Spektroskopiya nima

Chiziqli nurlanish spektri simobning ko‘rinadigan diapazonida.

Spektroskopiya — spektrlarni elektromagnit nurlanish bilan bog‘liq holda o‘lchash, o‘rganish va talqin qilishga bag‘ishlangan ilmiy tadqiqot sohasi. Bunday spektrlar atom va molekulalardagi energiya sathlari orasidagi o‘tishlar jarayonida hamda ulardan tashkil topgan makroskopik jismlarda yuzaga keladi. Kengroq ma’noda spektroskopiya turli nurlanish turlarining spektrlarini o‘rganadi. Har bir atom yoki molekula o‘ziga xos noyob spektrga ega bo‘lib, u orqali uni aniqlash mumkin. Masalan, nurlanish spektri simobning (rasmga qarang) qorong‘i fondagi yorqin rangli chiziqlardan iborat. Bu kuchli qizdirilgan yoki elektr toki ta’sirida qo‘zg‘atilgan gaz (bu yerda simob bug‘i) faqat muayyan to‘lqin uzunliklarida yorug‘lik chiqarishini bildiradi. Bu uzunliklar aynan shu moddaga xos. Taqqoslash uchun, yutilish spektri aksincha, rang-barang tasma ustidagi qorong‘i chiziqlar ko‘rinishida bo‘lardi. Bunday yutilish spektri simob bug‘i faqat muayyan to‘lqin uzunliklaridagi yorug‘likni yutib, qolganlarini o‘tkazishi yoki qaytarishini anglatadi. Har bir elementga xos to‘lqin uzunliklari uning noyob elektron konfiguratsiyasi bilan belgilanadi. Demak, spektr orqali uni hosil qilgan elementni aniq aniqlash mumkin.

Spirt alangasi va uning spektri.

Spektroskopiyaning eng muhim qo‘llanishlaridan biri modda namunasining element va/yoki molekulyar tarkibini aniqlashdir. Spektroskopiya, asosan, elektromagnit spektr doirasida astronomiya, kimyo, materialshunoslik va fizika sohalarida asosiy tadqiqot vositasi hisoblanadi. U moddaning tarkibi, fizik va elektron tuzilishini atom, molekula va makroskopik darajalarda, shuningdek, astronomik masofalarda o‘rganish imkonini beradi. Spektroskopiya usullari jismlarning harorati va zichligi kabi makroskopik xususiyatlarini o‘rganishda, analitik kimyoda esa muayyan moddalarni topish va aniqlashda qo‘llaniladi.

Tarixan spektroskopiya gaz holatidagi moddalarning ko‘rinadigan yorug‘likni yutishini o‘rganishdan boshlangan. Bunda yorug‘lik ranglarga ajratilib prizmadan o‘tkazilgan va uning yutilishi to‘lqin uzunligiga bog‘liq ravishda o‘rganilgan. Hozirgi qo‘llanishlar orasida biotibbiy spektroskopiya yordamida to‘qimalarni va tibbiy tasvirlashni tahlil qilish hamda koinotdagi uzoq obyektlarni o‘rganish kiradi. Materiya to‘lqinlari va akustik to‘lqinlar ham nurlanish energiyasi shakllari sifatida qaralishi mumkin; gravitatsion to‘lqinlar esa Lazer interferometrli gravitatsion to‘lqinlar observatoriyasi (LIGO) doirasida spektral belgilari bilan bog‘langan.

O‘rganilayotgan spektr turiga, ya’ni chiqarish (emission), yutilish (absorbsion), qaytarish, sochilish va lyuminessensiya spektrlariga qarab spektroskopiyaning tegishli turlari farqlanadi. Masalan, absorbsion spektroskopiya, kombinatsion sochilish spektroskopiyasi, qaytarish spektroskopiyasi va boshqalar.

