वर्णक्रमीय विश्लेषण
वर्णक्रमीय विश्लेषण- विद्युत चुम्बकीय विकिरण, ध्वनिक तरंगों, प्राथमिक कणों के द्रव्यमान और ऊर्जा वितरण के स्पेक्ट्रा सहित विकिरण के साथ पदार्थ की बातचीत के स्पेक्ट्रा के अध्ययन के आधार पर किसी वस्तु की संरचना के गुणात्मक और मात्रात्मक निर्धारण के तरीकों का एक सेट, आदि।
विश्लेषण के उद्देश्य और स्पेक्ट्रा के प्रकार के आधार पर, वर्णक्रमीय विश्लेषण के कई तरीके हैं। परमाणुऔर मोलेकुलरवर्णक्रमीय विश्लेषण क्रमशः किसी पदार्थ की तात्विक और आणविक संरचना को निर्धारित करना संभव बनाता है। उत्सर्जन और अवशोषण विधियों में, संरचना उत्सर्जन और अवशोषण स्पेक्ट्रा से निर्धारित होती है।
मास स्पेक्ट्रोमेट्रिक विश्लेषण परमाणु या आणविक आयनों के द्रव्यमान स्पेक्ट्रा का उपयोग करके किया जाता है और किसी वस्तु की समस्थानिक संरचना को निर्धारित करना संभव बनाता है।
वर्णक्रमीय धारियों पर गहरी रेखाएँ बहुत पहले देखी गई थीं, लेकिन इन रेखाओं का पहला गंभीर अध्ययन केवल 1814 में जोसेफ फ्राउनहोफर द्वारा किया गया था। उनके सम्मान में प्रभाव को फ्रौनहोफर लाइन्स नाम दिया गया था। फ्रौनहोफर ने लाइनों की स्थिति की स्थिरता की स्थापना की, उनकी तालिका संकलित की (उन्होंने कुल 574 पंक्तियों की गणना की), प्रत्येक को एक अल्फ़ान्यूमेरिक कोड सौंपा। कोई कम महत्वपूर्ण उनका निष्कर्ष नहीं था कि रेखाएं या तो ऑप्टिकल सामग्री से जुड़ी नहीं हैं या पृथ्वी का वातावरण, लेकिन एक प्राकृतिक विशेषता हैं सूरज की रोशनी. उन्हें इसी तरह की रेखाएँ मिलीं कृत्रिम स्रोतप्रकाश, साथ ही शुक्र और सीरियस के स्पेक्ट्रा में।
यह जल्द ही स्पष्ट हो गया कि सबसे स्पष्ट रेखाओं में से एक हमेशा सोडियम की उपस्थिति में दिखाई देती है। 1859 में, जी. किरचॉफ और आर. बन्सन ने प्रयोगों की एक श्रृंखला के बाद निष्कर्ष निकाला कि प्रत्येक रासायनिक तत्व का अपना अनूठा रेखा स्पेक्ट्रम होता है, और खगोलीय पिंडों के स्पेक्ट्रम का उपयोग उनके पदार्थ की संरचना के बारे में निष्कर्ष निकालने के लिए किया जा सकता है। उसी क्षण से, विज्ञान में वर्णक्रमीय विश्लेषण प्रकट हुआ, रासायनिक संरचना के दूरस्थ निर्धारण के लिए एक शक्तिशाली विधि।
1868 में विधि का परीक्षण करने के लिए, पेरिस विज्ञान अकादमी ने भारत के लिए एक अभियान का आयोजन किया, जहां पूर्ण सूर्य ग्रहण आ रहा था। वहां, वैज्ञानिकों ने पाया कि ग्रहण के समय सभी अंधेरे रेखाएं, जब उत्सर्जन स्पेक्ट्रम ने सौर कोरोना के अवशोषण स्पेक्ट्रम को बदल दिया, भविष्यवाणी के अनुसार, एक अंधेरे पृष्ठभूमि के खिलाफ उज्ज्वल बन गया।
प्रत्येक रेखा की प्रकृति, रासायनिक तत्वों के साथ उनका संबंध धीरे-धीरे स्पष्ट किया गया। 1860 में, Kirchhoff और Bunsen ने वर्णक्रमीय विश्लेषण का उपयोग करते हुए, सीज़ियम की खोज की, और 1861 में, रूबिडियम। और हीलियम की खोज पृथ्वी की तुलना में 27 साल पहले (क्रमशः 1868 और 1895) सूर्य पर हुई थी।
प्रत्येक रासायनिक तत्व के परमाणुओं ने गुंजयमान आवृत्तियों को कड़ाई से परिभाषित किया है, जिसके परिणामस्वरूप यह इन आवृत्तियों पर है कि वे प्रकाश का उत्सर्जन या अवशोषण करते हैं। यह इस तथ्य की ओर जाता है कि स्पेक्ट्रोस्कोप में, प्रत्येक पदार्थ की विशेषता वाले कुछ स्थानों पर स्पेक्ट्रा पर रेखाएं (अंधेरे या प्रकाश) दिखाई देती हैं। रेखाओं की तीव्रता पदार्थ की मात्रा और उसकी अवस्था पर निर्भर करती है। मात्रात्मक वर्णक्रमीय विश्लेषण में, परीक्षण पदार्थ की सामग्री स्पेक्ट्रा में लाइनों या बैंड की सापेक्ष या पूर्ण तीव्रता से निर्धारित होती है।
ऑप्टिकल वर्णक्रमीय विश्लेषण को कार्यान्वयन की सापेक्ष आसानी, विश्लेषण के लिए नमूनों की जटिल तैयारी की अनुपस्थिति और बड़ी संख्या में तत्वों के विश्लेषण के लिए आवश्यक पदार्थ (10-30 मिलीग्राम) की एक छोटी मात्रा की विशेषता है।
परमाणु स्पेक्ट्रा (अवशोषण या उत्सर्जन) एक पदार्थ को वाष्प अवस्था में 1000-10000 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करके प्राप्त किया जाता है। प्रवाहकीय सामग्री के उत्सर्जन विश्लेषण में परमाणुओं के उत्तेजना के स्रोतों के रूप में, एक चिंगारी, एक चाप का उपयोग किया जाता है। प्रत्यावर्ती धारा; जबकि नमूना कार्बन इलेक्ट्रोड में से एक के क्रेटर में रखा गया है। विभिन्न गैसों की लपटों या प्लाज़्मा का व्यापक रूप से समाधानों का विश्लेषण करने के लिए उपयोग किया जाता है।
में हाल ही में, आगमनात्मक निर्वहन के आर्गन प्लाज्मा में परमाणुओं के उत्तेजना और उनके आयनीकरण के साथ-साथ एक लेजर स्पार्क के आधार पर वर्णक्रमीय विश्लेषण के उत्सर्जन और द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमेट्रिक तरीकों का सबसे व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।
वर्णक्रमीय विश्लेषण एक संवेदनशील विधि है और इसका व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है विश्लेषणात्मक रसायनशास्त्र, खगोल भौतिकी, धातु विज्ञान, मैकेनिकल इंजीनियरिंग, भूवैज्ञानिक अन्वेषण और विज्ञान की अन्य शाखाएँ।
सिग्नल प्रोसेसिंग सिद्धांत में, वर्णक्रमीय विश्लेषण का अर्थ आवृत्ति, तरंग संख्या आदि पर सिग्नल (उदाहरण के लिए, ध्वनि) की ऊर्जा के वितरण का विश्लेषण भी है।
विकिमीडिया फाउंडेशन। 2010.
वर्णक्रमीय विश्लेषण- शारीरिक। गुणवत्ता के तरीके। .और मात्रा। इसके स्पेक्ट्रा के अधिग्रहण और अध्ययन के आधार पर वा में संरचना का निर्धारण। एस. का आधार और. परमाणुओं और अणुओं की स्पेक्ट्रोस्कोपी, इसे विश्लेषण के उद्देश्य और स्पेक्ट्रा के प्रकार के अनुसार वर्गीकृत किया जाता है। परमाणु एस. ए. (एसीए) निर्धारित करता है ... ... भौतिक विश्वकोश
वर्णक्रमीय विश्लेषण- किसी पदार्थ के स्पेक्ट्रा स्रोत के अध्ययन के आधार पर उसकी संरचना का मापन... मानक और तकनीकी दस्तावेज की शर्तों की शब्दकोश-संदर्भ पुस्तक
वर्णक्रमीय विश्लेषण- स्पेक्ट्रोस्कोपी देखें। भूवैज्ञानिक शब्दकोश: 2 खंडों में। एम.: नेड्रा। K. N. Paffengolts et al द्वारा संपादित 1978। वर्णक्रमीय विश्लेषण ... भूवैज्ञानिक विश्वकोश
वर्णक्रमीय विश्लेषण- 1860 में बन्सन और किरचॉफ द्वारा पेश किया गया, इस बाद की रंग रेखाओं के माध्यम से किसी पदार्थ का रासायनिक अध्ययन, जो एक प्रिज्म के माध्यम से (अस्थिरीकरण के दौरान) देखे जाने पर देखा जाता है। स्पष्टीकरण 25000 विदेशी शब्द … रूसी भाषा के विदेशी शब्दों का शब्दकोश
वर्णक्रमीय विश्लेषण- स्पेक्ट्रल विश्लेषण, विश्लेषण के तरीकों में से एक, जिसमें स्पेक्ट्रा का उपयोग किया जाता है (स्पेक्ट्रोस्कोपी, स्पेक्ट्रोस्कोप देखें) कुछ निकायों द्वारा गर्म होने पर दिया जाता है! या जब किरणें एक सतत स्पेक्ट्रम देते हुए विलयनों से गुजरती हैं। के लिये… … बिग मेडिकल इनसाइक्लोपीडिया
वर्णक्रमीय विश्लेषण- किसी पदार्थ की संरचना के गुणात्मक और मात्रात्मक निर्धारण के लिए एक भौतिक विधि, उसके ऑप्टिकल स्पेक्ट्रा द्वारा किया जाता है। परमाणु और आणविक वर्णक्रमीय विश्लेषण, उत्सर्जन (उत्सर्जन स्पेक्ट्रा द्वारा) और अवशोषण (स्पेक्ट्रा द्वारा ... ... बड़ा विश्वकोश शब्दकोश
वर्णक्रमीय विश्लेषण- समय श्रृंखला का विश्लेषण करने के लिए एक गणितीय और सांख्यिकीय पद्धति, जिसमें एक श्रृंखला को एक जटिल सेट के रूप में माना जाता है, एक दूसरे पर आरोपित हार्मोनिक दोलनों का मिश्रण। आवृत्ति पर ध्यान केंद्रित है ... आर्थिक और गणितीय शब्दकोश
वर्णक्रमीय विश्लेषण- शारीरिक। रासायनिक के गुणात्मक और मात्रात्मक निर्धारण के तरीके। ऑप्टिकल स्पेक्ट्रम प्राप्त करने और अध्ययन करने के आधार पर किसी भी पदार्थ की संरचना। उपयोग किए गए स्पेक्ट्रा की प्रकृति के आधार पर, निम्न प्रकारों को प्रतिष्ठित किया जाता है: उत्सर्जन (उत्सर्जन सी ... महान पॉलिटेक्निक विश्वकोश
वर्णक्रमीय विश्लेषण- I वर्णक्रमीय विश्लेषण किसी पदार्थ के परमाणु और आणविक संरचना के गुणात्मक और मात्रात्मक निर्धारण के लिए एक भौतिक विधि है, जो इसके स्पेक्ट्रा के अध्ययन पर आधारित है। भौतिक आधारएस.ए. परमाणुओं और अणुओं की स्पेक्ट्रोस्कोपी, इसके ... ... महान सोवियत विश्वकोश
वर्णक्रमीय विश्लेषण- लेख की सामग्री। I. शरीरों की चमक। उत्सर्जन चित्र। सौर स्पेक्ट्रम। फ्रौनहोफर लाइनें। प्रिज्मीय और विवर्तन स्पेक्ट्रा। प्रिज्म और झंझरी का रंग बिखरना। द्वितीय. स्पेक्ट्रोस्कोप। क्रैंक और डायरेक्ट स्पेक्ट्रोस्कोप विजन डायरेक्ट।…… विश्वकोश शब्दकोश एफ.ए. ब्रोकहॉस और आई.ए. एफ्रोन
वर्णक्रमीय विश्लेषण को कई स्वतंत्र विधियों में विभाजित किया गया है। उनमें से हैं: इन्फ्रारेड और पराबैंगनी स्पेक्ट्रोस्कोपी, परमाणु अवशोषण, ल्यूमिनेसेंस और फ्लोरोसेंस विश्लेषण, प्रतिबिंब और रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी, स्पेक्ट्रोफोटोमेट्री, एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी, और कई अन्य विधियां।
अवशोषण वर्णक्रमीय विश्लेषण विद्युत चुम्बकीय विकिरण के अवशोषण स्पेक्ट्रा के अध्ययन पर आधारित है। उत्सर्जन वर्णक्रमीय विश्लेषण परमाणुओं, अणुओं या उत्तेजित आयनों के उत्सर्जन स्पेक्ट्रा के अनुसार किया जाता है विभिन्न तरीके.
