Analyse spectrale

Analyse spectrale- un ensemble de méthodes de détermination qualitative et quantitative de la composition d'un objet, basées sur l'étude des spectres d'interaction de la matière avec le rayonnement, incluant les spectres du rayonnement électromagnétique, des ondes acoustiques, des distributions de masse et d'énergie particules élémentaires et etc.

Selon les objectifs de l'analyse et les types de spectres, on distingue plusieurs méthodes d'analyse spectrale. Atomique Et moléculaire les analyses spectrales permettent de déterminer respectivement la composition élémentaire et moléculaire d'une substance. Dans les méthodes d'émission et d'absorption, la composition est déterminée à partir des spectres d'émission et d'absorption.

L'analyse spectrométrique de masse est réalisée à partir des spectres de masse d'ions atomiques ou moléculaires et permet de déterminer la composition isotopique d'un objet.

Histoire

Les lignes sombres des bandes spectrales sont remarquées depuis longtemps, mais la première étude sérieuse de ces lignes n'a été entreprise qu'en 1814 par Joseph Fraunhofer. En son honneur, l'effet a été appelé « lignes Fraunhofer ». Fraunhofer a établi la stabilité des positions des lignes, en a dressé un tableau (il a compté 574 lignes au total) et a attribué un code alphanumérique à chacune. Non moins importante était sa conclusion selon laquelle les lignes ne sont associées ni au matériau optique ni au l'atmosphère terrestre, mais sont une caractéristique naturelle de la lumière du soleil. Il a découvert des raies similaires dans les sources de lumière artificielle, ainsi que dans les spectres de Vénus et Sirius.

Il est vite devenu évident que l’une des lignes les plus claires apparaissait toujours en présence de sodium. En 1859, G. Kirchhoff et R. Bunsen, après une série d'expériences, concluent : chacun élément chimique a son propre spectre de raies unique, et tout au long du spectre corps célestes des conclusions peuvent être tirées sur la composition de leur substance. A partir de ce moment, l'analyse spectrale apparaît dans la science, une méthode puissante de détection à distance. composition chimique.

Pour tester la méthode en 1868, l'Académie des Sciences de Paris organise une expédition en Inde, où un éclipse solaire. Là, les scientifiques ont découvert : toutes les lignes sombres au moment de l'éclipse, lorsque le spectre d'émission a remplacé le spectre d'absorption de la couronne solaire, sont devenues, comme prévu, brillantes sur un fond sombre.

La nature de chacune des lignes et leur lien avec les éléments chimiques ont été progressivement précisés. En 1860, Kirchhoff et Bunsen découvrent le césium grâce à l'analyse spectrale, et en 1861, le rubidium. Et l'hélium a été découvert sur le Soleil 27 ans plus tôt que sur Terre (respectivement 1868 et 1895).

Principe d'opération

Les atomes de chaque élément chimique ont des fréquences de résonance strictement définies, de sorte que c'est à ces fréquences qu'ils émettent ou absorbent la lumière. Cela conduit au fait que dans un spectroscope, des raies (sombres ou claires) sont visibles sur les spectres à certains endroits caractéristiques de chaque substance. L'intensité des lignes dépend de la quantité de substance et de son état. Dans l'analyse spectrale quantitative, le contenu de la substance étudiée est déterminé par les intensités relatives ou absolues des raies ou des bandes dans les spectres.

L'analyse spectrale optique se caractérise par une relative facilité de mise en œuvre, l'absence formation complexeéchantillons pour analyse, une petite quantité de substance (10-30 mg) nécessaire à l'analyse d'un grand nombre d'éléments.

Les spectres atomiques (absorption ou émission) sont obtenus en transférant la substance à l'état de vapeur en chauffant l'échantillon à 1 000-10 000 °C. Une étincelle ou un arc de courant alternatif sont utilisés comme sources d'excitation des atomes dans l'analyse des émissions de matériaux conducteurs ; dans ce cas, l'échantillon est placé dans le cratère d'une des électrodes de carbone. Les flammes ou plasmas de divers gaz sont largement utilisés pour analyser les solutions.

Application

DANS Dernièrement, les plus répandues sont les méthodes d'analyse spectrale par spectrométrie d'émission et de masse, basées sur l'excitation des atomes et leur ionisation dans un plasma d'argon de décharges d'induction, ainsi que dans une étincelle laser.

L'analyse spectrale est une méthode sensible et est largement utilisée dans chimie analytique, l'astrophysique, la métallurgie, le génie mécanique, l'exploration géologique et d'autres branches scientifiques.

Dans la théorie du traitement du signal, l'analyse spectrale signifie également l'analyse de la distribution d'énergie d'un signal (par exemple audio) sur les fréquences, les nombres d'ondes, etc.

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Les méthodes de recherche spectrale reposent sur l'utilisation des phénomènes d'absorption (ou d'émission) de rayonnement électromagnétique par des atomes ou des molécules d'une certaine substance.

La fréquence (longueur d'onde) du rayonnement est déterminée par la composition de la substance. L'intensité du signal analytique est proportionnelle au nombre de particules qui ont provoqué son apparition, c'est-à-dire à la masse de la substance à déterminer ou au composant du mélange.

Les méthodes d'analyse spectrale offrent de nombreuses possibilités d'observer et d'étudier des signaux pertinents dans divers domaines spectre électromagnétique - Rayons X et ultraviolets, lumière visible, infrarouge, ainsi que rayonnement micro et radio.

Selon la source et le type de signal analytique, les méthodes spectrales sont divisées en spectrométrie d'absorption moléculaire, luminescence moléculaire ou fluorimétrie, spectrométrie d'absorption atomique et d'émission atomique, ainsi qu'en spectrométrie de résonance magnétique nucléaire et de résonance paramagnétique électronique.

DANS spectrométrie d'absorption moléculaire Ils étudient les signaux analytiques dans la gamme de 200 à 750 nm (rayonnement UV et lumière visible) provoqués par les transitions électroniques des électrons de valence externes, ainsi que l'absorption du rayonnement dans la région IR et micro-ondes associée aux changements dans la rotation et la vibration des molécules. . La méthode la plus utilisée est basée sur l'étude de l'absorption dans la région visible du spectre dans la gamme de longueurs d'onde de 400 à 750 nm - photométrie ; ainsi qu'une méthode basée sur l'absorption du rayonnement dans diverses pièces région infrarouge du spectre électromagnétique - spectrométrie IR, l'absorption du rayonnement le plus souvent utilisée dans la région IR moyenne (longueur d'onde 2,5 - 25 μm) et proche (longueur d'onde 0,8 - 2,5 μm).

Méthode photométrique l'analyse quantitative est basée sur la capacité de l'analyte, d'un composant du mélange ou de leurs formes colorées à absorber le rayonnement électromagnétique dans la plage optique. La capacité d'absorption dépend de la couleur de la substance testée. La couleur est déterminée structure électronique molécules, elle est généralement associée à la présence dans la molécule de groupes dits chromophores, qui déterminent l'absorption du rayonnement électromagnétique par la substance dans les régions visible et UV du spectre.

