|
rasm-Spektral qurilma yordamida spektrlarni qayd qilish
|
| bet | 5/21 | | Sana | 23.01.2024 | | Hajmi | 80,52 Kb. | | #143669 |
Bog'liq Kirish magistrlik dissertatsiyasi mavzusining asoslanishi va uni-fayllar.org| 1.4.rasm-Spektral qurilma yordamida spektrlarni qayd qilish.
Аnа shu konturdan kichik bir bo‘lak olsak
дФ=Ф дλ
Bu yerda Ф to‘lqin oqimiga mos integral siginal. funksiya qurilma apparat funksiyasi deyiladi.
Apparat funktsiya normallangan bo‘ladi.
Apparat funktsiyaning ba’zi hollarni karaymiz .
1-hol. Tirqish cheksiz kichik nur monoxramatik bo‘lsin. U holda fokal tekislikdagi tasvir faqat difraksiya bilan aniqlanadi
2-hol.Tirqish keng nurlanish monoxramatik tirqish nolonchi difraksion maksimumdan ancha keng u holda difraksiyani hisobga olmasa bo‘ladi va tasvir bir
\
1.5.rasm-Difraksion panjaradan foydalfngan holda spektrni hosil qilish.
tekis yoritilgan deb hisoblaymiz (1.5.rasm).
tasvir kengligi
Demak xulosa qilib aytish mumkunki boshqa ta’sirlarni hisobga olmaganda apparat fuksiya bu sistemaga monxramatik yorug‘lik tushadigan chiqishdagi yoritilganlik taqsimotini beradigan fuktsiya hisoblanar ekan.
1.2 - §. Spektral qurilmalarning asosiy xarakteristikalari va ajrata olish qobilyati
Quyosh nuri prizma orqali o‘tkazilganida, uning ortidagi ekranda spektr paydo bo'ladi. Olimlarning bu hodisaning mohiyatini anglashga va unga ko‘nikishga ikki yuz yilga yaqin vaqt ketdi. Agar sinchkovlik bilan qaralmasa, spektrning alohida qismlari o‘rtasida aniq chegarani ko‘rib bo‘lmaydi: qizil asta sekinlik bilan zarg‘aldoqqa, zarg‘aldoq esa sariqqa o‘tib boradi va boshqalar
Spektrga birinchilardan bo‘lib asos solgan inson - ingliz hakimi kimyogari Uilyam Xayd Vollaston (1766-1828) bo‘ldi. Vollaston quyosh spektridagi bir necha oraliqlarda, ko‘zga ko‘rinmaydigan tartibda kesib o‘tuvchi noma'lum xira chegara chiziqlarini kuzatdi. Lekin u bu hodisaga unchalik ahamiyat bermadi. Vollaston spektrdagi xira chiziqlarni prizmaning o‘ziga xosligi (masalan nuqsoni) yoki nur manbaga bo‘layotgan biror tashqi ta'sir, yoki yana biror boshqa juz'iy sababdan deb o‘yladi. Uni faqat mazkur chiziqlar rangdor yo‘laklarni bir-biridan yaqqol ajratib turganligi qiziqtirgan. Vollaston unchalik katta ahamiyat bermagan bu noma'lum chiziqlarni haqiqiy ma'noda chuqur ilmiy tahlil qilib o‘rganib chiqqan olim Olmoniyalik Yozef Fraungofer (1787-1826) bo‘ldi. Uning sharafiga bu chiziqlar fanda Fraungofer chiziqlari deb yuritila boshladi va ajoyib tadqiqotchining nomini tarixda abadiylashtirdi.
