Спектр

Спектр (лат spektrum – елестету, бейне) – физикада берілген физикалық шаманың қабылдайтын әр түрлі мәндерінің жиынтығы. Спектрлер үздіксіз және дискретті (үздікті) болып бөлінеді. Спектр ұғымы көбіне тербелмелі процестерде (мысалы, тербеліс спектрі, дыбыс спектрі, оптикалық спектрлер, теледидарлық сигналдар спектрі, т.б.) жиі қолданылады. Ядролық физикада массалар спектрі, сондай-ақ импульстер, энергиялар және жылдамдықтар спектрі ұғымдары да пайдаланылады.

Зат атомдары мен молекулалары электромагниттік сәуле шығаруды сіңіре отырып, энергетикалық қоздырылған күйге ауысады. Атомдар мен молекулалардың осы сіңірген энергиясы олардың тербелмелі, айналмалы немесе ілгерілемелі энергиясын арттыруға жұмсалады, ал кей жағдайда ол екінші реттік сәуле шығаруға немесе фотохимиялық процесс түріне түрленеді.

Электромагниттік сәуле шығарудың бірнеше түрлері белгілі: γ-сәулелер; рентген сәуле шығару; әсірекүлгін, көрінетін, инфрақызыл, микротолқынды және радио жиілікті сәуле шығару.

Толқындық теория бойынша сәуле шығарудың осы түрлері электрлік және электромагннттік өрістер кернеулігінің тербелісін білдіреді. Спектрофотометрия мен колориметрияда анықталатын құрамы мен алдын-ала жүргізілген химиялық реакция нәтижесінде алынған зат молекулаларының таңдап сіңірулері пайдаланылады. Зат атомы энергияны сіңіре отырып, негізгі коздырылған, яғни аз энергиясы бар (Е₀) күйден, екінші (Е₁) күйге ауысады. Атом немесе молекула қозған күйде өте қысқа мерзімде болады (10^-9 – 10^-8 с), осыдан кейін электрондар өзінен-өзі едәуір төменгі энергетикалық деңгейге немесе негізгі күйінің деңгейіне ауысады. Бұл процесс жылу немесе электромагниттік сәуле шығарумен немесе бір мезгілде екеуінің болуымен косарласа жүреді. Электромагниттік сәуле шығарудың белгілі бір кванттарын сіңіруден пайда болған электрондық ауысулар сіңіретін молекулалардың электрондық спектріндегі белгілі бір қатаң сіңіру жолақшаларымен сипатталады. Бұл жерде мына жағдайды ескерте кеткен жөн. Электромагниттік тербеліс кванттарының сіңірілуі тек қана сіңіру энергиясы сіңіретін молекулалардың қоздырылған Е₁ және негізгі Е_о күйлеріндегі энергетикалық деңгейлер кванттарының энергияларынын айырмасымен дәл келген жағдайда өтеді:

Е = Е₁ – Е₀ = hv,

мұндағы h - Планк тұрақтысы, ол 6*625*10^-34 Дж*с-қа тең, v - сіңірілетін сәуле шығару жиілігі (С^-1), (Гц). Жиілік сіңірілетін квант энергиясымен анықталады, ол сәуле шығару таралуы жылдамдығының (ауасыз кеңістіктегі жарық толқыны жылдамдығының С=З*10¹⁰ см/сек) толқын ұзындығына қатынасымен өрнектеледі:

λv = с;

v = c / λ

Толқын ұзындығы микрометрмен немесе микронмен (1 мкм = 1 мкм = 1*10^-6 м), нанометрмен немесе миллимикронмен өлшенеді (1 нм =1 мкм = 1*10^-9 м). Электромагниттік сәуле шығарудың толқын ұзындығын толқындық санмен де (V) сипаттайды:

v = 1 / λ

Толқындық сан да, жиілік те энергияға пропорционал, яғни неғұрлым Е көп болса, соғұрлым толқындық сан мен жиілік көп болады. Толқын ұзындығы, керісінше, энергияға кері пропорционал болады. Неғұрлым Е аз болса, соғұрлым толқын ұзындығы ұлкен болады. Толқындық сан кері шамамен алынған сантиметрмен өлшенеді (см^-1). Электромагниттік сәуле шығару ағыны интенсивтігінің кемуін өлшеуге негізделген талдау әдісі абсорбциялы спектроскопия әдістер тобын құрады.