სპექტრული ანალიზი

სპექტრული ანალიზი — ნივთიერების ატომური და მოლეკულური შედგენილობის რაოდენობრივი და თვისებრივი განსაზღვრის ფიზიკური მეთოდი, რომელიც ემყარება ნივთიერების სპექტრის გამოკვლევას. სპექტრული ანალიზის ფიზიკური საფუძველია ატომებისა და მოლეკულების სპექტროსკოპია. მისი კლასიფიკაცია ხდება სპექტრის ანალიზის მიზნისა და ტიპის მიხედვით. ატომური სპექტრული ანალიზის (ასა) მეშვეობით ნიმუშის ელემენტურ შედგენილობას განსაზღვრავენ ატომების (იონების) გამოსხივებისა და შთანთქმის სპექტრების მიხედვით, მოლეკულური სპექტრული ანალიზის (მსა) მეშვეობით კი — ნივთიერების მოლეკულურ შედგენილობას შთანთქმის, ლუმინესცენციისა და სინათლის კომბინაციური გაბნევის (სკგ) მოლეკულური სპექტრების მიხედვით. ემისიურ სპექტრული ანალიზს ატარებენ ელექტრომაგნიტური გამოსხივების სხვადასხვა წყაროს მეშვეობით აგზნებული ატომების, იონებისა და მოლეკულების გამოსხივქბის სპექტრების მიხედვით, აბსორბციულ სპექტრული ანალიზს კი — გამოსაკვლევი ობიექტის (სხვადასხვა აგრეგატულ მდგომარეობაში არსებული ნივთიერების ატომები მოლეკულები, იონები) შთანთქმის სპექტრების გამოკვლევით.

ისტორია
ასა-ს საფუძვლად უშევს ქიმიური ელემენტების გამოსხივებისა და შთანთქმის სპექტრების ინდივიდუალური ხასიათი, დადგენილი გ. კირხჰოფისა და რ. ბუნზენის მიერ (1859-1861). ამ აღმოჩენაზე დაყრდნობით კირხჰოფმა (1861) დაამტკიცა, რომ მზის ქრომოსფეროში მრავალი ელემენტია, რითაც საფუძველი ჩაუყარა ასტროფიზიკას. 1861-1923 წლებში ასა-ით აღმოაჩინეს 25 ქიმიური ელემენტი, 1932 წელს სპექტრული მეთოდით — დეიტერიუმი. 1926 წელს გერმანელმა ფიზიკოსმა ვ. გერლახმა საფუძველი ჩაუყარა რაოდენობრივ სპექტრული ანალიზს.

ატომური სპექტრული ანალიზი (ასა)
თვისებრივი ასა-ის განსახორციელებლად გამოსაკვლევი ნივთიერების სპექტრს ადარებენ სპეციალურ ცხრილებსა და ატლასებში მოყვანილი ელემენტების სპექტრულ ხაზებს.

რაოდენობრივი ასა ხორციელდება სინჯის სპექტრში ისეთი ორი სპექტრული ხაზის ინტენსიურობათა შედარებით, რომელთაგანაც ერთი ეკუთვნის გამოსაკვლევ ელემენტს, მეორე კი (შედარების ხაზი) სინჯის ძირითად ელემენტს, რომლის კონცენტრაცია ცნობილია, ან ელემენტს, რომელიც სპეციალურად შეაქვთ სინჯში („შინაგანი სტანდარტი“).

რაოდენობრივი ასა ემყარება იმ თანაფარდობას, რომელიც არსებობს გამოსაკვლევი ელემენტის კონცენტრაციასა და ამ ელემენტისა და შედარების ხაზის ინტენსიურობათა (_1 და _2) ფარდობას შორის: _1/_2=^; ( და მუდმივებს განსაზღვრავენ ცდით) ანუ თანაფარდობას:

\ (_1/_2)= \ +\ 

სტანდარტული ნიმუშების (არანაკლებ სამისა) მეშვეობით აგებენ ზომაჭდევის გრაფიკს [\ (_1/_2) დამოკიდებულება \ -ზე]. _1 და _2 ინტენსიურობებს უშუალოდ ზომავენ ფოტოელექტრული რეგისტრაციით ან ფოტომეტრირებით, რისთვისაც მიკროფოტომეტრებს იყენებენ.

