थर्मल विकिरण और ल्यूमिनेसिसेंस।

ऊर्जा की खपत चमकदार शरीरविकिरण के लिए, से भरा जा सकता है विभिन्न स्रोतों. के दौरान जारी ऊर्जा के कारण फॉस्फोरस हवा की चमक में ऑक्सीकृत हो जाता है रासायनिक परिवर्तन. इस तरह के प्रकाश को केमिलुमिनेसेंस कहा जाता है। जो चमक से आती है विभिन्न प्रकार केस्वतंत्र गैस निर्वहनइलेक्ट्रोल्यूमिनेसिसेंस कहा जाता है। चमकना ठोसइलेक्ट्रॉनों के साथ उनके बमबारी के कारण कैथोडोल्यूमिनेसिसेंस कहा जाता है। इसकी एक निश्चित तरंग दैर्ध्य विशेषता के शरीर द्वारा विकिरण का उत्सर्जन λ 1 तरंग दैर्ध्य के विकिरण के साथ इस शरीर को विकिरणित करने (या पहले इसे विकिरणित करने) के कारण हो सकता है λ 1 से कम λ 2. इस तरह की प्रक्रियाओं को फोटोल्यूमिनेशन के नाम से जोड़ा जाता है (ल्यूमिनेसेंस को विकिरण कहा जाता है, किसी दिए गए तापमान पर शरीर के थर्मल विकिरण से अधिक और उत्सर्जित तरंगों की अवधि से काफी अधिक अवधि होती है। ल्यूमिनसेंट पदार्थ फॉस्फोरस कहलाते हैं। ).

चित्रा 8. 1 रसायन विज्ञान

चित्र 8. 2 फोटोलुमिनेसिसेंस

चित्रा 8. 3 इलेक्ट्रोल्यूमिनेशन।

उनके गर्म होने के कारण शरीर की चमक सबसे आम है। इस प्रकार की चमक को थर्मल (या तापमान) विकिरण कहा जाता है। थर्मल विकिरण किसी भी तापमान पर होता है, हालांकि, कम तापमान पर, व्यावहारिक रूप से केवल लंबी (अवरक्त) विद्युत चुम्बकीय तरंगें उत्सर्जित होती हैं।

चारों ओर से घेरना विकीर्ण करने वाला शरीरपूरी तरह से परावर्तक सतह (छवि) के साथ एक अभेद्य खोल।

शरीर पर पड़ने वाला विकिरण इसके द्वारा (आंशिक रूप से या पूर्ण रूप से) अवशोषित हो जाएगा। नतीजतन, शरीर और खोल को भरने वाले विकिरण के बीच ऊर्जा का निरंतर आदान-प्रदान होगा। यदि प्रत्येक तरंग दैर्ध्य के लिए शरीर और विकिरण के बीच ऊर्जा का वितरण अपरिवर्तित रहता है, तो शरीर-विकिरण प्रणाली की स्थिति संतुलन में होगी। अनुभव से पता चलता है कि विकिरण का एकमात्र प्रकार जो विकिरण करने वाले पिंडों के साथ संतुलन में हो सकता है, वह है ऊष्मीय विकिरण. अन्य सभी प्रकार के विकिरण गैर-संतुलन हैं।

थर्मल विकिरण की विकिरण निकायों के साथ संतुलन में होने की क्षमता इस तथ्य के कारण है कि बढ़ते तापमान के साथ इसकी तीव्रता बढ़ जाती है। आइए मान लें कि शरीर और विकिरण के बीच संतुलन का उल्लंघन होता है (चित्र देखें)।

फिर आंतरिक ऊर्जाशरीर में कमी आएगी, जिससे तापमान में कमी आएगी। यह, बदले में, शरीर द्वारा उत्सर्जित ऊर्जा की मात्रा में कमी का कारण बनेगा। जब तक शरीर द्वारा विकिरित ऊर्जा की मात्रा नहीं हो जाती तब तक शरीर का तापमान घटेगा संख्या के बराबरअवशोषित ऊर्जा। यदि दूसरी दिशा में संतुलन गड़बड़ा जाता है, अर्थात विकिरणित ऊर्जा की मात्रा अवशोषित से कम है, तो शरीर का तापमान तब तक बढ़ेगा जब तक कि संतुलन फिर से स्थापित नहीं हो जाता। इस प्रकार, शरीर-विकिरण प्रणाली में असंतुलन संतुलन को बहाल करने वाली प्रक्रियाओं की घटना का कारण बनता है।

किसी भी प्रकार के ल्यूमिनेसेंस के मामले में स्थिति अलग है। आइए इसे केमिलुमिनेसेंस के उदाहरण पर दिखाते हैं। जब तक विकिरण का कारण बनने वाली रासायनिक प्रतिक्रिया आगे बढ़ती है, तब तक विकिरण करने वाला शरीर अपनी मूल स्थिति से आगे और आगे बढ़ता रहता है। शरीर द्वारा विकिरण के अवशोषण से प्रतिक्रिया की दिशा नहीं बदलेगी, लेकिन इसके विपरीत, मूल दिशा में तेज (हीटिंग के कारण) प्रतिक्रिया होगी। संतुलन तभी स्थापित होगा जब प्रतिक्रियाशील पदार्थों और ल्यूमिनेसेंस की पूरी आपूर्ति समाप्त हो जाएगी।

वातानुकूलित रासायनिक प्रक्रिया, थर्मल विकिरण द्वारा प्रतिस्थापित किया जाएगा।

तो, सभी प्रकार के विकिरणों में, केवल तापीय विकिरण ही संतुलन में हो सकता है। ऊष्मप्रवैगिकी के नियम संतुलन अवस्थाओं और प्रक्रियाओं पर लागू होते हैं। नतीजतन, थर्मल विकिरण को भी कुछ का पालन करना चाहिए सामान्य पैटर्नऊष्मप्रवैगिकी के सिद्धांतों से उत्पन्न। इन नियमितताओं पर विचार करने के लिए हम मुड़ते हैं।

8.2 किरचॉफ का नियम.

आइए हम थर्मल विकिरण की कुछ विशेषताओं का परिचय दें।

ऊर्जा प्रवाह (कोई आवृत्ति), सभी दिशाओं में प्रति इकाई समय में विकिरणित पिंड की एक इकाई सतह द्वारा उत्सर्जित(एक ठोस कोण के भीतर 4π), बुलाया शरीर की ऊर्जा चमक (आर) [आर] = डब्ल्यू/एम2 .

विकिरण में विभिन्न आवृत्तियों (ν) की तरंगें होती हैं। आइए हम से . तक आवृत्ति रेंज में शरीर की एक इकाई सतह द्वारा उत्सर्जित ऊर्जा प्रवाह को निरूपित करें + डीवी, डी के माध्यम से आरवी फिर इस तापमान पर।

कहाँ पे - वर्णक्रमीय घनत्व ऊर्जा चमक, या शरीर का उत्सर्जन .

अनुभव से पता चलता है कि किसी पिंड की उत्सर्जनता शरीर के तापमान पर निर्भर करती है (प्रत्येक तापमान के लिए, अधिकतम विकिरण अपनी आवृत्ति सीमा में होता है)। आयाम .

उत्सर्जन को जानकर, हम गणना कर सकते हैं ऊर्जा चमक:

विद्युत चुम्बकीय तरंगों के कारण शरीर की सतह के प्राथमिक क्षेत्र पर दीप्तिमान ऊर्जा dФ की एक धारा गिरने दें, जिसकी आवृत्ति अंतराल dν में निहित है। इस प्रवाह का एक हिस्सा शरीर द्वारा अवशोषित किया जाएगा। आयामरहित

बुलाया शरीर की अवशोषण क्षमता . यह भी दृढ़ता से तापमान पर निर्भर करता है।

परिभाषा के अनुसार, यह एक से अधिक नहीं हो सकता। एक शरीर के लिए जो सभी आवृत्तियों के विकिरण को पूरी तरह से अवशोषित करता है, . ऐसे शरीर को कहा जाता है बिल्कुल काला (यह एक आदर्शीकरण है)।

जिस शरीर के लिए और एक से कमसभी आवृत्तियों के लिए,बुलाया धूसर शरीर (यह भी एक आदर्शीकरण है)।

शरीर की उत्सर्जन और अवशोषित करने की क्षमता के बीच एक निश्चित संबंध है। आइए मानसिक रूप से निम्नलिखित प्रयोग करें।

एक बंद खोल के अंदर तीन शरीर होने दें। शरीर निर्वात में हैं, इसलिए ऊर्जा का आदान-प्रदान केवल विकिरण के कारण ही हो सकता है। अनुभव से पता चलता है कि कुछ समय बाद ऐसी प्रणाली थर्मल संतुलन की स्थिति में आ जाएगी (सभी निकायों और खोल का तापमान समान होगा)।

इस अवस्था में, शरीर, जिसकी विकिरण क्षमता अधिक होती है, प्रति यूनिट समय खो देता है और ज्यादा उर्जा, लेकिन, इसलिए, इस शरीर में भी अधिक अवशोषण क्षमता होनी चाहिए:

1856 में गुस्ताव किरचॉफ ने तैयार किया कानून और सुझाव दिया ब्लैक बॉडी मॉडल .

उत्सर्जन और अवशोषणशीलता का अनुपात शरीर की प्रकृति पर निर्भर नहीं करता है, यह सभी निकायों के लिए समान है।(सार्वभौमिक)आवृत्ति और तापमान का कार्य।

जहां च (- सामान्य कार्यकिरचॉफ।

इस फ़ंक्शन में एक सार्वभौमिक, या निरपेक्ष, चरित्र है।

मात्रा और, अलग से ली गई, एक शरीर से दूसरे शरीर में जाने पर बहुत दृढ़ता से बदल सकती है, लेकिन उनका अनुपात निरंतरसभी निकायों के लिए (किसी दी गई आवृत्ति और तापमान पर)।

एक बिल्कुल काले शरीर के लिए, =1 इसलिए, इसके लिए f( , यानी। किरचॉफ का सार्वभौमिक कार्य और कुछ नहीं बल्कि पूरी तरह से काले शरीर की चमक है।

बिल्कुल काले शरीर प्रकृति में मौजूद नहीं हैं। कालिख या प्लेटिनम काले रंग में अवशोषित करने की शक्ति होती है , 1 , लेकिन केवल एक सीमित आवृत्ति रेंज में। हालांकि, एक छोटे से उद्घाटन के साथ एक गुहा पूरी तरह से काले शरीर के गुणों के बहुत करीब है। कई परावर्तनों के बाद, अंदर आने वाला बीम आवश्यक रूप से अवशोषित होता है, और किसी भी आवृत्ति का बीम।

ऐसे उपकरण (गुहा) की उत्सर्जकता के बहुत करीब होती है एफ(ν ,टी) इस प्रकार, यदि गुहा की दीवारों को तापमान पर बनाए रखा जाता है टी, तो छिद्र से निकलने वाला विकिरण में बहुत करीब होता है वर्णक्रमीय संरचनाएक ही तापमान पर ब्लैकबॉडी विकिरण के लिए।

इस विकिरण को एक स्पेक्ट्रम में विस्तारित करते हुए, कोई भी पा सकता है प्रयोगात्मक दृश्यकार्यों एफ(ν ,टी)(चित्र 1.3), साथ अलग तापमान टी 3 > टी 2 > टी 1 .

