Спектр Найчастіше в оптиці спектром іменується скупчення монохроматичних випромінювань, що входять у склад складних випромінювань. Також опис спектра можна описати декількома варінтами в залежності: графічної, аналітичної, табличної. Спектр в джерелах випромінювань може бути суцільним, смугастим, лінійчастим або спектром що має в собі відразу дві складові, а сааме бути суцільним і лінійчастим одночасно. Розділ фізики, який розглядає та аналізує оптичні спектри, іменується спектроскопією. Прилади, якими можна скористатися для вимірювання спектру, іменують спектрометрами. Види спектрів Всього є лише два види спектрів це випромінювання та відбиття. Випромінювальний спектр це сукупність монохроматичних хвиль, які тіло має змогу випромінювати. При перевірці повного вимірювання спектру поглинання, об’єкт випромінюють білим сяйвом, а також перевіряють скільки променів за якої частоти пройшло через це сяйво. Такою самою технологією можемо перевіряти спектр відбиття – ми перевіряємо променеві частоти, відбитих тілом. Структура спектру Неперервним спектром називають спектром, у якого відбуваються в його межах випромінювань дія, коли монохроматичні складові повністю без жодного розриву заповнюють інтервал довжин хвиль. Цей спектр має в собі велику унікальність; він може відображати нейтральний білий колір, а як всім відомо, що це теоретично ніколи в природі не зустрічалось і не зустрічається. Наприклад, впродовж дня ми спостерігаємо спектр сонячного випромінювання, який може змінюватися тільки зранку від жовтуватого кольору до помаранчевого пізно ввечері, це пояснюється його фіолетово-синіми хвилями, які розсіюються по всій атмосфері. Ці малі недовгі хвилі розсвічують промені в голубі відтінки, а до Землі надходить те світло у якому не міститься одного з елементів спектру. Кольорова температура та баланс білого пояснюється поняттям, що пов’язані вони з частковим зміненням спектру та його корекцією. Смугастий спектр іменується спектром, де монохроматичні складові де утворюються скупчення, а точніше хвилі, що утворюються з великої кількості ліній емісії, які дуже щільно між собою розташовані. Кожен хімічний елемент має свою смугу випромінювання, яка відрізняється від інших, на цьому і є заснованим спектральний аналіз речовини під час вивчення невідомого складу. Лінійчатий спектр - іменується спектром, який містить у собі окремі монохроматичні лінії, які не за якої умови не будуть збігатися між собою. Ближче до реального чистого лінійного спектру можна дійти тільки за умов: при свіченні газів або при спалюванні простої речовини. Набагато ліній емісій, які розташовані між собою набагато ближче можна спостерігати в емісійному спектрі рідин або ж у металів. Історично раніше за всіх інших спектрів було розпочато дослідження оптичних спектрів. Відомо, що першим, хто дослідив спектри, був Ісаак Ньютон, який у своїй праці «Оптика», котра була опублікована ще у далекому 1704 році. У цій праці він розмістив результати своїх дослідів розкладання за допомогою призми білого видимого світла на окремі компоненти різної кольоровості та преломлення, тобто, Ньютон отримав спектри сонячного випромінювання, і пояснив їх природу, показавши, те, що колір є власна властивість світла і він не вноситься призмою, як стверджував Роджер Бекон в 13 столітті. Під час своїх дослідів по інтерференції світла, котрі відомі під назвою “кільця Ньютона “, він також розробив першу спектральну таблицю кордонів між кольорами сонячного світла, визначивши відповідні довжини хвиль. Отже, можна вважати, що Ньютон фактично заклав основи оптичної спектроскопії: в «Оптиці» він описав усі види розкладання світла, які використовуються і понині, а його призма з коліматором, щілиною і лінзою була першим спектроскопом. Методи молекулярної спектроскопії, засновані на вивченні молекулярних спектрів. Вони дозволяють вирішувати різноманітні завдання з таких наук як: хімія, біологія та інших (наприклад, визначати склад нафтопродуктів, полімерних речовин і т. п.). У хімії по молекулярним спектрам вивчають структуру молекул. Електронні молекулярні спектри