스펙트럼이란 무엇인가요? 스펙트럼 감지를 수행하여 원소를 확인하는 방법은 무엇인가요?

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분석:

스펙트럼

> 빛의 파동은 원자 내부를 이동하는 전자에 의해 생성됩니다. 다양한 물질의 원자 내부에서 전자의 움직임이 다르므로 방출되는 광파도 다릅니다. 다양한 물질에 의한 빛의 발광과 흡수를 연구하는 것은 이론적으로나 실제적으로 중요한 의미를 가지며 분광학이라는 전문적인 주제가 되었습니다. 다음은 스펙트럼에 관한 몇 가지 지식을 간략하게 소개합니다.

분광기는 스펙트럼을 관찰하는 데 사용됩니다. 여기서는 먼저 분광기의 구성 원리에 대해 이야기합니다. 그림 6-18은 분광기의 구조적 원리에 대한 개략도입니다. 콜리메이터 A, 프리즘 P, 망원경 경통 B로 구성됩니다. 콜리메이터 A 앞에는 렌즈 L1의 초점면 ①에 폭 조절이 가능한 슬릿 S가 있습니다. 슬릿을 통해 입사된 빛은 렌즈 L1에 의해 굴절된 후 평행광이 되어 프리즘 P에 도달합니다. 서로 다른 색상의 빛은 프리즘을 통해 서로 다른 굴절 방향으로 방출되고 렌즈 L2 뒤의 초점면 MN에서 서로 다른 색상의 이미지(스펙트럼 선)로 수렴됩니다. 망원경 B의 접안렌즈 L3을 통해 확대된 분광상을 볼 수 있습니다. MN에 사진필름을 넣으면 스펙트럼 이미지를 얻을 수 있습니다. 이 장치를 갖춘 분광 장비를 분광기라고 합니다.

방출 스펙트럼 물체의 발광에 의해 직접 생성되는 스펙트럼을 방출 스펙트럼이라고 합니다. 방출 스펙트럼에는 연속 스펙트럼과 밝은 선 스펙트럼의 두 가지 유형이 있습니다.

빨간색 빛부터 보라색 빛까지 다양한 색상의 빛을 포함하는 연속적으로 분포된 스펙트럼을 연속 스펙트럼이라고 합니다(색상 그림 6). 뜨거운 고체, 액체 및 고압 가스의 방출 스펙트럼은 연속 스펙트럼입니다. 예를 들어, 전기 필라멘트에서 방출되는 빛과 뜨거운 용강에서 방출되는 빛은 연속적인 스펙트럼을 형성합니다.

일부 불연속적인 밝은 선만 포함하는 스펙트럼을 밝은 선 스펙트럼이라고 합니다(색상 그림 7). 밝은 선 스펙트럼의 밝은 선을 스펙트럼 선이라고 하며 각 스펙트럼 선은 서로 다른 파장의 빛에 해당합니다. 희박 가스 또는 금속 증기의 방출 스펙트럼은 밝은 선 스펙트럼입니다. 밝은 선 스펙트럼은 자유 상태의 원자에서 방출되므로 원자 스펙트럼이라고도 합니다. 가스의 원자 스펙트럼을 관찰하려면 분광관을 사용할 수 있습니다(그림 6-19). 이는 중앙이 상대적으로 얇은 밀폐형 유리관으로, 저압 가스를 포함하고 있으며 관 양쪽 끝에 두 개의 전극이 있습니다. 두 전극을 고전압 전원에 연결하면 튜브 내의 얇은 가스에서 글로우 방전이 발생하여 특정 색상의 빛이 생성됩니다.

고체나 액체 물질의 원자 스펙트럼을 관찰하려면 가스등이나 전기아크 불꽃에 넣어서 태워 기화시켜 빛을 내는 것을 보면 알 수 있다. 분광기의 밝은 선 스펙트럼.

실험에 따르면 각 원소의 원자는 서로 다른 밝은 선 스펙트럼을 방출합니다. 색상 그림 7은 여러 요소의 밝은 선 스펙트럼을 보여줍니다. 각 유형의 원자는 고유한 특성을 지닌 특정 파장의 빛만 방출할 수 있습니다. 따라서 밝은 선 스펙트럼의 스펙트럼 선을 원자의 특성 스펙트럼 선이라고 합니다. 원자의 특징적인 스펙트럼 선은 물질을 식별하고 원자의 구조를 연구하는 데 사용될 수 있습니다.