Le schéma général pour effectuer la détermination photométrique est uniforme et comprend les étapes suivantes :

· préparation de l'échantillon et transfert de l'analyte ou du composant en solution, sous une forme réactive, en fonction de la chimie de la réaction analytique ;

· obtenir de la couleur formulaire analytique la substance étant déterminée à la suite de la réalisation d'une réaction colorée dans des conditions optimales garantissant sa sélectivité et sa sensibilité ;

· mesure de la capacité d'absorption lumineuse de la forme analytique, c'est-à-dire enregistrement du signal analytique dans certaines conditions correspondant à sa localisation et à sa plus grande intensité.

L'industrie produit divers instruments de spectrométrie d'absorption moléculaire - colorimètres, photomètres, photoélectrocolorimètres, spectrophotomètres, etc., dans lesquels sont installées diverses combinaisons de sources lumineuses, de monochromatiseurs et de récepteurs. Les appareils peuvent être classés comme suit :

· selon la méthode de monochromatisation du flux radiant - spectrophotomètres, c'est-à-dire appareils dotés d'un monochromateur à prisme ou à réseau, permettant d'obtenir haut degré monochromatisation du rayonnement de travail ; photoélectrocolorimètres, c'est-à-dire appareils dans lesquels la monochromatisation est réalisée à l'aide de filtres de lumière ;

· selon la méthode de mesure - monofaisceau avec circuit de mesure directe (à indication directe) et bifaisceau avec circuit de compensation ;

· selon la méthode d'enregistrement des mesures - enregistrement et non-enregistrement.

Spectroscopie infrarouge est une méthode d'analyse composants chimiques, auquel l'énergie est absorbée dans le rayonnement infrarouge ( Radiation thermique). La spectroscopie IR est utilisée pour déterminer presque tous les groupes fonctionnels, identifier les composés, etc. Différentes molécules contenant le même groupe atomique donnent des bandes d'absorption dans le spectre IR dans la région de la même fréquence caractéristique. Les fréquences caractéristiques permettent d'identifier des groupes spécifiques d'atomes dans une molécule à partir du spectre et ainsi de déterminer la composition qualitative de la substance et la structure de la molécule. DANS cas général L'analyseur IR est un spectrophotomètre infrarouge à simple ou double faisceau, composé de trois blocs principaux : la préparation des échantillons, les mesures spectrophotométriques, la conversion du signal et les calculs. Actuellement, des analyseurs IR ont été développés sur la base de travaux dans la région proche infrarouge du spectre 0,8-2,5 microns (analyseurs NIR).

Spectrométrie moléculaire de luminescence. Une méthode d'analyse basée sur la mesure de la fluorescence est appelée fluorimétrie. La fluorescence (luminescence - émission de lumière) est provoquée par l'absorption de la lumière d'une certaine longueur d'onde par une substance. L'absorption de la lumière ultraviolette par certaines molécules comportant des électrons facilement excités entraîne une fluorescence dans la région spectrale visible. La fluorescence est caractéristique d'un nombre relativement restreint de composés ( composés aromatiques et porphines). Un certain nombre de composés peuvent être convertis en composés fluorescents en introduisant un groupe fluorescent dans la molécule. Le principal avantage de la fluorimétrie par rapport aux autres méthodes d’absorption est sa grande sélectivité, puisqu’un nombre nettement inférieur de substances fluorescentes. La méthode est utilisée pour la détermination sensible de très petites quantités d'éléments lors de l'analyse. matière organique, lors de la détermination de petites quantités de vitamines, d'hormones, d'antibiotiques, de composés cancérigènes, etc. La fluorimétrie est utilisée pour déterminer les micro-organismes et les cellules somatiques.

La méthode de détermination des micro-organismes consiste à entraînement spécial un test au cours duquel les bactéries contenues dans le produit sont peintes en orange vif avec un colorant, ce qui permet à la suspension bactérienne d'acquérir la capacité de devenir fluorescente. L'intensité de la fluorescence est proportionnelle au nombre de microbes et est contrôlée électroniquement.

La méthode fluorimétrique de surveillance des micro-organismes est assez universelle et dispose d'un équipement simple.

DANS spectroscopie atomique les substances sont étudiées en les transformant en un état de vapeur atomique - spectroscopie d'absorption atomique ou en un état gazeux - spectroscopie d'émission atomique. La méthode de spectroscopie atomique est largement utilisée dans l'analyse de divers types de matières premières et produits alimentaires. La méthode permet de déterminer environ 70 éléments différents ; utilisé pour déterminer simultanément grand nombreéléments (analyse multi-éléments); pour l'analyse en série, grâce à sa sensibilité et sa rapidité élevées.

Spectrométrie d'absorption atomique est basé sur la mesure de l’absorption du rayonnement électromagnétique par la vapeur atomique de la substance analysée. La différence d'intensité du rayonnement avant et après passage à travers l'échantillon analysé est mesurée photométriquement. L'appareil qui permet de réaliser la méthode AAS est

· spectromètre d'absorption atomique comportant les composants principaux suivants,

· une source lumineuse d'une certaine longueur d'onde caractéristique du métal étudié ;

· « cellule d'absorption » dans laquelle l'échantillon est atomisé ;

· monochromateur pour isoler une partie étroite du spectre d'une certaine longueur d'onde ;

tube photomultiplicateur, qui détecte, amplifie et mesure l'intensité du rayonnement résultant flux lumineux;

· un appareil qui enregistre et enregistre le signal résultant.

La source lumineuse émet un flux de faisceau dont le spectre est caractéristique de l'élément à déterminer. Ce flux est focalisé à travers une cellule d'absorption et un monochromateur, où la région spectrale caractéristique de l'élément étudié est isolée. Le flux est ensuite envoyé vers un tube photomultiplicateur et converti en signal électrique. L'ampleur de cette dernière dépend de l'intensité du flux lumineux entrant dans le photomultiplicateur et est enregistrée par un appareil spécial.

En comparant les résultats des mesures dans l'échantillon d'essai avec les résultats des mesures dans des solutions étalons, le contenu de l'élément dans l'échantillon est déterminé.

En règle générale, les lampes à cathode creuse, qui sont des sources de spectres linéaires, sont utilisées comme sources de rayonnement pour déterminer la teneur des métaux en question. La cathode d'une telle lampe a la forme d'un cylindre creux ou d'un verre. Le volume de la lampe est rempli d'un gaz inerte (néon ou parfois argon). Il existe des lampes à cathode creuse multi-éléments, par exemple pour le dosage du cuivre et du zinc ou du cuivre, du zinc, du plomb et du cadmium. Ils peuvent être très pratiques. Leur avantage est la réduction du temps passé à réchauffer les lampes. Cependant, ces lampes produisent généralement des émissions d'énergie inférieures à celles des lampes à élément unique, ce qui entraîne une faible sensibilité ; Des interférences spectrales peuvent se produire.