Yozef Fraungofer 1787-yilning 6 mart kunida Olmoniyaning Shtraubing shahrida kambag‘al oyna soluvchi va shishaga ishlov beruvchi usta oilasida dunyoga keldi. Fraungofer tez orada mukammal matematik bilimlarga ega bo‘ldi. U Benediktbyoyrndagi matematika va optika institutida ta'lim olib, 1806-yildan boshlab o‘sha yerning o‘zida assistent bo‘lib ishlay boshladi. Bu institutda Yozef Fraungofer linzalar va optik apparaturalar tayyorlash ishlarini mukammal o‘rganib, o‘zi ham doimiy amaliyot bilan shug‘ullangan. o‘ta mehnatkashligi va egallagan chuqur bilimlari tufayli, Fraungofer Benediktbyoyrn matematika va optika institutida tezda katta obro‘ qozondi. 1809-yilda u institut rahbariyatida yuqori lavozimlardan birini egalladi. 1818-yildan esa u institut direktori etib tayinladi. 1823-yildan boshlab Myunxen universiteti fizika kabineti mudiri va Bavariya Fanlar Akademiyasi a'zosi, 1824-yildan e'tiboran esa Leopoldin akademiyasi a'zosi bo'lgan. Yozef Fraungofer ta'sischiligida 1814-yilda tashkil qilingan "Utsshneyder va Fraungofer"firmasi, o‘sha davrlarda butun dunyoda eng sifatli va mukammal sayqallangan optik jihozlar - refraktorlar, linzalar va teleskoplar ishlab chiqargan.
Bir vaqtning o‘zida Fraungofer tinimsiz ilmiy faoliyat yuritar edi. Uni ayniqsa o‘zi bolaligidan ichiga sho‘ng‘ib ketgan soha - optika muammolari qiziqtirar edi. Uning linzalarni sayqallash bo‘yicha ishlab chiqqan yangicha uslub va mexanizmlari, o‘lchov asboblari tufayli, flintglas va kronglasning yangicha, o‘ta yuqori sifatli va keraklikcha katta o‘lchamli namunalarini olishga erishildi. Ayniqsa uning linzaning zaruriy shaklini o‘ta yuqori aniqlikda tayyorlash borasida ishlab chiqqan maxsus usuli, amaliy optika yo‘nalishi rivojida katta burilish yasadi. Bu haqida Fraungoferning zamondoshi bo'lgan E. Lommel "ilgari orzu qilish ham mumkin bo‘lmagan darajada" deb baholagan edi. Ushbu usul tufayli axromatik teleskoplarning sifati yanada mukammallashib, optikaning qo‘llash chegarali yanada kengaydi. Shuningdek Fraungofer okulyar mikrometr va obyektiv mikrometr - geliometrlari ixtiro qilgan.
Optika sohasida yetuk mutaxassis bo‘lib tanilgan Fraungofer, shishaning turli navlaridagi sindirish ko‘rsatkichlarini va yorug‘lik dispersiyasi hodisalarini tadqiq qilib borib, yorug‘lik spektrini faqatgina quyosh nurlaridan emas, balki sham va lampa piligidan tarqalayotgan nurlarda ham tekshirib ko‘rishga kirishdi. U turli xildagi bir necha prizmalar tayyorlab, yorug'lik spektrini sinchiklab tekshira boshladi. U spektrda yorqin sariq chiziqni ko‘rib qoldi. U boshqa boshqa prizmalar orqali qayta-qayta tekshirib, har safar o‘sha yorqin sariq chiziq doimo spektrning aynan bir joyida ko‘rinayotganligini aniqladi. Hozirda biz bu chiziqni natriyning sariq chizig‘i deb yuritamiz. Bu chiziq har doim bir xil joyda joylashganligidan, sindirish ko‘rsatkichini aniqlash uchun juda qulay hisoblanadi. Shundan keyin Fraungofer, shu kabi chiziqni quyosh spektrida ham ko‘rish mumkinmi-yo‘qmi tekshirib ko‘rish maqsadida, teleskop yordamida quyoshga yuzlandi. Bu haqida u 1815-yilda yozgan ilk ilmiy ishida shunday qayd etadi:
"Men shunday chiziqni quyosh spektrida ham ko‘rsa bo‘larmikin degan fikr bilan tekshiruvga kirishdim. Va men teleskop yordamida quyoshda spektrning boshqa qismidan xiraroq bo'lgan, bir emas, balki favqulodda ko‘p miqdorda ba'zilari ravshan va ba'zilari xiraroq bo'lgan, vertikal chiziqlarni ko‘rdim. Ulardan ba'zilari umuman qop-qoradek tuyulardi".