Spektroskopiyaning afzalligi — diagnostikani in situ, ya’ni obyektning o‘z «tabiiy muhitida», unga tegmasdan, masofadan va ayrim hollarda maxsus tayyorgarliksiz o‘tkazish mumkinligidir. Shu sababli usul, jumladan, astronomiyada keng qo‘llaniladi.

Kirish

Oq yorug‘lik prizmadan o‘tganda dispersiyaga uchrab, tarkibiy ranglarga ajraladi. Keyinchalik bu ranglarni spektroskopiya yordamida o‘rganish mumkin.

Spektroskopiya — spektrlarni elektromagnit nurlanishning to‘lqin uzunligi yoki chastotasiga bog‘liq holda o‘rganadigan fan bo‘limidir. Spektrlar moddaning tuzilishi va xususiyatlari haqida ma’lumot olish maqsadida spektrografik asboblar va boshqa usullar bilan o‘lchanadi. Spektral o‘lchov asboblari spektrometrlar, spektrofotometrlar, spektrograflar yoki spektr analizatorlari deb ataladi. Laboratoriyadagi aksariyat spektroskopik tahlillar tekshiriladigan namuna bilan boshlanadi. Manbadan kelgan yorug‘lik ranglarni fazoviy ajratish uchun monoxromator orqali o‘tkaziladi, so‘ng tanlangan chastota diapazoni namunadan o‘tadi va chiqish signali fotodiod yordamida qayd etiladi. Astronomik maqsadlarda teleskop yorug‘lik dispersiyasi uchun moslama bilan jihozlanishi kerak. Bu asosiy qurilmaning turli ko‘rinishlaridan foydalanish mumkin.

Spektroskopiya tarixi Isaak Nyuton yorug‘likni tarkibiy qismlarga ajratganidan boshlangan. U prizma yordamida ko‘rinadigan ranglarni ajratgan. Bu zamonaviy optika rivojidagi muhim bosqich bo‘ldi. Jeyms Klerk Maksvellning hissasidan keyin tadqiqotlar butun elektromagnit spektrni qamrab oldi. Rang spektroskopiya bilan bog‘liq bo‘lsa-da, u obyektlar yoki elementlarning inson ko‘zida rang taassurotini hosil qiluvchi muayyan elektromagnit to‘lqinlarni yutishi va qaytarishi bilan aynan bir tushuncha emas. Spektroskopiya yorug‘likni prizma, difraksion panjara yoki shunga o‘xshash asbob orqali ajratib, har bir element yoki molekula turi uchun noyob bo‘lgan, «spektr» deb ataluvchi alohida chiziqlar to‘plamini aniqlashni o‘z ichiga oladi. Aksariyat elementlar spektrini o‘rganish uchun avval gaz holatiga o‘tkaziladi, ammo hozir moddaning turli agregat holatlari uchun boshqa usullar ham mavjud. Nurlanishi prizmaga o‘xshash asbobda difraksiyaga uchragan har bir element yutilish spektrini yoki chiqarish spektrini namoyon etadi; bu elementning sovishi yoki qizishiga bog‘liq.

Tarixan spektroskopiya asosan alohida spektral chiziqlardan iborat chiziqli spektrlarni o‘rgangan. Biroq spektroskopiyadagi so‘nggi yutuqlar ba’zan dispersiyasiz ham ishlash imkonini beradi. Tebranish spektroskopiyasi — molekulalarning tebranishlari natijasida hosil bo‘ladigan spektrlarni o‘rganadigan spektroskopiya bo‘limidir. Biokimyoviy spektroskopiyada biologik to‘qimalar haqida yutilish va yorug‘lik sochilishi usullari yordamida ma’lumot olish mumkin. Yorug‘lik sochilishi spektroskopiyasi — elastik sochilishni o‘rganish orqali to‘qima tuzilishini aniqlaydigan qaytarish spektroskopiyasi turidir. Bunda to‘qimaning o‘zi difraksiya yoki dispersiya mexanizmi vazifasini bajaradi.