DANS spectrométrie d'émission atomiqueétudier les spectres d'émission atomique obtenus à la suite de l'excitation d'atomes à l'état gazeux.

Le plasma est utilisé pour convertir les atomes à l'état gazeux et les exciter ; l'argon est utilisé comme milieu pour produire du plasma. Il existe deux manières d'obtenir du plasma. Dans l'un d'eux, l'excitation se produit sous l'influence décharges électriques entre les électrodes se trouve un plasma à courant continu, et dans l'autre, l'énergie du courant alternatif haute fréquence est transférée au gaz à l'aide d'une induction magnétique - un plasma à couplage inductif. Cela crée des températures élevées, à cause desquelles la plupart des atomes entrent dans un état excité. L'absorption d'énergie par de tels atomes est impossible. Par conséquent, lors du passage de l'état excité à l'état fondamental, une émission (émission) de photons se produit, dont l'intensité est proportionnelle au nombre d'atomes excités. La détermination quantitative d'un élément s'effectue de la même manière qu'en spectrométrie d'absorption atomique.

Appareils permettant de réaliser la méthode centrale nucléaire, ont les mêmes parties principales que le spectromètre d'absorption atomique.

Spectroscopie par résonance magnétique. Spectroscopie de masse. La spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN) étudie la résonance magnétique résultant de l'interaction du moment magnétique d'un noyau avec un champ magnétique externe. Grâce à la méthode RMN, il est possible d'étudier les noyaux avec leur propre moment cinétique (spin nucléaire) et le moment magnétique du noyau associé.

Selon mécanique quantique propre moment l'impulsion (spin) du noyau prend des valeurs strictement définies. Puisque le spin nucléaire est un vecteur, il est caractérisé par sa grandeur et sa direction. Dans un champ magnétique externe, deux orientations sont possibles pour le spin nucléaire : dans le sens et contre la direction les lignes électriques externe champ magnétique. Chaque valeur de spin correspond à une certaine valeur d'énergie. La réorientation du spin nucléaire avec un changement de direction s'accompagne de l'absorption d'énergie DE. De telles transitions sont provoquées par l’exposition du noyau à la région des radiofréquences du spectre électromagnétique. Dans ce cas, le système analysé absorbe de l'énergie à des valeurs de fréquence strictement fixes v, c'est-à-dire que le phénomène de résonance est observé. Cette absorption d'énergie est mesurée expérimentalement, DE est directement proportionnelle à l'intensité du champ magnétique à l'emplacement du noyau et est définie comme D E= hv, où h est la constante de Planck.

La spectroscopie de résonance électronique de vapeur (RPE) étudie la résonance magnétique résultant de l'interaction du moment magnétique d'un électron avec un champ magnétique externe à haute fréquence (micro-ondes). La méthode EPR est utilisée pour étudier l’environnement intramoléculaire des électrons non appariés.

La théorie de la résonance magnétique s'applique non seulement aux noyaux, mais aussi aux électrons, puisque ces derniers possèdent également un spin et un moment magnétique. En l’absence de champ magnétique externe, les spins des électrons sont orientés de manière aléatoire et l’énergie des électrons est la même. Dans un champ magnétique constant, les moments magnétiques des électrons sont orientés selon la direction du champ magnétique externe. Les électrons dont le spin est orienté le long du champ sont à un niveau d'énergie élevé, les électrons dont le spin est orienté contre le champ sont à un niveau plus bas et plus stable. Si les électrons situés dans un champ magnétique uniforme sont exposés à un champ magnétique à haute fréquence dont la direction est perpendiculaire à la direction du champ magnétique uniforme, alors avec certaines relations entre l'intensité du champ constant et la fréquence du champ alternatif, une absorption résonante de l’énergie du champ alternatif est observée. Il est enregistré sur un spectromètre sous forme d'un spectre de résonance paramagnétique électronique - Spectre EPR . Lors de l'évaluation quantitative du spectre, la constante d'interaction spin-spin est utilisée comme principal paramètre analytique. La spectroscopie de masse occupe une position particulière parmi les méthodes spectroscopiques. Au sens strict du terme, cette méthode n'est pas spectroscopique, puisque la substance n'est pas exposée au rayonnement électromagnétique lors de l'analyse.

La spectroscopie de masse repose sur l'étude du courant provenant de fragments d'ions obtenus à partir de molécules neutres d'une substance en les exposant à un faisceau d'électrons.

Substance étudiée par la méthode résonance magnétique nucléaire, placé simultanément dans deux champs magnétiques - l'un constant et l'autre radiofréquence. La mesure est réalisée sur un spectromètre RMN , dont les principaux composants sont : un électro-aimant (dans les appareils simples, un aimant permanent est utilisé) ; générateur de radiofréquences; un capteur dans lequel est placé un tube à essai contenant un échantillon, un amplificateur et intégrateur électronique et un enregistreur. La méthode RMN utilise les paramètres analytiques suivants : déplacement chimique, constante d'interaction spin-spin, intensité du signal, temps de relaxation.

Méthode de résonance paramagnétique électronique est basé sur la mesure de l’absorption de l’énergie d’un champ magnétique externe par une substance. La méthode EPR permet d'analyser tous les composés contenant des électrons non appariés, quelle que soit leur état d'agrégation. Le champ d'application est déterminé par la conception de la cuvette. L'EPR est l'une des méthodes les plus sensibles, la limite de sensibilité est de 10 "mol/l.

Spectrométrie de masse est basé sur la production d'ions à partir de molécules neutres en les exposant à un faisceau d'électrons avec une énergie suffisante pour l'ionisation. Dans ce cas, il se forme principalement des ions positifs qui peuvent se désintégrer en fragments séparés. La dépendance enregistrée des courants ioniques sur la masse des fragments individuels est appelée spectre de masse. Une molécule excitée suite à une interaction avec un électron (avec une énergie supérieure à 103 kJ/mol) se désintègre pour former un ion moléculaire positif et un électron (ionisation).

Dans la plupart des cas, l’ion moléculaire possède une énergie interne importante et se désintègre rapidement en fragments chargés et non chargés (fragmentation).

Les ions fragments, à leur tour, peuvent se désintégrer pour former de nouveaux fragments. Dans certains cas, la fragmentation s'accompagne de réarrangements. Le processus de fragmentation des ions moléculaires se produit jusqu'à ce qu'ils forment des ions dont l'énergie interne est insuffisante pour leur transformation ultérieure. Les spectromètres de masse fonctionnent sous vide poussé, ce qui minimise les réactions intermoléculaires indésirables et favorise également la fragmentation intramoléculaire.

Le spectre de masse est un spectre de raies d’ions chargés positivement. Bien que vraie connexion Il n'y a pas de différence entre la spectrométrie de masse et la spectrométrie optique, les deux méthodes sont dites spectrométriques en raison de la similitude formelle des images graphiques des spectres.