वर्णक्रमीय विश्लेषण को अक्सर केवल परमाणु उत्सर्जन वर्णक्रमीय विश्लेषण कहा जाता है, जो गैस चरण में मुक्त परमाणुओं और आयनों के उत्सर्जन स्पेक्ट्रा के अध्ययन पर आधारित होता है। यह 150-800 एनएम की तरंग दैर्ध्य रेंज में किया जाता है। परीक्षण पदार्थ का एक नमूना विकिरण स्रोत में पेश किया जाता है, जिसके बाद इसमें अणुओं का वाष्पीकरण और पृथक्करण होता है, साथ ही गठित आयनों का उत्तेजना भी होता है। वे विकिरण उत्सर्जित करते हैं, जिसे स्पेक्ट्रल डिवाइस के रिकॉर्डिंग डिवाइस द्वारा रिकॉर्ड किया जाता है।
नमूनों के स्पेक्ट्रा की तुलना ज्ञात तत्वों के स्पेक्ट्रा से की जाती है, जो कि वर्णक्रमीय रेखाओं की संगत तालिकाओं में पाया जा सकता है। इस प्रकार विश्लेषण की संरचना ज्ञात होती है। मात्रात्मक विश्लेषण विश्लेषण में किसी दिए गए तत्व की एकाग्रता को संदर्भित करता है। यह सिग्नल के परिमाण से पहचाना जाता है, उदाहरण के लिए, एक फोटोइलेक्ट्रिक रिसीवर पर प्रकाश प्रवाह की तीव्रता से, एक फोटोग्राफिक प्लेट पर लाइनों के काले या ऑप्टिकल घनत्व की डिग्री से।
विकिरण का एक सतत स्पेक्ट्रम उन पदार्थों द्वारा दिया जाता है जो ठोस या तरल अवस्था में होते हैं, साथ ही साथ घनी गैसें भी होती हैं। ऐसे स्पेक्ट्रम में कोई अंतराल नहीं होता है, इसमें सभी तरंग दैर्ध्य की तरंगें होती हैं। इसका चरित्र न केवल व्यक्तिगत परमाणुओं के गुणों पर निर्भर करता है, बल्कि एक दूसरे के साथ उनकी बातचीत पर भी निर्भर करता है।
लाइन उत्सर्जन स्पेक्ट्रम गैसीय अवस्था में पदार्थों की विशेषता है, जबकि परमाणु लगभग एक दूसरे के साथ बातचीत नहीं करते हैं। तथ्य यह है कि एक रासायनिक तत्व के पृथक परमाणु कड़ाई से परिभाषित तरंग दैर्ध्य की तरंगों का उत्सर्जन करते हैं।
जैसे-जैसे गैस का घनत्व बढ़ता है, वर्णक्रमीय रेखाओं का विस्तार होने लगता है। ऐसे स्पेक्ट्रम का निरीक्षण करने के लिए, एक ट्यूब में गैस डिस्चार्ज की चमक या लौ में किसी पदार्थ के वाष्प का उपयोग किया जाता है। यदि सफेद प्रकाश को एक गैर-उत्सर्जक गैस के माध्यम से पारित किया जाता है, तो स्रोत के निरंतर स्पेक्ट्रम की पृष्ठभूमि के खिलाफ अवशोषण स्पेक्ट्रम की गहरी रेखाएं दिखाई देंगी। गैस सबसे अधिक तीव्रता से उन तरंग दैर्ध्य के प्रकाश को अवशोषित करती है जो गर्म होने पर उत्सर्जित होती है।
शिक्षा और विज्ञान मंत्रालय
कजाकिस्तान गणराज्य
Karaganda राज्य विश्वविद्यालय
ईए के नाम पर बुकेतोवा
भौतिकी के संकाय
प्रकाशिकी और स्पेक्ट्रोस्कोपी विभाग
कोर्स वर्क
विषय पर:
स्पेक्ट्रा। से वर्णक्रमीय विश्लेषण और उसका अनुप्रयोग।
द्वारा तैयार:
FTRF-22 समूह के छात्र
अख्तरिव दिमित्री।
चेक किया गया:
अध्यापक
कुसेनोवा आसिया सबिरगालिएवना
करगंडा - 2003 योजना
परिचय
1. स्पेक्ट्रम में ऊर्जा
2. स्पेक्ट्रा के प्रकार
3. वर्णक्रमीय विश्लेषण और उसका अनुप्रयोग
4. वर्णक्रमीय उपकरण
5. विद्युत चुम्बकीय विकिरण का स्पेक्ट्रम
निष्कर्ष
प्रयुक्त साहित्य की सूची
परिचय
किसी पदार्थ के लाइन स्पेक्ट्रम का अध्ययन आपको यह निर्धारित करने की अनुमति देता है कि इसमें कौन से रासायनिक तत्व हैं और इस पदार्थ में प्रत्येक तत्व कितना है।
अध्ययन के तहत नमूने में तत्व की मात्रात्मक सामग्री इस तत्व के स्पेक्ट्रम की अलग-अलग रेखाओं की तीव्रता की तुलना किसी अन्य रासायनिक तत्व की रेखाओं की तीव्रता से की जाती है, जिसकी मात्रात्मक सामग्री नमूने में जानी जाती है।
किसी पदार्थ की गुणात्मक और मात्रात्मक संरचना को उसके स्पेक्ट्रम द्वारा निर्धारित करने की विधि को वर्णक्रमीय विश्लेषण कहा जाता है। अयस्क के नमूनों की रासायनिक संरचना को निर्धारित करने के लिए खनिज अन्वेषण में वर्णक्रमीय विश्लेषण का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। उद्योग में, वर्णक्रमीय विश्लेषण वांछित गुणों के साथ सामग्री प्राप्त करने के लिए धातुओं में पेश की गई मिश्र धातुओं और अशुद्धियों की संरचना को नियंत्रित करना संभव बनाता है।
वर्णक्रमीय विश्लेषण के लाभ उच्च संवेदनशीलता और तेज परिणाम हैं। वर्णक्रमीय विश्लेषण का उपयोग करके, 6 * 10 -7 ग्राम वजन के नमूने में सोने की उपस्थिति का पता लगाना संभव है, जबकि इसका द्रव्यमान केवल 10 -8 ग्राम है। वर्णक्रमीय विश्लेषण द्वारा स्टील ग्रेड का निर्धारण कई दसियों सेकंड में किया जा सकता है .
वर्णक्रमीय विश्लेषण से आकाशीय पिंडों की रासायनिक संरचना को निर्धारित करना संभव हो जाता है जो पृथ्वी से अरबों प्रकाश वर्ष दूर हैं। ग्रहों और सितारों के वायुमंडल की रासायनिक संरचना, इंटरस्टेलर स्पेस में ठंडी गैस अवशोषण स्पेक्ट्रा द्वारा निर्धारित की जाती है।
स्पेक्ट्रा का अध्ययन करके, वैज्ञानिक न केवल खगोलीय पिंडों की रासायनिक संरचना, बल्कि उनके तापमान को भी निर्धारित करने में सक्षम थे। आकाशीय पिंड की गति निर्धारित करने के लिए वर्णक्रमीय रेखाओं की पारी का उपयोग किया जा सकता है।
स्पेक्ट्रम में ऊर्जा।
प्रकाश स्रोत को ऊर्जा की खपत करनी चाहिए। प्रकाश विद्युत चुम्बकीय तरंगें हैं जिनकी तरंग दैर्ध्य 4 * 10 -7 - 8 * 10 -7 मीटर है। आवेशित कणों की त्वरित गति के दौरान विद्युत चुम्बकीय तरंगें उत्सर्जित होती हैं। ये आवेशित कण परमाणुओं का हिस्सा हैं। लेकिन, यह जाने बिना कि परमाणु की व्यवस्था कैसे की जाती है, विकिरण के तंत्र के बारे में कुछ भी विश्वसनीय नहीं कहा जा सकता है। यह केवल स्पष्ट है कि एक परमाणु के अंदर कोई प्रकाश नहीं है, जैसे कि पियानो के तार में कोई ध्वनि नहीं होती है। हथौड़े के वार के बाद ही बजने वाले तार की तरह परमाणु उत्तेजित होने के बाद ही प्रकाश को जन्म देते हैं।
परमाणु को विकिरण करने के लिए, उसे ऊर्जा स्थानांतरित करने की आवश्यकता होती है। विकिरण करने से, एक परमाणु अपनी प्राप्त ऊर्जा को खो देता है, और किसी पदार्थ की निरंतर चमक के लिए, उसके परमाणुओं को बाहर से ऊर्जा का प्रवाह आवश्यक होता है।
ऊष्मीय विकिरण।सबसे सरल और सबसे सामान्य प्रकार का विकिरण थर्मल विकिरण है, जिसमें प्रकाश के उत्सर्जन के लिए परमाणुओं द्वारा ऊर्जा के नुकसान की भरपाई ऊर्जा द्वारा की जाती है। तापीय गतिविकिरण शरीर के परमाणु या (अणु)। शरीर का तापमान जितना अधिक होता है, परमाणु उतनी ही तेजी से चलते हैं। जब तेज परमाणु (अणु) आपस में टकराते हैं, तो उनकी गतिज ऊर्जा का कुछ भाग परमाणुओं की उत्तेजना ऊर्जा में परिवर्तित हो जाता है, जो तब प्रकाश उत्सर्जित करती है।
विकिरण का ऊष्मा स्रोत सूर्य है, साथ ही एक साधारण गरमागरम दीपक भी है। दीपक एक बहुत ही सुविधाजनक, लेकिन अलाभकारी स्रोत है। दीपक में निकलने वाली कुल ऊर्जा का केवल लगभग 12% विद्युत का झटका, प्रकाश ऊर्जा में परिवर्तित हो जाता है। प्रकाश का ऊष्मा स्रोत ज्वाला है। ईंधन के दहन के दौरान निकलने वाली ऊर्जा से कालिख के दाने गर्म होते हैं और प्रकाश उत्सर्जित करते हैं।
इलेक्ट्रोल्यूमिनेसिसेंस।प्रकाश उत्सर्जित करने के लिए परमाणुओं द्वारा आवश्यक ऊर्जा को गैर-थर्मल स्रोतों से भी उधार लिया जा सकता है। गैसों में निर्वहन करते समय बिजली क्षेत्रइलेक्ट्रॉनों को अधिक गतिज ऊर्जा प्रदान करता है। तेज इलेक्ट्रॉन परमाणुओं के साथ टकराव का अनुभव करते हैं। इलेक्ट्रॉनों की गतिज ऊर्जा का एक हिस्सा परमाणुओं के उत्तेजना में जाता है। उत्तेजित परमाणु प्रकाश तरंगों के रूप में ऊर्जा छोड़ते हैं। इसके कारण, गैस में निर्वहन एक चमक के साथ होता है। यह इलेक्ट्रोल्यूमिनेशन है।
कैथोडोल्यूमिनेसिसेंसइलेक्ट्रॉनों के साथ बमबारी के कारण ठोस पदार्थों की चमक को कैथोडोल्यूमिनेसिसेंस कहा जाता है। कैथोडोल्यूमिनेसिसेंस टेलीविजन पर कैथोड किरण ट्यूबों की स्क्रीन को चमकदार बनाता है।
रसायन विज्ञान।कुछ के लिए रसायनिक प्रतिक्रिया, ऊर्जा की रिहाई के साथ, इस ऊर्जा का एक हिस्सा सीधे प्रकाश के उत्सर्जन पर खर्च किया जाता है। प्रकाश स्रोत ठंडा रहता है (इसका तापमान होता है वातावरण) इस घटना को केमोल्यूमिनेसिसेंस कहा जाता है।