Quyoshning yuqori aniqlikdagi spektri tasviri; unda yulduz atmosferasidagi elementlar hosil qilgan alohida chiziqlar to‘plami ko‘rsatilgan.

Spektroskopik tadqiqotlar kvant mexanikasi rivojida markaziy o‘rin tutgan. Atomning dastlabki qo‘llash mumkin bo‘lgan kvant modellari, jumladan, Bor modeli, Shryodinger tenglamasi va matritsali mexanika, spektral chiziqlarni vodorod uchun qayta hosil qildi. Ular alohida kvant sakrashlarida qatnashgan bog‘langan elektronning vodorod atomidagi o‘tishlarini vodorodning diskret spektri bilan bog‘ladi. Mutlaq qora jism nurlanishini Maks Plank spektroskopiya yordamida izohlagan, chunki u fotometr yordamida yorug‘likning to‘lqin uzunligini mutlaq qora jism harorati bilan taqqoslagan. Spektroskopiyadan fizik va analitik kimyoda foydalaniladi, chunki atomlar va molekulalar noyob spektrlarga ega. Shu bois bunday spektrlar yordamida atom va molekulalarni aniqlash, farqlash hamda ularning miqdorini baholash mumkin.

Spektroskopiya astronomiya va Yerni masofadan zondlashda qo‘llaniladi. Ko‘pchilik ilmiy teleskoplar spektrograflar bilan jihozlangan. O‘lchangan spektrlar astronomik obyektlarning kimyoviy tarkibi va harorat, elementlar miqdori, tezlik, aylanish, magnit maydon kabi fizik xususiyatlarini aniqlashda ishlatiladi. Spektroskopiya biokimyoda ham katta ahamiyatga ega. Molekulyar namunalar modda turlarini aniqlash va energiya miqdorini baholash uchun tahlil qilinishi mumkin.

Qo‘llanish sohalari

Yuqori aniqlikdagi UVES spektrografi Juda katta teleskopda.

Spektroskopiya tibbiyot, fizika, kimyo va astronomiyada turli maqsadlarda qo‘llaniladi. Yutilish xususiyatlari va astronomiyada nurlanish xususiyatlaridan foydalanib, tabiatdagi muayyan holatlarni aniqlash mumkin. Spektroskopiyaning juda ko‘p ilmiy yo‘nalish va vazifalarda ishlatilishi maxsus kichik sohalarning shakllanishiga olib keldi. Ularning ayrimlari quyidagilar:

  • Namunaning atom tuzilishini aniqlash;
  • Nurlanish spektridagi chiziqlarni quyidagi obyektlarda o‘rganish: Quyosh va uzoq galaktikalar;
  • Koinotni tadqiq qilish;
  • Kuzatish: qotish jarayoni kompozitlarda, buning uchun optik tolalar ishlatiladi;
  • Yaqin infraqizil spektroskopiya yordamida ob-havo ta’sirida eskirgan yog‘ochning qancha vaqt ochiq muhitda turganini baholash;
  • Oziq-ovqat namunalaridagi turli birikmalarni ko‘rinadigan va infraqizil spektrda yutilish spektroskopiyasi yordamida o‘lchash;
  • Qon namunalaridagi zaharli birikmalar miqdorini o‘lchash;
  • Rentgen fluoressensiyasi yordamida namunani buzmasdan element tahlilini o‘tkazish;
  • Tadqiq etish: elektron tuzilishi — turli spektroskoplar yordamida;
  • Qizilga siljish orqali uzoq obyekt harakatining tezligi va yo‘nalishini aniqlash;
  • Mushakning metabolik tuzilishini aniqlash;
  • Chuchuk suv va dengiz ekotizimlaridagi erigan kislorod miqdorini kuzatish;
  • Dori vositalarining samaradorligini oshirish uchun ularning tuzilishini o‘zgartirish;
  • Oqsillarni tavsiflash;
  • Kasalxonalarda nafas gazlarini tahlil qilish;
  • Uzoq yulduz yoki unga yaqin ekzosayyoraning fizik xususiyatlarini relyativistik Doppler effekti yordamida aniqlash;
  • Inkubatsiya vaqtida jinsni in-ovo usulida aniqlash: spektroskopiya tuxumning inkubatsiya davrida uning ichidagi jo‘janing jinsini aniqlashga imkon beradi. Usul Fransiya va Germaniya kompaniyalari tomonidan ishlab chiqilgan; har ikkala mamlakat 2022-yilda asosan maydalagich yordamida amalga oshiriladigan jo‘jalarni saralab yo‘q qilishni taqiqlashga qaror qilgan;
  • Sanoat jarayonlarini boshqarishda texnologik jarayonlarni kuzatish.