La méthode de spectrométrie de masse est utilisée dans la pratique de la recherche pour identifier des composés et établir la structure de substances inconnues, déterminer avec précision masse moléculaire, détermination de la composition élémentaire, analyse de traces de composés biologiquement actifs, détermination de la séquence d'acides aminés des peptides, analyse de mélanges à plusieurs composants, etc.

Analyse spectrale Mac est basé sur la capacité des ions gazeux à se séparer dans un champ magnétique en fonction du rapport m/e, où m est la masse, e est la charge de l'ion. L'ionisation des molécules dans un gaz se produit sous l'influence d'un flux d'électrons. Le nombre de masse de l'ion est déterminé par la valeur m/e et la concentration en ions est déterminée par l'intensité du signal correspondant.

Spectre de masse de haute qualité l'analyse est basée sur la mesure de la masse des ions. L'identification des masses s'effectue par la position de la ligne sur la plaque photographique, qui est fixée en mesurant la distance entre les lignes de masse connue et la ligne analysée.

Les mesures quantitatives en spectrométrie de masse sont réalisées par le courant enregistré par le détecteur ou par le noircissement de la plaque photographique. Dans le premier cas, les calculs sont basés sur le fait que le pic du courant ionique I est proportionnel à la teneur du composant ou à sa pression partielle :

Où k, c sont des coefficients de proportionnalité ; c - concentration ; p - pression.

L'analyse spectrale est l'une des principales méthodes d'analyse de la composition chimique d'une substance. Une analyse de sa composition est réalisée sur la base de l'étude de son spectre. Analyse spectrale - utilisée dans diverses études. Avec son aide, un complexe d'éléments chimiques a été découvert : He, Ga, Cs. dans l'atmosphère du Soleil. Outre Rb, In et XI, la composition du Soleil et de la plupart des autres corps célestes est déterminée.

Applications

Expertise spectrale, courante dans :

1. Métallurgie;
2. Géologie;
3. Chimie;
4. Minéralogie;
5. Astrophysique;
6. La biologie;
7. médecine, etc

Permet de trouver les plus petites quantités d'une substance établie dans les objets étudiés (jusqu'à 10 - MS).L'analyse spectrale est divisée en qualitative et quantitative.

Méthodes

La méthode d'établissement de la composition chimique d'une substance basée sur le spectre constitue la base de l'analyse spectrale. Les spectres de lignes ont une personnalité unique, tout comme les empreintes digitales humaines ou le motif des flocons de neige. Le caractère unique des motifs sur la peau d'un doigt constitue un grand avantage pour rechercher un criminel. Ainsi, grâce aux particularités de chaque spectre, il est possible d'établir le contenu chimique du corps en analysant la composition chimique de la substance. Même si sa masse d'élément ne dépasse pas 10 à 10 g, grâce à l'analyse spectrale, il peut être détecté dans la composition d'une substance complexe. C'est une méthode assez sensible.

Analyse spectrale d'émission

L'analyse spectrale d'émission est une série de méthodes permettant de déterminer la composition chimique d'une substance à partir de son spectre d'émission. La base de la méthode d'établissement de la composition chimique d'une substance - l'examen spectral - repose sur les modèles des spectres d'émission et des spectres d'absorption. Cette méthode permet d'identifier des millionièmes de milligramme d'une substance.

Il existe des méthodes d'examen qualitatif et quantitatif, conformément à l'établissement de la chimie analytique en tant que matière, dont le but est de formuler des méthodes permettant d'établir la composition chimique d'une substance. Les méthodes d’identification d’une substance deviennent extrêmement importantes dans le cadre d’une analyse organique qualitative.

Sur la base du spectre linéaire des vapeurs de n'importe quelle substance, il est possible de déterminer quels éléments chimiques sont contenus dans sa composition, car tout élément chimique possède son propre spectre d'émission spécifique. Cette méthode d'établissement de la composition chimique d'une substance est appelée analyse spectrale qualitative.

Analyse spectrale des rayons X

Il existe une autre méthode pour identifier un produit chimique appelée analyse spectrale des rayons X. L'analyse spectrale des rayons X est basée sur l'activation des atomes d'une substance lorsqu'elle est irradiée par des rayons X, processus appelé secondaire ou fluorescent. L'activation est également possible lorsqu'elle est irradiée avec des électrons de haute énergie ; dans ce cas, le processus est appelé excitation directe. À la suite du mouvement des électrons dans les couches électroniques internes les plus profondes, des lignes de rayons X apparaissent.

La formule de Wulff-Bragg vous permet de définir les longueurs d'onde dans la composition du rayonnement X lors de l'utilisation d'un cristal d'une structure populaire avec une distance d connue. C'est la base de la méthode de détermination. La substance étudiée est bombardée d’électrons à grande vitesse. Il est placé, par exemple, sur l'anode d'un tube à rayons X démontable, après quoi il émet des rayons X caractéristiques qui tombent sur un cristal de structure connue. Les angles sont mesurés et les longueurs d'onde correspondantes sont calculées à l'aide de la formule, après avoir photographié le diagramme de diffraction résultant.

Techniques

Actuellement, toutes les méthodes d'analyse chimique reposent sur deux techniques. Soit à l'essai physique, soit à l'essai chimique, en comparant la concentration établie avec son unité de mesure :

Physique

La technique physique repose sur la méthode de corrélation d'une unité de quantité d'un composant avec un étalon en le mesurant propriétés physiques, qui dépend de sa teneur dans l'échantillon de substance. La relation fonctionnelle « Saturation des propriétés – teneur en composants dans l'échantillon » est déterminée par essai en calibrant les moyens de mesure d'une propriété physique donnée en fonction du composant à installer. A partir du graphique d'étalonnage, on obtient relations quantitatives, construit en coordonnées : « saturation d'une propriété physique - concentration du composant installé ».

Chimique

Une technique chimique est utilisée dans la méthode de corrélation d’une unité de quantité d’un composant avec un étalon. Ici, les lois de conservation de la quantité ou de la masse d'un composant lors d'interactions chimiques sont utilisées. Sur propriétés chimiques composés chimiques à base interactions chimiques. Dans un échantillon d'une substance, une réaction chimique est effectuée qui répond aux exigences spécifiées pour déterminer le composant souhaité, et le volume ou la masse impliquée dans une réaction particulière est mesuré. réaction chimique Composants. Des relations quantitatives sont obtenues, puis le nombre d'équivalents d'un composant pour une réaction chimique donnée ou la loi de conservation de la masse est écrit.

Dispositifs

Les instruments d'analyse de la composition physique et chimique d'une substance sont :

1. Analyseurs de gaz;
2. Alarmes pour les concentrations maximales admissibles et explosives de vapeurs et de gaz ;
3. Concentrateurs pour solutions liquides;
4. Densimètres ;
5. Compteurs de sel ;
6. Humidimètres et autres appareils similaires en termes d'objectif et d'exhaustivité.

