Каждый химический элемент имеет свой характерный спектр излучения, поэтому по линейчатому спектру паров какого-либо вещества можно установить, какие химические элементы входят в его состав. Такой метод определения химического состава вещества называется качественным спектральным анализом.
Спектральный анализ широко используется в науке и технике. Это один из самых быстрых и простых способов определения состава различных химических соединений. Он обладает крайне высокой чувствительностью и позволяет обнаружить присутствие очень малых количеств химических элементов, причем само количество исследуемого вещества, необходимое для проведения спектрального анализа, также очень невелико (часто достаточно 10-8 – 10-9 г).
Спектральный анализ позволяет определить состав паров и газов, находящихся на произвольно большом расстоянии, лишь бы лучи от них попадали в спектральный прибор. Поэтому этот метод широко используют в астрономии для определения химического состава Солнца и звезд, их температуры, движения в пространстве и т. д.
Первым замечательным достижением спектрального анализа было открытие новых химических элементов. Основатели спектрального анализа Р. Бунзен и Г. Кирхгоф открыли с помощью его новые щелочные металлы — рубидий и цезий. В дальнейшем были открыты и некоторые другие элементы, например, индий и таллий. Особенно интересна история открытия гелия. Первоначально гелий был обнаружен при анализе спектра солнечного протуберанца в 1868 г., откуда и произошло название этого элемента (от греч. «гелиос» — Солнце). Линии гелия были обнаружены в 1881 г. в спектре газов Везувия, затем в некоторых минералах и в очень малых количествах — в земной атмосфере. Только в 1905 г. удалось получить небольшое количество гелия.
В соответствии с законом Кирхгофа спектральный анализ газов и паров можно проводить и по спектрам поглощения. Так, в результате исследования положения фраунгоферовых линий в спектре Солнца было установлено, что Солнце состоит из тех же элементов, что и Земля. При проведении спектрального анализа пользуются специальными таблицами или атласами спектральных линий, в которых приводится точное расположение линий спектра каждого химического элемента или соответствующие им длины волн. В некоторых случаях спектральный анализ проводится путем сравнения спектров исследуемого материала и эталонного спектра образца с известным содержанием химических элементов.
В настоящее время разработаны методы количественного спектрального анализа, позволяющие по интенсивности свечения спектральных линий химического элемента определить его процентное содержание в исследуемом образце.
Основные достоинства спектрального анализа — очень высокая чувствительность, простота и быстрота проведения анализа — делают его весьма удобным для использования в металлургии и в машиностроении, химии и геологии, медицине и биологии и многих других областях науки и техники.