U quyoshda hammasi bo‘lib 574 ta shunday chiziqni sanab chiqdi, ularni nomladi va ularning spektrdagi joylashuv o‘rinlarini aniq ko‘rsatib berdi. Aniqlanishicha, xira chiziqlarning joylashuvi qat'iy o‘zgarmas bo‘lib, ayniqsa spektrning sariq qismida aniq ravshan va keskin ikkilangan chiziq paydo bo‘lardi. Bu chiziqni Fraungofer O chizig‘i deb nomladi. Tez orada, olim, spirt yonishidan paydo bo'lgan alanga spektrida ham, xuddi quyosh spektridagi O chizig‘i paydo bo'lgan joyda doimiy ravishda ikkilangan yorqin sariq chiziq paydo bo‘layotganligini aniqladi. Bu kashfiyotning ahamiyati faqat oradan bir necha yil o‘tganidan keyingina olimlar tushunib yetishdi.
Quyosh spektridagi xira chiziqlarni tadqiq qilib borib Fraungofer tez orada ularning ko‘rinish sababi inson ko‘zining optik aldanishi emas, balki quyosh tabiatining o‘zi bilan bog‘liq ekanligini fahmladi. Keyingi kuzatuvlari davomida u shunday chiziqlarni Veneradan taralayotgan (aniqrog‘i Venera qaytarayotgan) va Sirius yulduzidan tarqalayotgan yorug'lik spektrida ham aniqladi.
Fraungoferning kashfiyotlaridan biri keyinchalik ma'lum bo‘lishicha, fan uchun o‘ta ahamiyatli bo‘lib chiqdi. bu o‘rinda so‘z ikkilangan D-chiziq haqida bormoqda. 1814-yilda, olim o‘z ilmiy tekshirishlari natijalarini ommaga ma'lum qilganida, bu narsaga ko‘pchilik unchalik katta e'tibor qaratishmagan. Lekin oradan 43 yil o‘tib Uilyam Svan (1828?1914) spirt lampasidagi ikkilangan O sariq chiziq, faqat natriy mavjud bo‘lganida paydo bo‘lishini aniqladi. Biroq, o‘zigacha bo'lgan ko‘pchilik singari Svan ham bu effektning ahamiyatini anglab yetmadi. U hal qiluvchi bo'lgan quyidagi so‘zlarni ayta olmadi: "Bu chiziq natriyga tegishi!" Bunday oddiy va muhim xulosaga birinchi bo‘lib 1859 yilda, birdaniga ikkita olim - Gustav Robert Kirxgof (1824-1887) va Robert Vilgelm Bunzen (1811-1899) kelishdi. Geydelbergdagi universitet laboratoriyasida ular quyidagicha tajriba o'tkazishayotgan edi: ulargacha bo'lgan tekshiruvchilar yoki faqat quyosh spektrini, yoki faqat spirt lampasi spektrini tekshirishgan. Bunzen va Kirxgof esa har ikkala yorug'lik manbai nurlarini ham bitta prizmadan o'tkazib ko‘rishdi. Prizmada Quyosh nuri o‘tganda paydo bo'lgan O chiziq o‘rnida, spirt lampasi yorug'ligi otganda, Fraungoferdan ma'lum bo‘lganidek, ikkilangan yorqin s
ariq chiziq paydo bo‘ldi. Bu avvaldan ma'lum isbotlangan holat. Bunzen va Kirxgof quyosh nurlarini yo‘lini ekran bilan to‘sib qo‘yib, prizmani faqat spirt lampasi bilan yoritishdi. O chiziq o‘rnida yana o‘sha sariq yorqin chiziq paydo bo‘ldi. Ekranni olib qo‘yilganda, chiziq yana xiralashib qoldi. Keyin quyosh nurlari o‘rniga qizigan jismdan taralayotgan nurni qo‘llab ko‘rishdi - natija yana avvalgiday. Ya'ni sariq yorqin chiziq o‘rnida xira chiziq paydo bo‘ldi. Demak, spirt lampasi, o‘zi chiqarayotgan nurlarni o‘zi yutayotgan edi. Bu narsa nimasi bilan yuqoridagi ikki professorni o‘ziga jalb qilganini, ularning quyidagi muhokamalaridan ham bilsa bo‘ladi:
"Spektrdagi yorqin sariq O chiziq doimo, natriy bo‘lsagina paydo bo‘ladi. Quyosh spektrining aynan shu joyida tabiati noma'lum bo'lgan xira chiziq joylashgan. Har qanday qizigan jism spektri - yaxlit (uzilmaydigan) va unda xir chiziqlar yo‘q. Lekin, bunday nurni spirt lampasidan o‘tkazilsa, uning spektri quyosh spektridan hech qanday farqqa ega bo‘lmaydi. Unda ham aynan osha joyda xira chiziq paydo bo'ladi. Biz bu chiziqning tabiatini deyarli bilamiz - u natriyga tegishli. Demak, kuzatuv sharoitiga muvofiq, natriyning O chizig‘i, yoki yorqin sariq rangda, yoki xira fonda bo‘lishi mumkin, biroq, har qanday holatda ham, bu chiziqning paydo bo‘lishi, (u sariq yorqnimi, yoki, xirami farqi yoq!) spirt lampasida natriy mavjud ekanligini bildiradi. U quyoshning ichki o‘ta qizigan yadrosi tomonidan yoritilayotgan tashqi gaz bulutida joylashgan".
1859-yilda Kirxgof tomonidan yozilgan ikki sahifalik ushbu qisqa qaydnoma, birdaniga to‘rtta muhim kashfiyotni bayon qilgan edi:
-Har bir element o‘zining chiziqli spektriga, demak qat'iy belgilangan chiziqlar to‘plamiga ega;
- Bunday chiziqlarni nafaqat yerdagi moddalarni tahlil qilish uchun, balki yulduzlarni tekshirish uchun ham qo‘llash mumkin;
- Quyosh o‘ta qizigan yadro qizigan gazlardan iborat nisbatan sovuqroq atmosferaga ega;
- Quyoshda natriy elementi mavjud.Dastlabki uch mulohaza tez orada o‘z isbotini topdi. Xususan quyoshning tuzilishi haqidagi fikr, Fransiya Fanlar Akademiyasining 1868-yilda astronom Jansen boshchiligida Hindistonga uyushtirgan ekspeditsiyasi davomida olib borilgan tekshirishlar orqali ilmiy tasdiqlandi. Jansen Hindiston ekspeditsiyasi vaqtida quyosh tutilishi hodisasini kuzatdi. U quyoshning to‘liq tutilishi chog‘ida, qizigan yadrosini oy to‘sib qolganda, ya'ni, quyoshning faqat toji porlab turgan vaziyatda quyosh spektrini tekshirdi. Bunda quyosh spektridagi barcha xira chiziqlar yorqin ranglar bilan porlayotgan edi.
Ikkinchi mulohazani esa Kirxgof va Bunzen nafaqat mohirona isbotlashdi, balki undan ikkita yangi kimyoviy element - rubidiy va seziyning kashf etish uchun foydalanishdi.
Hozirda biz olis galaktikalar va yulduzlarning ham kimyoviy tarkibi, harorati, aylanish tezligi va boshqa qimmatli ma'lumotlarni olishimizga beminnat xizmat qiladigan ajoyib ilmiy tekshirish usuli - spektral tahlil shu tarzda dunyoga keldi.
Keyinchalik elementlarni qo‘zg‘alish holatiga keltirish uchun ko‘proq elektr kuchlanishidan foydalana boshlashdi. Kuchlanish ta'sirida, elementlar faqat o‘ziga xos bo'lgan to‘lqin uzunliklarida, ya'ni ma'lum ranglarda yorug'lik tarata boshlaydi. Bu yorug'lik, eng asosiy qismi shisha yoki kvarts prizma bo'lgan spektral apparat (spektroskop) yordamida parchalanadi. Bu jarayonda, spektroskopda, har bir ma'lum bir kimyoviy elementga taalluqli bo'lgan, yo‘l-yo‘l chiziqlar to‘plami hosil bo'ladi.