Au fil du temps, la gamme d’objets analysés augmente ainsi que la vitesse et la précision de l’analyse. L’analyse spectrale est l’une des méthodes instrumentales les plus importantes pour établir la composition chimique atomique d’une substance.

NOTE:

Le prix de l'examen chimique est TTC. Les frais de transport sont payés séparément.

Composition chimique de la substance– la caractéristique la plus importante des matériaux utilisés par l’humanité. Sans sa connaissance exacte, il est impossible de planifier avec une précision satisfaisante les processus technologiques de la production industrielle. Récemment, les exigences relatives à la détermination de la composition chimique d'une substance sont devenues encore plus strictes : de nombreux domaines de production et activité scientifique exiger des matériaux d'une certaine «pureté» - ce sont des exigences pour une composition précise et fixe, ainsi que des restrictions strictes sur la présence d'impuretés de substances étrangères. Dans le cadre de ces tendances, des méthodes de plus en plus progressistes pour déterminer la composition chimique des substances sont développées. Il s'agit notamment de la méthode d'analyse spectrale, qui fournit des informations précises et apprentissage rapide chimie des matériaux.

Fantaisie de lumière

Nature de l'analyse spectrale

(spectroscopie) étudie la composition chimique des substances en fonction de leur capacité à émettre et à absorber la lumière. On sait que chaque élément chimique émet et absorbe un spectre lumineux qui lui est propre, à condition qu'il puisse être réduit à l'état gazeux.

Conformément à cela, il est possible de déterminer la présence de ces substances dans un matériau particulier sur la base de leur spectre unique. Méthodes modernes L'analyse spectrale permet de déterminer la présence d'une substance pesant jusqu'à des milliardièmes de gramme dans un échantillon - l'indicateur d'intensité de rayonnement en est responsable. Le caractère unique du spectre émis par un atome caractérise sa relation profonde avec la structure physique.

La lumière visible est un rayonnement provenant de 3,8 *10 -7 avant 7,6*10 -7 m, responsable de différentes couleurs. Les substances ne peuvent émettre de la lumière que dans un état excité (cet état est caractérisé par un niveau accru d'énergie interne) en présence d'une source d'énergie constante.

Recevant un excès d'énergie, les atomes de la substance l'émettent sous forme de lumière et reviennent à leur état normal. état énergétique. C'est cette lumière émise par les atomes qui est utilisée pour l'analyse spectrale. Les types de rayonnement les plus courants comprennent : le rayonnement thermique, l'électroluminescence, la cathodoluminescence, la chimiluminescence.

Analyse spectrale. Coloration de la flamme avec des ions métalliques

Types d'analyse spectrale

Il existe des spectroscopies d'émission et d'absorption. La méthode de spectroscopie d'émission est basée sur les propriétés des éléments à émettre de la lumière. Pour exciter les atomes d'une substance, un chauffage à haute température, égal à plusieurs centaines, voire milliers de degrés, est utilisé - pour cela, un échantillon de la substance est placé dans une flamme ou dans le champ de puissantes décharges électriques. Sous l'influence de températures élevées, les molécules d'une substance se divisent en atomes.

Les atomes, recevant un excès d'énergie, l'émettent sous forme de quanta de lumière de différentes longueurs d'onde, qui sont enregistrés par des dispositifs spectraux - des dispositifs qui représentent visuellement le spectre lumineux résultant. Les dispositifs spectraux servent également d'élément de séparation du système de spectroscopie, car le flux lumineux est résumé de toutes les substances présentes dans l'échantillon, et leurs tâches incluent la division de la gamme totale de lumière en spectres d'éléments individuels et la détermination de leur intensité, qui permettra à l'avenir de tirer des conclusions sur la quantité de l'élément présent dans la masse totale des substances.

• Selon les méthodes d'observation et d'enregistrement des spectres, on distingue les instruments spectraux : spectrographes et spectroscopes. Les premiers enregistrent le spectre sur un film photographique et les seconds permettent de visualiser le spectre pour une observation directe par une personne à l'aide de lunettes d'observation spéciales. Pour déterminer les dimensions, on utilise des microscopes spécialisés qui permettent de déterminer la longueur d'onde avec une grande précision.
• Une fois le spectre lumineux enregistré, il est soumis à une analyse minutieuse. Les ondes d'une certaine longueur et leur position dans le spectre sont identifiées. Ensuite, une corrélation est faite entre leur position et leur appartenance aux substances recherchées. Cela se fait en comparant les données de position des vagues avec les informations situées dans des tableaux méthodologiques indiquant les longueurs d'onde et les spectres typiques des éléments chimiques.
• La spectroscopie d'absorption est réalisée de la même manière que la spectroscopie d'émission. Dans ce cas, la substance est placée entre la source lumineuse et l'appareil spectral. En traversant le matériau analysé, la lumière émise atteint l'appareil spectral avec des « creux » (raies d'absorption) le long de certaines longueurs d'onde - ils constituent le spectre absorbé du matériau étudié. La suite de l’étude est similaire pour le processus de spectroscopie d’émission ci-dessus.

Analyse spectrale d'ouverture

L'importance de la spectroscopie pour la science

L'analyse spectrale a permis à l'humanité de découvrir plusieurs éléments qui n'ont pu être déterminés méthodes traditionnelles inscription substances chimiques. Il s'agit d'éléments tels que le rubidium, le césium, l'hélium (il a été découvert par spectroscopie du Soleil - bien avant sa découverte sur Terre), l'indium, le gallium et autres. Les raies de ces éléments ont été détectées dans les spectres d'émission des gaz et, au moment de leur étude, n'étaient pas identifiables.

Il est devenu clair qu’il s’agissait d’éléments nouveaux, jusqu’alors inconnus. La spectroscopie a eu une influence sérieuse sur la formation du type actuel d'industries métallurgiques et mécaniques, de l'industrie nucléaire et de l'agriculture, où elle est devenue l'un des principaux outils d'analyse systématique.

La spectroscopie a acquis une importance énorme en astrophysique.

Provoquant un bond colossal dans la compréhension de la structure de l’Univers et l’affirmation du fait que tout ce qui existe est constitué des mêmes éléments, qui, entre autres, abondent sur Terre. Aujourd'hui, la méthode d'analyse spectrale permet aux scientifiques de déterminer la composition chimique des étoiles, des nébuleuses, des planètes et des galaxies situées à des milliards de kilomètres de la Terre - ces objets, bien entendu, ne sont pas accessibles aux méthodes d'analyse directe en raison de leur grande distance.

Grâce à la méthode de spectroscopie d'absorption, il est possible d'étudier des objets spatiaux lointains qui ne possèdent pas leur propre rayonnement. Ces connaissances nous permettent d'établir les caractéristiques les plus importantes des objets spatiaux : pression, température, caractéristiques structurelles et bien plus encore.