फोटोलुमिनेसेंस।किसी पदार्थ पर पड़ने वाला प्रकाश आंशिक रूप से परावर्तित होता है और आंशिक रूप से अवशोषित होता है। अधिकांश मामलों में अवशोषित प्रकाश की ऊर्जा केवल पिंडों को गर्म करने का कारण बनती है। हालाँकि, कुछ पिंड स्वयं उस पर विकिरण की घटना की कार्रवाई के तहत सीधे चमकने लगते हैं। यह फोटोलुमिनेसेंस है। प्रकाश पदार्थ के परमाणुओं को उत्तेजित करता है (उनकी आंतरिक ऊर्जा को बढ़ाता है), जिसके बाद वे स्वयं द्वारा हाइलाइट किए जाते हैं। उदाहरण के लिए, चमकदार पेंट, जो कई क्रिसमस की सजावट को कवर करते हैं, विकिरण के बाद प्रकाश उत्सर्जित करते हैं।
फोटोलुमिनेसेंस के दौरान उत्सर्जित प्रकाश में, एक नियम के रूप में, प्रकाश की तुलना में एक लंबी तरंग दैर्ध्य होती है जो चमक को उत्तेजित करती है। इसे प्रायोगिक तौर पर देखा जा सकता है। यदि वायलेट प्रकाश फिल्टर के माध्यम से पारित एक प्रकाश पुंज को फ़्लोरेसाइट (ऑर्गेनिक डाई) वाले बर्तन की ओर निर्देशित किया जाता है, तो यह तरल हरे-पीले प्रकाश को चमकाना शुरू कर देता है, अर्थात, बैंगनी प्रकाश की तुलना में अधिक तरंग दैर्ध्य का प्रकाश।
फोटोलुमिनेसेंस की घटना का व्यापक रूप से फ्लोरोसेंट लैंप में उपयोग किया जाता है। सोवियत भौतिक विज्ञानी एस। आई। वाविलोव ने कवर करने का प्रस्ताव रखा भीतरी सतहगैस डिस्चार्ज के शॉर्ट-वेव विकिरण की क्रिया के तहत उज्ज्वल रूप से चमकने में सक्षम पदार्थों के साथ डिस्चार्ज ट्यूब। फ्लोरोसेंट लैंप पारंपरिक गरमागरम लैंप की तुलना में लगभग तीन से चार गुना अधिक किफायती होते हैं।
मुख्य प्रकार के विकिरण और उन्हें बनाने वाले स्रोत सूचीबद्ध हैं। विकिरण के सबसे आम स्रोत थर्मल हैं।
स्पेक्ट्रम में ऊर्जा का वितरण।कोई भी स्रोत मोनोक्रोमैटिक प्रकाश नहीं देता है, अर्थात्, कड़ाई से परिभाषित तरंग दैर्ध्य का प्रकाश। हम एक प्रिज्म की मदद से प्रकाश के एक स्पेक्ट्रम में अपघटन पर प्रयोगों के साथ-साथ हस्तक्षेप और विवर्तन पर प्रयोगों से भी इस बात से आश्वस्त हैं।
स्रोत से प्रकाश अपने साथ ले जाने वाली ऊर्जा को एक निश्चित तरीके से सभी तरंग दैर्ध्य की तरंगों पर वितरित किया जाता है जो प्रकाश किरण बनाते हैं। हम यह भी कह सकते हैं कि ऊर्जा आवृत्तियों पर वितरित की जाती है, क्योंकि तरंग दैर्ध्य और आवृत्ति के बीच एक सरल संबंध है: ђv = c।
विद्युत चुम्बकीय विकिरण का प्रवाह घनत्व, या तीव्रता /, सभी आवृत्तियों के कारण ऊर्जा और डब्ल्यू द्वारा निर्धारित किया जाता है। आवृत्तियों पर विकिरण के वितरण को चिह्नित करने के लिए, एक नई मात्रा पेश की जानी चाहिए: प्रति इकाई आवृत्ति अंतराल की तीव्रता। इस मान को विकिरण तीव्रता का वर्णक्रमीय घनत्व कहा जाता है।
विकिरण प्रवाह का वर्णक्रमीय घनत्व प्रयोगात्मक रूप से पाया जा सकता है। ऐसा करने के लिए, प्रिज्म का उपयोग करके विकिरण स्पेक्ट्रम प्राप्त करना आवश्यक है, उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रिक आर्क, और चौड़ाई एवी के छोटे वर्णक्रमीय अंतराल प्रति विकिरण प्रवाह घनत्व को मापें।
ऊर्जा के वितरण का आकलन करते समय आप आंख पर भरोसा नहीं कर सकते। आंख में प्रकाश के प्रति चयनात्मक संवेदनशीलता होती है: इसकी अधिकतम संवेदनशीलता स्पेक्ट्रम के पीले-हरे क्षेत्र में होती है। सभी तरंग दैर्ध्य के प्रकाश को लगभग पूरी तरह से अवशोषित करने के लिए एक काले शरीर की संपत्ति का लाभ उठाना सबसे अच्छा है। इस मामले में, विकिरण की ऊर्जा (यानी, प्रकाश) शरीर के ताप का कारण बनती है। इसलिए, यह शरीर के तापमान को मापने के लिए पर्याप्त है और इसका उपयोग प्रति यूनिट समय में अवशोषित ऊर्जा की मात्रा को आंकने के लिए किया जाता है।
एक साधारण थर्मामीटर ऐसे प्रयोगों में सफलतापूर्वक उपयोग किए जाने के लिए बहुत संवेदनशील होता है। अधिक संवेदनशील तापमान मापने वाले उपकरणों की जरूरत है। आप एक इलेक्ट्रिक थर्मामीटर ले सकते हैं, जिसमें संवेदनशील तत्व को पतली धातु की प्लेट के रूप में बनाया जाता है। इस प्लेट को कालिख की एक पतली परत से ढंकना चाहिए, जो किसी भी तरंग दैर्ध्य के प्रकाश को लगभग पूरी तरह से अवशोषित कर लेती है।
यंत्र की ऊष्मा-संवेदी प्लेट को स्पेक्ट्रम में किसी न किसी स्थान पर रखा जाना चाहिए। लाल किरणों से बैंगनी तक लंबाई का पूरा दृश्य स्पेक्ट्रम v kr से y f तक आवृत्ति अंतराल से मेल खाता है। चौड़ाई एक छोटे से अंतराल Av से मेल खाती है। डिवाइस की काली प्लेट को गर्म करके, कोई भी आवृत्ति अंतराल एवी प्रति विकिरण प्रवाह के घनत्व का न्याय कर सकता है। प्लेट को स्पेक्ट्रम के साथ ले जाने पर, हम पाते हैं कि अधिकांश ऊर्जा स्पेक्ट्रम के लाल हिस्से में है, न कि पीले-हरे रंग में, जैसा कि आंख को लगता है।
इन प्रयोगों के परिणामों के आधार पर, आवृत्ति पर विकिरण तीव्रता के वर्णक्रमीय घनत्व की निर्भरता की साजिश करना संभव है। विकिरण की तीव्रता का वर्णक्रमीय घनत्व प्लेट के तापमान से निर्धारित होता है, और आवृत्ति यह पता लगाना मुश्किल नहीं है कि क्या प्रकाश को विघटित करने के लिए उपयोग किया जाने वाला उपकरण कैलिब्रेटेड है, अर्थात, यदि यह ज्ञात है कि स्पेक्ट्रम का दिया गया खंड किस आवृत्ति से मेल खाता है प्रति।
एब्सिस्सा अक्ष के साथ एवी अंतराल के मध्य बिंदुओं के अनुरूप आवृत्तियों के मूल्यों को प्लॉट करना, और समन्वय अक्ष के साथ विकिरण तीव्रता का वर्णक्रमीय घनत्व, हम बिंदुओं की एक श्रृंखला प्राप्त करते हैं जिसके माध्यम से एक चिकनी वक्र खींचा जा सकता है। यह वक्र ऊर्जा के वितरण और विद्युत चाप के स्पेक्ट्रम के दृश्य भाग का एक दृश्य प्रतिनिधित्व देता है।
स्पेक्ट्रा के प्रकार।
विभिन्न पदार्थों के विकिरण की वर्णक्रमीय संरचना बहुत विविध है। लेकिन, इसके बावजूद, सभी स्पेक्ट्रा, जैसा कि अनुभव से पता चलता है, तीन प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है जो एक दूसरे से बहुत अलग हैं।
निरंतर स्पेक्ट्रा।
सौर स्पेक्ट्रम या चाप प्रकाश स्पेक्ट्रम निरंतर है। इसका मतलब है कि स्पेक्ट्रम में सभी तरंग दैर्ध्य का प्रतिनिधित्व किया जाता है। स्पेक्ट्रम में कोई असंतुलन नहीं है, और स्पेक्ट्रोग्राफ स्क्रीन पर एक सतत बहुरंगी बैंड देखा जा सकता है।
ऊर्जा का बारंबारता वितरण, यानी विकिरण तीव्रता का वर्णक्रमीय घनत्व, विभिन्न निकायों के लिए भिन्न होता है। उदाहरण के लिए, एक बहुत काली सतह वाला एक पिंड सभी आवृत्तियों की विद्युत चुम्बकीय तरंगों को विकीर्ण करता है, लेकिन आवृत्ति पर विकिरण तीव्रता के वर्णक्रमीय घनत्व की निर्भरता वक्र एक निश्चित आवृत्ति पर अधिकतम होती है। बहुत छोटी और बहुत उच्च आवृत्तियों के कारण होने वाली विकिरण ऊर्जा नगण्य होती है। जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, विकिरण का अधिकतम वर्णक्रमीय घनत्व छोटी तरंगों की ओर शिफ्ट हो जाता है।
निरंतर (या निरंतर) स्पेक्ट्रा, जैसा कि अनुभव से पता चलता है, एक ठोस या तरल अवस्था में निकायों के साथ-साथ अत्यधिक संपीड़ित गैसें देते हैं। एक निरंतर स्पेक्ट्रम प्राप्त करने के लिए, आपको शरीर को उच्च तापमान पर गर्म करने की आवश्यकता होती है।
निरंतर स्पेक्ट्रम की प्रकृति और इसके अस्तित्व का तथ्य न केवल व्यक्तिगत विकिरण वाले परमाणुओं के गुणों से निर्धारित होता है, बल्कि एक दूसरे के साथ परमाणुओं की बातचीत पर भी काफी हद तक निर्भर करता है।
उच्च तापमान वाले प्लाज्मा द्वारा एक सतत स्पेक्ट्रम भी तैयार किया जाता है। इलेक्ट्रोमैग्नेटिक तरंगें प्लाज्मा द्वारा मुख्य रूप से तब उत्सर्जित होती हैं जब इलेक्ट्रॉन आयनों से टकराते हैं।
रेखा स्पेक्ट्रा।
चलो पीली लौ में ले आओ गैस बर्नरसाधारण के घोल में भिगोया हुआ अभ्रक का एक टुकड़ा नमक. जब एक स्पेक्ट्रोस्कोप के माध्यम से एक लौ का अवलोकन किया जाता है, तो एक चमकीली पीली रेखा लौ के बमुश्किल अलग-अलग निरंतर स्पेक्ट्रम की पृष्ठभूमि के खिलाफ चमकती है। यह पीली रेखा सोडियम वाष्प द्वारा दी जाती है, जो एक लौ में सोडियम क्लोराइड अणुओं के विभाजन के दौरान बनती है। स्पेक्ट्रोस्कोप पर, कोई भी अलग-अलग चमक की रंगीन रेखाओं का एक ताल देख सकता है, जिसे विस्तृत अंधेरे बैंड द्वारा अलग किया जाता है। ऐसे स्पेक्ट्रा कहलाते हैं शासन. एक लाइन स्पेक्ट्रम की उपस्थिति का मतलब है कि पदार्थ केवल कुछ निश्चित तरंग दैर्ध्य (अधिक सटीक, कुछ बहुत ही संकीर्ण वर्णक्रमीय अंतराल में) का प्रकाश उत्सर्जित करता है। प्रत्येक पंक्ति की एक सीमित चौड़ाई होती है।
