Номер 6, страница 251 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

Ответь на вопросы. § 51. Типы оптических спектров. Глава 3. Световые явления. Электромагнитные волны - номер 6, страница 251.

6*. Что такое спектральный анализ и как он проводится?

6*. Что такое спектральный анализ и как он проводится?

Спектральный анализ — это совокупность физических методов качественного и количественного определения состава вещества, основанных на изучении его спектров испускания, поглощения, отражения или люминесценции. Метод базируется на фундаментальном свойстве атомов и молекул каждого химического элемента излучать и поглощать свет на строго определенных, уникальных для них длинах волн (частотах).

Процедура проведения спектрального анализа обычно включает в себя следующие этапы:

1. Возбуждение атомов (или молекул) пробы. Исследуемое вещество необходимо перевести в состояние, в котором оно будет излучать свет. Для этого его испаряют и вводят, например, в пламя горелки, в электрическую дугу или искру. При высокой температуре или под действием электрического разряда атомы вещества возбуждаются, то есть переходят на более высокие энергетические уровни, а затем, возвращаясь в основное состояние, испускают фотоны с характерной энергией (и, соответственно, длиной волны). Этот процесс приводит к возникновению спектра испускания. Для получения спектра поглощения, наоборот, через холодный (невозбужденный) газ или пар исследуемого вещества пропускают свет от источника со сплошным спектром. Атомы вещества поглотят фотоны тех частот, которые они сами могли бы излучить в возбужденном состоянии.
2. Разложение света в спектр. Излученный или прошедший через вещество свет направляется в спектральный прибор (спектроскоп, спектрограф или спектрометр). С помощью диспергирующего элемента, которым может быть призма или дифракционная решетка, свет разлагается в спектр — совокупность монохроматических изображений входной щели прибора.
3. Регистрация и анализ спектра. Полученный спектр регистрируется (визуально, на фотопластинку или с помощью электронных детекторов, например, ПЗС-матрицы) и анализируется.
   • Качественный анализ: Положение (длины волн) наблюдаемых спектральных линий или полос сравнивают с эталонными спектрами, приведенными в специальных таблицах или атласах. Поскольку каждый химический элемент имеет свой неповторимый линейчатый спектр, наличие в спектре пробы характерных линий определенного элемента однозначно свидетельствует о его присутствии в образце.
   • Количественный анализ: Определяют количество вещества по интенсивности (яркости) спектральных линий. Яркость линий зависит от концентрации соответствующего элемента в пробе. Сравнивая интенсивность линий в спектре исследуемого образца с интенсивностью линий в спектрах эталонных образцов с известной концентрацией, можно определить количественное содержание элемента.

Ответ: Спектральный анализ — это метод определения состава вещества по его спектрам. Он проводится путем возбуждения атомов вещества, разложения испущенного или поглощенного им света в спектр с помощью спектрального прибора и последующего анализа полученного спектра: качественного (по положению линий) и количественного (по их интенсивности).

7*. Расскажите о применении

Спектральный анализ благодаря своей высокой чувствительности, точности, быстроте и возможности анализа малых количеств вещества нашел широчайшее применение в различных областях науки и техники.

• Астрофизика и астрономия. Это основной метод получения информации о небесных телах. С его помощью определяют химический состав Солнца, звезд, планет, туманностей и галактик. Анализ смещения спектральных линий (эффект Доплера) позволяет измерять скорость движения космических объектов и судить о расширении Вселенной. По спектрам также определяют температуру, давление и другие физические характеристики звездных атмосфер. Именно спектральный анализ солнечного света позволил открыть гелий.
• Промышленность и металлургия. В металлургической промышленности спектральный анализ используется для экспресс-контроля химического состава сталей, чугунов и различных сплавов на всех этапах производства, обеспечивая высокое качество продукции.
• Геология и горнодобывающая промышленность. Анализ спектров горных пород и минералов помогает при поиске и разведке месторождений полезных ископаемых. Можно быстро определить наличие и концентрацию ценных металлов (золота, платины, редких земель) в руде.
• Экология и охрана окружающей среды. Метод используется для мониторинга состояния окружающей среды: анализа чистоты воздуха, воды и почвы. Он позволяет обнаруживать и измерять концентрацию вредных примесей, таких как тяжелые металлы (свинец, ртуть, кадмий), даже в очень малых количествах.
• Криминалистика. Спектральный анализ является важным инструментом в судебной экспертизе. Он позволяет анализировать микрочастицы веществ (краски, волокна, частицы металла, пороха), найденные на месте преступления, и сравнивать их с образцами, связанными с подозреваемым, что помогает в расследовании.
• Искусствоведение и археология. Неразрушающий спектральный анализ применяется для изучения состава красок на картинах, чернил на древних рукописях, материалов, из которых изготовлены археологические находки. Это помогает определить подлинность произведений искусства, время их создания и используемые технологии, а также выбрать правильные методы реставрации.
• Медицина. В медицине спектральный анализ используется для определения элементного состава биологических тканей и жидкостей (крови, мочи, волос). Отклонения в содержании определенных микроэлементов могут служить диагностическим признаком различных заболеваний.

Ответ: Спектральный анализ применяется в астрофизике (определение состава и скорости звезд), промышленности (контроль качества сплавов), геологии (поиск ископаемых), экологии (обнаружение загрязнителей), криминалистике (анализ улик), искусствоведении (исследование артефактов) и медицине (диагностика заболеваний).