光譜分析法在化學發展中的重要作用

胡釗 夏涵韜 陳瑤

摘 要：本文首先介紹了光譜分析法這一近幾年新型分析方法的具體概念及與其他分析方法相比的優點及局限性，接下來介紹了光譜分析法在當今化學發展中具有的重要作用。

關鍵詞：光譜分析法；概念；化學發展；重要作用

1 光譜分析法概念及優缺點

采用光譜學的基本原理與實驗的方法來確定物質的基本結構與化學的組成成分的這一種分析方法我們習慣上稱之為光譜分析法。具有各種各樣結構的物質都具有自身的特征性光譜，光譜分析法就是采用特征光譜來研究物質的結構或者測定化學主要組成成分的一種方法。光譜分析法主要包括有原子發射光譜法、原子吸收光譜法、紫外和可見吸收光譜法以及紅外光譜法等等諸多類型。按照電磁輻射的原理，光譜又可以分成分子光譜與原子光譜。光譜分析的方法開創了化學與分析化學的新的紀元，很多化學元素類型是憑借光譜分析的方法才被人們所發現的。該方法已經廣泛地被用于地質、冶金、石油、化工、農業、醫藥、生物化學以及環境保護等等很多方面。光譜分析法也是近幾年來發展比較迅速的痕量分析的一種方法，該種方法具有操作簡單、快速、靈敏度高、精密度以及準確度好的特點，而且線形的有效范圍很寬，檢出限比較低。光譜分析法屬于是一種經常被采用的具有靈敏、快速和準確優質特點的近代儀器分析的方法。它與其他分析的方法相比較起來有很多自身優點，分析的速度比較快，原子發射的光譜運用在煉鋼爐之前的分析，能夠在一到兩分鐘內，同時分析出二十幾種元素的精確的分析結果；同時操作比較簡單，有些樣品都不用經過任何類型的化學性的處理，就能夠直接對其進行光譜的分析，如果結合采用計算機技術的話，有的時候只需要簡單地按一下鍵盤就可以自動進行相關的分析、數據性的處理以及打印出分析的精確結果。在采用毒劑報警或者大氣污染相關檢測等等方面，運用分子光譜法進行遙測，不需要采集樣品，在短短的幾秒鐘時間內，就可以發出警報或者檢測出污染的嚴重程度；不需要純樣品，只需要利用已知的譜圖，就可以進行光譜的定性分析。這是光譜分析法的一個非常突出的特點；能夠同時測定出多種元素或者化合物，省去了比較復雜的分離性操作的過程；選擇性比較好，能夠測定出化學性質相似的元素與化合物。比如測定鈮、鉭、鋯、鉿與混合性的稀土氧化物，它們的光譜線能夠分開然而不受任何干擾，已經成為了分析這些種類化合物的非常得力的工具；靈敏度比較高，能夠利用光譜分析法進行痕量的分析。現在，它的相對靈敏度能夠達到千萬分之一到十億分之一；樣品損壞比較少，能夠用在古物或者刑事偵察等等相關領域當中；伴隨著新的技術的廣泛采用，進行定量分析的線性的范圍變寬了，這樣就使得高低含量各異的元素能夠同時進行測定。還能夠進行微區的分析。光譜定量的分析是建立于進行相對比較的基礎之上的，一定要有一整套標準的樣品來作為基準，并且要求的標準樣品的組成與結構狀態應該和被分析的樣品要基本上一致，這在很多情況下都是比較困難的。

2 光譜分析法在化學發展中的重要作用

2.1 方法論意義

光譜分析法屬于是對物質進行全面認識的一種全新的方法。在對物質進行光譜分析以前，人們主要是通過容量與質量分析的方法來對物質進行分析。然而這兩種方式在發現稀有元素和對微量元素的含量進行有效分析等方面都顯得無能為力，化學如果想要發展的話，亟待需要進行研究手段與方法的改革。1859年，著名物理學家基爾霍夫與化學家本生進行合作，建立起了第一臺把光譜分析作為主要目的的分光鏡，這就宣告了光譜分析方法的最終誕生。從此以后，初步上解決了對于化學物質進行細微的微觀認識并且進行精確研究的這一難題，從而開創了采用物理的方法來研究化學相關內容的儀器分析的新的時期。

2.2 認識論意義

光譜分析法的最終出現體現了分析領域開始從單純的經驗上升到理論層面的開始，并且以此開創了光譜學。在這之后將近二百多年的時間內，人們對光譜進行深入研究的目的僅僅局限在發現光譜的擴充譜圖，但是很少涉及到光譜和物體的結構之間的某些問題，所以能夠認為這種對于光譜的相關研究還僅僅處于經驗的認識階段。自從基爾霍夫和本生發明了光譜分析的方法之后，這樣就使得研究光譜的動力已經不單單限于來發現新的光譜，并且更加重要的是能夠憑借分析光譜的方式來發現新的元素，從而使得光譜學從以往比較盲目的經驗認識水平逐漸上升到比較系統的理論層面的研究，從而把認識的水平提高到了理性的新階段。

2.3 辯證法意義

光譜分析的方法使得揭示物質相互之間的聯系有了很大的可能性。由于光譜分析的方法能夠深入到物質的內部，這直接反映出了原子結構、組成以及性質，而且準確度比較高，適用的范圍比較廣。所以，在我們鑒別元素的時候，它大多被用在發現新的元素。這樣的話，隨著新的元素的不斷得被發現從而為揭示出物質的聯系提供了很大的可能性。在光譜分析法被發現十年之后的1869年，門捷列夫可以提出元素的周期律，制訂出元素的周期表，這在某種意義上能夠說是得益于光譜分析法的廣泛應用。光譜分析法使得經驗的研究與理論的研究實現相互聯系。科學的發現一定要以經驗事實作為基本依據，但是單單依靠經驗不能夠達到科學研究的更高的階段，要憑借理論思維。光譜學起源于對于光譜的經驗進行廣泛研究，基爾霍夫與本生歸納出了大量的實驗結果，把發現的光譜和分析的物質結構和性質相互聯系，這才創立了光譜分析的方法。除此之外，基爾霍夫側重于對理論進行研究，然而本生側重于對于經驗進行研究，兩人之間的合作本身就體現出了經驗和理論間具有的必然聯系，能夠說光譜分析的方法搭建起了聯系經驗和理論之間的橋梁。光譜分析法同時也揭示出了微觀世界和宏觀世界的相互聯系。憑借對光譜進行分析，不單單能夠從宏觀的物質當中分析出它所包含的微觀方面的內容而且還能夠把這種微觀的內容用宏觀的形式來表現出來，反映出了宏觀和微觀物質相互之間的統一性。光譜分析法很好地溝通了物理學、化學以及天文學之間的相互聯系。一方面，光譜分析的方法是由物理學家基爾霍夫與化學家本生兩人共同發明的，這也同時說明物理學和化學兩類學科相互之間具有著天然的密切聯系，值得兩個學科的科學家們來共同配合進行研究。另一方面，在地球上存在的物體與天空當中的物體都已經發現了光譜，并且它們當中有很多都是相同的，這也就說明了地球和天空的物體并沒有本質上的區別。所以，研究地球的物體性質的物理學和化學與對天體性質進行研究的天文學三者之間都存在著內在的統一性。

參考文獻

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[2]王桂清，劉敏娜.光譜分析技術的近代進展及其應用[J].綜述與專論，2002.

[3]施玉珍，陳志春，林賢福.光譜分析技術新進展[J].分析化學，2005.

作者簡介：胡釗（1994，12-），男，湖南芷江侗族自治縣，本科在校生。