लाइन स्पेक्ट्रा गैसीय परमाणु में सभी पदार्थ देता है (लेकिन आणविक नहीं स्थिति।इस मामले में, परमाणुओं द्वारा प्रकाश उत्सर्जित होता है जो व्यावहारिक रूप से एक दूसरे के साथ बातचीत नहीं करते हैं। यह सबसे मौलिक, बुनियादी प्रकार का स्पेक्ट्रा है।
किसी दिए गए रासायनिक तत्व के पृथक परमाणु कड़ाई से परिभाषित तरंग दैर्ध्य का उत्सर्जन करते हैं।
आमतौर पर, लाइन स्पेक्ट्रा को अध्ययन के तहत गैस से भरी ट्यूब में लौ में किसी पदार्थ के वाष्प की चमक या गैस डिस्चार्ज की चमक का उपयोग करके देखा जाता है।
परमाणु गैस के घनत्व में वृद्धि के साथ, व्यक्तिगत वर्णक्रमीय रेखाएं फैलती हैं और अंत में, बहुत अधिक गैस घनत्व पर, जब परमाणुओं की बातचीत महत्वपूर्ण हो जाती है, तो ये रेखाएं एक दूसरे को ओवरलैप करती हैं, जिससे एक निरंतर स्पेक्ट्रम बनता है।
धारीदार स्पेक्ट्रा।
धारीदार स्पेक्ट्रम में अलग-अलग बैंड होते हैं जो अंधेरे अंतराल से अलग होते हैं। एक बहुत अच्छे वर्णक्रमीय उपकरण की सहायता से, यह पाया जा सकता है कि प्रत्येक बैंड बड़ी संख्या में बहुत निकट दूरी वाली रेखाओं का एक संग्रह है। लाइन स्पेक्ट्रा के विपरीत, धारीदार स्पेक्ट्रा परमाणुओं द्वारा नहीं, बल्कि अणुओं द्वारा निर्मित होते हैं जो एक दूसरे से बंधे या कमजोर रूप से बंधे नहीं होते हैं।
आणविक स्पेक्ट्रा का निरीक्षण करने के लिए, साथ ही लाइन स्पेक्ट्रा का निरीक्षण करने के लिए, आमतौर पर एक लौ में वाष्प की चमक या गैस के निर्वहन की चमक का उपयोग किया जाता है।
अवशोषण स्पेक्ट्रा।
वे सभी पदार्थ जिनके परमाणु उत्तेजित अवस्था में होते हैं, प्रकाश तरंगें उत्सर्जित करते हैं, जिनकी ऊर्जा तरंगदैर्घ्य पर एक निश्चित तरीके से वितरित होती है। किसी पदार्थ द्वारा प्रकाश का अवशोषण तरंगदैर्घ्य पर भी निर्भर करता है। तो, लाल कांच लाल बत्ती (l»8 10 -5 सेमी) के अनुरूप तरंगों को प्रसारित करता है, और बाकी सभी को अवशोषित करता है।
यदि श्वेत प्रकाश को ठंडी, गैर-विकिरणित गैस से गुजारा जाता है, तो स्रोत के निरंतर स्पेक्ट्रम की पृष्ठभूमि के खिलाफ काली रेखाएं दिखाई देती हैं। गैस सबसे अधिक तीव्रता से उन तरंग दैर्ध्य के प्रकाश को अवशोषित करती है जो बहुत गर्म होने पर उत्सर्जित होती है। निरंतर स्पेक्ट्रम की पृष्ठभूमि के खिलाफ अंधेरे रेखाएं अवशोषण रेखाएं होती हैं, जो एक साथ अवशोषण स्पेक्ट्रम बनाती हैं।
निरंतर, रेखा और धारीदार उत्सर्जन स्पेक्ट्रा और समान संख्या में अवशोषण स्पेक्ट्रा होते हैं।
यह जानना जरूरी है कि हमारे आसपास के शरीर किस चीज से बने हैं। उनकी संरचना निर्धारित करने के लिए कई तरीके तैयार किए गए हैं। लेकिन तारों और आकाशगंगाओं की संरचना को केवल वर्णक्रमीय विश्लेषण की सहायता से ही जाना जा सकता है।
वर्णक्रमीय विश्लेषण और उसका अनुप्रयोग
लाइन स्पेक्ट्रा विशेष रूप से महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं क्योंकि उनकी संरचना सीधे परमाणु की संरचना से संबंधित होती है। आखिरकार, ये स्पेक्ट्रा परमाणुओं द्वारा बनाए जाते हैं जो अनुभव नहीं करते हैं बाहरी प्रभाव. इसलिए, लाइन स्पेक्ट्रा से परिचित होने के बाद, हम परमाणुओं की संरचना का अध्ययन करने की दिशा में पहला कदम उठाते हैं। इन स्पेक्ट्रा को देखकर, वैज्ञानिक परमाणु के अंदर "देखने" में सक्षम थे। यहां, प्रकाशिकी परमाणु भौतिकी के निकट संपर्क में आती है।
रेखा स्पेक्ट्रम का मुख्य गुण यह है कि किसी पदार्थ के लाइन स्पेक्ट्रम की तरंग दैर्ध्य (या आवृत्तियां) केवल इस पदार्थ के परमाणुओं के गुणों पर निर्भर करती हैं, लेकिन परमाणुओं के ल्यूमिनेसिसेंस के उत्तेजना की विधि से पूरी तरह से स्वतंत्र होती हैं।. किसी भी रासायनिक तत्व के परमाणु अन्य सभी तत्वों के स्पेक्ट्रा के विपरीत एक स्पेक्ट्रम देते हैं: वे तरंग दैर्ध्य के एक कड़ाई से परिभाषित सेट का उत्सर्जन करने में सक्षम हैं।
इस पर आधारित स्पेक्ट्रल विश्लेषण- किसी पदार्थ की रासायनिक संरचना को उसके स्पेक्ट्रम द्वारा निर्धारित करने की एक विधि। मानव उंगलियों के निशान की तरह, लाइन स्पेक्ट्रा में एक अद्वितीय व्यक्तित्व होता है। उंगली की त्वचा पर पैटर्न की विशिष्टता अक्सर अपराधी को खोजने में मदद करती है। उसी तरह, स्पेक्ट्रा की व्यक्तित्व के कारण, शरीर की रासायनिक संरचना का निर्धारण करना संभव है। वर्णक्रमीय विश्लेषण की सहायता से, इस तत्व का एक जटिल पदार्थ की संरचना में पता लगाना संभव है, भले ही इसका द्रव्यमान 10 -10 से अधिक न हो। यह बहुत ही संवेदनशील तरीका है।
किसी पदार्थ की संरचना का उसके स्पेक्ट्रम द्वारा मात्रात्मक विश्लेषण मुश्किल है, क्योंकि वर्णक्रमीय रेखाओं की चमक न केवल पदार्थ के द्रव्यमान पर निर्भर करती है, बल्कि चमक के उत्तेजना की विधि पर भी निर्भर करती है। इस प्रकार, कम तापमान पर, कई वर्णक्रमीय रेखाएं बिल्कुल दिखाई नहीं देती हैं। हालांकि, ल्यूमिनेसेंस के उत्तेजना के लिए मानक परिस्थितियों में, एक मात्रात्मक वर्णक्रमीय विश्लेषण भी किया जा सकता है।
वर्तमान में, सभी परमाणुओं के स्पेक्ट्रा निर्धारित किए गए हैं और स्पेक्ट्रा की तालिकाएं संकलित की गई हैं। वर्णक्रमीय विश्लेषण की सहायता से, कई नए तत्वों की खोज की गई: रूबिडियम, सीज़ियम, आदि। तत्वों को अक्सर स्पेक्ट्रम की सबसे तीव्र रेखाओं के रंग के अनुसार नामित किया गया था। रूबिडियम गहरे लाल, रूबी रेखाएं देता है। सीज़ियम शब्द का अर्थ है "आकाश नीला"। यह सीज़ियम स्पेक्ट्रम की मुख्य रेखाओं का रंग है।
वर्णक्रमीय विश्लेषण की सहायता से उन्होंने सूर्य और तारों की रासायनिक संरचना को सीखा। विश्लेषण के अन्य तरीके यहां आम तौर पर असंभव हैं। यह पता चला कि तारे उन्हीं रासायनिक तत्वों से बने हैं जो पृथ्वी पर पाए जाते हैं। यह उत्सुक है कि हीलियम मूल रूप से सूर्य में खोजा गया था और उसके बाद ही पृथ्वी के वायुमंडल में पाया गया था। इस तत्व का नाम इसकी खोज के इतिहास को याद करता है: शब्द हीलियममतलब "धूप"।
इसकी तुलनात्मक सादगी और बहुमुखी प्रतिभा के कारण, धातु विज्ञान, मैकेनिकल इंजीनियरिंग और परमाणु उद्योग में किसी पदार्थ की संरचना की निगरानी के लिए वर्णक्रमीय विश्लेषण मुख्य तरीका है। वर्णक्रमीय विश्लेषण की सहायता से अयस्कों और खनिजों की रासायनिक संरचना का निर्धारण किया जाता है।
जटिल, मुख्य रूप से कार्बनिक, मिश्रण की संरचना का विश्लेषण उनके आणविक स्पेक्ट्रा द्वारा किया जाता है।
वर्णक्रमीय विश्लेषण न केवल उत्सर्जन स्पेक्ट्रा से, बल्कि अवशोषण स्पेक्ट्रा से भी किया जा सकता है। यह सूर्य और सितारों के स्पेक्ट्रम में अवशोषण रेखाएं हैं जो इन खगोलीय पिंडों की रासायनिक संरचना का अध्ययन करना संभव बनाती हैं। सूर्य की चमकदार चमकदार सतह - प्रकाशमंडल - एक सतत स्पेक्ट्रम देता है। सौर वातावरणफोटोस्फीयर से प्रकाश को चुनिंदा रूप से अवशोषित करता है, जिससे फोटोस्फीयर के निरंतर स्पेक्ट्रम की पृष्ठभूमि के खिलाफ अवशोषण लाइनों की उपस्थिति होती है।
लेकिन सूर्य का वातावरण ही प्रकाश उत्सर्जित करता है। सूर्य ग्रहण के दौरान, जब सौर डिस्क चंद्रमा से ढकी होती है, तो स्पेक्ट्रम रेखाएं उलट जाती हैं। सौर स्पेक्ट्रम में अवशोषण लाइनों के बजाय, उत्सर्जन लाइनें चमकती हैं।
खगोल भौतिकी में, वर्णक्रमीय विश्लेषण को न केवल तारों, गैस बादलों आदि की रासायनिक संरचना को निर्धारित करने के लिए समझा जाता है, बल्कि कई अन्य को खोजने के लिए भी समझा जाता है। भौतिक विशेषताएंये वस्तुएं: तापमान, दबाव, गति, चुंबकीय प्रेरण।
खगोल भौतिकी के अलावा, अपराध स्थल पर पाए गए साक्ष्य की जांच के लिए, फोरेंसिक में वर्णक्रमीय विश्लेषण का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। इसके अलावा, फोरेंसिक में वर्णक्रमीय विश्लेषण हत्या के हथियार को निर्धारित करने में मदद करता है और सामान्य तौर पर, अपराध के कुछ विवरणों को प्रकट करने के लिए।
वर्णक्रमीय विश्लेषण का उपयोग चिकित्सा में और भी अधिक व्यापक रूप से किया जाता है। यहां इसका आवेदन बहुत व्यापक है। इसका उपयोग निदान के लिए किया जा सकता है, साथ ही मानव शरीर में विदेशी पदार्थों को निर्धारित करने के लिए भी किया जा सकता है।
वर्णक्रमीय विश्लेषण न केवल विज्ञान, बल्कि सार्वजनिक क्षेत्र में भी प्रगति करता है मानवीय गतिविधि.