Intitulé analyse spectrale on comprend la méthode physique d'analyse de la composition chimique d'une substance, basée sur l'étude des spectres d'émission et d'absorption d'atomes ou de molécules. Ces spectres sont déterminés par les propriétés des coques électroniques des atomes et des molécules, les vibrations noyaux atomiques dans les molécules et la rotation des molécules, ainsi que l'effet de la masse et de la structure des noyaux atomiques sur la position niveaux d'énergie; de plus, ils dépendent de l’interaction des atomes et des molécules avec l’environnement. Conformément à cela, l'analyse spectrale utilise une large gamme de longueurs d'onde - des rayons X aux ondes microradio. L'analyse spectrale n'inclut pas les méthodes d'analyse par spectroscopie de masse, car elles ne sont pas liées à l'utilisation de vibrations électromagnétiques.
La tâche se limite à spectres optiques. Cependant, cette région est assez large : elle couvre la région vide du rayonnement ultraviolet, les régions ultraviolettes, visibles et infrarouges du spectre. En pratique, l'analyse spectrale moderne utilise un rayonnement d'une longueur d'onde d'environ 0,15 à 40-50 ?.
Les différents types d’analyse spectrale doivent être considérés sous trois angles.
1.Selon les tâches à résoudre :

1. élémentaire, lorsque la composition de l'échantillon est déterminée par des éléments ;
2. isotope, lorsque la composition isotopique d’un échantillon est déterminée ;
3. moléculaire, lorsque la composition moléculaire de l’échantillon est établie ;
4. de construction, quand tout est installé ; ou les constituants structurels de base d'un composé moléculaire.

2.Selon les méthodes utilisées :

1. émission, utilisant des spectres de rayonnement, principalement d’atomes. Cependant, l'analyse des émissions de la composition moléculaire est également possible, par exemple dans le cas de la détermination de la composition des radicaux dans les flammes et les rejets de gaz. Un cas particulier l'analyse d'émission est une analyse de luminescence ;
2. absorption, en utilisant des spectres d'absorption, principalement de molécules et de leurs parties structurelles ; une analyse basée sur des spectres d'absorption atomique est possible ;
3. combinatoire, en utilisant les spectres Raman d'échantillons solides, liquides et gazeux excités par un rayonnement monochromatique, généralement la lumière de lignes individuelles d'une lampe à mercure ;
4. luminescent, utiliser les spectres de luminescence d'une substance excitée principalement par un rayonnement ultraviolet ou des rayons cathodiques ;
5. radiographie, en utilisant a) les spectres de rayons X d'atomes obtenus lors des transitions d'électrons internes dans les atomes, b) la diffraction des rayons X lorsqu'ils traversent l'objet étudié pour étudier la structure de la matière ;
6. radiospectroscopique, en utilisant des spectres d'absorption de molécules dans la région des micro-ondes du spectre avec des longueurs d'onde supérieures à 1 mm.

3.Par la nature des résultats obtenus :
1) qualitatif, lorsque, à la suite de l'analyse, la composition est déterminée sans indiquer le rapport quantitatif des composants ou qu'une évaluation est donnée - beaucoup, un peu, très peu de traces ;
2) semi-quantitatif, soit à peu près quantitatif, soit approximatif. Dans ce cas, le résultat est donné sous la forme d'une estimation de la teneur en composants dans des plages de concentrations plus ou moins étroites, selon la méthode d'évaluation quantitative approximative utilisée. En raison de sa rapidité, cette méthode a trouvé une large application pour résoudre des problèmes qui ne nécessitent pas de détermination quantitative précise, par exemple
le tri des métaux, lors de l'évaluation du contenu d'échantillons géologiques lors de la recherche de minéraux ;
3) quantitatif, qui fournit la teneur quantitative exacte des éléments ou composés déterminés dans l’échantillon.
Tous ces types d'analyses, à l'exception des analyses qualitatives, utilisent des méthodes simplifiées ou précises de spectres photométriques.

Les méthodes suivantes diffèrent par la méthode d'enregistrement des spectres :
1.Visuel lors de l'observation de spectres dans le visible à l'aide de spectroscopes simples ou spécialisés (steeloscope, stylomètre). Dans le domaine ultraviolet, il est possible d'observer des spectres relativement brillants à l'aide d'écrans fluorescents placés à la place d'une plaque photographique dans des spectrographes à quartz. L'utilisation de convertisseurs électron-optique permet l'observation visuelle des spectres dans les régions ultraviolette et proche infrarouge (jusqu'à 12 000 A).
2.photographique, utiliser une plaque ou un film photographique pour enregistrer les spectres avec un traitement ultérieur.
3.Photovoltaïque pour les régions ultraviolettes, visibles et proches infrarouges à l'aide de photocellules différents types»
photomultiplicateurs et photorésistances (région infrarouge). Les méthodes photoélectriques sont parfois appelées méthodes d'analyse directe,
c'est-à-dire une analyse sans l'aide d'une plaque photographique.
4.Thermoélectrique pour la région infrarouge, y compris lointaine, à l'aide de thermoéléments, de bolomètres et d'autres types de récepteurs thermoélectriques.
Les types d'analyse spectrale évoqués ci-dessus présentent un certain nombre de caractéristiques communes, car ils utilisent tous les spectres d'atomes ou de molécules comme moyen d'analyse. En effet, dans tous les cas il faut tout d'abord obtenir le spectre de l'échantillon, puis déchiffrer ce spectre à l'aide de tableaux ou d'atlas de spectres, c'est-à-dire retrouver dans ce spectre des raies ou bandes caractéristiques des atomes, molécules ou éléments structurels molécules. C'est la limite de l'analyse qualitative. Pour obtenir une valeur quantitative de concentration, il faut, en outre, déterminer l'intensité de ces raies ou bandes caractéristiques (photomètre le spectre), puis déterminer la valeur de concentration en utilisant le rapport entre la concentration et l'intensité des raies ou bandes. Cette dépendance « doit être obtenue soit sur la base de considérations théoriques, soit empiriquement sous la forme d'une courbe analytique construite à partir d'un ensemble d'échantillons de concentrations données (étalons).

1.2.2 ANALYSE SPECTRALE ÉLÉMENTAIRE ET ISOTOPIQUE

L'analyse spectrale élémentaire et isotopique implique la détermination qualitative et quantitative de la composition élémentaire et isotopique d'un échantillon à l'aide de spectres d'émission allant du proche infrarouge à la région des rayons X. Parfois, à ces fins, ils sont utilisés spectres moléculairesémission ou absorption. Un exemple est la détermination de l'hydrogène, de l'azote et de l'oxygène dans des mélanges gazeux, qui peut être réalisée à l'aide des spectres moléculaires des molécules diatomiques Hr, N2, O2. De même, l'analyse isotopique des éléments de la section médiane tableau périodique Il est avantageux de procéder en utilisant des spectres moléculaires électroniques-vibratoires, dans lesquels le déplacement isotopique est suffisamment grand et accessible à l'observation à l'aide d'instruments spectraux conventionnels à grande dispersion.
Cependant, pour résoudre le problème de la détermination de la concentration de monoxyde de carbone, il est nécessaire d'envisager des méthodes d'analyse spectrale moléculaire.