дають можливість отримувати інформацію про електронні оболонки молекул, знайти збуджені рівні й дослідити їх характеристики, знаходити енергії дисоціації молекул (по сходженню коливальних рівнів молекули до кордонів дисоціації). Дослідження коливальних молекулярних спектрів робить можливим знаходження характеристичних частот коливань, які є відповідними до певних типів хімічних зв'язків в молекулі (наприклад, простих подвійних і потрійних зв'язків C-C, зв'язків C-H, N-H, O-H для органічних молекул), різних груп атомів (наприклад, CH2, CH3, NH2), визначати та досліджувати просторову структуру молекул, розрізняти цис- і транс ізомери. Для цього використовують як інфрачервоні спектри поглинання (ІКС), так і спектри комбінаційного розсіювання (СКР). Особливо широке поширення отримав метод ІКС як один з найефективніших оптичних методів вивчення будови молекул. Найбільш повну інформацію він дає в поєднанні з методом СКР. Дослідження обертальних молекулярних спектрів, а також обертальної структури електронних і коливальних спектрів дозволяє по знайдених значенням моментів інерції молекул знаходити з великою точністю (для простіших молекул, наприклад H2O) параметри рівноважної конфігурації молекули - довжини зв'язків і валентні кути. Для збільшення числа визначених параметрів досліджують спектри ізотопінчих молекул (зокрема, в яких водень замінений дейтерієм), що мають однакові параметри рівноважних конфігурацій, але різні моменти інерції. Як приклад застосування молекулярних спектрів для визначення хімічної будови молекул розглянемо молекулу бензолу C6H6. Вивчення її молекулярних спектрів підтверджує правильність моделі, згідно з якою молекула плоска, а все 6 зв'язків C-C в бензольному кільці рівноцінні і утворюють правильний шестикутник (рис. 2, б), що має вісь симетрії шостого порядку, що проходить через центр симетрії молекули перпендикулярно її площині. Електронний молекулярний спектр поглинання C6H6 складається з декількох систем смуг, що відповідають переходам з основного парного синглетного рівня на збуджені непарні рівні, у тому числі перший є триплетним, а більш високі - синглетними (рис. 5). Найбільш інтенсивна система смуг в області 1840 (E5 - E1 = 7,0 еВ), найбільш слабка система смуг в області 3400 (E2 - E1 = 3,8 еВ), відповідна синглетно-триплетному переходу, забороненого наближеними правилами відбору для повного спіна. Переходи відповідають збудженню т. Н. р-елекьронів, делокалізованих по всьому бензольного кільця (див. Молекула); отримана з електронних молекулярних спектрів схема рівнів рис. 5 знаходиться в згоді з наближеними квантовомеханічними розрахунками. Коливальні молекулярні спектри C6H6 відповідають наявності в молекулі центру симетрії - частоти коливань, які проявляються (активні) в ІКС, відсутні (неактивні) в СКР і навпаки. З 20 нормальних коливань C6H6 4 активні в ІКС і 7 активні в СКР, інші 11 неактивні як в ІКС, так і в СКР. Значення вимірюваних частот (в см-1): 673, тисячі тридцять-вісім, 1486, 3080 (в ІКС) і 607, 850, 992, 1178, 1596, 3047, 3062 (в СКР). Частоти 673 і 850 відповідають неплоским коливанням, все решта частоти - плоским коливанням. Особливо характерні для плоских коливань частота 992 (відповідна валентному коливанню зв'язків С-С, що складається в періодичному стискуванні та розтягуванні бензольного кільця), частоти 3062 і 3080 (відповідні валентним коливанням зв'язків С-Н) і частота 607 (відповідна деформаційному коливанню бензольного кільця). Спостережувані коливальні спектри C6H6 (і аналогічні їм коливальні спектри C6D6) знаходяться в дуже хорошому злагоді з теоретичними розрахунками, що дозволили дати повну інтерпретацію цих спектрів і знайти форми всіх нормальних коливань. Подібним же чином можна за допомогою молекулярних спектрів визначати структуру різноманітних класів органічних і неорганічних молекул, навіть таких складних молекул, як полімери. Як приклад застосування молекулярних спектрів для визначення хімічної будови молекул розглянемо молекулу бензолу C6H6. Вивчення її молекулярних спектрів підтверджує правильність моделі, згідно з якою