वर्णक्रमीय विश्लेषण के लिए विशेष वर्णक्रमीय उपकरणों की आवश्यकता होती है, जिन पर हम आगे विचार करेंगे।
वर्णक्रमीय उपकरण
स्पेक्ट्रा के एक सटीक अध्ययन के लिए, प्रकाश किरण और एक प्रिज्म को सीमित करने वाली संकीर्ण भट्ठा जैसे सरल उपकरण अब पर्याप्त नहीं हैं। ऐसे उपकरणों की आवश्यकता होती है जो एक स्पष्ट स्पेक्ट्रम देते हैं, यानी ऐसे उपकरण जो विभिन्न तरंग दैर्ध्य की तरंगों को अच्छी तरह से अलग करते हैं और स्पेक्ट्रम के अलग-अलग वर्गों के अतिव्यापी होने की अनुमति नहीं देते हैं। ऐसे उपकरणों को वर्णक्रमीय उपकरण कहा जाता है। अक्सर, वर्णक्रमीय तंत्र का मुख्य भाग एक प्रिज्म या विवर्तन झंझरी होता है।
प्रिज्म वर्णक्रमीय उपकरण के उपकरण की योजना पर विचार करें। अध्ययन किया गया विकिरण सबसे पहले उपकरण के उस हिस्से में प्रवेश करता है जिसे कोलिमेटर कहा जाता है। कोलिमेटर एक ट्यूब है, जिसके एक सिरे पर एक संकीर्ण स्लिट वाली स्क्रीन होती है, और दूसरी तरफ एक अभिसारी लेंस होता है। अंतराल चालू है फोकल लम्बाईलेंस से। इसलिए, एक अपसारी प्रकाश पुँज जो झिरी से लेंस में प्रवेश करती है, उसे समानांतर पुंज में बाहर निकालती है और प्रिज्म पर गिरती है।
चूंकि अलग-अलग आवृत्तियां अलग-अलग अपवर्तक सूचकांकों के अनुरूप होती हैं, समानांतर बीम प्रिज्म से निकलते हैं, जो दिशा में मेल नहीं खाते हैं। वे लेंस पर गिर जाते हैं। इस लेंस की फोकस दूरी पर एक स्क्रीन है - फ़्रॉस्टेड काँचया फोटोग्राफिक प्लेट। लेंस स्क्रीन पर किरणों के समानांतर बीम को केंद्रित करता है, और स्लिट की एक छवि के बजाय, छवियों की एक पूरी श्रृंखला प्राप्त की जाती है। प्रत्येक आवृत्ति (संकीर्ण वर्णक्रमीय अंतराल) की अपनी छवि होती है। ये सभी चित्र मिलकर एक स्पेक्ट्रम बनाते हैं।
वर्णित उपकरण को स्पेक्ट्रोग्राफ कहा जाता है। यदि एक दूसरे लेंस और एक स्क्रीन के बजाय, एक दूरबीन का उपयोग स्पेक्ट्रा के दृश्य अवलोकन के लिए किया जाता है, तो डिवाइस को स्पेक्ट्रोस्कोप कहा जाता है। प्रिज्म और वर्णक्रमीय उपकरणों के अन्य विवरण जरूरी नहीं कि कांच के बने हों। कांच की जगह पारदर्शी सामग्री जैसे क्वार्ट्ज, सेंधा नमक आदि का भी उपयोग किया जाता है।
आप एक नई मात्रा से परिचित हुए - विकिरण तीव्रता का वर्णक्रमीय घनत्व। हमने सीखा कि वर्णक्रमीय उपकरण के आवरण के अंदर क्या है।
पदार्थों के विकिरण की वर्णक्रमीय संरचना बहुत विविध है। लेकिन, इसके बावजूद, सभी स्पेक्ट्रा, जैसा कि अनुभव से पता चलता है, तीन प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है।
विद्युत चुम्बकीय विकिरण के गुण।विभिन्न तरंग दैर्ध्य वाले विद्युतचुंबकीय विकिरण में काफी अंतर होता है, लेकिन वे सभी रेडियो तरंगों से लेकर गामा विकिरण तक, एक हैं। भौतिक प्रकृति. सभी प्रकार के विद्युत चुम्बकीय विकिरण, अधिक या कम हद तक, तरंगों के हस्तक्षेप, विवर्तन और ध्रुवीकरण विशेषता के गुणों को प्रदर्शित करते हैं। साथ ही, सभी प्रकार के विद्युत चुम्बकीय विकिरण क्वांटम गुणों को अधिक या कम हद तक प्रदर्शित करते हैं।
सभी विद्युत चुम्बकीय विकिरणों के लिए सामान्य उनकी घटना के तंत्र हैं: किसी भी तरंग दैर्ध्य के साथ विद्युत चुम्बकीय तरंगें विद्युत आवेशों के त्वरित संचलन के दौरान या अणुओं, परमाणुओं या परमाणु नाभिक के एक से संक्रमण के दौरान हो सकती हैं। क्वांटम अवस्थादूसरे में। विद्युत आवेशों के हार्मोनिक दोलन विद्युत चुम्बकीय विकिरण के साथ होते हैं जिनकी आवृत्ति आवेश दोलनों की आवृत्ति के बराबर होती है।
रेडियो तरंगें। 10 5 से 10 12 हर्ट्ज की आवृत्तियों पर होने वाले दोलनों के साथ, विद्युत चुम्बकीय विकिरण होता है, जिसकी तरंग दैर्ध्य कई किलोमीटर से लेकर कई मिलीमीटर तक होती है। इलेक्ट्रोमैग्नेटिक रेडिएशन स्केल का यह सेक्शन रेडियो वेव रेंज को संदर्भित करता है। रेडियो तरंगों का उपयोग रेडियो संचार, टेलीविजन और रडार के लिए किया जाता है।
अवरक्त विकिरण। 1-2 मिमी से कम तरंग दैर्ध्य के साथ विद्युत चुम्बकीय विकिरण, लेकिन 8 * 10 -7 मीटर से अधिक, अर्थात। रेडियो तरंगों की सीमा और दृश्य प्रकाश की सीमा के बीच स्थित इन्फ्रारेड विकिरण कहलाता है।
इसके लाल किनारे से परे स्पेक्ट्रम के क्षेत्र की पहली बार 1800 में प्रयोगात्मक रूप से जांच की गई थी। अंग्रेजी खगोलशास्त्री विलियम हर्शल (1738-1822)। हर्शल ने ब्लैक बल्ब थर्मामीटर को स्पेक्ट्रम के लाल सिरे से परे रखा और तापमान में वृद्धि का पता लगाया। थर्मामीटर बल्ब को विकिरण द्वारा गर्म किया गया था, जो आंख के लिए अदृश्य था। इस विकिरण को अवरक्त किरणें कहते हैं।
इन्फ्रारेड विकिरण किसी भी गर्म शरीर द्वारा उत्सर्जित होता है। सूत्रों का कहना है अवरक्त विकिरणभट्टियों, जल तापन बैटरी, विद्युत तापदीप्त लैंप का उपयोग किया जाता है।
के जरिए विशेष उपकरणअवरक्त विकिरण को दृश्य प्रकाश में परिवर्तित किया जा सकता है और गर्म वस्तुओं की छवियों को पूर्ण अंधेरे में प्राप्त किया जा सकता है। इन्फ्रारेड विकिरण का उपयोग चित्रित उत्पादों को सुखाने, दीवारों के निर्माण, लकड़ी के लिए किया जाता है।
मानव जीवन में विद्युत चुम्बकीय विकिरण के स्पेक्ट्रम के इस हिस्से का महत्व बहुत अधिक है, क्योंकि एक व्यक्ति अपने आसपास की दुनिया के बारे में लगभग सभी जानकारी दृष्टि की मदद से प्राप्त करता है।
प्रकाश है शर्तहरे पौधों का विकास और, फलस्वरूप, आवश्यक शर्तपृथ्वी पर जीवन के अस्तित्व के लिए।
पराबैंगनी विकिरण. 1801 में, जर्मन भौतिक विज्ञानी जोहान रिटर (1776 - 1810) ने स्पेक्ट्रम का अध्ययन करते हुए पाया कि इसके बैंगनी किनारे से परे आंखों के लिए अदृश्य किरणों द्वारा निर्मित एक क्षेत्र है। ये किरणें कुछ रासायनिक यौगिकों को प्रभावित करती हैं। इन अदृश्य किरणों की क्रिया के तहत सिल्वर क्लोराइड का अपघटन होता है, जिंक सल्फाइड क्रिस्टल और कुछ अन्य क्रिस्टल की चमक होती है।
आँख के लिए अदृश्य विद्युत चुम्बकीय विकिरणवायलेट प्रकाश की तुलना में कम तरंग दैर्ध्य के साथ पराबैंगनी विकिरण कहा जाता है। पराबैंगनी विकिरण में 4 * 10 -7 से 1 * 10 -8 मीटर की तरंग दैर्ध्य रेंज में विद्युत चुम्बकीय विकिरण शामिल हैं।
पराबैंगनी विकिरण रोगजनक बैक्टीरिया को मारने में सक्षम है, इसलिए इसका व्यापक रूप से चिकित्सा में उपयोग किया जाता है। सूर्य के प्रकाश की संरचना में पराबैंगनी विकिरण जैविक प्रक्रियाओं का कारण बनता है जो मानव त्वचा को काला कर देता है - सनबर्न।
डिस्चार्ज लैंप का उपयोग चिकित्सा में पराबैंगनी विकिरण के स्रोतों के रूप में किया जाता है। ऐसे लैंप के ट्यूब क्वार्ट्ज से बने होते हैं, जो पराबैंगनी किरणों के लिए पारदर्शी होते हैं; इसलिए इन लैंपों को क्वार्ट्ज लैंप कहा जाता है।
एक्स-रे. यदि एक इलेक्ट्रॉन और एक एनोड उत्सर्जित करने वाले गर्म कैथोड के बीच एक वैक्यूम ट्यूब में कई दसियों हज़ार वोल्ट का एक निरंतर वोल्टेज लगाया जाता है, तो इलेक्ट्रॉन पहले गति करेंगे बिजली क्षेत्र, और फिर अपने परमाणुओं के साथ बातचीत करते समय एनोड सामग्री में अचानक धीमा हो जाता है। पदार्थ में तेजी से इलेक्ट्रॉनों के मंदी के दौरान या परमाणुओं के आंतरिक गोले पर इलेक्ट्रॉन संक्रमण के दौरान, विद्युत चुम्बकीय तरंगें पराबैंगनी विकिरण से कम तरंग दैर्ध्य के साथ उत्पन्न होती हैं। इस विकिरण की खोज 1895 में जर्मन भौतिक विज्ञानी विल्हेम रेंटजेन (1845-1923) ने की थी। तरंग दैर्ध्य रेंज में विद्युत चुम्बकीय विकिरण 10 -14 से 10 -7 मीटर तक एक्स-रे कहलाते हैं।
एक्स-रे आंखों के लिए अदृश्य हैं। वे सामग्री की महत्वपूर्ण परतों के माध्यम से महत्वपूर्ण अवशोषण के बिना गुजरते हैं जो दृश्य प्रकाश के लिए अपारदर्शी है। एक्स-रे का पता कुछ क्रिस्टल की एक निश्चित चमक पैदा करने और फोटोग्राफिक फिल्म पर कार्य करने की उनकी क्षमता से लगाया जाता है।
पदार्थ की मोटी परतों में प्रवेश करने के लिए एक्स-रे की क्षमता का उपयोग रोगों के निदान के लिए किया जाता है। आंतरिक अंगव्यक्ति। इंजीनियरिंग में, विभिन्न उत्पादों, वेल्ड की आंतरिक संरचना को नियंत्रित करने के लिए एक्स-रे का उपयोग किया जाता है। एक्स-रे विकिरण का एक मजबूत जैविक प्रभाव होता है और इसका उपयोग कुछ बीमारियों के इलाज के लिए किया जाता है।
