ANALIZA WIDMOWA-wstęp teoretyczny.
Analizą widmowąnazywamy jedną z metod fizykochemicznych, polegającą na
wyznaczaniu składu substancji drogą badania jej widma emisyjnego lub absorbcyjnego.
Widmem optycznym natomiast nazywamy obraz powstały wskutek rozszczepienia światła pochodzącego od źródła rzeczywistego ma składowe o różnych długościach fali.
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 oraz pary metali. Powstanie
linii widmowych związane jest ze wzbudzaniem elektronów pojedynczych atomów. Jeśli
atom zostanie wzbudzony (termicznie,elektrycznie), to elektron przechodzi ze stanu stacjonarnego do stanu wyższego i wracając wypromieniowuje energię w postaci kwantu (fotonu):
h =ΔW
Długością poszczególnych linii widmowych charakterystyczne są dla rodzaju substancji. Obecność określonej linii świadczy o obecności odpowiedniej substancji w
źródle światła. Czułość takiej analizy jakościowej jest wysoka, bowiem śladowe domieszki mogą być już zauważone. Z natężenia linii można wnioskować o ilości danego pierwiastka np. w stopie lub związku chemicznym.
Do analizy widmowej stosuje się spektografy pryzmatyczne ,siatkowe i interferencyjne. Działanie spektrografu oparte jest na zjawisku dyspersji, polegającym na zależności prędkości od długości fali. Rozróżniamy dwa rodzaje dyspersji: kątową oraz liniową.Dyspersja kątowa określa rozbieżność dwóch wiązek różniących się długością fal Δλ o jednostkę ,np. 1 nm.Dyspersją liniową spektrografu jest natomiast przedział długości fal przypadający na jednostkę długości ekranu(klisza matówka), np.1 mm. W celu określenia długości fali nieznanego gaz za pomocą widma porównuje się je wzorcowymi długościami światła sporządzając tzw.krzywą dyspersji.
Miara dyspersji danego ośrodka jest pochodna:
D =
Przebieg ćwiczenia.
Po włączeniu zasilacza spektrofometru oraz lampy rtęciowej regulujemy przyrząd (ostrość, intensywność, zbieżność wiązek) a następnie notujemy położenia linii widmowych.Linie ustawiamy na brzegu wyróżnionej ramki pola widzenia.Podobne pomiary wykonujemy dla rurki z helem oraz ze substancja, której długość linii widmowych mamy określić. Na podstawie sporządzonych pomiarów oraz odczytaniu
wartości z tablic pomiarowych sporządzamy krzywa dyspersji spektrofometru.Z wykresu określamy długość linii widmowych badanej substancji i przy pomocy tablic linii spektralnych identyfikujemy substancję.
TABELA POMIAROWA
Substancja -RTĘĆ
Lp. |
Skala |
Barwa |
Intensywność |
Długość fali (nm) Tablicowa |
1. |
169 |
Czerwona |
2 |
650,1 |
2. |
172 |
Czerwona |
2 |
641,9 |
3. |
200 |
Żółta |
4 |
579,1 |
4. |
202 |
Żółta |
4 |
577,0 |
5. |
232 |
Zielona |
5 |
546,1 |
6. |
304 |
Niebieska |
2 |
491,0 |
7. |
426 |
Fioletowa |
4 |
421,7 |
TABELA POMIAROWA
Substancja-HEL
Lp. |
Skala |
Barwa |
Intensywność |
Długość fali (nm) Tablicowa
|
1. |
123 |
Czerwona |
2 |
667,8 |
2. |
141,5 |
Czerwona |
3 |
656,0 |
3. |
192 |
Pomarańczowo-czerwona |
2 |
587,6
|
4. |
283 |
Zielona |
2 |
504,8 |
5. |
288 |
Zielona |
3 |
501,6 |
6. |
303 |
Indygo |
2 |
468,6 |
7. |
341 |
Indygo |
2 |
447,1 |
8. |
395 |
Fiolet |
2 |
439,0 |
Intensywność: 5 - bardzo jasna, 4 - jasna, 3 - średnia, 2 - słaba, 1 -bardzo słaba.