वक्र द्वारा कवर किया गया क्षेत्र उचित तापमान पर एक काले शरीर की ऊर्जा चमक देता है।

ये वक्र सभी निकायों के लिए समान हैं।

वक्र अणुओं के वेग वितरण फलन के समान होते हैं। लेकिन वहाँ, वक्रों से आच्छादित क्षेत्र स्थिर होते हैं, जबकि यहाँ, बढ़ते तापमान के साथ, क्षेत्र में काफी वृद्धि होती है। इससे पता चलता है कि ऊर्जा अनुकूलता तापमान पर अत्यधिक निर्भर है। बढ़ते तापमान के साथ अधिकतम विकिरण (उत्सर्जन) बदल रहा हैउच्च आवृत्तियों की ओर।

विभिन्न प्रकार की ऊर्जा के कारण पिंडों (पिंडों की चमक) द्वारा विद्युत चुम्बकीय तरंगों का विकिरण किया जा सकता है। सबसे आम थर्मल विकिरण है, यानी निकायों की आंतरिक ऊर्जा के कारण विद्युत चुम्बकीय तरंगों का उत्सर्जन। आंतरिक (थर्मल) को छोड़कर, किसी भी प्रकार की ऊर्जा से उत्साहित अन्य सभी प्रकार के ल्यूमिनेसेंस को संयुक्त किया जाता है साधारण नाम"ल्यूमिनेसेंस"।

रासायनिक परिवर्तन के दौरान निकलने वाली ऊर्जा के कारण फॉस्फोरस हवा की चमक में ऑक्सीकृत हो जाता है। इस तरह के प्रकाश को केमिलुमिनेसेंस कहा जाता है। के प्रभाव में गैसों और ठोस पदार्थों में होने वाली चमक विद्युत क्षेत्रइलेक्ट्रोल्यूमिनेसिसेंस कहा जाता है। इलेक्ट्रॉनों के साथ बमबारी के कारण ठोस पदार्थों की चमक को कैथोडोल्यूमिनेसिसेंस कहा जाता है। शरीर द्वारा अवशोषित विद्युत चुम्बकीय विकिरण द्वारा उत्तेजित ल्यूमिनेसिसेंस को फोटोल्यूमिनेशन कहा जाता है।

थर्मल विकिरण किसी भी तापमान पर होता है, हालांकि, कम तापमान पर, व्यावहारिक रूप से केवल लंबी (अवरक्त) विद्युत चुम्बकीय तरंगें उत्सर्जित होती हैं।

आइए हम विकिरणित पिंड को एक पूर्ण परावर्तक सतह (चित्र 1.1) के साथ एक खोल के साथ घेरें।

खोल से हवा निकालें। खोल द्वारा परावर्तित विकिरण, शरीर पर पड़ने वाला, इसके द्वारा (आंशिक रूप से या पूरी तरह से) अवशोषित हो जाएगा। नतीजतन, शरीर और खोल को भरने वाले विकिरण के बीच ऊर्जा का निरंतर आदान-प्रदान होगा। यदि प्रत्येक तरंग दैर्ध्य के लिए शरीर और विकिरण के बीच ऊर्जा का वितरण अपरिवर्तित रहता है, तो शरीर-विकिरण प्रणाली की स्थिति संतुलन में होगी। अनुभव से पता चलता है कि विकिरण का एकमात्र प्रकार जो विकिरण करने वाले पिंडों के साथ संतुलन में हो सकता है, वह है थर्मल विकिरण।

अन्य सभी प्रकार के विकिरण गैर-संतुलन हैं।

थर्मल विकिरण की विकिरण निकायों के साथ संतुलन में होने की क्षमता इस तथ्य के कारण है कि बढ़ते तापमान के साथ इसकी तीव्रता बढ़ जाती है। आइए मान लें कि शरीर और विकिरण के बीच संतुलन गड़बड़ा गया है और शरीर जितना ऊर्जा अवशोषित करता है उससे अधिक ऊर्जा उत्सर्जित करता है। तब शरीर की आंतरिक ऊर्जा कम हो जाएगी, जिससे तापमान में कमी आएगी। यह, बदले में, शरीर द्वारा उत्सर्जित ऊर्जा की मात्रा में कमी का कारण बनेगा। शरीर का तापमान तब तक कम होगा जब तक शरीर द्वारा उत्सर्जित ऊर्जा की मात्रा अवशोषित ऊर्जा की मात्रा के बराबर नहीं हो जाती। यदि दूसरी दिशा में संतुलन गड़बड़ा जाता है, अर्थात विकिरणित ऊर्जा की मात्रा अवशोषित से कम है, तो शरीर का तापमान तब तक बढ़ेगा जब तक कि संतुलन फिर से स्थापित नहीं हो जाता। इस प्रकार, शरीर-विकिरण प्रणाली में असंतुलन संतुलन को बहाल करने वाली प्रक्रियाओं की घटना का कारण बनता है।

ल्यूमिनेसिसेंस के मामले में स्थिति अलग है। आइए इसे केमिलुमिनेसेंस के उदाहरण पर दिखाते हैं। जब तक कंडीशनिंग विकिरण बहता है रासायनिक प्रतिक्रिया, विकिरण करने वाला पिंड अपनी मूल स्थिति से आगे और आगे बढ़ता है। शरीर द्वारा विकिरण के अवशोषण से प्रतिक्रिया की दिशा नहीं बदलेगी, लेकिन इसके विपरीत, मूल दिशा में तेज (हीटिंग के कारण) प्रतिक्रिया होगी। संतुलन तभी स्थापित होगा जब प्रतिक्रियाशील पदार्थों की पूरी आपूर्ति समाप्त हो जाएगी और रासायनिक प्रक्रियाओं के कारण ल्यूमिनेसेंस को थर्मल विकिरण द्वारा प्रतिस्थापित किया जाएगा।

तो, सभी प्रकार के विकिरणों में, केवल तापीय विकिरण ही संतुलन में हो सकता है। सेवा संतुलन राज्यऔर प्रक्रियाएं ऊष्मप्रवैगिकी के नियमों को लागू करती हैं। इसलिए, थर्मल विकिरण को ऊष्मप्रवैगिकी के सिद्धांतों से उत्पन्न होने वाले कुछ सामान्य कानूनों का पालन करना चाहिए। इन नियमितताओं पर विचार करने के लिए हम मुड़ते हैं।

विद्युत चुम्बकीय विकिरण. आवेदन के तरीके वर्णक्रमीय विश्लेषण.

विकिरण ऊर्जा।

प्रकाश स्रोत को ऊर्जा की खपत करनी चाहिए। प्रकाश विद्युत चुम्बकीय तरंगें हैं जिनकी तरंग दैर्ध्य 4 10-7 - 8 10-7 मीटर है। विद्युतचुम्बकीय तरंगेंपर उत्सर्जित तेज़ गतिआवेशित कण। ये आवेशित कण परमाणुओं का हिस्सा हैं। लेकिन, यह जाने बिना कि परमाणु की व्यवस्था कैसे की जाती है, विकिरण के तंत्र के बारे में कुछ भी विश्वसनीय नहीं कहा जा सकता है। यह केवल स्पष्ट है कि एक परमाणु के अंदर कोई प्रकाश नहीं है, जैसे कि पियानो के तार में कोई ध्वनि नहीं होती है। हथौड़े के वार के बाद ही बजने वाले तार की तरह परमाणु उत्तेजित होने के बाद ही प्रकाश को जन्म देते हैं।
परमाणु को विकिरण करने के लिए, उसे ऊर्जा स्थानांतरित करने की आवश्यकता होती है। विकिरण करने से, एक परमाणु अपनी प्राप्त ऊर्जा को खो देता है, और किसी पदार्थ की निरंतर चमक के लिए, उसके परमाणुओं को बाहर से ऊर्जा का प्रवाह आवश्यक होता है।

ऊष्मीय विकिरण। सबसे सरल और सबसे सामान्य प्रकार का विकिरण थर्मल विकिरण है, जिसमें प्रकाश के उत्सर्जन के लिए परमाणुओं की ऊर्जा हानि की भरपाई ऊर्जा द्वारा की जाती है तापीय गतिविकिरण शरीर के परमाणु या (अणु)।
पर प्रारंभिक XIXमें। यह पाया गया कि ऊपर (तरंग दैर्ध्य में) स्पेक्ट्रम का लाल भाग दृश्यमान प्रकाशस्पेक्ट्रम का अवरक्त भाग आंख के लिए अदृश्य होता है, और दृश्य प्रकाश स्पेक्ट्रम के बैंगनी भाग के नीचे स्पेक्ट्रम का अदृश्य पराबैंगनी भाग होता है।
तरंग दैर्ध्य अवरक्त विकिरण 3 10-4 से 7.6 10-7 मीटर की सीमा के भीतर संलग्न हैं। विशेषता संपत्तियह विकिरण इसका है तापीय क्रिया. अवरक्त किरणों का स्रोत कोई भी पिंड है। इस विकिरण की तीव्रता जितनी अधिक होती है, शरीर का तापमान उतना ही अधिक होता है। शरीर का तापमान जितना अधिक होता है, परमाणु उतनी ही तेजी से चलते हैं। जब तेज परमाणु (अणु) आपस में टकराते हैं, तो उनकी गतिज ऊर्जा का कुछ भाग परमाणुओं की उत्तेजना ऊर्जा में परिवर्तित हो जाता है, जो तब प्रकाश उत्सर्जित करती है।

इन्फ्रारेड विकिरण की जांच थर्मोकपल और बोलोमीटर का उपयोग करके की जाती है। रात्रि दृष्टि उपकरणों के संचालन का सिद्धांत अवरक्त विकिरण के उपयोग पर आधारित है।
विकिरण का ऊष्मा स्रोत सूर्य है, साथ ही एक साधारण गरमागरम दीपक भी है। दीपक एक बहुत ही सुविधाजनक, लेकिन अलाभकारी स्रोत है। दीपक में निकलने वाली कुल ऊर्जा का केवल लगभग 12% विद्युत का झटका, प्रकाश ऊर्जा में परिवर्तित हो जाता है। प्रकाश का ऊष्मा स्रोत ज्वाला है। ईंधन के दहन के दौरान निकलने वाली ऊर्जा से कालिख के दाने गर्म होते हैं और प्रकाश उत्सर्जित करते हैं।

इलेक्ट्रोल्यूमिनेसिसेंस। प्रकाश उत्सर्जित करने के लिए परमाणुओं द्वारा आवश्यक ऊर्जा को गैर-थर्मल स्रोतों से भी उधार लिया जा सकता है। गैसों में निर्वहन करते समय, विद्युत क्षेत्र अधिक से अधिक इलेक्ट्रॉनों को सूचित करता है गतिज ऊर्जा. तेज इलेक्ट्रॉन परमाणुओं के साथ टकराव का अनुभव करते हैं। इलेक्ट्रॉनों की गतिज ऊर्जा का एक हिस्सा परमाणुओं के उत्तेजना में जाता है। उत्साहित परमाणुप्रकाश तरंगों के रूप में ऊर्जा छोड़ते हैं। इसके कारण, गैस में निर्वहन एक चमक के साथ होता है। यह इलेक्ट्रोल्यूमिनेशन है।

कैथोडोल्यूमिनेसिसेंस इलेक्ट्रॉनों के साथ बमबारी के कारण ठोस पदार्थों की चमक को कैथोडोल्यूमिनेसिसेंस कहा जाता है। कैथोड किरण नलिकाओं के परदे कैथोडोल्यूमिनेसिसेंस के कारण चमकते हैं।

रसायन विज्ञान। कुछ रासायनिक प्रतिक्रियाओं में जो ऊर्जा की रिहाई के साथ जाती हैं, इस ऊर्जा का एक हिस्सा सीधे प्रकाश के उत्सर्जन पर खर्च किया जाता है। प्रकाश स्रोत ठंडा रहता है (इसका तापमान होता है वातावरण) इस घटना को केमिलुमिनेसेंस कहा जाता है।

फोटोलुमिनेसेंस। किसी पदार्थ पर पड़ने वाला प्रकाश आंशिक रूप से परावर्तित होता है और आंशिक रूप से अवशोषित होता है। अधिकांश मामलों में अवशोषित प्रकाश की ऊर्जा केवल पिंडों को गर्म करने का कारण बनती है। हालाँकि, कुछ पिंड स्वयं उस पर विकिरण की घटना की कार्रवाई के तहत सीधे चमकने लगते हैं। यह फोटोलुमिनेसेंस है।

