Введение

Методы химического анализа являются основными при определении состава различных веществ. Однако очень часто возникает необходимость повысить оперативность контроля, а также иметь возможность автоматизировать контроль. В связи с этим были разработаны физико-химические и физические методы определения состава материалов. Среди этих методов одно из главных мест занимает спектральный анализ. Благодаря высокой избирательности, оказывается возможным быстро и с высокой чувствительностью определить химический состав анализируемого материала. Несмотря на громадное число аналитических методик, предназначенных для анализа различных объектов, все они основаны на общей принципиальной схеме. Спектральный анализ был открыт в 1860г. Кирхгофом, Бунзеном. Они установили, что каждому химическому элементу принадлежит свой спектр. Подобно отпечаткам пальцев у людей спектры имеют неповторимую индивидуальность. Неповторимость узоров на коже пальца помогает часто найти преступника. Точно так же благодаря индивидуальности спектров имеется возможность определить химический состав тела. С помощью спектрального анализа можно обнаружить данный элемент в составе сложного вещества если даже его масса не превышает 10^-10. Это очень чувствительный метод.

Именно с помощью спектрального анализа узнали химический состав Солнца и звезд. Другие методы анализа здесь вообще невозможны (кроме определения состава метеоритов). Оказалось, что звезды состоят из тех же самых химических элементов, которые имеются и на Земле.

С развитием техники спектральный анализ стал применяться очень широко. Так француз Грамон в I-ю мировую войну доказал, что взрывы на улицах Парижа происходят от снарядов немецкой пушки "Большая Берта", которая стреляла с невиданного расстояния 120 км. Оптик Роберт Вуд в 1891г. продемонстрировал всем, что в студенческой столовой одного из американских университетов кормят жарким, приготовленным из остатков не доеденных вчера бифштексов. В 1861 г. – Кирхгоф и Бунзен открыли цезий, рубидий. Элементам часто давали названия в соответствии с цветом наиболее интенсивных линий спектра. Рубидий дает темно-красные, рубиновые линии. Слово цезий означает "небесно-голубой". Это цвет основных линий спектра цезия.

1861 г. Крукс открыл таллий. 1863 г. Райх и Рихтер открыли индий. 1875 г. – галлий. 1868 г. – астроном Локьер обнаружил яркую желтую линию в спектре Солнца. Название этого элемента напоминает об истории его открытия: слово гелий означает в переводе "солнечный". В 1875 г. Рамзай обнаружил такую же линию в минерале клеевиде и подтвердил реальное существование гелия. Всего с помощью спектрального анализа было открыто 25 элементов таблицы Менделеева. Были конечно и сбои. Так в спектре туманностей был обнаружен элемент, который назвали "небулий", а в спектре короны солнца – "короний". Впоследствии они оказалось кислородом и кальцием.

Несмотря на широкий диапазон проблем, доступных спектральному анализу, он пока еще не использовался широко в аналитической практике по 2-м причинам: во-первых спектральный анализ был чисто качественным, в лучшем случае полуколичественным, во-вторых – дороговизна и редкость аппаратуры, отсутствие специалистов, владевших спектрально-аналитической методикой.

Тем не менее в 1-й четверти XX века было закончено создание качественного спектрального анализа: изучены спектры элементов, составлены их таблицы, разработана техника фотографирования и измерения спектров.

В России начало применения на практике методов спектрального анализа относится к 1909 – 1915 гг. В этот период В.И. Вернадский и его сотрудники вели разработку спектральных методов анализа применительно к анализам минералов. Ими были изучены методы спектрального определения элементов индий, галлий, таллий, рубидий, цезий в минералах, добываемых в России. В начале 30-х гг. в СССР Г.С. Ландсберг и Д.С. Рождественский организовали первые лаборатории, задачей которых было развитие и внедрение в промышленность методов спектрального анализа

Благодаря сравнительной простоте и универсальности спектральный анализ в настоящее время является основным методом контроля состава вещества в металлургии, машиностроении, атомной промышленности. С помощью спектрального анализа определяют химический состав руд и минералов. Основную нагрузку в этих областях науки несут металлы. Основой всех металлов является железо. Спектральный анализ сплавов на основе железа называется стилоскопированием.

Для качественного определения элементов достаточно удостовериться в наличии или отсутствии их линий в спектрах проб. Как правило, спектры получают в широких диапазонах длин волн, чтобы иметь возможность делать выводы о присутствии возможно большего числа элементов.