Sprawozdanie z wykonanego ćwiczenia nr 407
Temat:	ANALIZA WIDMA
Imię i nazwisko:	Jacek Krawczyk
Wydział Elektryczny	Elektronika i Telekomunikacja	Rok: II	Ocena:	Podpis:
Zespół: 2	Data wykonania: 30.11.1998	Semestr: III

Analiza widmowa

Analiza widmowa jest metodą badania promieniowania wysyłanego przez ciała. Promieniowanie to jest najczęściej niejednorodne, tzn. składa się z wiązek o różnych długościach fal. Można się o tym przekonać przepuszczając badane światło przez układ optyczny spektroskopu. Zasadniczą częścią tego układu jest urządzenie dokonujące analizy badanego światła. W naszym przypadku jest to pryzmat.

W pryzmacie światło ulega rozszczepieniu, tzn. że pryzmat rozkłada badane światło niemonochromatyczne na poszczególne wiązki monochromatyczne. Dzieje się tak dlatego, że prędkość rozchodzenia się fal świetlnych w danym ośrodku, a stąd i wartość bezwzględnego współczynnika załamania `n', zależy od długości fali świetlnej.

Zależność ta da się przedstawić za pomocą wzoru Cauchy'ego:

gdzie:

n - współczynnik załamania światła o danej długości fali,

λ - długość fali,

A, B - stałe charakterystyczne dla danego ośrodka.

Kąt, o jaki ulega odchyleniu światło w pryzmacie, zależy od współczynnika załamania światła, a więc pryzmat odchyla wiązki światła zależnie od długości fali. Szereg barwnych obrazów szczeliny, powstałych w omawianym układzie optycznym w wyniku rozszczepienia światła badanego, nazywamy widmem.

Istnieją zasadniczo dwa rodzaje widm: emisyjne i absorpcyjne. Ze względu na wygląd można je podzielić na: ciągłe, pasmowe i liniowe.

Widma emisyjne - światło wysyłane przez ciało świecące trafia bezpośrednio do układu rozszczepiającego.

Widma absorpcyjne - na drodze światła pochodzącego ze źródła dającego widmo ciągłe umieszczone jest ciało absorbujące ( gaz lub para ) o odpowiednio niższej temperaturze niż źródło światła. W widmie ciągłym pojawiają się ciemne linie w dokładnie tym samym miejscu gdzie znajdowały by się linie świecącego tylko ciała absorbującego.

Widma ciągłe - otrzymujemy wstęgę barwną, w której nie da się wyodrębnić poszczególnych linii odpowiadających danym długościom fal ( rozżarzone ciała stałe, ciekłe i gazy pod wysokim ciśnieniem ).

Widma pasmowe - szereg jasnych smug ( pasm ), posiadających wyraźne brzegi od strony krótkofalowej lub długofalowej ( pobudzone do świecenia drobiny związków chemicznych ).

Widma liniowe - oddzielne , wyraźne linie rozłożone w sposób prawidłowy i tworzący tzw. serie widmowe ( pobudzone do świecenia gazy i pary jednoatomowe ).

Postulaty Bohra.

Postulat pierwszy: Atom może znajdować się tylko w szczególnych stanach stacjonarnych ( czyli nie zmieniających się przez dłuższy czas ), w których wartość orbitalnego momentu pędu L elektronu, krążącego po orbicie kołowej wokół jądra, jest całkowitą wielokrotnością

h=h/(2) ( h- stała Plancka ).

Postulat drugi: Przejście atomu ze stanu stacjonarnego n do innego stanu stacjonarnego

m ( n>m ) jest 9związane z emisją promieniowania o energii En - Em , czyli częstotliwości

 = ( En-Em ) / h

Stan stacjonarny atomu o najniższej energii, odpowiadający n = 1, nazywa się stanem podstawowym.

Stany o wartościach energii En > E1 ( n > 1 ) nazywają się stanami wzbudzonymi.