प्रकाश पदार्थ के परमाणुओं को उत्तेजित करता है (उनकी आंतरिक ऊर्जा को बढ़ाता है), जिसके बाद वे स्वयं द्वारा हाइलाइट किए जाते हैं। उदाहरण के लिए, चमकदार पेंट, जो कई क्रिसमस की सजावट को कवर करते हैं, विकिरण के बाद प्रकाश उत्सर्जित करते हैं। ठोस पदार्थों का प्रकाश-लुमिनेशन, साथ ही विशेष उद्देश्य- (सामान्यीकृत) फॉस्फोर, न केवल दृश्य में, बल्कि पराबैंगनी और अवरक्त श्रेणियों में भी हो सकते हैं। फोटोलुमिनेसेंस के दौरान उत्सर्जित प्रकाश में, एक नियम के रूप में, प्रकाश की तुलना में एक लंबी तरंग दैर्ध्य होती है जो चमक को उत्तेजित करती है। इसे प्रायोगिक तौर पर देखा जा सकता है। यदि वायलेट प्रकाश फिल्टर के माध्यम से पारित एक प्रकाश पुंज एक फ्लोरोसेंट (ऑर्गेनिक डाई) वाले बर्तन में निर्देशित किया जाता है, तो यह तरल हरे-पीले प्रकाश के साथ चमकना शुरू कर देता है, यानी बैंगनी प्रकाश की तुलना में लंबी तरंग दैर्ध्य का प्रकाश।
फोटोलुमिनेसेंस की घटना का व्यापक रूप से फ्लोरोसेंट लैंप में उपयोग किया जाता है। सोवियत भौतिक विज्ञानीएस आई वाविलोव ने कवर करने का प्रस्ताव रखा भीतरी सतहगैस डिस्चार्ज के शॉर्ट-वेव विकिरण की क्रिया के तहत उज्ज्वल रूप से चमकने में सक्षम पदार्थों के साथ डिस्चार्ज ट्यूब।

स्पेक्ट्रम में ऊर्जा का वितरण।

कोई भी स्रोत मोनोक्रोमैटिक प्रकाश नहीं देता है, अर्थात्, कड़ाई से परिभाषित तरंग दैर्ध्य का प्रकाश। हम एक प्रिज्म की मदद से एक स्पेक्ट्रम में प्रकाश के अपघटन पर प्रयोगों के साथ-साथ हस्तक्षेप और विवर्तन पर प्रयोगों से इस बात से आश्वस्त हैं।
स्रोत से प्रकाश अपने साथ ले जाने वाली ऊर्जा को एक निश्चित तरीके से सभी तरंग दैर्ध्य की तरंगों पर वितरित किया जाता है जो प्रकाश किरण बनाते हैं। हम यह भी कह सकते हैं कि ऊर्जा आवृत्तियों पर वितरित की जाती है, क्योंकि तरंग दैर्ध्य और आवृत्ति के बीच एक सरल संबंध है: v = c।
विद्युत चुम्बकीय विकिरण प्रवाह घनत्व या तीव्रता सभी आवृत्तियों के कारण ऊर्जा द्वारा निर्धारित की जाती है। आवृत्तियों पर विकिरण के वितरण को चिह्नित करने के लिए, आपको एक नया मान पेश करना होगा: तीव्रता प्रति इकाई आवृत्ति अंतराल। इस मान को विकिरण तीव्रता का वर्णक्रमीय घनत्व कहा जाता है।

ऊर्जा के वितरण का आकलन करते समय आप आंख पर भरोसा नहीं कर सकते। आंख में प्रकाश के प्रति चयनात्मक संवेदनशीलता होती है: इसकी अधिकतम संवेदनशीलता स्पेक्ट्रम के पीले-हरे क्षेत्र में होती है। सभी तरंग दैर्ध्य के प्रकाश को लगभग पूरी तरह से अवशोषित करने के लिए एक काले शरीर की संपत्ति का लाभ उठाना सबसे अच्छा है। इस मामले में, विकिरण की ऊर्जा (यानी, प्रकाश) शरीर के ताप का कारण बनती है। इसलिए, यह शरीर के तापमान को मापने के लिए पर्याप्त है और इसका उपयोग प्रति यूनिट समय में अवशोषित ऊर्जा की मात्रा को आंकने के लिए किया जाता है।
एक साधारण थर्मामीटर ऐसे प्रयोगों में सफलतापूर्वक उपयोग किए जाने के लिए बहुत संवेदनशील होता है। अधिक संवेदनशील तापमान मापने वाले उपकरणों की जरूरत है। आप एक इलेक्ट्रिक थर्मामीटर ले सकते हैं, जिसमें संवेदन तत्वएक पतली धातु की प्लेट के रूप में बनाया गया। इस प्लेट को कालिख की एक पतली परत से ढंकना चाहिए, जो किसी भी तरंग दैर्ध्य के प्रकाश को लगभग पूरी तरह से अवशोषित कर लेती है।
यंत्र की ऊष्मा-संवेदी प्लेट को स्पेक्ट्रम में किसी न किसी स्थान पर रखा जाना चाहिए। हर चीज़ दृश्यमान प्रतिबिम्बलाल किरणों से वायलेट तक की लंबाई l IR से UV तक की आवृत्ति रेंज से मेल खाती है। चौड़ाई एक छोटे से अंतराल Av से मेल खाती है। डिवाइस की काली प्लेट को गर्म करके, घनत्व का अंदाजा लगाया जा सकता है विकिरण प्रवाहप्रति आवृत्ति अंतराल Av. प्लेट को स्पेक्ट्रम के अनुदिश घुमाने पर हम पाते हैं कि ज्यादातरऊर्जा स्पेक्ट्रम के लाल हिस्से पर पड़ती है, न कि पीले-हरे रंग पर, जैसा कि आंख को लगता है।
इन प्रयोगों के परिणामों के आधार पर, आवृत्ति पर विकिरण तीव्रता के वर्णक्रमीय घनत्व की निर्भरता की साजिश करना संभव है। विकिरण की तीव्रता का वर्णक्रमीय घनत्व प्लेट के तापमान से निर्धारित होता है, और आवृत्ति यह पता लगाना मुश्किल नहीं है कि क्या प्रकाश को विघटित करने के लिए इस्तेमाल किया जाने वाला उपकरण कैलिब्रेटेड है, अर्थात, यदि यह ज्ञात है कि स्पेक्ट्रम का दिया गया खंड किस आवृत्ति से मेल खाता है को।
एब्सिस्सा अक्ष के साथ एवी अंतराल के मध्य बिंदुओं के अनुरूप आवृत्तियों के मूल्यों को प्लॉट करना, और समन्वय अक्ष के साथ विकिरण तीव्रता का वर्णक्रमीय घनत्व, हम बिंदुओं की एक श्रृंखला प्राप्त करते हैं जिसके माध्यम से एक चिकनी वक्र खींचा जा सकता है। यह वक्र ऊर्जा के वितरण और विद्युत चाप के स्पेक्ट्रम के दृश्य भाग का एक दृश्य प्रतिनिधित्व देता है।

स्पेक्ट्रा के प्रकार।

विकिरण की वर्णक्रमीय संरचना विभिन्न पदार्थबहुत विविध। लेकिन, इसके बावजूद, सभी स्पेक्ट्रा, जैसा कि अनुभव से पता चलता है, तीन प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है जो एक दूसरे से भिन्न होते हैं।

निरंतर स्पेक्ट्रा।

सौर स्पेक्ट्रम या चाप प्रकाश स्पेक्ट्रम निरंतर है। इसका मतलब है कि स्पेक्ट्रम में सभी तरंग दैर्ध्य का प्रतिनिधित्व किया जाता है। स्पेक्ट्रम में कोई असंतुलन नहीं है, और स्पेक्ट्रोग्राफ स्क्रीन पर एक सतत बहुरंगी बैंड देखा जा सकता है।
आवृत्तियों पर ऊर्जा वितरण, यानी विकिरण तीव्रता का वर्णक्रमीय घनत्व, के लिए विभिन्न निकायको अलग। उदाहरण के लिए, बहुत काली सतह वाला एक पिंड सभी आवृत्तियों की विद्युत चुम्बकीय तरंगों का उत्सर्जन करता है, लेकिन विकिरण तीव्रता बनाम आवृत्ति वक्र का वर्णक्रमीय घनत्व एक निश्चित आवृत्ति पर अधिकतम होता है। बहुत छोटी और बहुत उच्च आवृत्तियों के कारण होने वाली विकिरण ऊर्जा नगण्य होती है। जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, विकिरण का अधिकतम वर्णक्रमीय घनत्व छोटी तरंगों की ओर शिफ्ट हो जाता है।
निरंतर (या निरंतर) स्पेक्ट्रा, जैसा कि अनुभव से पता चलता है, ऐसे पिंड देते हैं जो ठोस या तरल अवस्थाऔर अत्यधिक संपीड़ित गैसें। एक निरंतर स्पेक्ट्रम प्राप्त करने के लिए, आपको शरीर को उच्च तापमान पर गर्म करने की आवश्यकता होती है।
निरंतर स्पेक्ट्रम की प्रकृति और इसके अस्तित्व का तथ्य न केवल व्यक्तिगत विकिरण परमाणुओं के गुणों से निर्धारित होता है, बल्कि इसमें भी होता है मजबूत डिग्रीपरमाणुओं की परस्पर क्रिया पर निर्भर करता है।
उच्च तापमान वाले प्लाज्मा द्वारा एक सतत स्पेक्ट्रम भी तैयार किया जाता है। इलेक्ट्रोमैग्नेटिक तरंगें प्लाज्मा द्वारा मुख्य रूप से तब उत्सर्जित होती हैं जब इलेक्ट्रॉन आयनों से टकराते हैं।

रेखा स्पेक्ट्रा।

आइए हम गैस बर्नर की पीली लौ में एस्बेस्टस के एक टुकड़े को साधारण के घोल से सिक्त करें नमक. जब एक स्पेक्ट्रोस्कोप के माध्यम से एक लौ का अवलोकन किया जाता है, तो एक चमकीली पीली रेखा लौ के बमुश्किल अलग-अलग निरंतर स्पेक्ट्रम की पृष्ठभूमि के खिलाफ चमकती है। यह पीली रेखा सोडियम वाष्प द्वारा दी जाती है, जो एक लौ में सोडियम क्लोराइड अणुओं के विभाजन के दौरान बनती है। स्पेक्ट्रोस्कोप पर, कोई भी अलग-अलग चमक की रंगीन रेखाओं का एक ताल देख सकता है, जिसे विस्तृत अंधेरे बैंड द्वारा अलग किया जाता है। ऐसे स्पेक्ट्रा को लाइन स्पेक्ट्रा कहा जाता है। एक लाइन स्पेक्ट्रम की उपस्थिति का मतलब है कि पदार्थ केवल कुछ निश्चित तरंग दैर्ध्य (अधिक सटीक, कुछ बहुत ही संकीर्ण वर्णक्रमीय अंतराल में) का प्रकाश उत्सर्जित करता है। प्रत्येक पंक्ति की एक सीमित चौड़ाई होती है।
लाइन स्पेक्ट्रा केवल परमाणु अवस्था में पदार्थों में होता है (लेकिन आणविक वाले नहीं)। इस मामले में, परमाणुओं द्वारा प्रकाश उत्सर्जित होता है जो व्यावहारिक रूप से एक दूसरे के साथ बातचीत नहीं करते हैं। यह सबसे मौलिक, बुनियादी प्रकार का स्पेक्ट्रा है। लाइन स्पेक्ट्रा की मुख्य संपत्ति यह है कि किसी दिए गए रासायनिक तत्व के पृथक परमाणु तरंग दैर्ध्य के कड़ाई से परिभाषित, गैर-दोहराव अनुक्रमों का उत्सर्जन करते हैं। दो विभिन्न तत्वतरंग दैर्ध्य का कोई एकल क्रम नहीं है। स्पेक्ट्रल बैंड स्रोत से उत्सर्जित तरंग दैर्ध्य के स्थान पर एक स्पेक्ट्रल डिवाइस के आउटपुट पर दिखाई देते हैं। आमतौर पर, लाइन स्पेक्ट्रा का निरीक्षण करने के लिए, एक लौ में किसी पदार्थ के वाष्प की चमक या अध्ययन के तहत गैस से भरी ट्यूब में गैस डिस्चार्ज की चमक का उपयोग किया जाता है।
परमाणु गैस के घनत्व में वृद्धि के साथ, व्यक्ति वर्णक्रमीय रेखाएंविस्तार करें और अंत में, बहुत उच्च घनत्वगैस, जब परमाणुओं की परस्पर क्रिया महत्वपूर्ण हो जाती है, तो ये रेखाएँ एक दूसरे को ओवरलैप करके एक सतत स्पेक्ट्रम बनाती हैं।