ემისიური ასა-ის ძირითადი პროცესები: 1. გამოსაკვლევი ნივთიერების სინჯის შერჩევა; 2. სინჯის შეტანა გამოსხივების წყაროში, სადაც ხდება მყარი ან თხევადი სინჯის აორთქლება, ნაერთების დისოციაცია და ატომებისა და იონების აგზნება; 3. ატომებისა და იონების ნათების სპექტრად დაშლა და მისი რეგისტრაცია (ან ვიზუალური დაკგირვება) სპექტრული ხელსაწყოების დახმარებით; 4. მიღებული სპექტრების გაშიფვრა ელემენტთა სპექტრული ხაზების ცხრილებისა და ატლასების დახმარებით.

მიღებულ სპექტროგრამებს აკვირდებიან გამზომ მიკროსკოპებში, კომპარატორებსა და სპექტროპროექტორებში. თვისებრივი ანალიზისათვის საკმარისია დადგინდეს გამოსაკვლევი ელემენტის შესაბამისი სპექტრული ხაზების არსებობა ან არარსებობა, ვიზუალური დაკვირვებისას სპექტრული ხაზის სიკაშკაშის მიხედვით შეიძლება არაზუსტად შეფასდეს სინჯში ამა თუ იმ ელემენტის შემცველობა.

სპექტრის ასაგზნებად ასა-ის დროს იყენებენ სინათლის სხვადასხვა წყაროს და შესაბამისად მათში ნიმუშის შეტანის სხვადასხვა ხერხს.

ატომურაბსორბციული სპექტრული ანალიზი (ააა)
ააა-ის გამოყენების დროს სინჯს გარდაქმნიან ორთქლად ატომიზატორში (ალში და სხვა). ააა-ის დროს წყვეტილი გამოსხივების წყაროდან გამოსული სინათლე გაივლის ამ ორთქლში და შესუსტდება. განსასაზღვრავი ელემენტის ხაზების ინტენსიურობის შესუსტების ხარისხის მიხედვით განსაზღვრავენ სინჯში მის კონცენტრაციას.

ატომურ-ფლუორესცენციური სპექტრული ანალიზი (აფა)
აფა-ის გამოყენების დროს სინჯს გარდაქმნიან ორთქლად ატომიზატორში (ალში და სხვა). აფა-ის დროს სინჯის ატომურ ორთქლს დაასხივებენ რეზონანსული გამოსხივების წყაროს სინათლით და არეგისტრირებენ განსასაზღვრავი ელემენტის ფლუორესცენციას. ამ მეთოდით ზოგიერთი ელემენტის (, , და სხვ.) აღმოჩენის ფარდობითი საზღვრები ძალიან მცირეა (~ – %).

მოლეკულური სპექტრული ანალიზი (მსა)
მსა საფუძვლად უდევს გამოსაკვლევი ნიმუშის სპექტრის თვისებრივი და რაოდენობრივი შედარება ინდივიდუალური ნივთიერების შესაბამის სპექტრთან. მსა-ის დროს იყენებენ სხვადასხვა სახის მოლეკულურ სპექტრებს: ბრუნვითს, რხევითსა და რხევით-ბრუნვითს; ელექტრონულ, ელექტრონულ-რხევითსა და ელექტრონულ-რხევით-ბრუნვითს. მსა საშუალებას გვაძლევს სხვადასხვა აგრეგატულ მდგომარეობაში არსებული ნივთიერების მცირე რაოდენობის ანალიზი ჩავატაროთ.

თვისებრივი მსა ადგენს გამოსაკვლევი ნიმუშის მოლეკულურ შედგენილობას. მოლეკულის სპექტრი მისივე ცალსახა მახასიათებელია. ყველაზე უფრო ფართოდ იყენებენ თხევად და მყარ მდგომარეობაში არსებული ნივთიერების ინფრაწითელი შთანთქმისა და სკგ-ის სპექტრებს, აგრეთვე ხილულ და ულტრაიისფერ არეში შთანთქმის სპექტრებს. თვისერტივებს და აჩქარებს ეგმ-ის გამოყენება.

რაოდენობრივი მსა შეიძლება ჩატარდეს შთანთქმის სპექტრების მიხედვითაც. ეს მეთოდი ეყრდნობა ბუგერ-ამბერტ–ბერის კანონს. მსა-ს შთანთქმის სპექტრების მიხედვით უმეტესად ატარებენ სითხეებისა და ხსნარებისათვის. აირებისათვის ანალიზის ეს მეთოდი მნიშვნელოვნად გაძნელებულია.

განსაკუთრებული მნიშვნელობა აქვს მსა-ს გამოსაკვლევი ხსნარების სპეციალურ გამხსნელებში, მაგალითად პარაფინში, ჩაყინვის ტექნიკის გამოყენებით (შპოლსკის ეფექტი).