Masalan, kleveit mineralining qizdirilganda, azotga o‘xshash gaz ajralib chiqishi avvaldan ma'lum edi. Spektroskop yordamida tekshirilganida, bu gaz fanga hali noma'lum bo'lgan nodir gazlardan biri ekanligi aniqlandi. Elektr yordamida qo‘zg‘atilganida, avvalroq quyosh spektrida ham kuzatilgan chiziqlardan birining o‘rnida paydo bo‘lardi. Bu, Ramzay tomonidan avvalroq quyoshda aniqlangan elementning yerda ham kashf etilishi edi. Bu elementga, uning avvalo quyoshda aniqlangani sharafiga, yunoncha "gelios" - Quyosh so‘zidan kelib chiqib, "Geliy" nomi berildi.
Bugungi kunda spektrning ikki xil turi ma'lum: uzluksiz (yoki issiqlik spektri) va chiziqli. Issiqlik spektri qattiq jismlarning qizishi natijasida hosil bo'ladi va o‘sha jismning tabiatiga bog‘liq. Chiziqli spektr esa alohida, keskin chiziqlar to‘plamidan iborat bo‘lib, gaz va bug‘larning qizishi natijasida paydo bo'ladi. Shunisi muhimki, bunday chiziqlar to‘plami har qanday element uchun takrorlanmasdir. Bundan tashqari, elementlarning chiziqli spektrlari, ushbu elementlardan tarkib topgan kimyoviy birikmalarning xossalariga bog‘liq bo‘lmaydi. shundan kelib chiqib, ularning paydo bo‘lish sababini, atomlarning xususiyatlaridan qidirish kerak bo'ladi.
Elementlarning chiziqli spektr orqali aniq va to‘liq ifodalanishini tez orada hamma tan oldi, lekin olimlarning, aynan shu spektr alohida bir atomni ifodalashini anglab yetishlari uchun ma'lum vaqt kerak bo‘ldi. Bu narsa esa, mashhur ingliz astrofizigi Normann Lokyerning (1836-1920) 1874-yilda e'lon qilingan ilmiy ishlaridan keyin sodir bo‘ldi. Voqelik mohiyatini anglab yetishganda esa, juda muhim va olamshumul xulosaga kelishdi: agar chiziqli spektrdagi chiziqlarning har biri, alohida bir atom tufayli paydo bo‘lar ekan, demak atom ham strukturaga ega, ya'ni tarkibiy qismlarga bo‘linadi!
Albatta, Fraungoferdan boshlab, Kirxgof, Bunzen va Ramzaylarning olib borilgan spektral tahlil borasidagi ilmiy tadqiqotlarning ahamiyati, fanga ilgari noma'lum bo'lgan kimyoviy elementlarning kashf etilishining o‘zi bilan ham nihoyatda qimmatlidir. Biroq, ushbu tadqiqotlar zanjiri natijasida yuzaga kelgan - atomning bo‘linishini kashf etilishi va uni ajratishning uddalanishi tufayli insoniyat erishgan ilmiy va amaliy yutuqlar esa undan ham qimmatliroqdir. Spektral tahlil. Dispersiya hodisasi fan va texnikada moddaning tarkibini aniqlash usuli ko`rinishida qo`llaniladi, uni spektral analiz deb ataladi. Bu usul modda tomonidan chiqarilgan yoki so'rilgan yorug'likni o'rganishga asoslangan. Spektral tahlil moddaning kimyoviy tarkibini o'rganish, uning spektrlarini o'rganishga asoslangan usul deb ataladi.
Spektral apparatlar. Spektrlarni olish va o'rganish uchun spektral qurilmalar qo'llaniladi. Eng oddiy spektral asboblar prizma va difraksion panjaradir. Aniqroq - spektroskop va spektrograf.
spektroskop Qurilma ma'lum bir manba tomonidan chiqariladigan yorug'likning spektral tarkibi vizual ravishda tekshiriladigan qurilma deb ataladi. Agar spektr fotografik plastinkada yozilgan bo'lsa, u holda qurilma chaqiriladi spektrograf.