धारीदार स्पेक्ट्रा।

धारीदार स्पेक्ट्रम में अलग-अलग बैंड होते हैं जो अंधेरे अंतराल से अलग होते हैं। एक बहुत अच्छे वर्णक्रमीय उपकरण की सहायता से यह पाया जा सकता है कि प्रत्येक बैंड एक संग्रह है एक लंबी संख्याबहुत बारीकी से फैली हुई रेखाएँ। लाइन स्पेक्ट्रा के विपरीत, स्ट्राइप स्पेक्ट्रा परमाणुओं द्वारा नहीं, बल्कि अणुओं द्वारा बनाए जाते हैं जो बंधे या कमजोर रूप से बंधे नहीं होते हैं। बंधा हुआ दोस्तमित्र के साथ।
आणविक स्पेक्ट्रा का निरीक्षण करने के लिए, साथ ही लाइन स्पेक्ट्रा का निरीक्षण करने के लिए, आमतौर पर एक लौ में वाष्प की चमक या गैस के निर्वहन की चमक का उपयोग किया जाता है।

उत्सर्जन और अवशोषण स्पेक्ट्रा।

वे सभी पदार्थ जिनके परमाणु उत्तेजित अवस्था में होते हैं, उत्सर्जित करते हैं प्रकाश तरंगों, जिसकी ऊर्जा तरंग दैर्ध्य पर एक निश्चित तरीके से वितरित की जाती है। किसी पदार्थ द्वारा प्रकाश का अवशोषण तरंगदैर्घ्य पर भी निर्भर करता है। तो, लाल कांच लाल बत्ती (l»8 10-5 सेमी) के अनुरूप तरंगों को प्रसारित करता है, और बाकी सभी को अवशोषित करता है।
अगर छोड़ें सफेद रोशनीएक ठंडी, गैर-विकिरण वाली गैस के माध्यम से, स्रोत के निरंतर स्पेक्ट्रम की पृष्ठभूमि के खिलाफ गहरी रेखाएं दिखाई देती हैं। गैस सबसे अधिक तीव्रता से उन तरंग दैर्ध्य के प्रकाश को अवशोषित करती है जो बहुत गर्म होने पर उत्सर्जित होती है। निरंतर स्पेक्ट्रम की पृष्ठभूमि के खिलाफ गहरी रेखाएं अवशोषण रेखाएं होती हैं जो एक साथ अवशोषण स्पेक्ट्रम बनाती हैं।
निरंतर, रेखा और धारीदार उत्सर्जन स्पेक्ट्रा और समान संख्या में अवशोषण स्पेक्ट्रा होते हैं।

वर्णक्रमीय विश्लेषण और उसका अनुप्रयोग।

यह जानना जरूरी है कि हमारे आसपास के शरीर किस चीज से बने हैं। उनकी संरचना निर्धारित करने के लिए कई तरीके तैयार किए गए हैं। लेकिन तारों और आकाशगंगाओं की संरचना को केवल वर्णक्रमीय विश्लेषण की सहायता से ही जाना जा सकता है।

किसी पदार्थ की गुणात्मक और मात्रात्मक संरचना को उसके स्पेक्ट्रम द्वारा निर्धारित करने की विधि को वर्णक्रमीय विश्लेषण कहा जाता है। अयस्क के नमूनों की रासायनिक संरचना को निर्धारित करने के लिए खनिज अन्वेषण में वर्णक्रमीय विश्लेषण का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। उद्योग में, वर्णक्रमीय विश्लेषण वांछित गुणों वाली सामग्री प्राप्त करने के लिए धातुओं में पेश की गई मिश्र धातुओं और अशुद्धियों की संरचना को नियंत्रित करना संभव बनाता है। लाइन स्पेक्ट्रा विशेष रूप से खेलते हैं महत्वपूर्ण भूमिका, क्योंकि उनकी संरचना सीधे परमाणु की संरचना से संबंधित है। आखिरकार, ये स्पेक्ट्रा परमाणुओं द्वारा बनाए जाते हैं जो बाहरी प्रभावों का अनुभव नहीं करते हैं। इसलिए, लाइन स्पेक्ट्रा से परिचित होने के बाद, हम परमाणुओं की संरचना का अध्ययन करने की दिशा में पहला कदम उठाते हैं। इन स्पेक्ट्रा को देखकर, वैज्ञानिक परमाणु के अंदर "देखने" में सक्षम थे। यहां, प्रकाशिकी परमाणु भौतिकी के निकट संपर्क में आती है।
लाइन स्पेक्ट्रा की मुख्य संपत्ति यह है कि किसी पदार्थ के लाइन स्पेक्ट्रम की तरंग दैर्ध्य (या आवृत्तियों) केवल इस पदार्थ के परमाणुओं के गुणों पर निर्भर करती है, लेकिन परमाणुओं के ल्यूमिनेसिसेंस के उत्तेजना की विधि से पूरी तरह से स्वतंत्र होती है। किसी भी रासायनिक तत्व के परमाणु अन्य सभी तत्वों के स्पेक्ट्रा के विपरीत एक स्पेक्ट्रम देते हैं: वे तरंग दैर्ध्य के एक कड़ाई से परिभाषित सेट का उत्सर्जन करने में सक्षम हैं।
वर्णक्रमीय विश्लेषण इस पर आधारित है - किसी पदार्थ की रासायनिक संरचना को उसके स्पेक्ट्रम से निर्धारित करने की एक विधि।

मानव उंगलियों के निशान की तरह लाइन स्पेक्ट्राएक अद्वितीय व्यक्तित्व है। उंगली की त्वचा पर पैटर्न की विशिष्टता अक्सर अपराधी को खोजने में मदद करती है। उसी तरह, स्पेक्ट्रम की वैयक्तिकता के कारण, यह निर्धारित करना संभव है रासायनिक संरचनातन। वर्णक्रमीय विश्लेषण का उपयोग करके, आप रचना में इस तत्व का पता लगा सकते हैं जटिल पदार्थ, भले ही इसका द्रव्यमान 10-10 से अधिक न हो। यह बहुत ही संवेदनशील तरीका है।
किसी पदार्थ के लाइन स्पेक्ट्रम के अध्ययन से यह निर्धारित करना संभव हो जाता है कि किससे रासायनिक तत्वइसमें शामिल है और इस पदार्थ में प्रत्येक तत्व किस मात्रा में निहित है।
अध्ययन के तहत नमूने में तत्व की मात्रात्मक सामग्री इस तत्व के स्पेक्ट्रम की अलग-अलग रेखाओं की तीव्रता की तुलना किसी अन्य रासायनिक तत्व की रेखाओं की तीव्रता से की जाती है, जिसकी मात्रात्मक सामग्री नमूने में जानी जाती है।
किसी पदार्थ की संरचना का उसके स्पेक्ट्रम द्वारा मात्रात्मक विश्लेषण मुश्किल है, क्योंकि वर्णक्रमीय रेखाओं की चमक न केवल पदार्थ के द्रव्यमान पर निर्भर करती है, बल्कि चमक के उत्तेजना की विधि पर भी निर्भर करती है। हाँ, अत कम तामपानकई वर्णक्रमीय रेखाएँ बिल्कुल भी प्रकट नहीं होती हैं। हालांकि, ल्यूमिनेसेंस के उत्तेजना के लिए मानक परिस्थितियों में, एक मात्रात्मक वर्णक्रमीय विश्लेषण भी किया जा सकता है।
वर्णक्रमीय विश्लेषण के लाभ हैं उच्च संवेदनशीलऔर परिणाम की गति। वर्णक्रमीय विश्लेषण की सहायता से, 6 10-7 ग्राम वजन के नमूने में सोने की उपस्थिति का पता लगाना संभव है, जबकि इसका द्रव्यमान केवल 10-8 ग्राम है। वर्णक्रमीय विश्लेषण द्वारा स्टील ग्रेड का निर्धारण कई दसियों में किया जा सकता है सेकंड का।
वर्णक्रमीय विश्लेषण आपको रासायनिक संरचना निर्धारित करने की अनुमति देता है खगोलीय पिंडपृथ्वी से अरबों प्रकाश वर्ष दूर। ग्रहों और सितारों के वायुमंडल की रासायनिक संरचना, इंटरस्टेलर स्पेस में ठंडी गैस अवशोषण स्पेक्ट्रा द्वारा निर्धारित की जाती है।
स्पेक्ट्रा का अध्ययन करके, वैज्ञानिक न केवल खगोलीय पिंडों की रासायनिक संरचना, बल्कि उनके तापमान को भी निर्धारित करने में सक्षम थे। आकाशीय पिंड की गति निर्धारित करने के लिए वर्णक्रमीय रेखाओं की पारी का उपयोग किया जा सकता है।

वर्तमान में, सभी परमाणुओं के स्पेक्ट्रा निर्धारित किए गए हैं और स्पेक्ट्रा की तालिकाएं संकलित की गई हैं। वर्णक्रमीय विश्लेषण की मदद से, कई नए तत्वों की खोज की गई: रूबिडियम, सीज़ियम, और अन्य। तत्वों को अक्सर स्पेक्ट्रम की सबसे तीव्र रेखाओं के रंग के अनुसार नामित किया गया था। रूबिडियम गहरे लाल, रूबी रेखाएं देता है। सीज़ियम शब्द का अर्थ है "आकाश नीला"। यह सीज़ियम स्पेक्ट्रम की मुख्य रेखाओं का रंग है।
वर्णक्रमीय विश्लेषण की सहायता से उन्होंने सूर्य और तारों की रासायनिक संरचना को सीखा। विश्लेषण के अन्य तरीके यहां आम तौर पर असंभव हैं। यह पता चला कि तारे उन्हीं रासायनिक तत्वों से बने हैं जो पृथ्वी पर पाए जाते हैं। यह उत्सुक है कि हीलियम मूल रूप से सूर्य में खोजा गया था और उसके बाद ही पृथ्वी के वायुमंडल में पाया गया था। इस तत्व का नाम इसकी खोज के इतिहास को याद करता है: अनुवाद में हीलियम शब्द का अर्थ "धूप" है।
इसकी तुलनात्मक सादगी और बहुमुखी प्रतिभा के कारण, धातु विज्ञान, मैकेनिकल इंजीनियरिंग और परमाणु उद्योग में किसी पदार्थ की संरचना की निगरानी के लिए वर्णक्रमीय विश्लेषण मुख्य तरीका है। वर्णक्रमीय विश्लेषण की सहायता से अयस्कों और खनिजों की रासायनिक संरचना का निर्धारण किया जाता है।
जटिल, मुख्य रूप से कार्बनिक, मिश्रण की संरचना का विश्लेषण उनके आणविक स्पेक्ट्रा द्वारा किया जाता है।
वर्णक्रमीय विश्लेषण न केवल उत्सर्जन स्पेक्ट्रा से, बल्कि अवशोषण स्पेक्ट्रा से भी किया जा सकता है। यह सूर्य और सितारों के स्पेक्ट्रम में अवशोषण रेखाएं हैं जो इन खगोलीय पिंडों की रासायनिक संरचना का अध्ययन करना संभव बनाती हैं। सूर्य की चमकदार चमकदार सतह - प्रकाशमंडल - एक सतत स्पेक्ट्रम देता है। सौर वातावरणफोटोस्फीयर से प्रकाश को चुनिंदा रूप से अवशोषित करता है, जिससे फोटोस्फीयर के निरंतर स्पेक्ट्रम की पृष्ठभूमि के खिलाफ अवशोषण लाइनों की उपस्थिति होती है।
लेकिन सूर्य का वातावरण ही प्रकाश उत्सर्जित करता है। दौरान सूर्य ग्रहण, जब सौर डिस्कचंद्रमा द्वारा बंद, स्पेक्ट्रम की रेखाएं उलट जाती हैं। सौर स्पेक्ट्रम में अवशोषण लाइनों के बजाय, उत्सर्जन लाइनें चमकती हैं।
खगोल भौतिकी में, वर्णक्रमीय विश्लेषण को न केवल तारों, गैस बादलों आदि की रासायनिक संरचना को निर्धारित करने के लिए समझा जाता है, बल्कि कई अन्य को खोजने के लिए भी समझा जाता है। भौतिक विशेषताएंये वस्तुएं: तापमान, दबाव, गति, चुंबकीय प्रेरण।
खगोल भौतिकी के अलावा, अपराध स्थल पर पाए गए साक्ष्य की जांच के लिए, फोरेंसिक में वर्णक्रमीय विश्लेषण का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। इसके अलावा, फोरेंसिक विज्ञान में वर्णक्रमीय विश्लेषण हत्या के हथियार को निर्धारित करने में मदद करता है और सामान्य तौर पर, अपराध के कुछ विवरणों को प्रकट करने के लिए।
वर्णक्रमीय विश्लेषण चिकित्सा में और भी अधिक व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। यहां इसका आवेदन बहुत व्यापक है। इसका उपयोग निदान के लिए किया जा सकता है, साथ ही मानव शरीर में विदेशी पदार्थों को निर्धारित करने के लिए भी किया जा सकता है।
वर्णक्रमीय विश्लेषण के लिए विशेष वर्णक्रमीय उपकरणों की आवश्यकता होती है, जिन पर हम आगे विचार करेंगे।

