23
Спектральный анализ
В этом году исполянется 125 лет спектральному анализу, одному из важнейших физических методов исследования вещества.
В 1802 году английский ученый У. Х. Волластон (1766—1828) впервые заметил в солнечном спектре узкие темные линии, но не придал этому наблюдению особого значения. Гораздо более общирные и достоверные результаты получили в 1814—1815 годах немецкий оптик Я. Фраунгофер (1787—1826). Он показал, что спектр Солнца содержит множество темных линии (позже их стали называть фраунгоферовыми), а спектр пламени, куда была введена поваренная соль,—две яркие желтые линии. При этом он заметил также, что положения двух этих цветных линии точно совпадают с положениями двух темных линии (D-линий, по Фраунгоферу) солнечного
Спектры искусния и положения Солнца, натрия и водорода. Цифры на рисунке — это диапазоны волн (в нанометрах), соответствующие различным участкам видимой области спектра. Буквами обозначены наиболее интенсивные фраунгоферы линии.
Спектры искусния и положения Солнца, натрия и водорода. Цифры на рисунке — это диапазоны волн (в нанометрах), соответствующие различным участкам видимой области спектра. Буквами обозначены наиболее интенсивные фраунгоферы линии.
Такова вкратце предыстория спектрального анализа. Его же действительна история начинается с октября 1859 года, когда в трудах Берлинской Академии наук появился небольшая — всего две страницы — стать «О фраунгоферовых линяях». Статья была написана уже знаменитым в то время профессором физики Гейдельбергского университета Г. Кирхгофом (1824—1887), и речь в ней шла о спектральных исследованиях, которые он провел вместе с другими — не менее значениями — гейдельбергским профессором-химиком Р. Бунзеном (1811—1899).
Важнейший опыт состоит в следующем: перед разложением в спектр (с помощью признаемых солнечных лучи пропускали через пламя; в которое была введена поваренная соль. «В тех случаях, когда солнечный свет был достаточно ослаблен, писал Кирхгоф,— на месте темных D-линий появлялись две светлые линии; если же интенсивность солнечного света переступала известную границу, то обе темные D-линия обнаружились с гораиздо большей отчетливостью, чем при отсутствии пламя с поваренной солью». Кирхгоф сделал вывод: «Можно считать, что светлые линии в спектре пламя, совпадающие с D-линиями, всегда возникаютследствие присутствия в нем натрия; поэтому темные D-линия в солнечном спектре заставляют думать, что в атмосфере Солнца имеется натрий».
В нашей дни даже трудно представить, сколько сильное впечатление произел на современников этот выбор — впервые земная наука получила возможность определить химический состав далеких небесных тел. Сам же метод спектрального анализа, который с первых опытов представлялся гейдельбергским профессором учет ли не самоочувствим, был найдено проверен и со всей определностью установлен в последующих работах Кирхгофа и Бунзена.
Вот его основной принцип: каждому химическому элементу свойственно специфическое расположение спектральных линии, которые выглядают ярким и цветным, когда atoms этого элемента излучают свет, и темными — когда они свет поглощают.
Отромная плодотворность метода спектрального анализа вывелися незамеглительно. Уже в 1860 году Кирхгоф и Бунзен, зарегистировав неизвестный спектр, открыли новый элемент — цезий. В 1861 году они же открыли рубидий. Вскоре другими аналогичным образом были открыты талий и индий. Со временем открытие Кирхгофа и Бунзена превращалось в стандартный, универсальный и обладающий чрезвычайно высокой чувствительностью лабораторный метод качественного и количественного анализа вещества. Так, с его помощью можно обнаружить примеси, содержание которых составляет 10⁻⁶ % от основного материала.
Что касается природных спектров и причины удивительных закономерностей в расположении спектральных линии, то ответ на эти вопросы удалось получить только в первые десятилетия нашей века, когда возникла квантовая механика, теория, само создание которого было неразрывно с пробелем «расшифровки» спектров.
Б. Е. Явелов