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第27章 光谱为什么能分析物质的成分和含量

在观察日食的时候,人们往往要用深色玻璃片挡在眼前;在炼钢炉前操作的工人都要戴深色墨镜;电焊工人还有专用的遮面保护器,其目的是为了阻挡强光对人眼的刺激。实际上,是利用它们吸收一些波长很短、能量很大的光,让波长较长、能量较小的光透过,这样就把光源发出光分开了。不同的物质成分,含量不同,所阻隔(或吸收)光的颜色和程度不同,用光谱分析物质的成分和含量,叫做光谱分析。

光线通过物质,某些特殊波长部分被吸收,结果在连续背景上出现若干暗线或暗带,形成吸收光谱。每种物质成分,由于能量各不相同,都有自己特征吸收范围,形成特征的吸收光谱。例如,高锰酸钾溶液对波长在525纳米附近的绿光吸收最强,而对紫色和红色吸收最弱,在525纳米处产生暗线(或暗带),形成特征波长吸收峰的特征光谱,以此可以确定高锰酸钾的存在;高锰酸钾溶液浓度不同时,虽然吸收光谱形状相同,但是吸收强度不同,形成吸收收峰值大小不同的光谱,以此可以测定高锰酸钾溶液的浓度。

根据物质受热能或电能等激发后所发射出的特征光谱进行分析,就是发射光谱分析。原子、离子受激发能激发后处于激发态,它们很不稳定,可在108秒的极短时间内跃迁回到基态或其他能量较低的状态,释放出的能量以光的形式发射出来,形成具有一定波长的光谱线。不同的物质都有各自特征的发射光谱,以此确定物质的成分。

光谱分析的仪器比较精密,分析也比较灵敏、精确。例如,原子分光光度计,由光源、原子化器、单色器、检测系统等四个部分组成。其中,光源是空心阴极灯,用被测元素或其合金做阴极或衬在阴极上,它发射产生被测元素特征光谱的光;原子化器用火焰或石墨炉使被测溶液元素化合物离解成原子变成蒸气,这些原子将吸收光谱发出的光,通过单色器将被测元素谱线与其他谱线分开,进入检测系统,根据吸光谱吸收峰的波长和强度,确定被测元素的成分和含量。用石墨或钽皿电热原子化器,原子变成蒸气的效率高,蒸气停留时间长,分析的灵敏度可高达1014克。

光谱分析应用很广,在冶金、地质、石油、农业、医学、环境保护等部门,可对元素周期表中70种元素进行分析测定。

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