वर्णक्रमीय उपकरण।

स्पेक्ट्रा के एक सटीक अध्ययन के लिए, प्रकाश किरण और एक प्रिज्म को सीमित करने वाली संकीर्ण भट्ठा जैसे सरल उपकरण अब पर्याप्त नहीं हैं। ऐसे उपकरणों की आवश्यकता होती है जो एक स्पष्ट स्पेक्ट्रम देते हैं, अर्थात, ऐसे उपकरण जो तरंगों को अच्छी तरह से अलग करते हैं विभिन्न लंबाईऔर गैर-अतिव्यापी व्यक्तिगत खंडस्पेक्ट्रम। ऐसे उपकरणों को वर्णक्रमीय उपकरण कहा जाता है। अक्सर, वर्णक्रमीय तंत्र का मुख्य भाग एक प्रिज्म या विवर्तन झंझरी होता है।
प्रिज्म वर्णक्रमीय उपकरण के उपकरण की योजना पर विचार करें। अध्ययन किया गया विकिरण सबसे पहले उपकरण के उस हिस्से में प्रवेश करता है जिसे कोलिमेटर कहा जाता है। कोलिमेटर एक ट्यूब है, जिसके एक सिरे पर एक संकीर्ण स्लिट वाली स्क्रीन होती है, और दूसरी तरफ एक अभिसारी लेंस होता है। अंतराल चालू है फोकल लम्बाईलेंस से। इसलिए, एक अपसारी प्रकाश पुँज जो झिरी से लेंस में प्रवेश करती है, उसे समानांतर पुंज में बाहर निकालती है और प्रिज्म पर गिरती है।
जैसा विभिन्न आवृत्तियोंअलग-अलग अपवर्तनांक के अनुरूप होते हैं, तो समानांतर किरणें प्रिज्म से निकलती हैं, दिशा में मेल नहीं खातीं। वे लेंस पर गिर जाते हैं। इस लेंस की फोकल लंबाई पर एक स्क्रीन - पाले सेओढ़ लिया गिलास या फोटोग्राफिक प्लेट है। लेंस स्क्रीन पर किरणों के समानांतर बीम को केंद्रित करता है, और स्लिट की एकल छवि के बजाय, पूरी लाइनइमेजिस। प्रत्येक आवृत्ति (संकीर्ण वर्णक्रमीय अंतराल) की अपनी छवि होती है। ये सभी चित्र मिलकर एक स्पेक्ट्रम बनाते हैं।
वर्णित उपकरण को स्पेक्ट्रोग्राफ कहा जाता है। यदि एक दूसरे लेंस और एक स्क्रीन के बजाय, एक दूरबीन का उपयोग स्पेक्ट्रा के दृश्य अवलोकन के लिए किया जाता है, तो डिवाइस को स्पेक्ट्रोस्कोप कहा जाता है। प्रिज्म और वर्णक्रमीय उपकरणों के अन्य विवरण जरूरी नहीं कि कांच के बने हों। कांच की जगह पारदर्शी सामग्री जैसे क्वार्ट्ज, सेंधा नमक आदि का भी उपयोग किया जाता है।

परिचय ……………………………………………………………………………….2

विकिरण तंत्र……………………………………………………………………..3

स्पेक्ट्रम में ऊर्जा वितरण……………………………………………………….4

स्पेक्ट्रा के प्रकार…………………………………………………………………….6

वर्णक्रमीय विश्लेषण के प्रकार …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………..

निष्कर्ष……………………………………………………………………………..9

साहित्य…………………………………………………………………….11

परिचय

स्पेक्ट्रम अपने घटक भागों, विभिन्न रंगों की किरणों में प्रकाश का अपघटन है।

विभिन्न पदार्थों के रासायनिक संघटन का उनके लाइन उत्सर्जन या अवशोषण स्पेक्ट्रा द्वारा अध्ययन करने की विधि कहलाती है वर्णक्रमीय विश्लेषण।वर्णक्रमीय विश्लेषण के लिए नगण्य मात्रा में पदार्थ की आवश्यकता होती है। गति और संवेदनशीलता ने इस पद्धति को प्रयोगशालाओं और खगोल भौतिकी दोनों में अपरिहार्य बना दिया। चूंकि आवर्त सारणी का प्रत्येक रासायनिक तत्व केवल इसके लिए एक रेखा उत्सर्जन और अवशोषण स्पेक्ट्रम विशेषता का उत्सर्जन करता है, इससे किसी पदार्थ की रासायनिक संरचना का अध्ययन करना संभव हो जाता है। भौतिकविदों किरचॉफ और बन्सन ने पहली बार इसे 1859 में बनाने की कोशिश की थी स्पेक्ट्रोस्कोपएक दूरबीन के एक किनारे से एक संकीर्ण भट्ठा के माध्यम से प्रकाश को इसमें पारित किया गया था (स्लिट वाले इस पाइप को कोलाइमर कहा जाता है)। कोलिमेटर से किरणें काले कागज के साथ चिपकाए गए बॉक्स से ढके प्रिज्म पर गिरीं। प्रिज्म झिरी से निकलने वाली किरणों को किनारे कर देता है। एक स्पेक्ट्रम था। उसके बाद, खिड़की को पर्दे से लटका दिया गया और कोलाइमर स्लॉट पर एक जला हुआ बर्नर रखा गया। एक मोमबत्ती की लौ में एक-एक करके विभिन्न पदार्थों के टुकड़े डाले गए, और उन्होंने परिणामी स्पेक्ट्रम पर दूसरी दूरबीन के माध्यम से देखा। यह पता चला कि प्रत्येक तत्व के गर्म वाष्प ने कड़ाई से परिभाषित रंग की किरणें दीं, और प्रिज्म ने इन किरणों को कड़ाई से परिभाषित स्थान पर विक्षेपित कर दिया, और इसलिए कोई भी रंग दूसरे को मुखौटा नहीं बना सका। इससे यह निष्कर्ष निकला कि किसी पदार्थ के स्पेक्ट्रम द्वारा रासायनिक विश्लेषण का एक मौलिक रूप से नया तरीका खोजा गया था। 1861 में, इस खोज के आधार पर, किरचॉफ ने सौर क्रोमोस्फीयर में कई तत्वों की उपस्थिति को साबित किया, जिससे खगोल भौतिकी की नींव रखी गई।

विकिरण तंत्र

प्रकाश स्रोत को ऊर्जा की खपत करनी चाहिए। प्रकाश विद्युत चुम्बकीय तरंगें हैं जिनकी तरंग दैर्ध्य 4 * 10 -7 - 8 * 10 -7 मीटर है। आवेशित कणों की त्वरित गति के दौरान विद्युत चुम्बकीय तरंगें उत्सर्जित होती हैं। ये आवेशित कण परमाणुओं का हिस्सा हैं। लेकिन, यह जाने बिना कि परमाणु की व्यवस्था कैसे की जाती है, विकिरण के तंत्र के बारे में कुछ भी विश्वसनीय नहीं कहा जा सकता है। यह केवल स्पष्ट है कि एक परमाणु के अंदर कोई प्रकाश नहीं है, जैसे कि पियानो के तार में कोई ध्वनि नहीं होती है। हथौड़े के वार के बाद ही बजने वाले तार की तरह परमाणु उत्तेजित होने के बाद ही प्रकाश को जन्म देते हैं।

परमाणु को विकिरण करने के लिए, उसे ऊर्जा स्थानांतरित करने की आवश्यकता होती है। विकिरण करने से, एक परमाणु अपनी प्राप्त ऊर्जा को खो देता है, और किसी पदार्थ की निरंतर चमक के लिए, उसके परमाणुओं को बाहर से ऊर्जा का प्रवाह आवश्यक होता है।

ऊष्मीय विकिरण।सबसे सरल और सबसे सामान्य प्रकार का विकिरण ऊष्मीय विकिरण है, जिसमें प्रकाश के उत्सर्जन के लिए परमाणुओं द्वारा ऊर्जा के नुकसान की भरपाई परमाणुओं या (अणुओं) की तापीय गति की ऊर्जा द्वारा की जाती है। शरीर का तापमान जितना अधिक होता है, परमाणु उतनी ही तेजी से चलते हैं। जब तेज परमाणु (अणु) आपस में टकराते हैं, तो उनकी गतिज ऊर्जा का कुछ भाग परमाणुओं की उत्तेजना ऊर्जा में परिवर्तित हो जाता है, जो तब प्रकाश उत्सर्जित करती है।

विकिरण का ऊष्मा स्रोत सूर्य है, साथ ही एक साधारण गरमागरम दीपक भी है। दीपक एक बहुत ही सुविधाजनक, लेकिन अलाभकारी स्रोत है। विद्युत धारा द्वारा लैंप में छोड़ी गई सभी ऊर्जा का केवल लगभग 12% ही प्रकाश ऊर्जा में परिवर्तित होता है। प्रकाश का ऊष्मा स्रोत ज्वाला है। ईंधन के दहन के दौरान निकलने वाली ऊर्जा से कालिख के दाने गर्म होते हैं और प्रकाश उत्सर्जित करते हैं।

इलेक्ट्रोल्यूमिनेसिसेंस।प्रकाश उत्सर्जित करने के लिए परमाणुओं द्वारा आवश्यक ऊर्जा को गैर-थर्मल स्रोतों से भी उधार लिया जा सकता है। गैसों में निर्वहन करते समय, विद्युत क्षेत्र इलेक्ट्रॉनों को एक बड़ी गतिज ऊर्जा प्रदान करता है। तेज इलेक्ट्रॉन परमाणुओं के साथ टकराव का अनुभव करते हैं। इलेक्ट्रॉनों की गतिज ऊर्जा का एक हिस्सा परमाणुओं के उत्तेजना में जाता है। उत्तेजित परमाणु प्रकाश तरंगों के रूप में ऊर्जा छोड़ते हैं। इसके कारण, गैस में निर्वहन एक चमक के साथ होता है। यह इलेक्ट्रोल्यूमिनेशन है।

कैथोडोल्यूमिनेसिसेंसइलेक्ट्रॉनों के साथ बमबारी के कारण ठोस पदार्थों की चमक को कैथोडोल्यूमिनेसिसेंस कहा जाता है। कैथोडोल्यूमिनेसिसेंस टेलीविजन पर कैथोड किरण ट्यूबों की स्क्रीन को चमकदार बनाता है।

रसायन विज्ञान।कुछ रासायनिक प्रतिक्रियाओं में जो ऊर्जा की रिहाई के साथ जाती हैं, इस ऊर्जा का एक हिस्सा सीधे प्रकाश के उत्सर्जन पर खर्च किया जाता है। प्रकाश स्रोत ठंडा रहता है (इसमें परिवेश का तापमान होता है)। इस घटना को केमोल्यूमिनेसिसेंस कहा जाता है।

फोटोलुमिनेसेंस।किसी पदार्थ पर पड़ने वाला प्रकाश आंशिक रूप से परावर्तित होता है और आंशिक रूप से अवशोषित होता है। अधिकांश मामलों में अवशोषित प्रकाश की ऊर्जा केवल पिंडों को गर्म करने का कारण बनती है। हालाँकि, कुछ पिंड स्वयं उस पर विकिरण की घटना की कार्रवाई के तहत सीधे चमकने लगते हैं। यह फोटोलुमिनेसेंस है। प्रकाश पदार्थ के परमाणुओं को उत्तेजित करता है (उनकी आंतरिक ऊर्जा को बढ़ाता है), जिसके बाद वे स्वयं द्वारा हाइलाइट किए जाते हैं। उदाहरण के लिए, चमकदार पेंट, जो कई क्रिसमस की सजावट को कवर करते हैं, विकिरण के बाद प्रकाश उत्सर्जित करते हैं।