Nazariya

Spektroskopiyaning asosi shundaki, yorug‘lik turli uzunlikdagi to‘lqinlardan iborat va har bir to‘lqin uzunligi muayyan chastotaga mos keladi. Spektroskopiyaning ahamiyati davriy jadvaldagi har bir elementning o‘ziga xos yorug‘lik spektriga egaligidadir. Bu spektr element chiqaradigan yoki yutadigan yorug‘lik chastotalari bilan ifodalanadi; yorug‘lik difraksiyaga uchraganda ular elektromagnit spektrning doimo bir xil qismida paydo bo‘ladi. Bu atomlardan tashkil topgan barcha narsalarni o‘rganishning butun boshli yo‘nalishini ochdi. Shu tariqa spektroskopiya ilgari o‘rganilmagan ko‘plab fan sohalariga yo‘l ochdi. Har bir kimyoviy elementning o‘ziga xos spektral belgisi borligi haqidagi tushuncha turli spektroskopik usullar bilan aniq vazifalarni bajaradigan ko‘plab sohalarda spektroskopiyadan foydalanish imkonini berdi. AQSH Milliy standartlar va texnologiyalar instituti (NIST) atom spektrlarining ochiq ma’lumotlar bazasini yuritadi; u doimiy ravishda aniq o‘lchovlar bilan to‘ldiriladi.

Yutilish spektrofotometridan foydalanilganda yorug‘lik manbasining yutilish darajasi Buger — Lambert — Ber qonuni: bilan aniqlanadi, bunda  — namuna orqali o‘tishdan oldingi yorug‘lik intensivligi,  — chiqishdagi intensivlik,  — ekstinksiya koeffitsiyenti,  — yorug‘likning namuna ichida bosib o‘tgan yo‘li,  — namuna konsentratsiyasi. Ekstinksiya koeffitsiyenti tanlangan to‘lqin uzunligi va o‘rganilayotgan molekulaga bog‘liq.

Chastota bo‘yicha rezonanslar dastlab mayatniklar kabi mexanik tizimlarda tavsiflangan. Ularning harakat chastotasini Galiley ifodalagan. Kvant-mexanik tizimlarda shunga o‘xshash rezonans tebranuvchi energiya manbasi, masalan, atom orbitallari kabi ikkita statsionar holatni bir-biriga bog‘laydi. Bunday energiya manbasi foton bo‘lishi mumkin. Ikki holat orasidagi bog‘lanish manba energiyasi ushbu holatlar energiyalari farqiga teng bo‘lganda eng kuchli bo‘ladi. Ya’ni mos energiyali foton elektronning ikkita orbital orasida o‘tishini ko‘proq yuzaga keltiradi. Bu jarayon elektronning qo‘zg‘alishi deb ataladi. Fotonning E energiyasi uning ν chastotasi bilan E = hν tenglama orqali bog‘langan. Bu yerda h — Plank doimiysi bo‘lib, tizimning foton chastotasiga bog‘liq javob spektrida rezonans chastotasi yoki energiyasida cho‘qqi hosil bo‘ladi.

