光譜分析法

1 ?焰色反應(yīng)

提起光譜分析法蓝丙,首先要提到德國化學(xué)家羅伯特·威廉·本生(Robert Wilhelm Bunsen,1811一1899)望拖。他發(fā)明了本生燈渺尘,由于火焰無色且溫度高,現(xiàn)在有的化學(xué)實(shí)驗(yàn)室還在使用说敏。

圖1 本生和本生燈

1858年鸥跟,在使用本生燈時,本生注意到不同物質(zhì)的灼燒會讓火焰的顏色發(fā)生變化盔沫,于是他開始研究焰色和物質(zhì)的關(guān)系医咨。

他灼燒食鹽(氯化鈉),發(fā)現(xiàn)火焰變成黃色架诞。為了分辨是氯還是鈉讓焰色變黃拟淮,本生又分別使用純堿(碳酸納)和芒硝(硫酸鈉)來做試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)也是黃色谴忧。最后他將金屬鈉放到火焰里很泊,火焰立刻變成亮黃色,由此證明是鈉對焰色起了作用沾谓。

現(xiàn)在我們把某些金屬或它們的化合物在無色火焰中灼燒時使火焰呈現(xiàn)特征顏色的反應(yīng)稱為焰色反應(yīng)委造。比如鋰離子為紫紅色、鋇離子為黃綠色均驶、鈣離子為磚紅色昏兆、鉀離子為淺紫色、銅離子為綠色等辣恋。節(jié)日五顏六色的煙花就是各種金屬離子焰色反應(yīng)的全面展示亮垫。

本生為自己發(fā)明了一種新的化學(xué)分析方法而高興模软,但是在對混合溶液的分析中遇到了困難。這時饮潦,本生的好朋友燃异,物理學(xué)家基爾霍夫(1824-1887)來幫忙了。

圖2 基爾霍夫(左)和本生(右)

2 ?光譜分析方法

在之前的物理學(xué)研究中继蜡,牛頓大神曾經(jīng)用三棱鏡分析太陽光的色彩回俐,德國光學(xué)家方和斐曾用狹縫和三棱鏡研究過太陽的光譜,并且發(fā)現(xiàn)了太陽光譜中有許多黑線稀并。

基爾霍夫仅颇,這位提出基爾霍夫電路定律的“電路求解大師”,參照方和斐的方法碘举,使用三棱鏡忘瓦、望遠(yuǎn)鏡、一片打了一道狹縫的圓鐵片等簡陋的設(shè)施搭建了一套儀器引颈,確定了每種物質(zhì)特有的譜線耕皮,最終成功辨別出混合溶液中含有的金屬離子。

圖3 首個光譜儀

光譜分析法就這樣誕生了蝙场。這個方法靈敏好用凌停,他們又據(jù)此發(fā)現(xiàn)了兩種新元素:銫和銣。

3 ?太陽的元素

基爾霍夫在研究中注意到:太陽光譜的黑線中售滤,有兩條恰好和鈉的兩條黃線位置一樣罚拟。難道太陽上缺少鈉嗎?

基爾霍夫使用同樣發(fā)出白光的石灰替代太陽完箩,發(fā)現(xiàn)沒有方和斐黑線赐俗。基爾霍夫在石灰光和分光鏡中間放上本生燈嗜憔,燒起鈉鹽秃励。石灰光的連續(xù)光譜上出現(xiàn)了兩條黑線,正好在太陽光譜的黑線位置上吉捶。換一種鹽試試夺鲜,又出現(xiàn)了新的黑線,位置和那種鹽的譜線的位置一樣呐舔。

經(jīng)過反復(fù)對比實(shí)驗(yàn)币励,基爾霍夫證明太陽上不是沒有鈉,而是有鈉珊拼。

太陽中心的溫度極高食呻,發(fā)出來的光本來是連續(xù)光譜。但是太陽外圍的氣體溫度比較低,在這外圍氣體中有什么元素仅胞,就會把連續(xù)光譜中的相應(yīng)的譜線吸收掉每辟。這正像本生燈中的鈉蒸氣,能使石灰光的連續(xù)光譜出現(xiàn)兩條黑線一樣干旧。

方和斐黑線的謎解開了渠欺。原來這些黑線和亮線一樣,也能表示太陽大氣中有什么元素椎眯。

1825年法國哲學(xué)家孔德在他的《實(shí)證哲學(xué)講義》中斷言挠将,“恒星的化學(xué)組成是人類絕不能得到的知識”,以此來說明人類認(rèn)識的局限性编整。1859年10月20日舔稀,基爾霍夫向柏林科學(xué)院報(bào)告了他的發(fā)現(xiàn)。他根據(jù)太陽光譜中方和斐線的位置掌测,證明太陽上有氫内贮、鈉、鐵赏半、鈣贺归、鎳等元素。他用科學(xué)成功宣布了哲學(xué)家孔德的無知断箫。

4 ?光譜分析法的應(yīng)用

光譜分析法推廣得很快,現(xiàn)在的光譜分析儀不僅能分析物質(zhì)的組成秋冰,還能求出其中各種元素的含量仲义,已經(jīng)成為各行各業(yè)必不可少的技術(shù)手段。天文學(xué)家也在利用光譜分析法剑勾,不斷地揭露遙遠(yuǎn)星球的秘密埃撵。

參考書目:

《打開原子的大門》郭正誼 湖南教育出版社

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