फोटोलुमिनेसेंस के दौरान उत्सर्जित प्रकाश में, एक नियम के रूप में, प्रकाश की तुलना में एक लंबी तरंग दैर्ध्य होती है जो चमक को उत्तेजित करती है। इसे प्रायोगिक तौर पर देखा जा सकता है। यदि आप फ़्लोरेसाइट (ऑर्गेनिक डाई) वाले बर्तन पर प्रकाश पुंज निर्देशित करते हैं,

एक बैंगनी प्रकाश फिल्टर के माध्यम से पारित किया, फिर यह तरल हरे-पीले प्रकाश के साथ चमकना शुरू कर देता है, यानी बैंगनी प्रकाश की तुलना में लंबी तरंग दैर्ध्य का प्रकाश।

फोटोलुमिनेसेंस की घटना का व्यापक रूप से फ्लोरोसेंट लैंप में उपयोग किया जाता है। सोवियत भौतिक विज्ञानी एस। आई। वाविलोव ने डिस्चार्ज ट्यूब की आंतरिक सतह को गैस डिस्चार्ज से शॉर्ट-वेव विकिरण की कार्रवाई के तहत उज्ज्वल रूप से चमकने में सक्षम पदार्थों के साथ कवर करने का प्रस्ताव दिया। फ्लोरोसेंट लैंप पारंपरिक गरमागरम लैंप की तुलना में लगभग तीन से चार गुना अधिक किफायती होते हैं।

मुख्य प्रकार के विकिरण और उन्हें बनाने वाले स्रोत सूचीबद्ध हैं। विकिरण के सबसे आम स्रोत थर्मल हैं।

स्पेक्ट्रम में ऊर्जा वितरण

अपवर्तक प्रिज्म के पीछे स्क्रीन पर, स्पेक्ट्रम में मोनोक्रोमैटिक रंगों को निम्नलिखित क्रम में व्यवस्थित किया जाता है: लाल (दृश्य प्रकाश की तरंगों में सबसे बड़ी तरंग दैर्ध्य (k = 7.6 (10-7 मीटर और सबसे कम अपवर्तनांक), नारंगी, नारंगी, पीला, हरा, नीला, नीला और बैंगनी (दृश्यमान स्पेक्ट्रम में सबसे छोटी तरंग दैर्ध्य (f = 4 (10-7 मीटर और उच्चतम अपवर्तक सूचकांक)। कोई भी स्रोत मोनोक्रोमैटिक प्रकाश नहीं देता है, अर्थात सख्ती से परिभाषित प्रकाश तरंगदैर्घ्य। हम एक प्रिज्म का उपयोग करके प्रकाश के अपघटन के साथ-साथ हस्तक्षेप और विवर्तन पर प्रयोगों द्वारा भी इस बात से आश्वस्त हैं।

स्रोत से प्रकाश अपने साथ ले जाने वाली ऊर्जा को एक निश्चित तरीके से सभी तरंग दैर्ध्य की तरंगों पर वितरित किया जाता है जो प्रकाश किरण बनाते हैं। हम यह भी कह सकते हैं कि ऊर्जा आवृत्तियों पर वितरित की जाती है, क्योंकि तरंग दैर्ध्य और आवृत्ति के बीच एक सरल संबंध है: v = c।

विद्युत चुम्बकीय विकिरण का प्रवाह घनत्व, या तीव्रता /, सभी आवृत्तियों के कारण ऊर्जा और डब्ल्यू द्वारा निर्धारित किया जाता है। आवृत्तियों पर विकिरण के वितरण को चिह्नित करने के लिए, एक नया मान पेश करना आवश्यक है: प्रति इकाई आवृत्ति अंतराल की तीव्रता। इस मान को विकिरण तीव्रता का वर्णक्रमीय घनत्व कहा जाता है।

विकिरण प्रवाह का वर्णक्रमीय घनत्व प्रयोगात्मक रूप से पाया जा सकता है। ऐसा करने के लिए, आपको प्राप्त करने के लिए एक प्रिज्म का उपयोग करने की आवश्यकता है उत्सर्जन चित्र, उदाहरण के लिए, एक विद्युत चाप, और चौड़ाई Av के छोटे वर्णक्रमीय अंतराल पर विकिरण प्रवाह घनत्व को मापें।

ऊर्जा के वितरण का आकलन करते समय आप आंख पर भरोसा नहीं कर सकते। आंख में प्रकाश के प्रति चयनात्मक संवेदनशीलता होती है: इसकी अधिकतम संवेदनशीलता स्पेक्ट्रम के पीले-हरे क्षेत्र में होती है। सभी तरंग दैर्ध्य के प्रकाश को लगभग पूरी तरह से अवशोषित करने के लिए एक काले शरीर की संपत्ति का लाभ उठाना सबसे अच्छा है। इस मामले में, विकिरण की ऊर्जा (यानी, प्रकाश) शरीर के ताप का कारण बनती है। इसलिए, यह शरीर के तापमान को मापने के लिए पर्याप्त है और इसका उपयोग प्रति यूनिट समय में अवशोषित ऊर्जा की मात्रा को आंकने के लिए किया जाता है।

एक साधारण थर्मामीटर ऐसे प्रयोगों में सफलतापूर्वक उपयोग किए जाने के लिए बहुत संवेदनशील होता है। अधिक संवेदनशील तापमान मापने वाले उपकरणों की जरूरत है। आप एक इलेक्ट्रिक थर्मामीटर ले सकते हैं, जिसमें संवेदनशील तत्व को पतली धातु की प्लेट के रूप में बनाया जाता है। इस प्लेट को कालिख की एक पतली परत से ढंकना चाहिए, जो किसी भी तरंग दैर्ध्य के प्रकाश को लगभग पूरी तरह से अवशोषित कर लेती है।

यंत्र की ऊष्मा-संवेदी प्लेट को स्पेक्ट्रम में किसी न किसी स्थान पर रखा जाना चाहिए। लाल किरणों से बैंगनी तक लंबाई का पूरा दृश्य स्पेक्ट्रम v kr से y f तक आवृत्ति अंतराल से मेल खाता है। चौड़ाई एक छोटे से अंतराल Av से मेल खाती है। डिवाइस की काली प्लेट को गर्म करके, कोई भी आवृत्ति अंतराल एवी प्रति विकिरण प्रवाह के घनत्व का न्याय कर सकता है। प्लेट को स्पेक्ट्रम के साथ ले जाने पर, हम पाते हैं कि अधिकांश ऊर्जा स्पेक्ट्रम के लाल हिस्से में है, न कि पीले-हरे रंग में, जैसा कि आंख को लगता है।

इन प्रयोगों के परिणामों के आधार पर, आवृत्ति पर विकिरण तीव्रता के वर्णक्रमीय घनत्व की निर्भरता की साजिश करना संभव है। विकिरण की तीव्रता का वर्णक्रमीय घनत्व प्लेट के तापमान से निर्धारित होता है, और आवृत्ति यह पता लगाना मुश्किल नहीं है कि क्या प्रकाश को विघटित करने के लिए इस्तेमाल किया जाने वाला उपकरण कैलिब्रेटेड है, अर्थात, यदि यह ज्ञात है कि स्पेक्ट्रम का दिया गया खंड किस आवृत्ति से मेल खाता है को।

एब्सिस्सा अक्ष के साथ एवी अंतराल के मध्य बिंदुओं के अनुरूप आवृत्तियों के मूल्यों को प्लॉट करना, और समन्वय अक्ष के साथ विकिरण तीव्रता का वर्णक्रमीय घनत्व, हम बिंदुओं की एक श्रृंखला प्राप्त करते हैं जिसके माध्यम से एक चिकनी वक्र खींचा जा सकता है। यह वक्र ऊर्जा के वितरण और विद्युत चाप के स्पेक्ट्रम के दृश्य भाग का एक दृश्य प्रतिनिधित्व देता है।

वर्णक्रमीय उपकरण।स्पेक्ट्रा के एक सटीक अध्ययन के लिए, प्रकाश किरण और एक प्रिज्म को सीमित करने वाली संकीर्ण भट्ठा जैसे सरल उपकरण अब पर्याप्त नहीं हैं। ऐसे उपकरणों की आवश्यकता होती है जो एक स्पष्ट स्पेक्ट्रम देते हैं, यानी ऐसे उपकरण जो विभिन्न तरंग दैर्ध्य की तरंगों को अच्छी तरह से अलग करते हैं और स्पेक्ट्रम के अलग-अलग वर्गों के अतिव्यापी होने की अनुमति नहीं देते हैं। ऐसे उपकरणों को वर्णक्रमीय उपकरण कहा जाता है। अक्सर, वर्णक्रमीय तंत्र का मुख्य भाग एक प्रिज्म या विवर्तन झंझरी होता है।

प्रिज्म वर्णक्रमीय उपकरण के उपकरण की योजना पर विचार करें। अध्ययन किया गया विकिरण सबसे पहले उपकरण के उस हिस्से में प्रवेश करता है जिसे कोलिमेटर कहा जाता है। कोलिमेटर एक ट्यूब है, जिसके एक सिरे पर एक संकीर्ण स्लिट वाली स्क्रीन होती है, और दूसरी तरफ एक अभिसारी लेंस होता है। भट्ठा लेंस से फोकल लंबाई पर है। इसलिए, एक अपसारी प्रकाश पुँज जो झिरी से लेंस में प्रवेश करती है, उसे समानांतर पुंज में बाहर निकालती है और प्रिज्म पर गिरती है।

चूंकि अलग-अलग आवृत्तियां अलग-अलग अपवर्तक सूचकांकों के अनुरूप होती हैं, समानांतर बीम प्रिज्म से निकलते हैं, जो दिशा में मेल नहीं खाते हैं। वे लेंस पर गिर जाते हैं। इस लेंस की फोकल लंबाई पर एक स्क्रीन है - पाले सेओढ़ लिया गिलास या

फोटोग्राफिक प्लेट। लेंस स्क्रीन पर किरणों के समानांतर बीम को केंद्रित करता है, और स्लिट की एक छवि के बजाय, छवियों की एक पूरी श्रृंखला प्राप्त की जाती है। प्रत्येक आवृत्ति (संकीर्ण वर्णक्रमीय अंतराल) की अपनी छवि होती है। ये सभी चित्र मिलकर एक स्पेक्ट्रम बनाते हैं।

वर्णित उपकरण को स्पेक्ट्रोग्राफ कहा जाता है। यदि दूसरे लेंस और स्क्रीन के बजाय, स्पेक्ट्रा के दृश्य अवलोकन के लिए एक दूरबीन का उपयोग किया जाता है, तो उपकरण को स्पेक्ट्रोस्कोप कहा जाता है, जैसा कि ऊपर वर्णित है। प्रिज्म और वर्णक्रमीय उपकरणों के अन्य विवरण जरूरी नहीं कि कांच के बने हों। कांच की जगह पारदर्शी सामग्री जैसे क्वार्ट्ज, सेंधा नमक आदि का भी उपयोग किया जाता है।

स्पेक्ट्रा के प्रकार

पदार्थों के विकिरण की वर्णक्रमीय संरचना बहुत विविध है। लेकिन, इसके बावजूद, सभी स्पेक्ट्रा, जैसा कि अनुभव से पता चलता है, कई प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है:

निरंतर स्पेक्ट्रा।सौर स्पेक्ट्रम या चाप प्रकाश स्पेक्ट्रम निरंतर है। इसका मतलब है कि स्पेक्ट्रम में सभी तरंग दैर्ध्य का प्रतिनिधित्व किया जाता है। स्पेक्ट्रम में कोई असंतुलन नहीं है, और स्पेक्ट्रोग्राफ स्क्रीन पर एक सतत बहुरंगी बैंड देखा जा सकता है।

ऊर्जा का बारंबारता वितरण, यानी विकिरण तीव्रता का वर्णक्रमीय घनत्व, विभिन्न निकायों के लिए भिन्न होता है। उदाहरण के लिए, एक बहुत ही काली सतह वाला एक पिंड सभी आवृत्तियों की विद्युत चुम्बकीय तरंगों को विकीर्ण करता है, लेकिन आवृत्ति पर विकिरण तीव्रता के वर्णक्रमीय घनत्व की निर्भरता का वक्र एक निश्चित आवृत्ति पर अधिकतम होता है। बहुत छोटी और बहुत उच्च आवृत्तियों के कारण होने वाली विकिरण ऊर्जा नगण्य होती है। जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, विकिरण का अधिकतम वर्णक्रमीय घनत्व छोटी तरंगों की ओर शिफ्ट हो जाता है।

