Színképelemzés

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
Spirituszláng, előtérben a spektruma

A színképelemzés (spektrálanalízis) a megfigyelt objektumokból érkező látható fény színképi vizsgálatával foglalkozik. A színkép elemzésével – azaz a sugárzás intenzitásának frekvencia, illetve hullámhossz szerint eloszlásának meghatározásával és annak elemzésével – meg lehet határozni egy közeg anyagi összetevőit.

A módszer kialakulásának története[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

1814-ben Joseph von Fraunhofer német fizikus felfedezte, hogy a Nap energiasugárzása nem egyenletes a látható spektrum minden frekvenciáján, hanem bizonyos meghatározott frekvenciák hiányoznak, a színképben ezek helyén fekete vonalak látszódnak. Abban az időben ezt a tényt csak érdekesnek tartották, de nem gondolták róla, hogy fontos is lehet.

Gustav Kirchhoff német (porosz) fizikus az 1850-es évek közepén az elektromos áramok kutatásával foglalkozott a breslaui egyetemen. 1858-ban, amikor egy alkalommal egy professzornak segédkezett, észrevette, hogy a gázok fényspektrumában fényes vonalak jelentek meg, és eszébe jutott, hogy ez hasonlít ahhoz, amit Fraunhofer cikkében olvasott. További vizsgálatokkal kiderült, hogy ezeknek a fényes vonalaknak a hullámhossza pontosan megegyezik azoknak a fekete vonalaknak a hullámhosszával, amelyeket Fraunhofer a Nap látható spektrumában tanulmányozott. Kirchhoff, miközben azon gondolkozott, hogy vajon mit jelenthet, hogy valamilyen gáz lángjában és a Nap színképében azonos hullámhosszhoz tartozó vonalak találhatók, rájött, hogy ha a fény spektrumát egy prizma segítségével felbontja, a hullámhosszak közötti különbség jobban látható lesz. Akkoriban ehelyett különféle színű szűrőket használtak, amiket egymás után raktak, és így a fény halványabban volt látható.

Kirchhoff arra gondolt, hogy az ő módszerével majd minden fényes csúcsot ki fog tudni mutatni, bármely gáz állítja is azt elő. A gyakorlatban azonban nem működött a dolog. Ugyanis az a láng, amivel a gázokat megvilágította, túl fényes volt, és ez zavarta a megfigyelést.

Robert Bunsen német kémikus 1858-ban fedezte fel a fotokémiát[forrás?] – azt a tudományt, amely az egyes kémiai elemek elégetésekor kisugározódó fény tanulmányozásával foglalkozik. Munkája során kifejlesztett egy égőt, aminek lényege az volt, hogy a vizsgálandó gázt és a levegőt az égés előtt összekeverték, így különösen forró gázt sikerült előállítani (1480 °C fölöttit), amely alig sugárzott látható fényt. Az égőt később Bunsen-égőnek nevezték el, ma is ezen a néven ismert.

Kirchhoff és Bunsen a Heidelbergi egyetemen dolgoztak együtt 1859-ben. (Munka közben Kirchhoff, mivel csak 1 méter 50 cm magas volt, Bunsennek a válláig ért). Ketten hat hónap alatt megterveztek és kidolgoztak egy módszert és egy készüléket, amiben alkalmazták Kirchhoff prizmáját és Bunsen égőjét a fény felbontására, és a készüléket spektrográfnak nevezték el. Eredetileg ezt kémiai minták égetésére szánták, aminek során a keletkezett fényspektrum vizsgálható volt. Elkezdték katalogizálni a kémiai elemeket és a hozzájuk tartozó hullámhosszakat minden ismert kémiai elemre, és felfedezték, hogy egy egy elem mindig ugyanazokat a hullámhosszakat állította elő; ez volt az elem kémiai „aláírása”.

Ezzel a tudással és a kémiai elemek általuk megmért katalógusával felfegyverkezve Kirchhoff és Bunsen végezte el először tengervíz és a Nap teljes kémiai elemzését. Ennek során megállapították, hogy a Nap atmoszférájában hidrogén, hélium, nátrium és még vagy féltucat egyéb, a Földön is megtalálható közönséges elem van. Ez bizonyította be először, hogy a Föld kémiailag nem különleges az égitestek között.

Kirchhoff és Bunsen a tudománynak egy sokoldalú vizsgálóeszközt bocsátott a rendelkezésére, amivel a csillagok kémiai felépítését ugyanolyan pontosan meg lehet határozni, mintha a Földön vizsgálnánk meg egy anyagmintát.

E felismerésük alapján a már ismert kémiai elemek azonosítása után két új elemet is fölfedeztek színképelemzéssel, az egyik 1860-ban a cézium volt (nevének jelentése: „égszínkék”, amit a spektrográfban látható kékes színe után kapott). A másik elem a rubídium, amit 1861-ben fedeztek fel. Ennek az elemnek fényes, pirosas színe volt a spektrográfban (a szó a latin „piros” szóból származik).[1]


A színképelemzés és a spektroszkópia[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A színképelemzés jelentősen hozzájárult az anyagról szerzett ismeretekhez. Segítségével tárták fel az atomok elektronszerkezetének sajátosságait, határozták meg az elektronállapotokat jellemző kvantumszámokat; végeredményben ez tette lehetővé a kémiai elemek periódusos rendszerének elméleti értelmezését. A módszer elve alapján kialakult tudományos vizsgálati eljárások összességére a spektroszkópia kifejezést használjuk. Mára az elektromágneses sugárzás teljes hullámhossz, illetve frekvencia tartományán működik már spektroszkópiai módszer, és ide soroljuk a részecskesugárzások megfigyelésével foglalkozó eljárásokat is. Felvilágosítást szerezhetünk a molekulák szerkezetéről, a molekulákon belüli atomtávolságokról, az elektronok elrendeződéséről. Számos elemet, elemek izotópjait, molekulát a színképelemzés révén fedeztek fel. Anyagok összetételének vizsgálatánál széleskörűen alkalmazzák az asztrofizikában, a technikában, a régészetben, a rendőri nyomozásban stb.

Jegyzetek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  1. Kendall Haven: 100 Greatest Science Discoveries of All Time (Unlimited Libraries, 2007)

Lásd még[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Irodalom[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • Clark, Donald: Encyclopedia of Great Inventors and Discoveries. London: Marshall Cavendish Books, 1991
  • Diagram Group: Facts on File Chemistry Handbook. New York: Facts on File, 2000
  • Laidler, Keith: World of Physical Chemistry. New York: Oxford University Press, 1995
  • Lomask, Milton: Invention and Technology Great Lives. New York: Charles Scribner’s Sons, 1994
  • Philbin, Tom: The 100 Greatest Inventions of All Time. New York: Citadel Press, 2003
  • Schwacz, Joe: The Man Behind the Burner: Robert Bunsen’s Discoveries Changed the World of Chemistry in More Ways Than One. Chicago: Thomas Gale, 2005
  • Tuniz, R. J.: Accelerator Mass Spectrometry. New York: CRC Press, 1998