गामा विकिरण. गामा विकिरण को विद्युत चुम्बकीय विकिरण कहा जाता है जो उत्तेजित परमाणु नाभिक द्वारा उत्सर्जित होता है और प्राथमिक कणों की परस्पर क्रिया से उत्पन्न होता है।
गामा विकिरण सबसे कम तरंग दैर्ध्य विद्युत चुम्बकीय विकिरण है (l < 10 -10 मीटर)। इसकी विशेषता स्पष्ट corpuscular गुण है। इसलिए, गामा विकिरण को आमतौर पर कणों की एक धारा के रूप में माना जाता है - गामा किरणें। 10-10 से 10-14 तक की तरंग दैर्ध्य की सीमा में और एक्स-रे और गामा विकिरण की श्रेणियां ओवरलैप होती हैं, इस क्षेत्र में, एक्स-रे और गामा किरणें प्रकृति में समान होती हैं और केवल मूल में भिन्न होती हैं।
में प्रारंभिक XIXमें। यह पाया गया कि ऊपर (तरंग दैर्ध्य के साथ) दृश्य प्रकाश स्पेक्ट्रम का लाल भाग आंख के लिए अदृश्य है अवरक्तस्पेक्ट्रम का हिस्सा है, और दृश्य प्रकाश स्पेक्ट्रम के बैंगनी भाग के नीचे अदृश्य है यूवीस्पेक्ट्रम का हिस्सा।
अवरक्त विकिरण की तरंग दैर्ध्य से होती है
3·10 -4 से 7.6·10 -7 मीटर इस विकिरण की सबसे विशिष्ट संपत्ति इसका थर्मल प्रभाव है। कोई भी पिंड इन्फ्रारेड का स्रोत है। इस विकिरण की तीव्रता जितनी अधिक होती है, शरीर का तापमान उतना ही अधिक होता है। इन्फ्रारेड विकिरण की जांच थर्मोकपल और बोलोमीटर का उपयोग करके की जाती है। रात्रि दृष्टि उपकरणों के संचालन का सिद्धांत अवरक्त विकिरण के उपयोग पर आधारित है।
पराबैंगनी विकिरण की तरंग दैर्ध्य . से सीमा में हैं
4·10 -7 से 6·10 -9 मीटर इस विकिरण की सबसे विशिष्ट संपत्ति इसका रासायनिक और जैविक प्रभाव है। पराबैंगनी विकिरण फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव की घटना का कारण बनता है, कई पदार्थों की चमक ( प्रतिदीप्ति और स्फुरदीप्ति)।यह रोग पैदा करने वाले रोगाणुओं को मारता है, सनबर्न का कारण बनता है, और इसी तरह।
विज्ञान में, पदार्थ के अणुओं और परमाणुओं का अध्ययन करने के लिए अवरक्त और पराबैंगनी विकिरण का उपयोग किया जाता है।
अपवर्तक प्रिज्म के पीछे स्क्रीन पर, स्पेक्ट्रम में मोनोक्रोमैटिक रंगों को निम्नलिखित क्रम में व्यवस्थित किया जाता है: लाल (सबसे बड़ी तरंग दैर्ध्य lk \u003d 7.6 10 -7 मीटर दृश्य प्रकाश की तरंगों और सबसे छोटे अपवर्तक सूचकांक के बीच), नारंगी, पीला , हरा, नीला, नीला और बैंगनी (दृश्यमान स्पेक्ट्रम में सबसे छोटी तरंग दैर्ध्य l f =4·10 -7 m और उच्चतम अपवर्तनांक है)।
इसलिए, मानव गतिविधि के लगभग सभी सबसे महत्वपूर्ण क्षेत्रों में वर्णक्रमीय विश्लेषण का उपयोग किया जाता है: चिकित्सा में, फोरेंसिक में, उद्योग और अन्य उद्योगों में जो मानव जाति के लाभ के लिए मौजूद हैं। इस प्रकार वर्णक्रमीय विश्लेषण में से एक है महत्वपूर्ण पहलून केवल वैज्ञानिक प्रगति का विकास, बल्कि मानव जीवन का स्तर भी।
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किरचॉफ और बन्सन ने 1859 में वर्णक्रमीय विश्लेषण का प्रयास करने वाले पहले व्यक्ति थे। दो ने एक स्पेक्ट्रोस्कोप बनाया जो एक पाइप की तरह दिखता है अनियमित आकार. एक तरफ एक छेद (कोलिमेटर) था जिसमें अध्ययन की गई प्रकाश किरणें गिरती थीं। पाइप के अंदर एक प्रिज्म स्थित था, इसने किरणों को विक्षेपित किया और उन्हें पाइप के दूसरे छेद की ओर निर्देशित किया। आउटपुट पर, भौतिक विज्ञानी एक स्पेक्ट्रम में विघटित प्रकाश को देख सकते थे।
वैज्ञानिकों ने एक प्रयोग करने का फैसला किया। कमरे में अंधेरा कर दिया और खिड़की को ढँक दिया मोटे पर्दे, उन्होंने कोलाइमर के स्लिट के पास एक मोमबत्ती जलाई, और फिर उन्होंने विभिन्न पदार्थों के टुकड़े लिए और उन्हें मोमबत्ती की लौ में इंजेक्ट किया, यह देखते हुए कि क्या स्पेक्ट्रम बदल गया है। और यह पता चला कि प्रत्येक पदार्थ के गर्म वाष्प अलग-अलग स्पेक्ट्रम देते हैं! चूंकि प्रिज्म ने किरणों को कड़ाई से अलग किया और उन्हें एक-दूसरे को ओवरलैप करने की अनुमति नहीं दी, इसलिए परिणामी स्पेक्ट्रम से पदार्थ की सही पहचान करना संभव था।
इसके बाद, किरचॉफ ने सूर्य के स्पेक्ट्रम का विश्लेषण किया, जिसमें पाया गया कि इसके क्रोमोस्फीयर में कुछ रासायनिक तत्व मौजूद थे। इसने खगोल भौतिकी को जन्म दिया।
वर्णक्रमीय विश्लेषण के लिए बहुत कम मात्रा में पदार्थ की आवश्यकता होती है। यह विधि अत्यंत संवेदनशील और बहुत तेज़ है, जो न केवल इसे विभिन्न प्रकार की आवश्यकताओं के लिए उपयोग करने की अनुमति देती है, बल्कि इसे कभी-कभी बस अपूरणीय भी बनाती है। यह निश्चित रूप से जाना जाता है कि प्रत्येक आवर्त सारणी एक विशेष स्पेक्ट्रम का उत्सर्जन करती है, केवल उसके लिए, इसलिए, सही ढंग से किए गए वर्णक्रमीय विश्लेषण के साथ, गलती करना लगभग असंभव है।
वर्णक्रमीय विश्लेषण परमाणु और आणविक है। परमाणु विश्लेषण के माध्यम से, क्रमशः, किसी पदार्थ की परमाणु संरचना, और आणविक विश्लेषण के माध्यम से, आणविक संरचना को प्रकट किया जा सकता है।
स्पेक्ट्रम को मापने के दो तरीके हैं: उत्सर्जन और अवशोषण। चयनित परमाणुओं या अणुओं द्वारा कौन सा स्पेक्ट्रम उत्सर्जित किया जाता है, इसकी जांच करके उत्सर्जन स्पेक्ट्रम विश्लेषण किया जाता है। ऐसा करने के लिए, उन्हें ऊर्जा देने की जरूरत है, यानी उन्हें उत्तेजित करने के लिए। इसके विपरीत, अवशोषण विश्लेषण, वस्तुओं पर निर्देशित विद्युत चुम्बकीय अध्ययन के अवशोषण स्पेक्ट्रम पर किया जाता है।
वर्णक्रमीय विश्लेषण का उपयोग कई मापने के लिए किया जा सकता है विभिन्न विशेषताएंपदार्थ, कण या यहां तक कि बड़े भौतिक पिंड (उदाहरण के लिए, अंतरिक्ष की वस्तुएं)। इसीलिए वर्णक्रमीय विश्लेषण को आगे विभाजित किया गया है विभिन्न तरीके. किसी विशेष कार्य के लिए आवश्यक परिणाम प्राप्त करने के लिए, आपको सही उपकरण, स्पेक्ट्रम के अध्ययन के लिए तरंग दैर्ध्य, साथ ही साथ स्पेक्ट्रम के क्षेत्र को भी चुनना होगा।
आधुनिक विज्ञान और प्रौद्योगिकी उन पदार्थों की रासायनिक संरचना के ज्ञान के बिना अकल्पनीय हैं जो मानव गतिविधि की वस्तुएं हैं। भूवैज्ञानिकों द्वारा पाए गए खनिज और रसायनज्ञों द्वारा प्राप्त नए पदार्थ और सामग्री मुख्य रूप से उनकी रासायनिक संरचना की विशेषता है। उचित प्रबंधन के लिए तकनीकी प्रक्रियाएंउद्योगों की एक विस्तृत विविधता में राष्ट्रीय अर्थव्यवस्थाफीडस्टॉक, मध्यवर्ती और तैयार उत्पादों की रासायनिक संरचना का सटीक ज्ञान आवश्यक है।
प्रौद्योगिकी का तेजी से विकास पदार्थ के विश्लेषण के तरीकों पर नई आवश्यकताओं को लागू करता है। अपेक्षाकृत हाल तक, स्वयं को 10–2–10–3% तक की सांद्रता में मौजूद अशुद्धियों के निर्धारण तक सीमित रखना संभव था। परमाणु सामग्री के उद्योग के बाद के वर्षों में उद्भव और तेजी से विकास, साथ ही कठोर, गर्मी प्रतिरोधी और अन्य विशेष स्टील्स और मिश्र धातुओं के उत्पादन के लिए विश्लेषणात्मक तरीकों की संवेदनशीलता में 10-4-10- की वृद्धि की आवश्यकता थी। 6%, क्योंकि यह पाया गया कि इतनी छोटी सांद्रता में भी अशुद्धियों की उपस्थिति सामग्री के गुणों और कुछ तकनीकी प्रक्रियाओं के पाठ्यक्रम को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करती है।
हाल ही में, उद्योग के विकास के कारण अर्धचालक सामग्रीपदार्थों की शुद्धता पर और भी अधिक आवश्यकताएं लगाई जाती हैं, और, परिणामस्वरूप, विश्लेषणात्मक तरीकों की संवेदनशीलता पर - अशुद्धियों को निर्धारित करना आवश्यक है, जिनमें से सामग्री पूरी तरह से नगण्य है (10-7–10-9%)। बेशक, पदार्थों की इतनी उच्च शुद्धता की आवश्यकता केवल व्यक्तिगत मामलों में होती है, लेकिन एक डिग्री या किसी अन्य के लिए, विज्ञान और प्रौद्योगिकी के लगभग सभी क्षेत्रों में विश्लेषण की संवेदनशीलता में वृद्धि एक आवश्यक आवश्यकता बन गई है।
उत्पादन में बहुलक सामग्रीप्रारंभिक पदार्थों (मोनोमर्स) में अशुद्धियों की सांद्रता बहुत अधिक थी - अक्सर दसवां और यहां तक कि प्रतिशत की पूरी संख्या। यह हाल ही में पाया गया है कि कई तैयार पॉलिमर की गुणवत्ता उनकी शुद्धता पर अत्यधिक निर्भर है। इसलिए, वर्तमान में, अशुद्धियों की उपस्थिति के लिए प्रारंभिक असंतृप्त यौगिकों और कुछ अन्य मोनोमर्स का परीक्षण किया जाता है, जिनमें से सामग्री 10-2-10-4% से अधिक नहीं होनी चाहिए। भूविज्ञान में, अयस्क जमा की खोज के लिए हाइड्रोकेमिकल विधियों का तेजी से उपयोग किया जा रहा है। उनके सफल अनुप्रयोग के लिए, धातु लवण का निर्धारण करना आवश्यक है प्राकृतिक जल 10-4-10-8 g/l और उससे भी कम की सांद्रता में।