1.2.3 ANALYSE SPECTRALE MOLÉCULAIRE

L'analyse spectrale moléculaire implique la détermination qualitative et quantitative de la composition moléculaire d'un échantillon à l'aide de spectres d'absorption et d'émission moléculaires. Ces méthodes sont utilisées pour le contrôle industriel de la composition moléculaire des échantillons, par exemple dans la production de vitamines, de colorants, d'essence, etc.
Les spectres moléculaires sont très complexes, puisque diverses transitions électroniques dans les molécules (spectres électroniques), transitions vibrationnelles avec changements dans les états vibrationnels des noyaux des atomes qui composent la molécule (spectre vibratoire) et changements dans les états de rotation de la molécule ( spectre de rotation) sont possibles. Ces spectres sont situés dans différentes régions de longueur d’onde (fréquence). Les spectres électroniques, compliqués par une structure vibrationnelle et rotationnelle, représentent un système de bandes caractéristiques (parfois un tel spectre est appelé spectre à lignes rayées), qui vont de l'ultraviolet sous vide (~ 1 000 A) à la région proche infrarouge (~ 12 000 A). ). Les spectres vibrationnels, accompagnés d'une structure rotationnelle, sont situés dans la partie proche infrarouge du spectre de 1,2 à 40 (de 8-103 à 250 cm~1). Les spectres de rotation sont situés dans la partie infrarouge la plus lointaine du spectre et leur mesure par des moyens optiques (thermoélectriques) est possible jusqu'à ~1,5 mm(soit de 250 à 6 cm~1). Les spectres de rotation s'étendent dans la région des micro-ondes étudiée par radiospectroscopie.
Conformément aux moyens techniques utilisés en analyse spectrale moléculaire, on distingue les types d'analyse moléculaire suivants.