молекула плоска, а все 6 зв'язків C-C в бензольному кільці рівноцінні і утворюють правильний шестикутник (рис. 1,), що має вісь симетрії шостого порядку, що проходить через центр симетрії молекули перпендикулярно її площині. Основні характеристики і області застосування спектрального аналізу. Як ми бачимо, за допомогою спектрального аналізу можна визначати як атомний (елементарний), так і молекулярний склад речовини. Спектральний аналіз дозволяє проводити якісне відкриття окремих компонентів аналізованої проби і кількісне визначення їх концентрацій. Речовини з дуже близькими хімічними властивостями, які складно або навіть неможливо аналізувати хімічними методами, легко визначаються спектрально. Наприклад, відносно легко виконується аналіз суміші рідкоземельних елементів або суміші інертних газів. За допомогою спектрального аналізу можна визначати ізомерні органічні сполуки з дуже близькими хімічними властивостями. Методи атомного спектрального аналізу якісного та кількісного в даний час розроблені значно краще, ніж молекулярного, і мають більш широке практичне застосування. Атомний спектральний аналіз використовують для аналізу найрізноманітніших об'єктів. Область його застосування дуже широка: чорна і кольорова металургія, машинобудування, геологія, хімія, біологія, астрофізика і багато інших галузей науки і промисловості. Слід зазначити, що широта й обсяг практичних застосувань молекулярного спектрального аналізу, бистро і безпереривно ростуть, особливо останнім часом. Це пов'язано насамперед з розробкою і випуском спектрально-аналітичної апаратури для цього методу. Область використання молекулярної спектроскопії в основному охоплює аналіз органічних речовин, хоча можна з успіхом аналізувати і неорганічні сполуки. Молекулярний спектральний аналіз впроваджується, головним чином, в хімічній, нафтопереробній та хіміко-фармацевтичній промисловості, а також у медицині, біології, хімії та біохімії. Завдяки високій чутливості атомний спектральний аналіз широко застосовується для аналізу чистих і особливо чистих металів, в геохімії та ґрунтознавстві для визначення мікроконцентрацій різних елементів, в тому числі рідкісних і розсіяних, в промисловості атомних і напівпровідникових матеріалів. Чутливість молекулярного спектрального аналізу для різних речовин змінюється в широких межах. Рядком випадків насилу вдається визначати речовини, вміст яких в аналізованому зразку становить відсотки і десяті частки відсотка, але можна навести приклади і дуже високої чутливості молекулярного аналізу 10-7–10-8 %. Точність атомного спектрального аналізу залежить головним чином від складу і структури аналізованих об'єктів. При аналізі зразків, близьких за своєю структурою і складом, можна легко досягти високої точністо. Помилка в цьому випадку не перевищує +-1-3% по відношенню до визначеної величини. Тому, наприклад, досить точним є серійний спектральний аналіз металів і сплавів. У металургії та машинобудуванні спектральний аналіз став у теперешній час основним аналітичним методом. При середніх концентраціях (0,1 - 1%) визначенних речовин точність обох методів приблизно однакова, але в області високих концентрацій точність хімічного аналізу, як правило, вище. Молекулярний спектральний аналіз дає зазвичай більш високу точність визначення, ніж атомний, і не поступається в точності хімічному навіть при великих концентраціях. За своєю суттю спектральний аналіз є приладовим методом. При використанні сучасної апаратури число операцій вимагають втручання спектроскопіста, невелика, і вони також можуть бути автоматизовані. Таким чином, спектральний аналіз дозволяє підійти до повної автоматизації і визначення хімічного складу речовини. Такі методи розробляються в теперішній час. Спектральний аналіз є універсальним. З його допомогою можна визначати практично будь-які елементи і з'єднання в самих різноманітних твердих, рідких і газоподібних аналітичних об'єктах. Для спектрального аналізу характерна висока вибірковість. Це означає, що майже кожна речовина може бути якісно і кількісно визначено в складній пробі, без її поділу.