Namunani tahlil qilish uchun elektromagnit spektrning istalgan qismi — infraqizildan ultrabinafshagacha ishlatilishi mumkin. Bu olimlarga bir namunaning turli xususiyatlari haqida ma’lumot beradi. Ushbu kashfiyot spektroskopiya sohasining kengayishiga olib keldi. Masalan, kimyoviy tahlilda spektroskopiyaning eng keng tarqalgan turlariga atom spektroskopiyasi, infraqizil spektroskopiya, ultrabinafsha va optik spektroskopiya, Raman spektroskopiyasi va yadro magnit rezonansi kiradi.

Usullar tasnifi

O‘ta aniq spektrografdagi difraksion panjaraning tasviri — ESPRESSO.

Spektroskopiya juda keng soha bo‘lib, unda muayyan spektroskopik usullarni qo‘llashning ko‘plab shakllariga ega kichik yo‘nalishlar mavjud. Turli amalga oshirish usullari bir necha mezon bo‘yicha tasniflanadi.

Nurlanish energiyasi turi

Spektroskopiya turlari o‘zaro ta’sirda qatnashadigan nurlanish energiyasi turiga qarab farqlanadi. Ko‘p hollarda spektr ushbu energiyaning intensivligi yoki chastotasidagi o‘zgarishlarni o‘lchash orqali aniqlanadi. O‘rganiladigan nurlanish energiyasi turlariga quyidagilar kiradi:

O‘zaro ta’sir tabiati

Spektroskopiya turlari energiya va material o‘rtasidagi o‘zaro ta’sir xususiyatiga qarab farqlanadi. Bunday o‘zaro ta’sirlar quyidagilarni o‘z ichiga oladi:

  • Yutilish spektroskopiyasi: yutilish nurlanish manbasidan kelgan energiya material tomonidan o‘zlashtirilganda sodir bo‘ladi. Yutilish ko‘pincha material orqali o‘tgan energiya ulushini o‘lchash bilan aniqlanadi, chunki yutilish o‘tgan energiya miqdorini kamaytiradi.
  • Emission spektroskopiya: chiqarish (emissiya) material nurlanish energiyasini ajratib chiqarishini anglatadi. Mutlaq qora jismning spektri uning harorati bilan belgilanadigan spontan nurlanish spektridir. Bu xususiyatni infraqizil diapazonda, masalan, atmosfera interferometri yordamida o‘lchash mumkin. Nurlanishga boshqa energiya manbalari, jumladan, alanga, uchqunlar, elektr yoylari yoki elektromagnit nurlanish (masalan, fluoressensiya) ham sabab bo‘lishi mumkin.
  • Spektroskopiyaning elastik sochilish va qaytarish turlari: tushayotgan nurlanishning materialdan qanday qaytishi yoki sochilishini aniqlaydi. Kristallografiya rentgen nurlari va elektronlar kabi yuqori energiyali nurlanishning sochilishidan oqsillar va qattiq kristallardagi atomlarning joylashuvini o‘rganish uchun foydalanadi.
  • Impedans spektroskopiyasi: bu yerda impedans — muhitning energiya o‘tishiga qarshilik ko‘rsatish yoki uni sekinlashtirish xususiyati. Optikada bu xususiyatni quyidagi kattalik ifodalaydi: sinish ko‘rsatkichi.
  • Energiya almashinuvi bilan kechadigan noelastik sochilish hodisalarida rentgen nurlari va modda o‘rtasidagi energiya almashinuvi sochilgan nurlanishning to‘lqin uzunligini o‘zgartiradi. Bularga Raman (kombinatsion) va Kompton sochilishi kiradi.
  • Kogerent yoki rezonansli spektroskopiya: bu usullarda nurlanish energiyasi materialning ikki kvant holatini nurlanish maydoni saqlab turadigan kogerent o‘zaro ta’sir orqali bog‘laydi. Zarrachalar to‘qnashuvi va energiya uzatilishi kabi boshqa ta’sirlar kogerentlikni buzishi mumkin. Shuning uchun uni saqlash uchun ko‘pincha yuqori intensivlikdagi nurlanish talab qilinadi. Yadro magnit rezonansi spektroskopiyasi (YMR) keng qo‘llanadigan rezonans usulidir. O‘ta tezkor lazer spektroskopiyasi esa infraqizil va ko‘rinadigan spektral sohalarda ishlatilishi mumkin.
  • Yadro spektroskopiyasi: moddadagi mahalliy tuzilmani o‘rganish uchun muayyan atom yadrolarining xususiyatlaridan foydalanadigan usullardir. Ular asosan kondensatsiyalangan muhitlarda, suyuqlikdagi yoki muzlatilgan suyuqlikdagi molekulalarda, shuningdek, biomolekulalarda qo‘llaniladi.
  • Spektroskopiyaning kvant mantiqiga asoslangan turi: ion tuzoqlarida qo‘llanadigan umumiy usul bo‘lib, ionlarning ichki tuzilishi lazer bilan sovitish, holatlarni boshqarish va aniqlashga imkon bermaganida ham spektroskopik tadqiqot o‘tkazish imkonini beradi. Kvant mantiqiy amallari boshqarilayotgan ionga bir tuzoqda ushlab turilgan, elektron tuzilishi murakkab yoki noma’lum boshqa ion bilan axborot almashish imkonini beradi.