निरंतर (या निरंतर) स्पेक्ट्रा, जैसा कि अनुभव से पता चलता है, एक ठोस या तरल अवस्था में निकायों के साथ-साथ अत्यधिक संपीड़ित गैसें देते हैं। एक निरंतर स्पेक्ट्रम प्राप्त करने के लिए, आपको शरीर को उच्च तापमान पर गर्म करने की आवश्यकता होती है।

निरंतर स्पेक्ट्रम की प्रकृति और उसके अस्तित्व का तथ्य न केवल अलग-अलग विकिरण करने वाले परमाणुओं के गुणों से निर्धारित होता है, बल्कि एक दूसरे के साथ परमाणुओं की बातचीत पर भी काफी हद तक निर्भर करता है।

उच्च तापमान वाले प्लाज्मा द्वारा एक सतत स्पेक्ट्रम भी तैयार किया जाता है। इलेक्ट्रोमैग्नेटिक तरंगें प्लाज्मा द्वारा मुख्य रूप से तब उत्सर्जित होती हैं जब इलेक्ट्रॉन आयनों से टकराते हैं।

रेखा स्पेक्ट्रा।आइए हम गैस बर्नर की पीली लौ में आम टेबल नमक के घोल में भिगोए गए एस्बेस्टस के टुकड़े को पेश करें।

जब एक स्पेक्ट्रोस्कोप के माध्यम से एक लौ का अवलोकन किया जाता है, तो एक चमकीली पीली रेखा लौ के बमुश्किल अलग-अलग निरंतर स्पेक्ट्रम की पृष्ठभूमि के खिलाफ चमकती है। यह पीली रेखा सोडियम वाष्प द्वारा दी जाती है, जो एक लौ में सोडियम क्लोराइड अणुओं के विभाजन के दौरान बनती है। उनमें से प्रत्येक अलग-अलग चमक की रंगीन रेखाओं का एक ताल है, जो व्यापक अंधेरे से अलग है

धारियाँ। ऐसे स्पेक्ट्रा को लाइन स्पेक्ट्रा कहा जाता है। एक लाइन स्पेक्ट्रम की उपस्थिति का मतलब है कि पदार्थ केवल कुछ निश्चित तरंग दैर्ध्य (अधिक सटीक, कुछ बहुत ही संकीर्ण वर्णक्रमीय अंतराल में) का प्रकाश उत्सर्जित करता है। प्रत्येक पंक्ति की एक सीमित चौड़ाई होती है।

लाइन स्पेक्ट्रा सभी पदार्थों को गैसीय परमाणु (लेकिन आणविक नहीं) अवस्था में देता है। इस मामले में, परमाणुओं द्वारा प्रकाश उत्सर्जित होता है जो व्यावहारिक रूप से एक दूसरे के साथ बातचीत नहीं करते हैं। यह सबसे मौलिक, बुनियादी प्रकार का स्पेक्ट्रा है।

पृथक परमाणु कड़ाई से परिभाषित तरंग दैर्ध्य का उत्सर्जन करते हैं। आमतौर पर, अध्ययन के तहत गैस से भरी एक ट्यूब में एक लौ में किसी पदार्थ के वाष्प की चमक या गैस डिस्चार्ज की चमक का उपयोग करके लाइन स्पेक्ट्रा का अवलोकन किया जाता है।

एक परमाणु गैस के घनत्व में वृद्धि के साथ, व्यक्तिगत वर्णक्रमीय रेखाएं फैलती हैं, और अंत में, गैस के एक बहुत बड़े संपीड़न के साथ, जब परमाणुओं की बातचीत महत्वपूर्ण हो जाती है, तो ये रेखाएं एक दूसरे को ओवरलैप करती हैं, जिससे एक निरंतर स्पेक्ट्रम बनता है।

धारीदार स्पेक्ट्रा।धारीदार स्पेक्ट्रम में अलग-अलग बैंड होते हैं जो अंधेरे अंतराल से अलग होते हैं। एक बहुत अच्छे वर्णक्रमीय उपकरण की सहायता से कोई भी कर सकता है

पाते हैं कि प्रत्येक बैंड बहुत निकटवर्ती रेखाओं की एक बड़ी संख्या का एक संग्रह है। लाइन स्पेक्ट्रा के विपरीत, धारीदार स्पेक्ट्रा परमाणुओं द्वारा नहीं, बल्कि अणुओं द्वारा निर्मित होते हैं जो एक दूसरे से बंधे या कमजोर रूप से बंधे नहीं होते हैं।

आणविक स्पेक्ट्रा का निरीक्षण करने के लिए, साथ ही लाइन स्पेक्ट्रा का निरीक्षण करने के लिए, आमतौर पर एक लौ में वाष्प की चमक या गैस के निर्वहन की चमक का उपयोग किया जाता है।

अवशोषण स्पेक्ट्रा।वे सभी पदार्थ जिनके परमाणु उत्तेजित अवस्था में होते हैं, प्रकाश तरंगें उत्सर्जित करते हैं, जिनकी ऊर्जा तरंगदैर्घ्य पर एक निश्चित तरीके से वितरित होती है। किसी पदार्थ द्वारा प्रकाश का अवशोषण तरंगदैर्घ्य पर भी निर्भर करता है। इस प्रकार, लाल कांच लाल प्रकाश के अनुरूप तरंगों को प्रसारित करता है और अन्य सभी को अवशोषित करता है।

यदि श्वेत प्रकाश को ठंडी, गैर-विकिरणित गैस से गुजारा जाता है, तो स्रोत के निरंतर स्पेक्ट्रम की पृष्ठभूमि के खिलाफ काली रेखाएं दिखाई देती हैं। गैस सबसे अधिक तीव्रता से उन तरंग दैर्ध्य के प्रकाश को अवशोषित करती है जो बहुत गर्म होने पर उत्सर्जित होती है। निरंतर स्पेक्ट्रम की पृष्ठभूमि के खिलाफ गहरी रेखाएं अवशोषण रेखाएं होती हैं जो एक साथ अवशोषण स्पेक्ट्रम बनाती हैं।

निरंतर, रेखा और धारीदार उत्सर्जन स्पेक्ट्रा और समान संख्या में अवशोषण स्पेक्ट्रा होते हैं।

लाइन स्पेक्ट्रा विशेष रूप से महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं क्योंकि उनकी संरचना सीधे परमाणु की संरचना से संबंधित होती है। आखिरकार, ये स्पेक्ट्रा परमाणुओं द्वारा बनाए जाते हैं जो बाहरी प्रभावों का अनुभव नहीं करते हैं। इसलिए, लाइन स्पेक्ट्रा से परिचित होने के बाद, हम परमाणुओं की संरचना का अध्ययन करने की दिशा में पहला कदम उठाते हैं। इन स्पेक्ट्रा को देखकर, वैज्ञानिकों ने प्राप्त किया

परमाणु के अंदर "देखने" की क्षमता। यहां, प्रकाशिकी परमाणु भौतिकी के निकट संपर्क में आती है।

वर्णक्रमीय विश्लेषण के प्रकार

लाइन स्पेक्ट्रा की मुख्य संपत्ति यह है कि किसी पदार्थ के लाइन स्पेक्ट्रम की तरंग दैर्ध्य (या आवृत्तियों) केवल इस पदार्थ के परमाणुओं के गुणों पर निर्भर करती है, लेकिन परमाणुओं के ल्यूमिनेसिसेंस के उत्तेजना की विधि से पूरी तरह से स्वतंत्र होती है। परमाणुओं

किसी भी रासायनिक तत्व का एक स्पेक्ट्रम देते हैं जो अन्य सभी तत्वों के स्पेक्ट्रा के समान नहीं होता है: वे तरंग दैर्ध्य के कड़ाई से परिभाषित सेट को उत्सर्जित करने में सक्षम होते हैं।

वर्णक्रमीय विश्लेषण इस पर आधारित है - किसी पदार्थ की रासायनिक संरचना को उसके स्पेक्ट्रम से निर्धारित करने की एक विधि। मानव उंगलियों के निशान की तरह, लाइन स्पेक्ट्रा में एक अद्वितीय व्यक्तित्व होता है। उंगली की त्वचा पर पैटर्न की विशिष्टता अक्सर अपराधी को खोजने में मदद करती है। उसी तरह, स्पेक्ट्रम की वैयक्तिकता के कारण, होता है

शरीर की रासायनिक संरचना को निर्धारित करने की क्षमता। वर्णक्रमीय विश्लेषण का उपयोग करके, आप एक जटिल पदार्थ की संरचना में इस तत्व का पता लगा सकते हैं। यह बहुत ही संवेदनशील तरीका है।

वर्तमान में जाना जाता है निम्नलिखित प्रकारवर्णक्रमीय विश्लेषण - परमाणु वर्णक्रमीय विश्लेषण (एएसए)(परमाणु (आयन) उत्सर्जन और अवशोषण स्पेक्ट्रा से नमूने की मौलिक संरचना निर्धारित करता है), उत्सर्जन एसीए(जी-विकिरण से माइक्रोवेव तक की सीमा में विद्युत चुम्बकीय विकिरण के विभिन्न स्रोतों से उत्साहित परमाणुओं, आयनों और अणुओं के उत्सर्जन स्पेक्ट्रा के अनुसार), परमाणु अवशोषण SA(विश्लेषित वस्तुओं (परमाणुओं, अणुओं, एकत्रीकरण के विभिन्न राज्यों में किसी पदार्थ के आयनों) द्वारा विद्युत चुम्बकीय विकिरण के अवशोषण स्पेक्ट्रा के अनुसार किया जाता है), परमाणु प्रतिदीप्ति एसए, आणविक वर्णक्रमीय विश्लेषण (एमएसए)) (आणविक संरचनाआणविक अवशोषण, ल्यूमिनेसेंस और रमन स्पेक्ट्रा द्वारा पदार्थ।), गुणवत्ता आईएसए(यह निर्धारित किए जा रहे तत्वों की विश्लेषणात्मक रेखाओं की उपस्थिति या अनुपस्थिति को स्थापित करने के लिए पर्याप्त है। दृश्य देखने के दौरान लाइनों की चमक से, कोई नमूना में कुछ तत्वों की सामग्री का मोटा अनुमान लगा सकता है), मात्रात्मक आईएसए(नमूने के स्पेक्ट्रम में दो वर्णक्रमीय रेखाओं की तीव्रता की तुलना करके किया जाता है, जिनमें से एक निर्धारित किए जा रहे तत्व से संबंधित है, और दूसरी (तुलना रेखा) नमूने के मुख्य तत्व से है, जिसकी एकाग्रता ज्ञात है, या तत्व विशेष रूप से एक ज्ञात एकाग्रता में पेश किया गया)।

आईएसए व्यक्तिगत पदार्थों के स्पेक्ट्रा के साथ परीक्षण नमूने के मापा स्पेक्ट्रम की गुणात्मक और मात्रात्मक तुलना पर आधारित है। तदनुसार, गुणात्मक और मात्रात्मक ISA के बीच अंतर किया जाता है। एमएसए, घूर्णी [माइक्रोवेव और लंबी तरंग अवरक्त (आईआर) क्षेत्रों में स्पेक्ट्रा], कंपन और कंपन-घूर्णन [मध्य-आईआर क्षेत्र में अवशोषण और उत्सर्जन स्पेक्ट्रा, रमन स्पेक्ट्रा, आईआर फ्लोरोसेंस स्पेक्ट्रा में विभिन्न प्रकार के आणविक स्पेक्ट्रा का उपयोग किया जाता है। ], इलेक्ट्रॉनिक, इलेक्ट्रॉनिक-कंपन और इलेक्ट्रॉनिक-कंपन-घूर्णन [दृश्य और पराबैंगनी (यूवी) क्षेत्रों में अवशोषण और संचरण स्पेक्ट्रा, प्रतिदीप्ति स्पेक्ट्रा]। ISA छोटी मात्राओं के विश्लेषण की अनुमति देता है (कुछ मामलों में, भिन्न मिलीग्रामऔर कम) एकत्रीकरण के विभिन्न राज्यों में पदार्थ।