बढ़ी हुई आवश्यकताएं वर्तमान में न केवल विश्लेषण की संवेदनशीलता पर थोपी जा रही हैं। उत्पादन में नई तकनीकी प्रक्रियाओं की शुरूआत आमतौर पर उन तरीकों के विकास से संबंधित होती है जो पर्याप्त रूप से उच्च गति और विश्लेषण की सटीकता प्रदान करते हैं। इसके साथ ही, विश्लेषणात्मक तरीकों के लिए उच्च प्रदर्शन और व्यक्तिगत संचालन या संपूर्ण विश्लेषण को स्वचालित करने की क्षमता की आवश्यकता होती है। विश्लेषण के रासायनिक तरीके हमेशा आधुनिक विज्ञान और प्रौद्योगिकी की आवश्यकताओं को पूरा नहीं करते हैं। इसलिए, रासायनिक संरचना का निर्धारण करने के लिए भौतिक-रासायनिक और भौतिक तरीकों, जिनमें कई मूल्यवान विशेषताएं हैं, को तेजी से अभ्यास में लाया जा रहा है। इन विधियों में, मुख्य स्थानों में से एक पर अधिकारपूर्वक कब्जा है वर्णक्रमीय विश्लेषण।
वर्णक्रमीय विश्लेषण की उच्च चयनात्मकता के कारण, एक और समान सर्किट आरेख, एक ही उपकरण पर विभिन्न पदार्थों का विश्लेषण करने के लिए, प्रत्येक व्यक्तिगत मामले में केवल सबसे अधिक चुनना अनुकूल परिस्थितियांविश्लेषण की अधिकतम गति, संवेदनशीलता और सटीकता के लिए। इसलिए, विभिन्न वस्तुओं के विश्लेषण के लिए बड़ी संख्या में विश्लेषणात्मक तकनीकों के बावजूद, वे सभी एक सामान्य अवधारणा पर आधारित हैं।
वर्णक्रमीय विश्लेषण विश्लेषण किए गए पदार्थ द्वारा उत्सर्जित या अवशोषित प्रकाश की संरचना के अध्ययन पर आधारित है। वर्णक्रमीय विश्लेषण विधियों में विभाजित हैं उत्सर्जन (उत्सर्जन - उत्सर्जन) और अवशोषण (अवशोषण - अवशोषण)।
उत्सर्जन वर्णक्रमीय विश्लेषण की योजना पर विचार करें (चित्र 6.8a)। किसी पदार्थ को प्रकाश उत्सर्जित करने के लिए, उसमें अतिरिक्त ऊर्जा का स्थानांतरण करना आवश्यक है। विश्लेषण के परमाणु और अणु तब उत्तेजित अवस्था में चले जाते हैं। अपनी सामान्य अवस्था में लौटकर, वे प्रकाश के रूप में अतिरिक्त ऊर्जा छोड़ते हैं। ठोस या तरल पदार्थ द्वारा उत्सर्जित प्रकाश की प्रकृति आमतौर पर रासायनिक संरचना पर बहुत कम निर्भर करती है और इसलिए इसका विश्लेषण के लिए उपयोग नहीं किया जा सकता है। गैसों के विकिरण का एक बिल्कुल अलग चरित्र होता है। यह विश्लेषण किए गए नमूने की संरचना द्वारा निर्धारित किया जाता है। इस संबंध में, उत्सर्जन विश्लेषण में, किसी पदार्थ के उत्तेजना से पहले, इसे वाष्पित किया जाना चाहिए।
चावल। 6.8.
लेकिन - उत्सर्जन: बी - अवशोषण: 1 - प्रकाश स्रोत; 2 – प्रकाश कंडेनसर; 3 – विश्लेषण किए गए नमूने के लिए क्युवेट; 4 - वर्णक्रमीय उपकरण; 5 - स्पेक्ट्रम का पंजीकरण; 6 - वर्णक्रमीय रेखाओं या बैंडों की तरंग दैर्ध्य का निर्धारण; 7 - टेबल और एटलस का उपयोग करके नमूने का गुणात्मक विश्लेषण; 8 - लाइनों या बैंड की तीव्रता का निर्धारण; 9 – मात्रात्मक विश्लेषणअंशांकन चार्ट के अनुसार नमूने; तरंग दैर्ध्य है; J बैंड की तीव्रता है
वाष्पीकरण और उत्तेजना में किया जाता है प्रकाश के स्रोत, जिसमें विश्लेषित नमूना पेश किया जाता है। प्रकाश स्रोतों के रूप में, गैसों में उच्च तापमान वाली लौ या विभिन्न प्रकार के विद्युत निर्वहन का उपयोग किया जाता है: एक चाप, एक चिंगारी, आदि। वांछित विशेषताओं के साथ एक विद्युत निर्वहन प्राप्त करने के लिए, जनरेटर
प्रकाश स्रोतों में उच्च तापमान (हजारों और हजारों डिग्री) से अधिकांश पदार्थों के अणुओं का परमाणुओं में विघटन हो जाता है। इसलिए, उत्सर्जन के तरीके, एक नियम के रूप में, परमाणु विश्लेषण के लिए और केवल आणविक विश्लेषण के लिए बहुत ही कम काम करते हैं।
प्रकाश स्रोत का विकिरण नमूने में मौजूद सभी तत्वों के परमाणुओं के विकिरण का योग है। विश्लेषण के लिए, प्रत्येक तत्व के विकिरण को अलग करना आवश्यक है। यह ऑप्टिकल उपकरणों का उपयोग करके किया जाता है - वर्णक्रमीय उपकरण, जिसमें विभिन्न तरंग दैर्ध्य वाली प्रकाश किरणें एक दूसरे से अंतरिक्ष में अलग हो जाती हैं। किसी प्रकाश स्रोत के विकिरण, जो तरंगदैर्घ्य में विघटित हो जाते हैं, स्पेक्ट्रम कहलाते हैं।
स्पेक्ट्रल उपकरणों को इस तरह से डिज़ाइन किया गया है कि डिवाइस में प्रवेश करने वाले प्रत्येक तरंग दैर्ध्य के प्रकाश कंपन एक एकल रेखा बनाते हैं। प्रकाश स्रोत के विकिरण में कितनी भिन्न तरंगें विद्यमान थीं, वर्णक्रमीय यंत्र में कितनी रेखाएँ प्राप्त होती हैं।
तत्वों के परमाणु स्पेक्ट्रा में अलग-अलग रेखाएँ होती हैं, क्योंकि परमाणुओं के विकिरण में केवल कुछ निश्चित तरंगें होती हैं (चित्र। 6.9a)। गर्म ठोस या तरल पिंडों के विकिरण में किसी भी तरंग दैर्ध्य का प्रकाश होता है। वर्णक्रमीय तंत्र में अलग-अलग रेखाएं एक दूसरे के साथ विलीन हो जाती हैं। ऐसे विकिरण का एक सतत स्पेक्ट्रम होता है (चित्र 6.9e)। परमाणुओं के लाइन स्पेक्ट्रम के विपरीत, उच्च तापमान पर क्षय नहीं होने वाले पदार्थों के आणविक उत्सर्जन स्पेक्ट्रा धारीदार होते हैं (चित्र 6.96)। हर गली बनती है एक लंबी संख्याबारीकी से फैली हुई रेखाएँ।
एक वर्णक्रमीय उपकरण में एक स्पेक्ट्रम में विघटित प्रकाश को फोटोग्राफी या फोटोइलेक्ट्रिक उपकरणों का उपयोग करके नेत्रहीन या रिकॉर्ड किया जा सकता है। वर्णक्रमीय उपकरण का डिज़ाइन स्पेक्ट्रम की रिकॉर्डिंग की विधि पर निर्भर करता है। स्पेक्ट्रा का उपयोग स्पेक्ट्रा के दृश्य अवलोकन के लिए किया जाता है। स्पेक्ट्रोस्कोप – स्टीलोस्कोप और शैलीमापी स्पेक्ट्रा का उपयोग करके फोटो खींचे जाते हैं स्पेक्ट्रोग्राफ। स्पेक्ट्रल डिवाइस - मोनोक्रोमेटर्स - एक तरंग दैर्ध्य के प्रकाश को उत्सर्जित होने दें, जिसके बाद इसे एक फोटोकेल या अन्य विद्युत प्रकाश रिसीवर का उपयोग करके पंजीकृत किया जा सकता है।
चावल। 6.9.
लेकिन - पंक्तिबद्ध; 6 - धारीदार; बैंड बनाने वाली अलग-अलग रेखाएं दिखाई दे रही हैं; में - ठोस। स्पेक्ट्रम में सबसे अंधेरे स्थान उच्चतम प्रकाश तीव्रता (नकारात्मक छवि) के अनुरूप हैं; तरंग दैर्ध्य है
पर गुणात्मक विश्लेषणयह निर्धारित करना आवश्यक है कि विश्लेषण किए गए नमूने के स्पेक्ट्रम में कौन सा तत्व एक या दूसरी रेखा का उत्सर्जन करता है। ऐसा करने के लिए, आपको स्पेक्ट्रम में इसकी स्थिति से रेखा की तरंग दैर्ध्य को खोजने की जरूरत है, और फिर, तालिकाओं का उपयोग करके, यह निर्धारित करें कि यह एक या किसी अन्य तत्व से संबंधित है। एक फोटोग्राफिक प्लेट पर स्पेक्ट्रम की बढ़ी हुई छवि देखने और तरंग दैर्ध्य निर्धारित करने के लिए, सूक्ष्मदर्शी मापना , स्पेक्ट्रम प्रोजेक्टर और अन्य सहायक उपकरण।
नमूने में तत्व की सांद्रता के साथ वर्णक्रमीय रेखाओं की तीव्रता बढ़ जाती है। इसलिए, मात्रात्मक विश्लेषण करने के लिए, निर्धारित किए जा रहे तत्व की एक वर्णक्रमीय रेखा की तीव्रता का पता लगाना आवश्यक है। रेखा की तीव्रता या तो स्पेक्ट्रम के फोटोग्राफ में उसके काले पड़ने से मापी जाती है ( spectrogram ) या तुरंत वर्णक्रमीय तंत्र से निकलने वाले प्रकाश प्रवाह के परिमाण के अनुसार। स्पेक्ट्रोग्राम पर रेखाओं के काले पड़ने की मात्रा किसके द्वारा निर्धारित की जाती है माइक्रोफोटोमीटर।
स्पेक्ट्रम में रेखा की तीव्रता और विश्लेषण किए गए नमूने में तत्व की एकाग्रता के बीच संबंध का उपयोग करके स्थापित किया जाता है मानक - विश्लेषण किए जा रहे नमूनों के समान, लेकिन एक सटीक ज्ञात रासायनिक संरचना के साथ। यह संबंध आमतौर पर अंशांकन घटता के रूप में व्यक्त किया जाता है।
अवशोषण वर्णक्रमीय विश्लेषण (चित्र। 6.8 बी) करने की योजना उस योजना से भिन्न है जिसे पहले से ही इसके प्रारंभिक भाग में माना जाता है। प्रकाश का स्रोत गर्म है ठोसया निरंतर विकिरण का कोई अन्य स्रोत, अर्थात। किसी भी तरंग दैर्ध्य का विकिरण। विश्लेषण किए गए नमूने को प्रकाश स्रोत और वर्णक्रमीय उपकरण के बीच रखा गया है। किसी पदार्थ का स्पेक्ट्रम टीसी तरंग दैर्ध्य से बना होता है, जिसकी तीव्रता इस पदार्थ के माध्यम से निरंतर प्रकाश के पारित होने के दौरान कम हो जाती है (चित्र 6.10)। पदार्थों के अवशोषण स्पेक्ट्रम को ग्राफिक रूप से प्रस्तुत करना सुविधाजनक है, एब्सिस्सा अक्ष के साथ तरंग दैर्ध्य की साजिश रचने और पदार्थ द्वारा प्रकाश के अवशोषण की मात्रा को समन्वय अक्ष के साथ।
चावल। 6.10.
