Սպեկտրային վերլուծություն

Սպեկտրային վերլուծություն, նյութի ատոմային ու մոլեկուլային բաղադրության որակական և քանակական որոշման ֆիզիկական մեթոդ՝ հիմնված նյութի սպեկտրների ուսումնասիրության վրա։ Սպեկտրային վերլուծության ֆիզիկական հիմքը ատոմների և մոլեկուլների սպեկտրասկոպիան է։ 1859–61-ին Գ․ Կիրխհոֆի և Ռ․ Բունզենի կատարած հետազոտությունները հնարավորություն են տվել կապ հաստատել գոլորշիների առաքման (կլանման) սպեկտրի և համապատասխան ատոմների քիմիական անհատականության միջև։ Այդ կապի գոյությունը պայմանավորել է որակական սպեկտրային վերլուծության զարգացումը։ Քանակական սպեկտրային վերլուծության հիմքը դրել է գերմանացի ֆիզիկոս Վ․ Գեռլախը 1926-ին։

Ըստ լուծվող խնդրի բնույթի՝ տարբերում են սպեկտրային վերլուծության հետևյալ տեսակները,

ատոմային կամ տարրային (որոշվում է նմուշի քիմիական բաղադրությունը),
մոլեկուլային (որոշվում է նմուշի մոլեկուլային բաղադրությունը),
իզոտոպային (որոշվում են նմուշում իզոտոպների տեսակները),
կառուցվածքային (որոշվում է միացության մոլեկուլային կառուցվածքը)։

Հետազոտվող սպեկտրի տեսակից կախված՝ սպեկտրային վերլուծությունը լինում է․

էմիսիոն (օգտագործվում են հիմնականում ատոմների առաքման սպեկտրները),
կլանման (օգտագործվում են հիմնականում մոլեկուլների կլանման սպեկտրները),
կոմբինացիոն (օգտագործվում է նմուշի կոմբինացիոն ցրման սպեկտրը),
լյումինեսցենտային (օգտագործվում են լյումինեսցենցման սպեկտրները),
ռենտգենյան (օգտագործվում է նմուշի ռենտգենյան սպեկտրը),
ռադիոսպեկտրոսկոպիական (օգտագործվում է մոլեկուլի կլանման սպեկտրը միկրոալիքային տիրույթում)։

Ըստ ստացված արդյունքների բնույթի՝ սպեկտրային վերլուծությունը լինում է՝

որակական, երբ սպեկտրի միջոցով որոշվում է նմուշի քիմիական բաղադրությունը (քիմիական տարրերի առկայությունը կամ մոլեկուլային կազմը)
քանակական, երբ ճշգրիտ որոշվում է նմուշում տվյալ տարրի կամ միացության քանակը։

Առաքման սպեկտրների (էմիսիոն, կոմբինացիոն, լյումինեսցենտային) օգնությամբ սպեկտրային վերլուծությունը կատարվում է հետևյալ փուլերով․

վերլուծության ենթարկվող նմուշի ընտրում և պատրաստում։ Նմուշի ճիշտ ընտրությունն էական է հատկապես այն դեպքում, երբ հետազոտվող խառնուրդի պարունակությունը շատ քիչ է։
Նմուշի սպեկտրի գրգռում այս կամ այն եղանակով։
Նմուշի առաքած սպեկտրի գրանցում սպեկտրային սարքերի միջոցով։
Ստացված սպեկտրի վերծանում՝ սպեկտրային գծերի աղյուսակների և ատլասների հետ համեմատելու միջոցով։

Ստացված սպեկտրային գծերի ալիքի երկարությունները ճշգրիտ որոշելուց հետո հաստատվում են տվյալ տարրի բնութագրական սպեկտրային գծերը։ Այս եղանակով կարելի է դատել նմուշում այս կամ այն տարրի գոյության մասին (որակական սպեկտրային վերլուծություն)։ Սպեկտրային վերլուծության միջոցով նյութի քանակական պարունակությունը որոշելիս՝ ելնում են ճառագայթման գծի ինտենսիվության և նմուշում պարունակվող ճառագայթող նյութի քանակության միջև եղած կապից։ Սակայն սպեկտրային գծի ինտենսիվությունը կախված է գրգռման և գրանցման պայմաններից։ Այդ պատճառով քանակական սպեկտրային վերլուծության ժամանակ նմուշի սպեկտրում համեմատվում են որոշվող տարրի սպեկտրային գծի և նմուշում գոյություն ունեցող (կամ հատուկ ներմուծված) հայտնի կոնցենտրացիայով տարրի սպեկտրային գծի ինտենսիվությունները, որոնք որոշվող տարրի $c$ կոնցենտրացիայի հետ կապված են