Analyse d'absorption par spectres d'absorption
Dans ce type d'analyse, un échantillon est prélevé à l'état gazeux, liquide ou solide et placé entre une source spectre continu(lampe à incandescence pour la région visible du spectre, lampe à hydrogène ou au krypton pour la région ultraviolette, broche chaude pour la région infrarouge) et un dispositif spectral. Le spectre d'absorption est analysé à l'aide d'un spectromètre (spectrographe) ou d'un spectrophotomètre.
Conformément aux méthodes d'enregistrement du spectre d'absorption et aux régions spectrales utilisées, on distingue les méthodes suivantes d'analyse spectrale moléculaire d'absorption.
Visuel, lorsque l'observation du spectre d'absorption lors de l'analyse qualitative est réalisée dans la région visible à l'aide des spectroscopes à vision directe les plus simples avec des tubes à essai ou de petites cuvettes pour solutions placées directement devant la fente. Une lampe à incandescence ou la lumière du soleil est utilisée comme source de lumière transmise à travers la substance d'essai. Pour l'analyse quantitative, une mesure précise de l'atténuation des rayons lumineux d'une certaine longueur d'onde lorsqu'ils traversent la substance d'essai est effectuée. Ce problème est résolu par spectrophotométrie visuelle utilisant des spectrophotomètres à polarisation ou d'autres types de dispositifs photométriques. L'utilisation d'écrans fluorescents qui brillent sous l'influence des rayons ultraviolets traversant la substance d'essai permet une analyse visuelle dans la région ultraviolette. Pour déterminer visuellement l'intensité lumineuse de sources très faibles, notamment les écrans fluorescents, la méthode du seuil de sensation visuelle est parfois utilisée. En déplaçant un coin optique neutre placé devant l'œil de l'observateur, la luminosité de la lueur est affaiblie jusqu'au seuil de sensibilité de l'œil, c'est-à-dire la disparition de la lueur. Deux positions du coin sont fixes : la première, correspondant à l'affaiblissement de la luminosité de fluorescence de l'écran jusqu'au seuil lorsqu'un faisceau lumineux non atténué tombe dessus, la seconde - lorsque le même faisceau, mais affaibli lors du passage à travers la couche de substance à l'étude, tombe sur l'écran. La différence entre ces positions de coin, multipliée par la constante de coin, donne la valeur de la densité optique de la couche médicamenteuse.
Spectrophotométrie photographique utilisé relativement rarement. Le spectre d'absorption d'une solution ou d'une vapeur dans la région visible ou ultraviolette est photographié à l'aide d'un spectrographe. Pour la photométrie, les spectres sont soit obtenus à l'aide de dispositifs spéciaux (séparateurs de faisceaux lumineux), qui donnent les spectres de la source sur une plaque les uns en dessous des autres avec une atténuation et une absorption données de l'échantillon, soit la technique de photométrie photographique est utilisée.
Spectrophotométrie photoélectrique est actuellement le principal type d’analyse moléculaire par absorption utilisé dans les laboratoires de recherche et industriels. Dans un dispositif spectral (monochromateur), un détecteur de rayonnement photoélectrique est situé derrière la fente de sortie. Une cuvette avec un échantillon est placée devant la fente d'entrée. La lumière provenant d'une source à spectre continu sans échantillon et la lumière qui a traversé l'échantillon arrivent séquentiellement sur le récepteur. Le photocourant augmente, et avec instrument de mesure Vous pouvez prendre les valeurs de densité optique de l'échantillon (spectrophotomètres non enregistreurs). Les spectrophotomètres d'enregistrement enregistrent automatiquement une courbe de transmission ou d'absorbance. Il convient de noter que pour de nombreuses fins d'analyse technique lors du contrôle de masse d'échantillons du même type, il est possible d'utiliser des spectrophotomètres simplifiés, où la région spectrale est isolée par des filtres interférentiels ou un monochromateur focal.
La spectrophotométrie photoélectrique vous permet de résoudre le problème du contrôle automatique continu de la production de colorants, de vitamines et d'autres matériaux au cours du processus technologique. A cet effet, à une étape présélectionnée du processus technologique, la spectrophotométrie est réalisée à l'aide de spectrophotomètres photoélectriques dont les lectures peuvent être transmises au centre de contrôle de l'usine pour ajuster le processus technologique. Les lectures du spectrophotomètre peuvent être liées au système contrôle automatique processus.
Spectrophotométrie dans la région infrarouge du spectre(de 1 à 40-50 microns). L'analyse est effectuée à l'aide de spectres vibration-rotation qui, lors de la résolution de nombreux problèmes, sont plus caractéristiques que les spectres électroniques dans les régions visible et ultraviolette, ce qui détermine l'utilisation généralisée de ce type d'analyse spectrale moléculaire. Les moyens techniques sont des spectromètres enregistreurs et des spectrophotomètres. Pour réaliser l’analyse, il est nécessaire de connaître le spectre du composé à déterminer ; C'est là cependant la difficulté spécifique de l'analyse dans le domaine infrarouge, car pour les composés moléculaires, dont le nombre est immense, l'établissement de tableaux spectraux complets est pratiquement impossible. Afin de développer l'analyse spectrale moléculaire, des travaux réguliers sont actuellement en cours pour accumuler et systématiser les données sur les spectres d'absorption infrarouge de divers composés chimiques.
Analyse spectrale moléculaire d'émission
Deux types d'analyses sont largement utilisés : Raman et luminescence.
Analyse par spectres Raman(combinaison). La substance étudiée sous forme liquide ou en solution est placée dans une cuvette en verre spéciale et éclairée par la lumière de lampes à mercure puissantes. La lueur Raman apparaissant dans la substance est analysée à l'aide d'un instrument spectral à grande ouverture.
Le spectre Raman est généralement observé à partir des raies bleues (4358A), parfois vertes (5461A) et rarement à partir des raies jaunes (5770/5790A) du spectre du mercure. Les lignes vertes et jaunes sont principalement utilisées pour analyser des échantillons diffusant fortement la lumière (liquides troubles, poudres solides).
La position des raies Raman par rapport à la raie excitatrice du mercure, leur intensité, leur demi-largeur et leur degré de polarisation caractérisent le spectre Raman d'une molécule donnée. En utilisant de tels spectres, il est possible d'effectuer des analyses qualitatives et analyses quantitatives composés moléculaires, si leurs spectres Raman sont connus à partir d’expériences menées précédemment. En raison du grand nombre de composés chimiques, les tableaux de leurs spectres ne peuvent être exhaustifs et doivent être continuellement mis à jour.
En raison de la faible intensité des raies Raman, des spectrographes à haute ouverture sont utilisés pour les obtenir. Cependant, même dans ce cas, de longues expositions sont nécessaires pour obtenir des spectres suffisamment clairs. Récemment, des techniques photoélectriques pour enregistrer les spectres Raman ont commencé à se développer. Dans ce cas, le rayonnement est reçu par un monochromateur à grande ouverture, derrière la fente de sortie duquel se trouve un photomultiplicateur ; Le photocourant après amplification est enregistré par un enregistreur. Lors de l'enregistrement, le spectre se déplace le long de la fente de sortie du monochromateur grâce à la rotation du système de dispersion (principe du balayage du spectre). La combinaison de monochromateurs à grande ouverture et de photomultiplicateurs très sensibles permet d'enregistrer rapidement de faibles spectres Raman au lieu de plusieurs heures d'exposition lors de la photographie.
Analyse luminescente est basé sur l'étude de l'émission de fluorescence et de phosphorescence d'échantillons principalement solides et liquides lorsqu'ils sont exposés à un rayonnement ultraviolet ou corpusculaire. L'analyse basée sur l'observation de la photofluorescence est devenue particulièrement répandue. Dans ce cas, l'échantillon est éclairé par le rayonnement ultraviolet d'une lampe à mercure à travers un verre uviol noir ; Ce filtre laisse passer le rayonnement invisible de la ligne lumineuse du mercure 3650A et des autres lignes proches et élimine la lumière visible de la lampe. Sous l'influence des rayons ultraviolets, l'échantillon ou ses parties individuelles (dans le cas d'échantillons hétérogènes, par exemple des minéraux, des poudres) commencent à briller avec une lumière caractéristique. La couleur de cette lueur et son intensité sont des caractéristiques analytiques qui permettent des analyses qualitatives et quantitatives. Dans certains cas, la décomposition spectrale de l'émission de fluorescence est utilisée ; Les jugements sur la composition et la concentration sont fondés sur l'étude de la composition spectrale du rayonnement.
Le phénomène de fluorescence se caractérise par les propriétés suivantes qui déterminent ses capacités analytiques. Sous l'influence du rayonnement à ondes courtes, les coques électroniques des molécules luminescentes présentes dans la substance échantillon sont excitées ; Il faut donc que le rayonnement excitateur soit situé dans la bande d'absorption des molécules étudiées. Les molécules excitées commencent à émettre de la lumière dont le maximum du spectre est décalé vers les ondes longues par rapport au maximum du spectre d'absorption ; En conséquence, les longueurs d'onde du spectre de luminescence sont généralement supérieures à la longueur d'onde de la lumière excitatrice. Cependant, une partie de l'énergie absorbée par les molécules de la substance, dans certaines conditions, peut être répartie sur d'autres degrés de liberté des molécules. avant l'émission, et l'extinction de la fluorescence se produit. Il est associé à la fois aux propriétés de la substance luminescente elle-même et aux propriétés du solvant et se développe particulièrement fortement à des concentrations élevées de la substance luminescente en solution (quenching de concentration).
L'analyse luminescente basée sur les spectres de fluorescence a une sensibilité extrêmement élevée : par exemple, les atomes d'uranium sont détectés dans des concentrations négligeables allant jusqu'à 10-8-10-6 %, tandis que l'analyse élémentaire par émission n'en détecte que 10-4-10-3 %. Cependant, une sensibilité aussi élevée de l'analyse luminescente entraîne de sérieuses difficultés : un petit mélange d'une substance étrangère, également capable de luminescence, suffit pour que sa luminescence soit détectée dans le spectre observé et fausse les résultats de la détermination visuelle lorsque l'analyse est réalisée sans décomposition spectrale.
L'analyse luminescente est largement utilisée dans l'industrie agroalimentaire (contrôle de la fraîcheur des produits), en agriculture (contrôle de la germination des graines), en biologie et en médecine (distinction des tissus sains des tissus malades, détection des bactéries), dans les laboratoires d'usine (pour détecter les défauts et les fissures). dans les pièces métalliques). ) etc. Le grand avantage de cette méthode d'analyse est sa simplicité, sa rapidité et la simplicité de l'équipement utilisé, notamment pour le cas d'une analyse qualitative.
Il convient de noter que les spectres moléculaires d'émission sont utilisés avec succès pour détecter des composés intermédiaires (radicaux) dans les flammes, les plasmas de décharge gazeuse et les gaz chauffés à haute température. Les molécules diatomiques telles que OH, CN, CH, N0, C2, etc. émettent des spectres vibratoires électroniques très caractéristiques dans les domaines visible et ultraviolet, extrêmement faciles à interpréter et à quantifier. Les spectres d'émission des radicaux sont utilisés pour leur détection qualitative et leur évaluation quantitative approximative. Il est tout à fait possible d'utiliser à cette fin également les spectres d'absorption des radicaux dans les régions ultraviolettes et visibles du spectre, ainsi que les spectres d'absorption infrarouge (spectres vibratoires) et les spectres d'absorption rotationnelle dans la région des micro-ondes du spectre.