TABELA POMIAROWA
Substancja nieznana
Lp. |
Skala |
Barwa |
Intensywność |
Długość fali (nm) Odczytana z wykresu
|
1. |
154 |
Czerwona |
4 |
------------- |
2. |
161 |
Czerwona |
2 |
622 - 626 |
3. |
175 |
Czerwona |
1 |
603 - 607 |
4. |
175,5 |
Czerwona |
2 |
603 - 607 |
5. |
241 |
Zielono - niebieska |
1 |
535 - 537 |
6. |
245,5 |
Zielono - niebieska |
1 |
533 - 534 |
7. |
268 |
Zielona |
4 |
513 - 515 |
8. |
277,5 |
Zielona |
5 |
506 - 507 |
9. |
324 |
Zielono - niebieska |
5 |
471 - 472 |
10. |
348 |
Niebieska |
4 |
456 - 458 |
11. |
351 |
Niebieska |
2 |
434 - 436 |
12. |
410 |
Fioletowa |
2 |
427 - 429 |
13. |
410,5 |
Fioletowa |
2 |
427 - 429 |
ANALIZA WYKRESÓW. WNIOSKI.
Celem wyżej przedstawionego przez nas ćwiczenia było przeprowadzenie analizy widmowej trzech gazów jakimi były rtęć,hel oraz gaz nieznajomy,który mieliśmy zidentyfikować.
Po dokonaniu przez nas pomiarów barwy, intensywności oraz odczytu na skali poszczególnych linii widmowych sporządziliśmy dla obydwóch znanych gazów krzywą dyspersji, która posłużyła nam do określenia długości linii widmowych nieznanej substancji a co za tym idzie zidentyfikowania jej.Po tak przeprowadzonej analizie doszliśmy do wniosku, iż trzecią badaną przez nas substancją był neon co postaramy się teraz udowodnić.
Jak wynika z tabeli przedstawionej poniżej gdzie zestawiliśmy porównanie naszych wartości długości linii widmowych odczytanych z wykresu krzywej dyspersji z wartościami z tablic linii spektralnych dla neonu łatwo możemy zauważyć, że są one do siebie zbliżone w pewnych zakresach.Dla niektórych wartości nasze wyniki różnią się trochę ale jest to związane błędami jakich dokonaliśmy. Przede wszystkim do błędów tych możemy zaliczyć źle odczytaną barwę, intensywność linii widmowych jak również co za tym idzie źle obrane wartości tablicowe długości linii widmowych dla helu i rtęci oraz wartości wykresowych dla neonu.Doskonale widać to zarówno na wykresie jak i w tabelach. Do błędów przyczyniła się również niedokładność samego
spektrofometru oraz panujące w laboratorium warunki. Pomimo tego wynik naszej analizy wydaje się nam poprawny oraz zgodny z rzeczywistością.
Poniżej przedstawiamy tabelę linii spektralnych neonu ,którą kierowaliśmy się przy odczytywaniu długości linii widmowych naszej badanej substancji oraz jej identyfikacji.
|
Tablica linii widmowych NEON |
Tablica linii widmowych gaz szukany |
||||
Lp. |
Barwa |
Intensywność |
λ (nm) |
Barwa |
Intensywność |
λ(nm)-wyz. |
1. |
--------------- |
---------------- |
--------------- |
Czerwona |
4 |
-------------- |
2. |
Pomarańcz |
4 |
621,7 |
Czerwona |
2 |
622 - 626 |
3. |
Pomarańcz. |
4 |
607,4 |
Czerwona |
1 |
603 - 607 |
4. |
Pomarańcz. |
4 |
603,0 |
Czerwona |
2 |
603 - 607 |
5. |
Zielona |
3 |
534,1 |
Ziel.- nieb. |
1 |
535 - 537 |
6. |
Zielona |
3 |
533,1 |
Ziel.- nieb. |
1 |
533 - 534 |
7. |
Zielona |
3 |
514,5 |
Zielona |
4 |
513 - 515 |
8. |
Zielona |
3 |
503,8 |
Zielona |
5 |
506 - 507 |
9. |
Błękit - cyj. |
5 |
471,5 |
Ziel.- nieb. |
5 |
471 - 472 |
10. |
Indygo |
4 |
453,8 |
Niebieska |
4 |
456 - 458 |
11. |
---------------- |
----------------- |
--------------- |
Niebieska |
2 |
434 - 436 |
12. |
---------------- |
----------------- |
--------------- |
Fioletowa |
2 |
427 - 429 |
13. |
---------------- |
----------------- |
--------------- |
Fioletowa |
2 |
427 - 429 |
W powyższej tabeli został uwzględniony najważniejszy przedział długości linii widm oraz ich intensywność i barwę.Wartości długości linii widm są bardzo do siebie zbliżone. W tabeli widać także błędy , które mogły wyniknąć z złego odczytania barwy i koloru widma.