Material turi

Spektroskopik tadqiqotlar nurlanish energiyasi muayyan turdagi modda bilan o‘zaro ta’sirlashadigan qilib ishlab chiqiladi. Ularni uchta keng toifaga ajratish mumkin:

Atomlar

«Spektroskopische Methoden der analytischen Chemie» (1922) kitobidan atom spektrlari jadvali.

Atom spektroskopiyasi spektroskopiyaning dastlabki qo‘llanish sohasi bo‘lgan. Atom-absorbsion spektroskopiya va atom-emission spektroskopiya ko‘rinadigan va ultrabinafsha yorug‘likdan foydalanadi. Ko‘pincha atom spektral chiziqlari deb ataladigan bunday yutilish va nurlanishlar tashqi qobiq elektronlarining bir elektron orbitasidan boshqasiga o‘tishida yuz beradigan elektron o‘tishlari bilan bog‘liq. Atomlarning o‘ziga xos rentgen spektrlari ham mavjud bo‘lib, ular ichki qobiq elektronlarining qo‘zg‘algan holatlarga o‘tishi natijasida yuzaga keladi.

Turli elementlarning atomlari turlicha spektrga ega. Shu sababli atom spektroskopiyasi namunaning element tarkibini aniqlash va miqdoriy baholash imkonini beradi. Robert Bunzen va Gustav Kirxgof spektroskopni ixtiro qilganidan keyin Bunzen seziy va rubidiyni ularning nurlanish spektrlarini kuzatish orqali kashf etdi. Atomlarning yutilish chiziqlari Quyosh spektrida kuzatiladi va Fraungofer chiziqlari deb ataladi. Bu nom ularni kashf etgan Yozef Fraungofer sharafiga berilgan. Vodorod spektrining to‘liq izohi kvant mexanikasining dastlabki muvaffaqiyatlaridan biri bo‘ldi. Bu Lamb siljishini tushuntirib berdi. Vodorod spektrida kuzatilgan ushbu siljish keyinchalik kvant elektrodinamikasining rivojlanishiga olib keldi.

Ko‘rinadigan va ultrabinafsha o‘tishlarni o‘rganishga mo‘ljallangan zamonaviy atom spektroskopiyasi usullariga alangali emission spektroskopiya, induktiv bog‘langan plazmali atom-emission spektroskopiya, miltillovchi razryad spektroskopiyasi, mikroto‘lqinli plazma spektroskopiyasi, uchqunli yoki yoyli emission spektroskopiya kiradi. Rentgen spektrlarini o‘rganish usullariga rentgen spektroskopiyasi va rentgen-fluoressent tahlil.

