Спектральний аналіз, його види та області застосування

Спектральний аналіз був відкритий в 1859 році Бунзеном і Кірхгофом, професорами хімії та фізики одного з найстаріших і престижних навчальних закладів Німеччини - Гейдельберзького університету імені Рупрехта і Карла. Відкриття оптичного методу дослідження хімічного складу тіл та їх фізичного стану сприяло виявленню нових хімічних елементів (індія, цезія, рубідія, гелія, таллія і галія), виникненню астрофізики і стало своєрідним проривом у різних напрямках науково-технічного прогресу.

Прорив у галузі науки і техніки

Спектральний аналіз значно розширив галузі наукового дослідження, що дозволило досягти більш точних визначень якості частинок і атомів, зрозуміти їх взаємні співвідношення і встановити, ніж обумовлено, що тіла випромінюють світлову енергію. Все це стало проривом у галузі науки і техніки, оскільки їх подальший розвиток немислимо без чіткого знання хімічного складу речовин, що є об 'єктами діяльності людини. Сьогодні вже недостатньо обмежитися лише визначенням домішок, до методів аналізу речовин пред 'являються нові вимоги. Так, при виробництві полімерних матеріалів дуже важлива надвисока чистота концентрації домішок у вихідних мономерах, оскільки якість готових полімерів нерідко залежить саме від неї.

Можливості нового оптичного методу

Підвищені вимоги пред 'являються і до розробки методів, що забезпечують точність і високу швидкість аналізу. Хімічні методи аналізу не завжди достатні в цих цілях, низкою цінних характеристик володіють фізико-хімічні та фізичні способи визначення хімічного складу. Серед них провідне місце займає спектральний аналіз, що є сукупністю методів кількісного і якісного визначення складу розглянутого об 'єкта, засновану на дослідженні спектрів взаємодії матерії та випромінювання. Відповідно, сюди включаються також спектри акустичних хвиль, електромагнітного випромінювання, розподілу по енергіях і масах елементарних частинок. Завдяки спектральному аналізу з 'явилася можливість точно встановити хімічний склад і температуру речовини, наявність магнітного поля і його напруженість, швидкість руху та інші параметри. В основі методу закладено вивчення будови світла, що випромінюється або поглинається аналізованою речовиною. При запуску певного пучка світла на бічну межу тригранної призми складові білого світла промені при заломленні створюють на екрані спектр, своєрідну райдужну смужку, в якій всі кольори завжди розташовані в певному незмінному порядку. Поширення світла відбувається у вигляді електромагнітних хвиль, певна довжина кожної з них відповідає одному з кольорів райдужної смуги. Визначення хімічного складу матерії за спектром дуже схоже з методом знаходження злочинця за відбитками пальців. Лінійчастим спектрам, як і візерункам на пальцях, властива неповторна індивідуальність. Завдяки цьому і визначається хімічний склад. Спектральний аналіз дає можливість виявити певний компонент у складі складної речовини, маса якої не вище 10-10. Це досить чутливий метод. Для вивчення спектрів використовуються спектроскопи і спектрографи. У перших спектр розглядають, а за допомогою спектрографів його фотографують. Отриманий знімок називають спектрограмою.

Види спектрального аналізу

Вибір способу спектрального аналізу залежить від мети аналізу та типів спектрів. Так, для визначення молекулярного та елементарного складу речовини застосовуються атомний та молекулярний аналізи. У разі визначення складу за спектрами випускання і поглинання використовуються емісійний і абсорбційний методи. При вивченні ізотопного складу об 'єкта застосуємо мас-спектрометричний аналіз, здійснюваний за спектрами мас молекулярних або атомарних іонів.

Переваги методу

Спектральний аналіз визначає елементарний і молекулярний склад речовини, дає можливість провести якісне відкриття окремих елементів досліджуваної проби, а також отримати кількісне визначення їх концентрацій. Близькі за хімічними властивостями речовини дуже важко піддаються аналізу хімічними методами, але зате без проблем визначаються спектрально. Це, наприклад, суміші рідкоземельних елементів або інертних газів. В даний час спектри всіх атомів визначені, і складені їх таблиці.

Області застосування спектрального аналізу

Найкраще розроблені методики атомного спектрального аналізу. Їх використовують для оцінки найрізноманітніших об 'єктів у геології, астрофізиці, чорній і кольоровій металургії, хімії, біології, машинобудуванні та інших галузях науки і промисловості. Останнім часом зростає обсяг практичного застосування і молекулярного спектрального аналізу. Його методи використовуються в хімічній, хіміко-фармацевтичній і нафтопереробній промисловості для дослідження органічних речовин, рідше і для неорганічних сполук.

Спектральний аналіз і його застосування в науковому середовищі дозволило створити астрофізику. А надалі вже в новій галузі вдалося встановити хімічний склад газових хмар, зірок, Сонця, що абсолютно неможливо було зробити за допомогою інших методів аналізу. Даний спосіб також дозволив знайти за спектрами і багато інших фізичних характеристик цих об 'єктів (тиск, температуру, швидкість руху, магнітну індукцію). Знайшов застосування спектральний аналіз і в області криміналістики, з його допомогою досліджуються докази, знайдені на місці злочину, визначається знаряддя вбивства, розкриваються деякі зокрема скоєного злочину.

Прогресивні лабораторні методи діагностики

Широке застосування отримав спектральний аналіз у медицині. Його використовують для визначення чужорідних речовин в організмі людини, діагностування, в тому числі і онкологічних захворювань на ранній стадії їх розвитку. Наявність або відсутність багатьох захворювань можна визначити за лабораторним аналізом крові. Частіше це хвороби органів ЖКТ, сечостатевої сфери. Кількість захворювань, які визначає спектральний аналіз крові, поступово збільшується. Цей метод дає найвищу точність при виявленні біохімічних змін у крові в разі збою в роботі будь-якого органу людини. Під час дослідження спеціальними приладами реєструються інфрачервоні спектри поглинання, що виникають в результаті коливального руху молекул, сироватки крові, і визначаються будь-які відхилення її молекулярного складу. Спектральним аналізом перевіряють також мінеральний склад тіла. Матеріалом для дослідження в даному випадку служить волосся. Будь-який дисбаланс, дефіцит або надлишок мінералів часто пов 'язаний з цілою низкою захворювань, таких як хвороби крові, шкіри, серцево-судинної, травної системи, алергія, порушення розвитку і зростання дітей, зниження імунітету, стомлюваність і слабкість. Подібні види аналізів вважаються новітніми прогресивними лабораторними методами діагностики.

Унікальність методу

Спектральний аналіз на сьогоднішній день знайшов застосування практично у всіх найбільш істотних сферах людської діяльності: в промисловості, в медицині, в криміналістиці та інших галузях. Він є найважливішим аспектом розвитку наукового прогресу, а також рівня та якості життя людини.