흡수 스펙트럼 고온의 물체에서 방출되는 백색광(연속적으로 분포된 모든 파장의 빛을 포함)이 물질을 통과할 때 특정 파장의 빛이 물질에 흡수된 후 생성되는 스펙트럼을 흡수 스펙트럼이라고 합니다. 흡수 스펙트럼.

예를 들어, 아크 램프에서 방출되는 백색광을 저온의 나트륨 가스(알코올 램프의 심지에 소금을 조금 뿌리면 가열하면 소금이 분해되어 나트륨 가스가 생성됨)를 통과시킨 다음, 이를 관찰합니다. 분광기를 사용하면 연속적인 스펙트럼을 볼 수 있습니다. 배경에 서로 매우 가까운 두 개의 어두운 선이 있습니다(컬러 그림 8 참조. 분광기의 해상도가 충분히 높지 않으면 하나의 어두운 선만 볼 수 있습니다). 이것은 나트륨 원자의 흡수 스펙트럼입니다. 다양한 원자의 흡수 스펙트럼에 있는 각각의 어두운 선은 해당 유형의 원자 방출 스펙트럼에 있는 밝은 선에 해당한다는 점은 주목할 가치가 있습니다. 이는 저온의 기체 원자가 흡수한 빛이 바로 고온의 기체 원자가 방출한 빛임을 보여줍니다. 그러므로 흡수 스펙트럼의 스펙트럼 선(검은 선)은 원자의 특징적인 스펙트럼 선이기도 하지만 일반적으로 밝은 선 스펙트럼에서보다 흡수 스펙트럼에서 보이는 특징적인 스펙트럼 선이 더 적습니다.

스펙트럼 분석 각 원자에는 고유한 스펙트럼 선이 있으므로 스펙트럼을 통해 물질을 식별하고 화학 조성을 결정할 수 있습니다. 이 방법을 스펙트럼 분석이라고 합니다. 스펙트럼 분석을 할 때 방출 스펙트럼이나 흡수 스펙트럼을 사용할 수 있습니다. 이 방법의 장점은 매우 민감하고 빠르다는 것입니다. 물질의 특정 원소 함량이 10-10g에 도달하면 스펙트럼에서 특징적인 스펙트럼 선을 찾을 수 있으므로 감지할 수 있습니다. 스펙트럼 분석은 과학 및 기술 분야에서 널리 사용됩니다. 예를 들어, 반도체 재료인 실리콘과 게르마늄이 고순도 요구 사항을 충족하는지 확인할 때 스펙트럼 분석이 사용됩니다. 역사적으로 스펙트럼 분석은 사람들이 많은 새로운 원소를 발견하는 데도 도움이 되었습니다. 예를 들어, 루비듐과 세슘은 이전에 알려지지 않았던 스펙트럼의 특징적인 스펙트럼 선을 보고 발견되었습니다. 스펙트럼 분석은 천체의 화학적 구성을 연구하는 데에도 유용합니다. 19세기 초, 태양 스펙트럼을 연구할 때 연속 스펙트럼에 어두운 선이 많이 있음이 발견되었습니다(일부 주요 어두운 선만 있는 색상 그림 9 참조). 처음에는 이 검은 선이 어떻게 생기는지 몰랐지만 나중에 흡수 스펙트럼의 원인을 알게 되면서 이것이 태양에서 방출되는 강한 빛이 상대적으로 낮은 영역을 통과할 때 나타나는 흡수 스펙트럼이라는 것을 알게 되었습니다. -온도 태양 대기. 이 어두운 선을 주의 깊게 분석하고 다양한 원자의 특징적인 스펙트럼 선과 비교함으로써 사람들은 태양 대기에 수소, 헬륨, 질소, 탄소, 산소, 철, 마그네슘, 규소, 칼슘, 나트륨과 같은 수십 가지 원소가 포함되어 있음을 알게 됩니다. .