлических сплавов, руд и минералов, газов, некоторых биологических объектов и т. д. [c.9] Первые наблюдения спектров пламён производились, однако, задолго до работ Кирхгофа и Бунзена. Так, в 1822 г. Гершель указал, что во многих случаях пламя принимает различную окраску при введении в него различных веществ. К этим же выводам пришёл в 1826 г. Тальбот. Наблюдая в спектрах разнообразных веществ жёлтую полосу (О-линии Ка), он приписывает её возникновение кристаллизационной воде, содержащейся во всех этих веществах. В 1835 г. Тальбот показывает, что стронций и литий, оба придающие пламени красную окраску, можно различить по числу и положению линий в спектре. Аналогичные наблюдения производились и другими исследователями. [c.10] Наряду с изучением свечения пламён изучалось и свечение электрических искр. Эти наблюдения были начаты Фраунгофером (1814 г.). Фраунгофер же впервые использовал для наблюдения спектра в соединении с призмой и щелью (щель была введена впервые Волластоном в 1802 г.) зрительную трубу. С помощью этого прибора Фраунгофер, как известно, открыл тёмные линии поглощения в спектре солнца. Исследования спектра электрических искр для различных металлов были затем продолжены Витстоном (1835 г.), Ангстремом (1853 г.) и другими исследователями. Свечение газов изучалось Плюккером (1858 г.). [c.10] Таким образом, к моменту появления работ Кирхгофа и Бунзена имелся довольно обширный материал по наблюдению спектров ргзлич-ных веществ и было известно, что различные вещества дают в определённых условиях характерные спектры. Однако, никем до Кирхгофа и Бунзена не было доказано и никем этот вопрос даже не ставился, что спектр полностью характеризует каждый элемент и что спектр, таким образом, является такой же фундаментальной характеристикой элемента, как, например, его атомный вес. [c.10] В 1882 г. Роуланд начал систематические измерения длин волн линий с помощью изготовлявшихся им больших диффракционных решёток. [c.11] К началу XX века накопился огромный материал по измерению длин волн линий различных элементов и систематизации их в серии (Бальмер— 1885 г., Ридберг— 1890 г., Ритц—1908 г.). Весь этот колоссальный экспериментальный материал лежал, однако, мёртвым грузом, так как не было путей к его теоретическому истолкованию. Спектроскопия того времени, по выражению Зоммерфельда, представляла собой описательную зоологию . [c.11] По мере перехода к применению для практических задач, наряду с пламенем, также дуги и искры спектры большинства элементов настолько усложнились, что практическое использование их оказалось весьма затруднительным. Далее, исследование спектров с физической стороны принесло большую неуверенность, поскольку было обнаружено, что вид спектра одного и того же элемента может радикально меняться с переходом от одного источника к другому, причём даже в пределах одного источника изменение условий возбуждения (например самоиндукции в цепи искры) обусловливает исчезновение одних линий и появление других. [c.11] Это привело к тому, что даже качественные анализы не получили сколько-нибудь широкого использования. Что же касается количественных анализов, то, несмотря на отдельные успехи, возможность их оспаривалась (Кайзер, 1910 г.). [c.11] Новая эпоха в развитии спектроскопии началась с работ Н. Бора (1914 г.), положившего основу теории строения атома. Теория Бора дала непринуждённое истолкование основных закономерностей спектров атомов и ионов и позволила разобраться в структуре периодической системы элементов. Однако, теория Бора, представлявшая собой сочетание классических законов механики (движение электронов по орбитам) с специфически квантовыми законами (стационарные орбиты, излучение), являла собой лишь промежуточный этап в развитии представлений об атомах и спектрах. Она не смогла также объяснить различные детали в строении спектров простых атомов и структуру спектра многоэлектронных атомов. Это привело, как известно,, к созданию новой, так называемой квантовой механики, в которой нашли себе разрешение затр днения теории Бора. [c.11] Эти исследователи разработали свои методики, давшие хорошие результаты, в применении к частным задачам. В качестве общего метода, количественный анализ, однако, ещё не применялся, и ещё в 1925 г. один из лучших спектроскопистов Коонен, признавая ряд частных успехов, позволивших говорить о практической ценности количественного спектрального анализа, приходит к выводу, что эти частные успехи не лают всё же возможности наметить общей линии дальнейшего планомерного развития этого метода и что пессимистическая оценка Кайзера сохраняет силу. [c.12] Перелом в этом отношении начался в 1926—27 гг. с появлением работ Герлаха. Герлах предложил приём, сводивший к минимуму влияние самого опасного врага количественного спектрального анализа — влияние непроизвольных вариаций условий возбуждения спектра — и позволивший использовать интенсивность спектральных линий в качестве меры количественного содержания элемента в пробе. С момента появления работ Герлаха и его сотрудников началось широкое применение спектрально-аналитических методов для различных аналитических задач и дальнейшее развитие и усовершенствование этих методов. Были найдены приёмы стабилизации условий возбуждения спектра, разработана аппаратура и методы для наблюдения и фотометрирования спектра, доведшие технику практического спектрального анализа до высокой степени совершенства. Большой размах приняло и изготовление спектральной аппаратуры — спектральных аппаратов и вспомогательных приборов, сочетающих в себе высокие качества спектра с простотой юстировки и измерений. [c.12] Круг задач, к решению которых привлекают спектрально-аналитические методы в настоящее время, весьма многообразен. Качественный анализ используется, например, для определения чистоты металлов и сплавов, анализа различного рода образцов минералов и руд, расшифровки состава запатентованных или трофейных образцов, установления материала различных деталей без повреждения их, рассортировки исходных материалов, анализа шихты, отходов производства и т. д. Кроме того, качественный спектральный анализ весьма плодотворно используется и как вспомогательный метод при различного рода химических анализах. К числу этих применений относятся предварительный анализ проб с целью ознакомления с примерным составом их для вы- бора рациональной методики химического анализа, контроль различных стадий химического анализа — исследование осадков, растворов и реактивов — и др. [c.13] В ещё более широком масштабе спектральные методы применяются для количественных анализов. Можно, например, указать, что в отношении анализа таких металлов, как стали, алюминиевые и магниевые сплавы, латуни, бронзы и т. д., многие предприятия перешли, главным образом, на спектральные методы анализа. На ряде крупных предприятий машиностроительной и металлообрабатывающей промышленности до 75% всех анализов выполняется спектральными методами. [c.13] Вернуться к основной статье