化学之书
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1859年 火焰光谱学

威廉·海德·沃拉斯顿(William Hyde Wollaston,1766—1828)

约瑟夫·冯·夫琅和费(Joseph von Fraunhofer,1787—1826)

罗伯特·本生(Robert Bunsen,1811—1899)

古斯塔夫·基尔霍夫(Gustav Kirchhoff,1824—1887)

艾伦·沃尔什(Alan Walsh,1916—1998)

天空中五颜六色的焰火也是一种焰色反应,其中发红光的是锶和锂,发黄光的是钠,发绿光的是钡,明亮的蓝色据说是最难调出来的。

氦(1868年),氖(1898年),氘(1931年),气相色谱分析(1952年),铊中毒(1952年)

无论是否从事化学工作,可能很多人都听说过本生灯—虽然现在已不多见,但过去它确是实验室的常备之物,而且知道它的发明者是德国化学家罗伯特·本生的人并不多。本生发明它的初衷是为了寻找一个更好的产生焰色反应的办法。我们知道焰色反应原理是一种基于原子发射光谱的古老分析方法:在高能火焰环境中,原子中的电子在不同能级间发生跃迁时,能够发出特定波长、带有特征颜色的光。如在高能火焰下,钠会发出明亮的橙黄色的光,锶会发出耀眼的红光,而铜则会发出蓝绿色的光,通过观察这些特征的焰色就可以检测出元素是否存在。但是要想清楚地观察到特征光的颜色,还必须要求火焰温度高且火焰本身无色。本生发明了一种能使空气与煤气更好混合的方法,从而成功地解决了这一问题!

然而,在焰色反应中,有时直接用肉眼观察火焰的颜色来鉴定元素是有困难的,以锂为例,它在焰色反应中发红光,但锶也发红光,所以用肉眼就很难区分出锂与锶。所以在本生发明了本生灯后不久,他的同事—德国物理学家古斯塔夫·基尔霍夫就建议他采用三棱镜分光技术来进行更精细的区分。1859年,他们制造出第一台光谱仪,既能很好地鉴定元素,又是发现新元素的有力武器!并用光谱仪在一份矿泉水样本光谱中发现了一条蓝线,后来证明这归属于一种新元素—铯,另外,他还发现了另外一种发射红光的元素—铷。

不仅如此,这项技术为人类还带来了更多、更伟大的发现。英国化学家威廉·海德·沃拉斯顿以及后来的德国物理学家约瑟夫·冯·夫琅和费发现太阳光的棱镜光谱中存在一些神秘的暗线。本生和基尔霍夫马上意识到这些暗线与他们之前发现某些元素光谱中的亮线位置相对应,这说明产生这些暗线的原因是由于太阳中本就含有的相同元素吸收了这些亮线位置处对应波长的光。利用这项发明,人们坐在实验室里就能分析太阳甚至其他星球的化学组成!如今,基于同样的火焰光谱学原理,英国物理学家艾伦·沃尔什爵士等人发明了现代原子光谱仪,它不仅应用广泛,而且测量精度极高,甚至可以检测出水中微量污染物的元素组成,哪怕其浓度仅是十亿分之一的量级。■