POLITECHNIKA ŚLĄSKA
W GLIWICACH
WYDZIAŁ MECHANICZNY TECHNOLOGICZNY
AUTOMATYKA I ROBOTYKA
LABORATORIUM Z FIZYKI
Ćwiczenie nr 7
Temat: Analiza widmowa
Grupa 3
Sekcja 6
Michał PATALONG
Marcin SOBOLEWSKI
WPROWADZENIE
Analiza widmowa ma na celu badanie substancji niewiadomego pochodzenia. Badaną substancję porównuje się z widmami tablicowymi i określa się tą substancję. Rozróżnia się kilka rodzajów widm. Ze względu na pochodzenie widma dzielimy na:
emisyjne
absorbcyjne
luminescencyjne
Ze względu na powstały obraz widma dzielimy na
liniowe
pasmowe
ciągłe
Emisyjne widmo liniowe dają pobudzone do świecenia gazy i pary metali. Powstawanie widma związane jest z wypromieniowaniem kwantu energii przez wzbudzony elektron.
Długości poszczególnych linii widmowych są charakterystyczne dla rodzaju substancji. Czułość takiej analizy jest wysoka gdyż nawet śladowe domieszki mogą być zauważone. Z natężenia linii można wnioskować o ilości danego pierwiastka w związku chemicznym. Linie powinny mieć szerokość zerową, jednak z powodu takich zjawisk jak efekt Dopplera, oddziaływania międzycząsteczkowego oraz skończonego czasu życia elektronu podczas wzbudzenia ich szerokość jest większa. Charakterystyczne są serie widmowe dla wodoru. W zakresie światła widzialnego długość fali określa wzór Balmera:
Wzór ten można otrzymać bezpośrednio ze wzoru Rydberga:
Stałą Rydberga można znaleźć stosując uproszczony model atomu Bohra. Przy założeniu nieskończonej masy jądra otrzymamy:
Widmo emitowane przez cząsteczki ma postać pasm złożonych z poszczególnych linii. W każdym paśmie linie tworzą tzw. głowicę pasma. W przypadku pobudzenia do świecenia ciał stałych, cieczy lub gazów pod wysokim ciśnieniem otrzymamy ciągłe widmo emisyjne. Jeśli na drodze światła o ciągłym rozkładzie widmowym ustawimy warstwę gazu lub pary o temperaturze niższej niż temperatura źródła, to na tle widma ciągłego zaobserwuje się czarne linie odpowiadające liniom widma emisyjnego. Zgodnie z zasadą Kirchhoffa, linie absorbcyjne zajmują to samo miejsce, co odpowiadające im linie emisyjne danej substancji. Najbardziej znanym widmem absorpcyjnym jest widmo światła słonecznego.
Do analizy widmowej stosuje się spektrografy pryzmatyczne, siatkowe i interferencyjne. Działanie spektrografu pryzmatycznego oparte jest na zjawisku dyspersji, polegającym na zależności prędkości światła od długości fali. Dyspersję kątową określa wzór:
Dyspersja kątowa określa rozbieżność dwóch wiązek różniących się długością fal o jednostkę.
Do obserwacji widma służą spektroskopy. Wymagają każdorazowego cechowania. Ocena fotometryczna linii widmowych jest czasochłonna i zwykle poprzestajemy na określeniu położeń linii widmowych.
PRZEBIEG ĆWICZENIA
Włączamy zasilacz oświetlenia skali spektrometru oraz lampę rtęciową (ustawiając ją na osi kolimatora).
Regulujemy przyrząd (ostrość okularu, szerokość szczeliny kolimatora, ostrość i ustawienie podziałek skali).
Do nastawienia przyrządu zaleca się wybrać żółty dubler rtęci.
Podczas wykonywania pomiarów nie wolno zmieniać ustawienia kolimatora i podziałki skali.
Przesuwając lunetkę notujemy położenia linii widmowych.
Stosujemy subiektywną skalę intensywności linii (np. bardzo jasna, średnia, słaba, bardzo słaba).
Podobne pomiary wykonujemy z rurkami Pl*ckera wypełnionych neonem i gazem nieznanym.
Rurki zmieniamy przy wyłączonym zasilaczu.
Rysujemy krzywą dyspersji (skalowania) spektrometru.
Z wykresu określamy długość l
inii widmowych badanego gazu i za pomocą
tablic linii spektralnych identyfikujemy go.
UWAGI
Po dokładnym zbadaniu substancji (powód: linie nachodziły na siebie).
Narysowaliśmy krzywą dyspersji (skalowania) spektrometru, określiliśmy z wykresu długość linii widmowych badanego gazu i za pomocą tablic linii widmowych zidentyfikowaliśmy go.
Gazem nieznanym był HEL.