W próżni prędkość rozchodzenia się fali wszystkich elektromagnetycznych jest stała i wynosi c. W ośrodkach materialnych prędkość światła (fali elektromagnetycznej) zależy od jego częstotliwości (długości fali). Jest to zjawisko dyspersji. Jeśli prędkość światła maleje wraz ze wzrostem jego częstotliwości, mówimy o dyspersji normalnej. Szkło jest w zakresie widzialnym materiałem o dyspersji normalnej - użycie pryzmatu szklanego, który ma dwie powierzchnie graniczne powietrze-szkło i szkło-powietrze ustawione względem siebie pod kątem f(kąt łamiący pryzmatu), pozwala na rozdzielenie przechodzącego przezeń światła pod względem długości falii (lub częstotliwości). Światło możemy rozszczepić również za pomocą siatki dyfrakcyjnej.
Atomy i cząstki mogą pochłaniać (absorbować) i wysyłać (emitować) kwanty promieniowania elektromagnetycznego (fotony). Analizując (rozdzielając względem długości fal ) promieniowanie, które przeszło przez substancję absorbującą, otrzymujemy widmo absorbcyjne, natomiast analiza promieniowania wysyłanego przez substancję emitującą pozwala na uzyskanie widma emisyjnego. Izolowane atomy (n.p. jednoatomowe gazy po niskim ciśnieniem, pary metali) dają widma liniowe, natomiast cząsteczki wieloatomowe - widma pasmowe. W przypadku ciał stałych możemy obserwować widma ciągłe (takie promieniowanie emituje n.p. wolfram włókno żarówki).
W naszym ćwiczeniu badaliśmy widma absorbcji i fluorescencji barwników w roztworach. Aby wyznaczyć granice pasm absorbcji i fluorescencji barwników musimy przyporządkować mierzonym kątom odchylenia g długości fal, czyli wyznaczyć krzywą dyspersji. Mamy do dyspozycji widmo neonu z szeregiem linii o znanych długościach fal (linia, którą obserwujemy przez okular spektrometru jest obrazem szczeliny utworzonym przez światło o określonej barwei ). Światło o takiej samej długości fali, wysłane przez barwnik, zostanie przez ustawiony pod tym samym kątem pryzmat odchylone o ten sam kąt. Wiemy, że w obszarze dyspersji normalnej współczynnik załamania światła w ciągły sposób maleje wraz ze wzrostem długości fali. Na osi pionowej odkładamy kąt odchylenia obrazów szczeliny ( wraz z zaznaczonymi błędami pomiarowymi ) o barwie odpowiadającej kolejnym przejściom w atomie neonu. Na osi pionowej odkładamy długości fal światła o tej barwie. W wyniku otrzymamy szereg punktów. Punkty te będą oczywiście obarczone błędami pomiarowymi. Wiadomo, że idealna krzywa ( krzywa, która przebiegałaby przez punkty nie obarczone błędami ) byłaby bardzo gładka: stale malałaby ( bo jej pierwsza pochodna jest ujemna ) i stale zmieniałaby kierunek w tą samą stronę ( bo nie zmienia się znak jej drugiej pochodnej ). Tę krzywą ( krzywą dyspersji ) możemy wyznaczyć wiedząc o zachowaniu się idealnej krzywej i mając ( nawet wyznaczone z błędami ) punkty doświadczalne.
Dyskusja błędów
Zastosowanie dwóch noniuszy w spektrometrze pozwala na 'podwójne' zmierzenie tego samego kąta. Różnice w wynikach spowodowane są błędami pomiarowymi.
Błędy te spowodowane są:
szerokością szczeliny spektrometru
niedokładnością odczytu i ustawienia spektrometru
W przypadku naszego spektrometru szerokość kątowa szczeliny wynosiła 0o06'
natomiast błąd działki 0o02' .Można z tego obliczyć błąd jakim były obarczone pomiary.
Wnioski
Uwzględniając błędy jakimi obarczone są wyniki naszego doświadczenia oraz po wykonaniu stosownych wykresów łatwo możemy zauważyć że dla obu badanych przez nas substancji tj. dla fluoresceiny oraz dla rodaminy, widmo fluorescencji jest przesunięte w kierunku dłuższych fal w porównaniu z pasem absorbcji.
Jest to zgodne z regułą Stokes'a, która mówi że pochłonięty kwant promieniowania elektromagnetycznego stanowi większą porcję energii, tzn odpowiada mniejszej długości fali, niż kwant emitowany.