I_{1}/I_{2}=ac^{d}

կամ

Ig(I_{1}/I_{2})=blgc+lga

առնչություններով ( $I_{1}$ -ը որոշվող տարրի, $I_{2}$ -ը՝ հայտնի կոնցենտրացիայով տարրի սպեկտրային գծերի ինտենսիվություններն են, $a$ -ն և $b$ -ն՝ փորձի պայմաններից կախված հաստատուններ, որոնք որոշվում են փորձնական եղանակով)։ Ստուգանմուշների (3-ից ոչ պակաս) օգնությամբ կարելի է կառուցել $lgc$ -ից $Ig(I_{1}/I_{2})$ -ի կախման գրաֆիկը և դրանով որոշել $a$ և $b$ հաստատունները։ Նմուշի սպեկտրից չափելով $I_{1}$ -ը և $I_{2}$ -ը, աստիճանավորման գրաֆիկով որոշում են անհայտ տարրի կոնցենտրացիան $(c_{x})$ ։

Ինչպես որակական, այնպես էլ քանակական սպեկտրային վերլուծությունը կարելի է կատարել նաև կլանման սպեկտրների միջոցով։ Այս դեպքում, երբ որոշակի սպեկտրային բաղադրություն ունեցող լույսի փունջն անցնում է հետազոտվող նմուշի միջով, սպեկտրի տարբեր երկարության ալիքները կլանվում են տարբեր չափով՝ պայմանավորված նմուշում պարունակվող տարբեր տարրերով։ Յուրաքանչյուր տարրին կամ միացությանը բնորոշ ալիքի երկարությանը համապատասխանող սպեկտրային գծի (կամ տիրույթի) թուլացման աստիճանով որոշվում է այդ տարրի կամ միացության կոնցենտրացիան։ Նման չափումները կատարվում են սպեկտրալուսաչափերով։ Սպեկտրային վերլուծության լայն կիրառությունը տարբեր բնագավառներում (աստղաֆիզիկա, մետալուրգիա, մեքենաշինություն, հանքերի ու միներալների հետախուզություն ևն) պայմանավորված է վերլուծության մյուս եղանակների նկատմամբ սպեկտրային վերլուծության հիմնական առավելություններով՝ պարզություն, արագություն, բարձր զգայունություն ևն։ Օրինակ, քվանտոմետրով մետաղների և համաձուլվածքների բարդ սպեկտրային վերլուծությունը կարելի է կատարել մեկից երեք րոպեում՝ 0,5–2% ճշտությամբ։ Սպեկտրային վերլուծությամբ կարելի է հայտնաբերել նմուշում առկա 10-5–10-61% խառնուրդը, ընդ որում օգտագործելով նյութի շատ քիչ քանակ (մի քանի մգ, ռենտգենյան սպեկտրային վերլուծության դեպքում՝ $10^{-12}-10^{-14}$ գ)։ Մոլեկուլային սպեկտրային վերլուծության զգայունությունը զգալիորեն բարձրանում է, եթե հետազոտվող նմուշը մտցվում է հատուկ սառեցված լուծիչի՝ պարաֆինի մեջ (Շպոլսկու երևույթ)։

Գրականություն

Методы спектрального анализа, М․, 1962:
Зайдель А․ Н․, Основы спектрального анализа, М․, 1965:
Նույնի, Атомно–флуоресцентный анализ, М․, 1980․

Տես նաև

Այս հոդվածի կամ նրա բաժնի որոշակի հատվածի սկզբնական կամ ներկայիս տարբերակը վերցված է Քրիեյթիվ Քոմմոնս Նշում–Համանման տարածում 3.0 (Creative Commons BY-SA 3.0) ազատ թույլատրագրով թողարկված Հայկական սովետական հանրագիտարանից (հ․ 11, էջ 62)։