Phân tích quang phổ

23

Phân tích quang phổ

Năm nay đánh dấu kỷ niệm 125 năm phân tích quang phổ, một trong những phương pháp vật lý quan trọng nhất để nghiên cứu vật chất.

Năm 1802, nhà khoa học người Anh W. H. Wollaston (1766–1828) lần đầu tiên nhận thấy những vạch tối hẹp trong quang phổ mặt trời, nhưng không coi quan sát này có nhiều ý nghĩa. Nhà quang học người Đức J. Fraunhofer (1787-1826) đã thu được những kết quả toàn diện và đáng tin cậy hơn nhiều vào năm 1814-1815. Ông đã chỉ ra rằng quang phổ của Mặt trời chứa nhiều vạch tối (sau này chúng được gọi là vạch Fraunhofer) và quang phổ của ngọn lửa mà muối ăn được đưa vào có hai vạch sáng màu vàng. Đồng thời, ông cũng nhận thấy vị trí của hai vạch màu này trùng khớp hoàn toàn với vị trí của hai vạch tối (đường D, theo Fraunhofer) của mặt trời

Quang phổ nghệ thuật và vị trí của Mặt trời, natri và hydro. Các con số trong hình là các dải sóng (tính bằng nanomet) tương ứng với các phần khác nhau của quang phổ khả kiến. Các chữ cái chỉ ra những kẻ lừa đảo mãnh liệt nhất trong dòng.

Quang phổ nghệ thuật và vị trí của Mặt trời, natri và hydro. Các con số trong hình là các dải sóng (tính bằng nanomet) tương ứng với các phần khác nhau của quang phổ khả kiến. Các chữ cái chỉ ra những kẻ lừa đảo mãnh liệt nhất trong dòng.

Đây là nền tảng ngắn gọn của phân tích quang phổ. Lịch sử thực sự của nó bắt đầu vào tháng 10 năm 1859, khi một bài báo ngắn “Về dòng Fraunhofer” xuất hiện trong các tác phẩm của Viện Hàn lâm Khoa học Berlin - chỉ có hai trang. Bài báo được viết bởi giáo sư vật lý vốn đã nổi tiếng lúc bấy giờ tại Đại học Heidelberg G. Kirchhoff (1824-1887), và nói về các nghiên cứu quang phổ mà ông đã thực hiện cùng với những người khác - không kém phần quan trọng - giáo sư hóa học Heidelberg R. Bunsen (1811-1899).

Thí nghiệm quan trọng nhất như sau: trước khi phân hủy thành quang phổ (với sự trợ giúp của các tia mặt trời đã được nhận biết, chúng truyền qua ngọn lửa có chứa muối ăn. Kirchhoff viết: “Trong những trường hợp khi ánh sáng mặt trời đủ yếu đi,” Kirchhoff viết, hai vạch sáng xuất hiện thay cho các vạch D tối; nếu cường độ ánh sáng mặt trời vượt qua một ranh giới nhất định thì cả hai vạch D tối đều lộ ra rõ ràng hơn nhiều so với khi không có ngọn lửa bằng muối ăn). muối." Kirchhoff kết luận: “Chúng ta có thể giả sử rằng các vạch sáng trong quang phổ ngọn lửa, trùng với vạch D, luôn phát sinh từ sự hiện diện của natri trong đó; do đó, các vạch D tối trong quang phổ mặt trời khiến người ta nghĩ rằng có natri trong khí quyển mặt trời.”

Ngày nay, thật khó để tưởng tượng sự lựa chọn này gây ấn tượng như thế nào đối với những người cùng thời với ông - lần đầu tiên khoa học trên mặt đất có cơ hội xác định thành phần hóa học của các thiên thể xa xôi. Chính phương pháp phân tích quang phổ, mà ngay từ những thí nghiệm đầu tiên dường như đã được giáo sư Heidelberg tính đến, đã được xác minh và thiết lập một cách chắc chắn trong các công trình tiếp theo của Kirchhoff và Bunsen.

Đây là nguyên tắc cơ bản của nó: mỗi nguyên tố hóa học có một sự sắp xếp cụ thể của các vạch quang phổ xuất hiện sáng và có màu khi các nguyên tử của nguyên tố đó phát ra ánh sáng và tối khi chúng hấp thụ ánh sáng.

Hiệu quả to lớn của phương pháp phân tích quang phổ đã được thể hiện rõ ràng ngay lập tức. Vào năm 1860, Kirchhoff và Bunsen, sau khi đăng ký một quang phổ chưa biết, đã phát hiện ra một nguyên tố mới - Caesium. Năm 1861, họ cũng phát hiện ra rubidium. Thallium và indium sớm được những người khác phát hiện theo cách tương tự. Theo thời gian, khám phá của Kirchhoff và Bunsen đã trở thành một phương pháp phòng thí nghiệm tiêu chuẩn, phổ quát và cực kỳ nhạy cảm để phân tích định tính và định lượng một chất. Vì vậy, nó có thể được sử dụng để phát hiện tạp chất có hàm lượng bằng 10⁻⁶% vật liệu cơ bản.

Đối với quang phổ tự nhiên và lý do giải thích các kiểu sắp xếp đáng kinh ngạc của các vạch quang phổ, đáp số những câu hỏi này chỉ được trả lời trong những thập kỷ đầu tiên của thế kỷ chúng ta, khi cơ học lượng tử ra đời, một lý thuyết mà chính sự sáng tạo của nó không thể tách rời khỏi khoảng trống trong việc “giải mã” quang phổ.

B. E. Yavelov