लेकिन - फोटोग्राफिक; बी - ग्राफिक; मैं निरंतर प्रकाश स्रोत का स्पेक्ट्रम है; II - विश्लेषण किए गए नमूने से गुजरने के बाद उसी विकिरण का स्पेक्ट्रम
अवशोषण स्पेक्ट्रा वर्णक्रमीय उपकरण का उपयोग करके प्राप्त किया जाता है - स्पेक्ट्रोफोटोमीटर, जिसमें एक सतत प्रकाश स्रोत, एक मोनोक्रोमेटर और एक रिकॉर्डिंग डिवाइस शामिल है।
अन्यथा, अवशोषण और उत्सर्जन विश्लेषण योजनाएं समान हैं।
उत्सर्जन या अवशोषण स्पेक्ट्रा द्वारा वर्णक्रमीय विश्लेषण में निम्नलिखित ऑपरेशन शामिल हैं।
जैसा कि हमने देखा, वर्णक्रमीय विश्लेषण करने की पूरी प्रक्रिया में कई चरण शामिल हैं। इन चरणों का क्रमिक रूप से एक दूसरे से स्वतंत्र रूप से अध्ययन किया जा सकता है, और फिर उनके संबंध पर विचार किया जा सकता है।
वर्णक्रमीय विश्लेषण की सहायता से किसी पदार्थ के परमाणु (प्राथमिक) और आणविक संघटन दोनों का निर्धारण करना संभव है। वर्णक्रमीय विश्लेषण विश्लेषण किए गए नमूने के व्यक्तिगत घटकों की गुणात्मक खोज और उनकी सांद्रता के मात्रात्मक निर्धारण की अनुमति देता है।
बहुत करीब वाले पदार्थ रासायनिक गुण, जिनका रासायनिक तरीकों से विश्लेषण करना मुश्किल या असंभव है, आसानी से वर्णक्रमीय रूप से निर्धारित किए जाते हैं। उदाहरण के लिए, दुर्लभ पृथ्वी तत्वों के मिश्रण या अक्रिय गैसों के मिश्रण का विश्लेषण करना अपेक्षाकृत आसान है। वर्णक्रमीय विश्लेषण का उपयोग करके, बहुत समान रासायनिक गुणों वाले आइसोमेरिक कार्बनिक यौगिकों को निर्धारित करना संभव है।
परमाणु वर्णक्रमीय विश्लेषण के तरीके, दोनों गुणात्मक और मात्रात्मक, अब आणविक लोगों की तुलना में बहुत बेहतर विकसित हैं और व्यापक व्यावहारिक अनुप्रयोग हैं। परमाणु वर्णक्रमीय विश्लेषण वस्तुओं की एक विस्तृत विविधता का विश्लेषण करने के लिए उपयोग किया जाता है। इसके आवेदन का दायरा बहुत व्यापक है: लौह और अलौह धातु विज्ञान, मैकेनिकल इंजीनियरिंग, भूविज्ञान, रसायन विज्ञान, जीव विज्ञान, खगोल भौतिकी और विज्ञान और उद्योग की कई अन्य शाखाएं।
यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि चौड़ाई और मात्रा व्यवहारिक अनुप्रयोगआणविक वर्णक्रमीय विश्लेषण, विशेष रूप से हाल के दिनों में, तेजी से और लगातार बढ़ रहे हैं। यह मुख्य रूप से इस पद्धति के लिए वर्णक्रमीय-विश्लेषणात्मक उपकरणों के विकास और उत्पादन के कारण है।
आणविक वर्णक्रमीय विश्लेषण के आवेदन के क्षेत्र में मुख्य रूप से कार्बनिक पदार्थ शामिल हैं, हालांकि अकार्बनिक यौगिकों का भी सफलतापूर्वक विश्लेषण किया जा सकता है। आणविक वर्णक्रमीय विश्लेषण मुख्य रूप से रासायनिक, तेल शोधन और रासायनिक-दवा उद्योगों में पेश किया जा रहा है।
वर्णक्रमीय विश्लेषण की संवेदनशीलता बहुत अधिक है। एक विश्लेषण की न्यूनतम एकाग्रता जिसे वर्णक्रमीय विधियों द्वारा पता लगाया और मापा जा सकता है, इस पदार्थ के गुणों और विश्लेषण किए गए नमूने की संरचना के आधार पर व्यापक रूप से भिन्न होता है। प्रत्यक्ष विश्लेषण से, अधिकांश धातुओं और कई अन्य तत्वों का निर्धारण करते समय, कुछ पदार्थों के लिए 10-3-ए की संवेदनशीलता अपेक्षाकृत आसानी से प्राप्त की जाती है, यहां तक कि 10-5-1-6% भी। और केवल विशेष रूप से प्रतिकूल मामलों में, संवेदनशीलता घटकर 10-1–10-2% हो जाती है। नमूना आधार से अशुद्धियों के प्रारंभिक पृथक्करण के उपयोग से विश्लेषण की संवेदनशीलता को बहुत अधिक (अक्सर हजारों गुना) बढ़ाना संभव हो जाता है। इसकी उच्च संवेदनशीलता के कारण, परमाणु वर्णक्रमीय विश्लेषण व्यापक रूप से शुद्ध और अति-शुद्ध धातुओं के विश्लेषण के लिए, भू-रसायन और मिट्टी विज्ञान में ट्रेस सांद्रता निर्धारित करने के लिए उपयोग किया जाता है। विभिन्न तत्व, परमाणु और अर्धचालक पदार्थों के उद्योग में दुर्लभ और बिखरे हुए लोगों सहित।
विभिन्न पदार्थों के लिए आणविक वर्णक्रमीय विश्लेषण की संवेदनशीलता और भी व्यापक रूप से भिन्न होती है। कई मामलों में, उन पदार्थों को निर्धारित करना मुश्किल है जिनकी सामग्री का विश्लेषण किए गए नमूने में प्रतिशत और प्रतिशत का दसवां हिस्सा है, लेकिन 10–7–10–8% के आणविक विश्लेषण की बहुत उच्च संवेदनशीलता के उदाहरण भी दिए जा सकते हैं। परमाणु वर्णक्रमीय विश्लेषण की सटीकता विश्लेषण की गई वस्तुओं की संरचना और संरचना पर निर्भर करती है। संरचना और संरचना में समान नमूनों का विश्लेषण करते समय, उच्च सटीकता आसानी से प्राप्त की जा सकती है। इस मामले में त्रुटि निर्धारित मूल्य के संबंध में ± 1-3% से अधिक नहीं है। इसलिए, उदाहरण के लिए, धातुओं और मिश्र धातुओं का क्रमिक वर्णक्रमीय विश्लेषण सटीक है। धातु विज्ञान और यांत्रिक इंजीनियरिंग में, वर्णक्रमीय विश्लेषण अब मुख्य विश्लेषणात्मक विधि बन गई है।
उन पदार्थों के विश्लेषण की सटीकता जिनकी संरचना और संरचना नमूने से नमूने में बहुत भिन्न होती है, बहुत कम है, लेकिन हाल ही में इस क्षेत्र की स्थिति में काफी सुधार हुआ है। अयस्कों, खनिजों, चट्टानों, स्लैग और इसी तरह की वस्तुओं का मात्रात्मक वर्णक्रमीय विश्लेषण संभव हो गया। यद्यपि समस्या अभी तक पूरी तरह से हल नहीं हुई है, गैर-धातु के नमूनों का मात्रात्मक विश्लेषण अब कई उद्योगों में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है - धातु विज्ञान, भूविज्ञान में, अपवर्तक, चश्मा और अन्य उत्पादों के उत्पादन में।
परमाणु वर्णक्रमीय विश्लेषण में निर्धारण की सापेक्ष त्रुटि सांद्रता पर बहुत कम निर्भर करती है। यह छोटी अशुद्धियों और एडिटिव्स के विश्लेषण में और नमूने के मुख्य घटकों के निर्धारण में लगभग स्थिर रहता है। शुद्धता रासायनिक तरीकेअशुद्धियों के निर्धारण के लिए संक्रमण में विश्लेषण काफी कम हो गया है। इसलिए, कम सांद्रता वाले क्षेत्र में रासायनिक विश्लेषण की तुलना में परमाणु वर्णक्रमीय विश्लेषण अधिक सटीक है। विश्लेषणों की मध्यम सांद्रता (0.1–1%) पर, दोनों विधियों की सटीकता लगभग समान होती है, लेकिन उच्च सांद्रता के क्षेत्र में, रासायनिक विश्लेषण की सटीकता, एक नियम के रूप में, अधिक होती है। आणविक वर्णक्रमीय विश्लेषण आमतौर पर परमाणु की तुलना में निर्धारण की उच्च सटीकता देता है, और उच्च सांद्रता पर भी रासायनिक की सटीकता से नीच नहीं है।
वर्णक्रमीय विश्लेषण की गति अन्य विधियों द्वारा विश्लेषण की गति से काफी अधिक है। यह इस तथ्य से समझाया गया है कि वर्णक्रमीय विश्लेषण के लिए नमूने के अलग-अलग घटकों में प्रारंभिक पृथक्करण की आवश्यकता नहीं होती है। इसके अलावा, विश्लेषण ही बहुत तेज है। तो, आवेदन करते समय आधुनिक तरीकेवर्णक्रमीय विश्लेषण एक जटिल नमूने में कई घटकों को सटीक रूप से नमूना वितरण से लेकर प्रयोगशाला तक विश्लेषण परिणामों तक कुछ ही मिनटों में निर्धारित करता है। विश्लेषण की अवधि, निश्चित रूप से बढ़ जाती है, जब सटीकता या संवेदनशीलता में सुधार के लिए नमूने के पूर्व-उपचार की आवश्यकता होती है।
वर्णक्रमीय विश्लेषण की उच्च गति इसकी उच्च उत्पादकता से निकटता से संबंधित है, जो बड़े पैमाने पर विश्लेषण के लिए बहुत महत्वपूर्ण है। उच्च उत्पादकता और अभिकर्मकों और अन्य सामग्रियों की कम खपत के कारण, वर्णक्रमीय विश्लेषणात्मक उपकरणों की खरीद के लिए महत्वपूर्ण प्रारंभिक लागत के बावजूद, वर्णक्रमीय विधियों का उपयोग करते समय एक विश्लेषण की लागत आमतौर पर छोटी होती है। इससे अधिक, एक नियम के रूप में, प्रारंभिक लागत जितनी अधिक होगी और प्रारंभिक तैयारी उतनी ही कठिन होगी विश्लेषणात्मक पद्धति, बड़े पैमाने पर विश्लेषण का प्रदर्शन जितना तेज़ और सस्ता होगा।
संक्षेप में, वर्णक्रमीय विश्लेषण एक वाद्य विधि है। आधुनिक उपकरणों के उपयोग के साथ, एक स्पेक्ट्रोस्कोपिस्ट के हस्तक्षेप की आवश्यकता वाले संचालन की संख्या कम है। यह पाया गया है कि इन शेष कार्यों को स्वचालित किया जा सकता है। इस प्रकार, वर्णक्रमीय विश्लेषण किसी पदार्थ की रासायनिक संरचना को निर्धारित करने के पूर्ण स्वचालन तक पहुंचना संभव बनाता है।
वर्णक्रमीय विश्लेषण सार्वभौमिक है। इसका उपयोग ठोस, तरल और गैसीय विश्लेषणात्मक वस्तुओं की एक विस्तृत विविधता में लगभग किसी भी तत्व और यौगिकों को निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है।
वर्णक्रमीय विश्लेषण उच्च चयनात्मकता की विशेषता है। इसका मतलब यह है कि लगभग हर पदार्थ को बिना अलग किए एक जटिल नमूने में गुणात्मक और मात्रात्मक रूप से निर्धारित किया जा सकता है।