Atom spektroskopiyasi usullariga quyidagilar kiradi:

Molekulalar

Atomlarning molekulalarga birikishi yangi turdagi energiya holatlari va shu holatlar orasidagi o‘tishlarning o‘ziga xos spektrlarini hosil qiladi. Molekulyar spektrlar elektronlarning spin holatlari (elektron paramagnit rezonansi), molekulalarning aylanishi, tebranishlari va elektron holatlari bilan bog‘liq ravishda yuzaga kelishi mumkin. Aylanish atom yadrolarining jamoaviy harakati bo‘lib, odatda mikroto‘lqinli va millimetrli spektral diapazonlarda spektr hosil qiladi. «Aylanish spektroskopiyasi» va «mikroto‘lqinli spektroskopiya» sinonimdir. Tebranishlar atom yadrolarining bir-biriga nisbatan harakatidir va infraqizil hamda Raman spektroskopiyasi bilan o‘rganiladi. Elektronlarning qo‘zg‘alishi optik va ultrabinafsha spektroskopiyasi, shuningdek, fluoressent spektroskopiya yordamida o‘rganiladi.

Molekulyar spektroskopiya sohasidagi tadqiqotlar birinchi mazerni yaratishga, keyinchalik esa lazer yaratilishiga hissa qo‘shdi.

Molekulyar spektroskopiya usullariga quyidagilar kiradi:

Kristallar va murakkab materiallar

Atomlar yoki molekulalarning kristallarga yoki boshqa murakkab shakllarga birikishi qo‘shimcha energiya holatlarini vujudga keltiradi. Bunday holatlar ko‘p bo‘lgani uchun ularning holatlar zichligi yuqori bo‘ladi. Bu yuqori zichlik ko‘pincha spektrlarni kuchsizroq va aniq ajralmaydigan, ya’ni kengroq qiladi. Masalan, mutlaq qora jism nurlanishi material ichidagi issiqlik harakati bilan bog‘liq. Akustik va mexanik javoblar ham jamoaviy harakatlar natijasidir. Ammo sof kristallar aniq ajralib turadigan spektral o‘tishlarga ega bo‘lishi mumkin; kristallarning joylashuvi esa kuzatiladigan molekulyar spektrlarga ta’sir ko‘rsatadi. Kristall panjaraning muntazam tuzilishi rentgen nurlari, elektronlar yoki neytronlarni sochadi. Bu kristallografik tadqiqotlar o‘tkazish imkonini beradi.

Atom yadrolari

Yadrolar bir-biridan katta farq qiladigan aniq energiya holatlariga ega. Bu esa gamma nurlanish spektrlarini hosil qiladi. Yadroning alohida spin holatlari energiyasi magnit maydon ta’sirida ajralishi mumkin va bu yadro magnit rezonansi spektroskopiyasini amalga oshirishga imkon beradi.

Tarix

Spektroskopiya tarixi Isaak Nyutonning optika bo‘yicha tajribalaridan boshlanadi. U 1672-yilda London Qirollik jamiyatiga taqdim etgan maqolasida quyosh nurini kichik teshikdan, so‘ng prizmadan o‘tkazgan tajribasini tasvirlagan. Nyuton oq bo‘lib ko‘rinadigan quyosh nuri aslida kamalakning barcha ranglari aralashmasidan iboratligini aniqladi. U «spektr» so‘zini oq yorug‘likda birlashgan va oq nur prizmadan o‘tganda namoyon bo‘ladigan ranglar kamalagini ifodalash uchun qo‘lladi.

Fraungofer chiziqlari Quyoshning uzluksiz nurlanish spektri fonida.