किसी पदार्थ की संरचना का उसके स्पेक्ट्रम द्वारा मात्रात्मक विश्लेषण मुश्किल है, क्योंकि वर्णक्रमीय रेखाओं की चमक न केवल पदार्थ के द्रव्यमान पर निर्भर करती है, बल्कि चमक के उत्तेजना की विधि पर भी निर्भर करती है। इस प्रकार, कम तापमान पर, कई वर्णक्रमीय रेखाएं बिल्कुल दिखाई नहीं देती हैं। हालांकि, ल्यूमिनेसेंस के उत्तेजना के लिए मानक परिस्थितियों में, एक मात्रात्मक वर्णक्रमीय विश्लेषण भी किया जा सकता है।

इन विश्लेषणों में सबसे सटीक है परमाणु अवशोषण एसए।एएए तकनीक अन्य तरीकों की तुलना में बहुत सरल है, यह न केवल छोटे, बल्कि नमूनों में तत्वों की उच्च सांद्रता को निर्धारित करने में उच्च सटीकता की विशेषता है। एएए सफलतापूर्वक श्रमसाध्य और लंबे समय की जगह लेता है रासायनिक तरीकेविश्लेषण, सटीकता में उनसे नीच नहीं।

निष्कर्ष

वर्तमान में, सभी परमाणुओं के स्पेक्ट्रा निर्धारित किए गए हैं और स्पेक्ट्रा की तालिकाएं संकलित की गई हैं। वर्णक्रमीय विश्लेषण की सहायता से, कई नए तत्वों की खोज की गई: रूबिडियम, सीज़ियम, आदि। तत्वों को अक्सर स्पेक्ट्रम की सबसे तीव्र रेखाओं के रंग के अनुसार नाम दिया जाता था। रूबिडियम गहरे लाल, रूबी रेखाएं देता है। सीज़ियम शब्द का अर्थ है "आकाश नीला"। यह सीज़ियम स्पेक्ट्रम की मुख्य रेखाओं का रंग है।

वर्णक्रमीय विश्लेषण की सहायता से उन्होंने सूर्य और तारों की रासायनिक संरचना को सीखा। विश्लेषण के अन्य तरीके यहां आम तौर पर असंभव हैं। यह पता चला कि तारे उन्हीं रासायनिक तत्वों से बने हैं जो पृथ्वी पर पाए जाते हैं। यह उत्सुक है कि हीलियम मूल रूप से सूर्य में खोजा गया था, और उसके बाद ही पृथ्वी के वायुमंडल में पाया गया। इसका नाम

तत्व अपनी खोज के इतिहास को याद करता है: अनुवाद में हीलियम शब्द का अर्थ "धूप" है।

इसकी सापेक्ष सादगी और बहुमुखी प्रतिभा के कारण, धातु विज्ञान, मैकेनिकल इंजीनियरिंग और परमाणु उद्योग में किसी पदार्थ की संरचना की निगरानी के लिए वर्णक्रमीय विश्लेषण मुख्य विधि है। वर्णक्रमीय विश्लेषण की सहायता से अयस्कों और खनिजों की रासायनिक संरचना का निर्धारण किया जाता है।

जटिल, मुख्य रूप से कार्बनिक, मिश्रण की संरचना का विश्लेषण उनके आणविक स्पेक्ट्रा द्वारा किया जाता है।

वर्णक्रमीय विश्लेषण न केवल उत्सर्जन स्पेक्ट्रा से, बल्कि अवशोषण स्पेक्ट्रा से भी किया जा सकता है। यह सूर्य और सितारों के स्पेक्ट्रम में अवशोषण रेखाएं हैं जो इन खगोलीय पिंडों की रासायनिक संरचना का अध्ययन करना संभव बनाती हैं। सूर्य की चमकदार चमकदार सतह - प्रकाशमंडल - एक सतत स्पेक्ट्रम देता है। सौर वातावरण चुनिंदा रूप से फोटोस्फीयर से प्रकाश को अवशोषित करता है, जिससे फोटोस्फीयर के निरंतर स्पेक्ट्रम की पृष्ठभूमि के खिलाफ अवशोषण लाइनों की उपस्थिति होती है।

लेकिन सूर्य का वातावरण ही प्रकाश उत्सर्जित करता है। सूर्य ग्रहण के दौरान, जब सौर डिस्क चंद्रमा से ढकी होती है, तो स्पेक्ट्रम रेखाएं उलट जाती हैं। सौर स्पेक्ट्रम में अवशोषण लाइनों के बजाय, उत्सर्जन लाइनें चमकती हैं।

खगोल भौतिकी में, वर्णक्रमीय विश्लेषण को न केवल तारों, गैस बादलों आदि की रासायनिक संरचना को निर्धारित करने के लिए समझा जाता है, बल्कि कई को खोजने के लिए भी समझा जाता है।

इन वस्तुओं की अन्य भौतिक विशेषताएं: तापमान, दबाव, गति, चुंबकीय प्रेरण।

यह जानना जरूरी है कि हमारे आसपास के शरीर किस चीज से बने हैं। उनकी संरचना निर्धारित करने के लिए कई तरीके तैयार किए गए हैं। लेकिन तारों और आकाशगंगाओं की संरचना को केवल वर्णक्रमीय विश्लेषण की सहायता से ही जाना जा सकता है।

एएसए की एक्सप्रेस विधियों का व्यापक रूप से उद्योग, कृषि, भूविज्ञान और राष्ट्रीय अर्थव्यवस्था और विज्ञान के कई अन्य क्षेत्रों में उपयोग किया जाता है। एएसए परमाणु प्रौद्योगिकी, शुद्ध अर्धचालक सामग्री, सुपरकंडक्टर्स आदि के उत्पादन में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। धातु विज्ञान में सभी विश्लेषणों के 3/4 से अधिक एएसए विधियों द्वारा किए जाते हैं। क्वांटोमीटर की मदद से एक ऑपरेशनल प्रक्रिया की जाती है (2-3 . के भीतर) मिनट) खुले चूल्हे और कनवर्टर उद्योगों में पिघलने के दौरान नियंत्रण। भूविज्ञान और भूवैज्ञानिक अन्वेषण में, जमाओं का मूल्यांकन करने के लिए प्रति वर्ष लगभग 8 मिलियन विश्लेषण किए जाते हैं। एएसए का उपयोग पर्यावरण संरक्षण और मिट्टी विश्लेषण, फोरेंसिक और दवा, समुद्र तल भूविज्ञान और ऊपरी वायुमंडलीय संरचना अनुसंधान में किया जाता है।

समस्थानिकों को अलग करना और भूवैज्ञानिक और पुरातात्विक वस्तुओं आदि की आयु और संरचना का निर्धारण करना।

इसलिए, मानव गतिविधि के लगभग सभी प्रमुख क्षेत्रों में वर्णक्रमीय विश्लेषण का उपयोग किया जाता है। इस प्रकार, वर्णक्रमीय विश्लेषण न केवल वैज्ञानिक प्रगति के विकास के सबसे महत्वपूर्ण पहलुओं में से एक है, बल्कि मानव जीवन का मानक भी है।

साहित्य

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एक चमकदार पिंड द्वारा विकिरण के लिए खर्च की गई ऊर्जा की पूर्ति विभिन्न स्रोतों से की जा सकती है। रासायनिक परिवर्तन के दौरान निकलने वाली ऊर्जा के कारण फॉस्फोरस हवा की चमक में ऑक्सीकृत हो जाता है। इस तरह के प्रकाश को केमिलुमिनेसेंस कहा जाता है।

विभिन्न प्रकार के स्वतंत्र गैस निर्वहन के दौरान होने वाली चमक को इलेक्ट्रोल्यूमिनेसिसेंस कहा जाता है। इलेक्ट्रॉनों द्वारा बमबारी के कारण ठोस पदार्थों की चमक को कैथोड-ल्यूमिनियम और गैर-दृश्य कहा जाता है। एक निश्चित तरंग दैर्ध्य के एक शरीर द्वारा विकिरण का उत्सर्जन 1 इसकी विशेषता इस शरीर को विकिरणित करने के कारण हो सकती है (या इसे पहले विकिरणित किया जा सकता है) तरंग दैर्ध्य 2 के विकिरण के साथ जो λ 1 से कम है। इस तरह की प्रक्रियाओं को फोटोल्यूमिनेशन के नाम से जोड़ा जाता है।

उनके गर्म होने के कारण शरीर की चमक सबसे आम है। इस प्रकार की चमक को थर्मल (या तापमान) विकिरण कहा जाता है। थर्मल विकिरण किसी भी तापमान पर होता है, हालांकि, कम तापमान पर, व्यावहारिक रूप से केवल लंबी (अवरक्त) विद्युत चुम्बकीय तरंगें उत्सर्जित होती हैं।

आइए हम पूरी तरह से परावर्तक सतह (चित्र 154) के साथ एक अभेद्य खोल के साथ विकिरण करने वाले शरीर को घेर लें। खोल से हवा निकालें। खोल द्वारा परावर्तित विकिरण, शरीर पर पड़ने वाला, इसके द्वारा (आंशिक रूप से या पूरी तरह से) अवशोषित हो जाएगा। नतीजतन, शरीर और खोल को भरने वाले विकिरण के बीच ऊर्जा का निरंतर आदान-प्रदान होगा। यदि प्रत्येक तरंग दैर्ध्य के लिए शरीर और विकिरण के बीच ऊर्जा का वितरण अपरिवर्तित रहता है, तो शरीर-विकिरण प्रणाली की स्थिति संतुलन में होगी। अनुभव से पता चलता है कि विकिरण का एकमात्र प्रकार जो विकिरण करने वाले पिंडों के साथ संतुलन में हो सकता है, वह है थर्मल विकिरण। अन्य सभी प्रकार के विकिरण गैर-संतुलन हैं।

थर्मल विकिरण की विकिरण निकायों के साथ संतुलन में होने की क्षमता इस तथ्य के कारण है कि बढ़ते तापमान के साथ इसकी तीव्रता बढ़ जाती है। आइए मान लें कि शरीर और विकिरण के बीच संतुलन बिगड़ गया है (चित्र 1 देखें)। तब शरीर की आंतरिक ऊर्जा कम हो जाएगी, जिससे तापमान में कमी आएगी। यह, बदले में, शरीर द्वारा उत्सर्जित ऊर्जा की मात्रा में कमी का कारण बनेगा। शरीर का तापमान तब तक कम होगा जब तक शरीर द्वारा उत्सर्जित ऊर्जा की मात्रा अवशोषित ऊर्जा की मात्रा के बराबर नहीं हो जाती। यदि दूसरी दिशा में संतुलन गड़बड़ा जाता है, अर्थात विकिरणित ऊर्जा की मात्रा अवशोषित से कम है, तो शरीर का तापमान तब तक बढ़ेगा जब तक कि संतुलन फिर से स्थापित नहीं हो जाता। इस प्रकार, शरीर-विकिरण प्रणाली में असंतुलन संतुलन को बहाल करने वाली प्रक्रियाओं की घटना का कारण बनता है।

किसी भी प्रकार के ल्यूमिनेसेंस के मामले में स्थिति अलग है। आइए इसे केमिलुमिनेसेंस के उदाहरण पर दिखाते हैं। जब तक विकिरण का कारण बनने वाली रासायनिक प्रतिक्रिया आगे बढ़ती है, तब तक विकिरण करने वाला शरीर अपनी मूल स्थिति से आगे और आगे बढ़ता रहता है। शरीर द्वारा विकिरण के अवशोषण से प्रतिक्रिया की दिशा नहीं बदलेगी, लेकिन इसके विपरीत, मूल दिशा में तेज (हीटिंग के कारण) प्रतिक्रिया होगी। संतुलन तभी स्थापित होगा जब प्रतिक्रियाशील पदार्थों की पूरी आपूर्ति समाप्त हो जाएगी और रासायनिक प्रक्रियाओं के कारण ल्यूमिनेसेंस को थर्मल विकिरण द्वारा प्रतिस्थापित किया जाएगा।

तो, सभी प्रकार के विकिरणों में, केवल तापीय विकिरण ही संतुलन में हो सकता है। ऊष्मप्रवैगिकी के नियम संतुलन अवस्थाओं और प्रक्रियाओं पर लागू होते हैं। नतीजतन, थर्मल विकिरण को ऊष्मप्रवैगिकी के सिद्धांतों से उत्पन्न होने वाले कुछ सामान्य कानूनों का भी पालन करना चाहिए। इन नियमितताओं पर विचार करने के लिए हम मुड़ते हैं।

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