为什么用光波可以作化学分析？ 1859年10月20日

1859年10月20日，德国科学家基尔霍夫向柏林科学院报告：他经过光谱的考察，说明太阳中有氢、钠、铁、钙、镍等元素。可为什么光波能作化学分析呢？

几乎每一种化学元素的名字，都有一番来历，都可以进行一番词源考证。

但奇怪的是，铯的拉丁文原意是“天蓝”，铷的拉丁文原意是“暗红”，铊是“绿色”，铟是“蓝色”。然而这些元素却都是银闪闪的金属，怎么跟“天蓝”“暗红”“绿色”“蓝色”扯在一起呢？

说来话长。

那是在1854年，德国化学家本生发明了一种煤气灯——人们称它为“本生灯”。本生试着把各种化合物，放在煤气灯焰上灼烧，结果发现铜的化合物在灯焰中呈绿色，钠的化合物呈黄色，钙的化合物呈砖红色。

这件事给了本生一种启示:能不能用这种方法，来分析物质的化学成分呢？

不过，由于煤气灯灯焰本身是带黄色的，中心是浅蓝色的，妨碍观察那些化合物的颜色。再说，有些不同元素的化合物，如铜、硼，在灼烧时都呈绿色，光凭焰色还不能作出肯定的结论。

德国物理学家基尔霍夫知道这件事后，便与本生合作，试验把那些化合物发出的光，透过三棱镜，进行观察。

太阳光透过三棱镜，会被分解成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色——这是牛顿早在1666年就已绍发现的事儿。可是，从那以后，谁都只知道用三棱镜分解日光。

然而，基尔霍夫却把三棱镜对准那在煤气灯焰上灼热的化合物所射出的光线。结果发现了奇迹:每一种元素灼热后射出的光线，经三棱镜分光，都具有一套独有的“颜色”。本生和基尔霍夫称这“颜色”为光谱。

于是，本生和基尔霍夫就用光谱来分析物质的化学成分，创立了崭新的分析方法，叫做光谱分析。

本生和基尔霍夫发现，每一种元素的光谱中，都有它特定波长的光谱线。如果某种化合物的光谱中，出现某一元素的特定波长的光谱线，就可以断定，这化合物中含有这种元素。这叫光谱定性分析。

他们还发现，特定波长光谱线的亮度，与化合物中所含的这种元素的多少成正比。于是，根据特定光谱线的亮度，还可以进一步测定这种元素在化合物中的含量。这叫光谱定量分析。

光谱分析是非常灵敏的分析方法。当某一元素的含量只有几十万分之一，百万分之一，也能被光谱分析査出。

本生用光谱分析法，査出了过去没发现的新元素一一铯和铷。

1861年，英国化学家克鲁克斯用光谱分析法，发现了铊。

1863年，德国化学家利赫杰尔和莱克斯用光谱分析法，发现了铟。

铯的光谱线天蓝色，铷的光谱线暗红色，铊是绿色的，铟是蓝色的。它们的命名，便是从光谱线的颜色那里来的。

如今，人们用光谱分析法，已能测出百分之一克的样品中含有一亿分之一克或更少的某元素。

另外，如果把一定波长的光透过某一材料，根据被吸收掉光的程度进行分析，叫吸收光谱分析。按照透过材料是原子状态还是分子状态，又分为原子吸收光谱和分子吸收光谱。前者主要用于无机材料分析，后者主要用于有机材料分析。

最近，人们又把激光用于光谱分析，发明了激光光谱分析，进一步提高了光谱分析的灵敏度，扩大了应用范围，使光谱分析技术又前进了。

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来源|青海省科学技术馆