1802-yilda ingliz olimi Uilyam Hayd Vollaston Quyosh spektrini ekranga fokuslaydigan linzali takomillashtirilgan spektrometrni ixtiro qildi. Undan foydalanganda u ranglar bir tekis taqsimlanmaganini va ayrim ranglar yetishmaydigan joylar spektrdagi qorong‘i tasmalar ko‘rinishida ekanini payqadi. 1800-yillarning boshida Yozef fon Fraungofer dispersiyali spektrometrlar bilan tajribalarda muhim yutuqlarga erishdi va spektroskopiyaning yanada aniq, miqdoriy ilmiy usulga aylanishiga yordam berdi. O‘sha davrdan buyon spektroskopiya kimyo, fizika va astronomiyada muhim o‘rin egallab kelmoqda. Keyinroq, 1815-yilda, Fraungofer Quyosh spektrini o‘rganib, hozir 600 ga yaqin qorong‘i chiziqni (yetishmaydigan ranglarni) aniqladi. Ular Fraungofer chiziqlari yoki yutilish chiziqlari deb ataladi.

Atom va molekulalarning spektrlari ko‘pincha spektral chiziqlar qatoridan iborat bo‘ladi. Har bir chiziq rezonansni ikki xil kvant holati orasidagi o‘zaro bog‘lanish sifatida ifodalaydi. Bu qatorlarni va ularga mos spektral manzaralarni tushuntirish kvant mexanikasining rivojlanishi va qabul qilinishiga turtki bergan tajribaviy jumboqlardan biri bo‘lgan. Xususan, vodorodning spektral qatori ilk bor Borning atom modeli yordamida muvaffaqiyatli tushuntirilgan. Ba’zi hollarda spektral chiziqlar bir-biridan yaxshi ajraladi. Ammo energiya holatlari zichligi yetarli darajada yuqori bo‘lsa, chiziqlar ustma-ust tushib, bitta o‘tishdek ko‘rinishi mumkin.

Havaskorlik faoliyati

CD diskdan difraksion panjara sifatida foydalanish.

Spektroskopiya «meykerlar (makerlar)» harakati doirasida rivojlanayotgan amaliy mashg‘ulotga aylandi. Bu havaskorlar va o‘qituvchilarga oson topiladigan materiallardan ishlaydigan spektrometrlar yasash imkonini beradi.

Quyidagi komponentlardan foydalanish, jumladan, difraksion panjaralar (ular CD/DVD-disklardan tayyorlanadi), smartfonlar va 3D printerda bosilgan qismlar yorug‘lik va moddaning o‘zaro ta’sirini amalda o‘rganishga yordam beradi. Smartfon ilovalari va ochiq kodli vositalar birgalikda integratsiyani osonlashtiradi, spektral ma’lumotlarni yozib olish va tahlil qilishni ancha soddalashtiradi.

Professional uskunalarga nisbatan ajrata olish qobiliyati, kalibrlash aniqligi va tarqoq yorug‘likni boshqarishda cheklovlar mavjud bo‘lsa-da, o‘z qo‘li bilan qurilgan (DIY) spektroskopiya qimmatli ta’limiy tajriba beradi va fuqarolik fani tashabbuslariga hissa qo‘shib, spektroskopik usullarni ommalashtiradi.

Adabiyotlar

  • Kimyo ensiklopediyasi : 5 jildda  / N. S. Zefirov tahriri ostida. — Moskva : Katta Rossiya ensiklopediyasi, 1995.  — J. 4. — 639 b. — ISBN 5-85270-092-4.
  • Yelyashevich, M. A. Atom va molekulyar spektroskopiya. — Moskva: Nauka, 1962. — 892 b.
  • tahrirchilar: G. Kammings, E. Payk. Optik aralashish spektroskopiyasi va fotonlar korrelyatsiyasi. — Moskva: Mir, 1978. — 583 b.
  • Malishev, V. I. Eksperimental spektroskopiyaga kirish. — Moskva: Nauka, 1979. — 479 b.
  • Rayxbaum, Ya. D., Sechkarev A. V. Spektroskopiya va uning geofizika hamda kimyoda qo‘llanishi. — Moskva: Nauka, 1975. — 386 b.

Havolalar