Спектроскопия. Что такое спектроскопия?

Из курса общей физики мы знаем, что атомы и молекулы любого вещества могут находиться в различных возбужденных состояниях. Переход из верхнего возбужденного состояния сопровождается излучением света, а из нижнего в верхнее – поглощением света.

Установлено, что каждое вещество обладает специфическими спектрами излучения или поглощения, свойственными этому и только этому веществу, подобно дактилоскопическим отпечаткам каждого человека.

Именно эти свойства атомов и молекул определенного вещества положены в основу спектрального анализа, с которым нам очень кратко предстоит ознакомиться.

Совсем коротко об истории вопроса.

Спектральный анализ был открыт Кирхгофом и Бунзеном в 1860 году. Незадолго до этого великого открытия французский философ Кант писал, что у человечества нет никакой надежды узнать, из чего состоят Солнце и звезды. Буквально через несколько лет Кирхгоф опроверг это унылое предсказание философа. Оказалось, что слабые лучи света, идущие к нам тысячи световых лет от отдаленных звезд и туманностей, доносят до нас огромное количество информации о мирах, которые они покинули. Причем исследование спектрального состава этих лучей дает сведения не только о составе, но также о температуре (что очень важно и в наших исследованиях) и о движении источника излучения. В 1861 году Кирхгоф составляет первый атлас солнечного спектра. Он обнаруживает там присутствие железа (Fe), кальция (Ca), магния (Ma), натрия (Na), никеля (Ni), хрома (Cr) и предполагает наличие кобальта (Co), бария (Ba), меди (Cu) и цинка (Zn). В 1868 г. английский астроном Локьер обнаружил новый элемент по яркой желтой линии, который еще не был обнаружен на Земле. Он назвал этот элемент гелием. В 1875г. Рамзай выделил инертный газ из минерала клеевита и точными измерениями доказал тождественность его спектра спектру гелия.

В итоге спектроскопии принадлежит заслуга открытия 25 элементов. Это примерно 30% всех элементов, существующих в земной коре.

Спектральный анализ условно можно разбить на качественный и количественный. Первый позволяет говорить о наличии или отсутствии того или иного элемента в исследуемом образце. Создание качественного спектрального анализа в основном было закончено в первой четверти двадцатого века: изучены спектры большинства элементов и составлены таблицы этих спектров, установлены наиболее пригодные для анализа линии, разработана техника фотографирования и измерения спектров.

К концу этого периода началась разработка методов количественного спектрального анализа, в котором кроме наличия элемента определяется его количественное содержание в исследуемом образце.

Сейчас уже никто не сомневается в том, что спектральный анализ принадлежит к числу основных методов исследования состава вещества. До настоящего времени происходит непрерывное совершенствование методов качественного и количественного спектрального анализа и проникновение в сферу решения не только чисто практических задач контроля состава различных материалов в производстве, но и в сферу физических исследований.

Спектроскопия является неотъемлемой составляющей перечня дисциплин, которыми должен владеть физик-лазерщик.