Cel ćwiczenia :

Analiza widmowa służy do określania składu chemicznego na podstawie widm liniowych wysyłanych przez badane substancje. Każdy pierwiastek doprowadzony do postaci pary jednoatomowej i pobudzony do świecenia wysyła promieniowanie charakterystyczne w dziedzinie widzialnej. Skoro więc w widmie badanej substancji znajdują się linie charakterystyczne danego pierwiastka to świadczy to o jego obecności w składzie badanej substancji . Metodą analizy widmowej możemy dokonywać analizy chemicznego składu substancji w krótkim stosunkowo czasie i ze znaczną czułością . Pozwala ona na wykrywanie domieszek o stężeniu nie wykrywalnym zwykłymi metodami chemicznymi , ważną jej cecha jest również to , że do badań wystarczą minimalne ilości substancji analizowanej .

Celem ćwiczenia jest sporządzenie krzywej dyspersji spektroskopu i wyznaczenie długości fal badanych linii . Stosujemy do tego rurki Geisslera . Są to rurki szklane zawierające gaz pod ciśnieniem około 66 Pa . Do każdej z nich wtopione są dwie elektrody platynowe . Podłącza się je do transformatora wysokonapięciowego . W rurce takiej świeci przede wszystkim zorza dodatnia . Gazy świecące w rurkach Geisslera dają widma liniowe .

1. Wykreślenie krzywej dyspersji:

Kolejność czynności:

1) Włączyć do obwodu wzorcowe źródło światła ( rurka jarzeniowa z parą rtęci ),

2) Ustawić spektroskop tak, aby w lunetce zobaczyć widmo,

3) Ustawić szczelinę kolimatora tak, by poszczególne prążki były dostatecznie wąskie i wyraźne,

4) Oświetlić skalę, aby uzyskać jasny jej obraz na tle widma,

5) Odczytać położenia linii widmowych na tle skali,

6) Dla każdej linii wypisać z tabeli widm odpowiednie długości fal i wykreślić krzywą dyspersji odkładając na osi rzędnych długość fal linii, a na osi odciętych - ich położenie na skali.

Widmo wzorcowe
Kolor prążka	c. fiolet	fiolet	c. zielony	żółty	czerwony
Położenie na skali	3,5	5,7	8,4	10,8	11,3
λ[nm] z tabeli	404,6	407,78	435,83	546,07	576,96

Krzywa dyspersji bez interpolacji :

Aby odczytać długości fali dla różnych linii w poszczególnych rurkach Geisslera sporządzam wykres dyspersji interpolowany sześciennie przy pomocy paraboli :

II. Wyznaczanie długości fal emitowanych przez badane źródło światła:

1) Włączyć do obwodu badaną rurkę Geisslera i ustawić ją przed szczeliną kolimatora,

2) Odczytać na skali położenie badanego widma,

3) Z krzywej dyspersji odczytać długości fal widma badanego korzystając z ich położenia na skali spektroskopu.

Widmo pierwszej rurki Geisslera
Kolor prążka	fiolet	c. zielony	j. zielony
Położenie na skali	6,3	8,7	10,5
λ[nm] - odczytane z wykresu	409.249	444.635	527.756

Widmo drugiej rurki Geisslera
Kolor prążka	fiolet	j. zielony
Położenie na skali	6,2	10,5
λ[nm] - odczytane z wykresu	409.249	527.756

Widmo trzeciej rurki Geisslera
Kolor prążka	j. zielony	c. zielony
Położenie na skali	9,1	11
λ[nm] - odczytane z wykresu	458.771	558.901

Widmo czwartej rurki Geisslera
Kolor prążka	Zielony	żółty	czerwony
Położenie na skali	.9,5-10	10,7-11	11,6-12,2
λ[nm] - odczytane z wykresu	475.509 - 499.862	539.839 - 558.901	600.345 - 646.215

---