Spektral tahlilni qo'llash. Chiziqli spektrlar ayniqsa muhim rol o'ynaydi, chunki ularning tuzilishi bevosita atom tuzilishi bilan bog'liq. Axir, bu spektrlarni boshdan kechirmaydigan atomlar yaratadi tashqi ta'sirlar. Murakkab, asosan organik aralashmalarning tarkibi ularning molekulyar spektrlari bilan tahlil qilinadi.
Spektral analiz yordamida murakkab moddaning tarkibidagi berilgan elementni, hatto uning massasi 10 -10 g dan oshmasa ham aniqlash mumkin.Bu elementga xos bo'lgan chiziqlar uning mavjudligini sifat jihatidan baholash imkonini beradi.
Chiziqlarning yorqinligi (standart qo'zg'alish shartlariga muvofiq) u yoki bu elementning mavjudligini miqdoriy jihatdan baholashga imkon beradi.
Spektral tahlil yutilish spektrlari yordamida ham amalga oshirilishi mumkin. Astrofizikada spektrlardan ob'ektlarning ko'pgina fizik xususiyatlarini aniqlash mumkin: harorat, bosim, tezlik, magnit induksiya va boshqalar. Spektral tahlil yordamida ular aniqlaydilar. Kimyoviy tarkibi rudalar va minerallar.
Spektral analizni qo'llashning asosiy yo'nalishlari quyidagilardan iborat: fizikaviy va kimyoviy tadqiqotlar; mashinasozlik, metallurgiya; yadro sanoati; astronomiya, astrofizika; kriminalistika.Eng yangi yaratish uchun zamonaviy texnologiyalar qurilish materiallari(metall-plastmassa, plastmassa) kimyo, fizika kabi fundamental fanlar bilan bevosita bogʻlangan. Ushbu fanlar moddalarni o'rganish uchun zamonaviy usullardan foydalanadi. Shuning uchun spektral tahlil yordamida qurilish materiallarining kimyoviy tarkibini spektrlari bo'yicha aniqlash mumkin.
Difraksion panjara - optik asbob; noshaffof ekranga qilingan koʻp sonli parallel tirqishlar yoki oʻzaro bir xil masofada joylashgan koʻzgusimon yoʻllar (shtrixlar) majmui; ularda yorugʻlik difraksiyasi xodisasi sodir boʻladi. Difraksion panjara oʻziga tushayotgan yorugʻlik nurlarini spektrlarga ajratadi. Difraksion panjaraning muntazam va nomuntazam xillari mavjud. Tirqishlari tartibsiz boʻlgan xili nomuntazam, tartib bilan joylashtirilgan xili muntazam difraksion panjara deyiladi. Optikada nomuntazam difraksion panjaraning amaliy ahamiyati yoʻq. Muntazam difraksion panjara yassi yoki sferik sirtga bir xil shaklda (teng oraliqda) chizilgan chiziqlar toʻplami boʻlib, chiziqlar oraligʻi d difraksion panjara davri deyiladi. Difraksion panjaraga tik tushayotgan yoruglik nurlari har qaysi tirqishda f burchakka sinadi, natijada nurlar yoʻli farqi d-simp hosil boʻladi. Baʼzi tabiiy kristallar ham rentgen nurlarini tahlil qilish uchun muntazam difraksion panjara sifatida ishlatiladi.
Elektromagnit nurlanishlarning muhitlarni tashkil qilgan atom yoki molekulalari bilan o‘zaro ta’sirlashuv jarayonidagi fizikaviy qonuniyatlarni (jarayonlarni) optik usullar bilan tadqiq qilishda spektral qurilmalarni o‘rni alohida.
Masalan: a)Atomlarning tebranma harakat qonuniyatlarini yorug‘likning kombinatsion sochilish spektri orqali o‘rganish (effekt tushuntiriladi)
b)Molekulalarning issiqlik harakati bilan bog‘liq qonuniyatlarni xamda tashqi temperatura ta’sirida sodir bo‘ladigan relaksatsion jarayonlarni OSK yordamida o‘rganish (effekt tushuntiriladi)
v) Yutilish spektrlari yordamida tadqiq qilish
g) Lyuminessensiya spektrlari yordamida o‘rganish va h.k.
|
| |
