Kolegium Karkonoskie Inżynieria Komputerowa		Sprawozdanie z ćwiczenia nr 56 Analiza spektralna oraz badanie absorbcji filtrów za pomocą spektroskopu
imię i nazwisko Radomski Krzysztof		numer kolejny ćwiczenia 8	zaliczenie
grupa 4	rok 1	data wykonania ćwiczenia 13.04.2000

Widmo optyczne (spektrum) - to obraz uzyskany w wyniku rozszczepienia promieniowania polichromatycznego na składowe o różnych długościach fal.

Ze względu na sposób powstawania widma optyczne dzielimy na:

-absorpcyjne

- emisyjne.

Widmo emisyjne jest to widmo światła emitowanego przez daną substancję, zaś absorpcyjne - pochłaniane , przy czym widma te są swoją odwrotnością (emisyjne przedstawiają się jako prążki/pasma/zakresy światła na ciemnym tle, zaś absorpcyjne to ciemne prążki/pasma/zakresy na tle widma ciągłego, przepuszczanego przez warstwę substancji).

Widmo złożone z barwnych, ostrych prążków jest to widmo emisyjne liniowe, każdy zaś prążek to linia widmowa. Każdej linii widmowej odpowiada określona długość fali, a więc wartość energii emitowanych fotonów. Powstanie linii widmowej związane jest ze strukturą atomu, który wyemitował dany kwant energii. Jak wiemy, energia w atomach jest skwantowana, tzn. przybiera jedynie ściśle określone wartości. W związku z tym przy wszelkich przejściach elektronu między orbitalami związane jest z wyemitowaniem lub zaabsorbowaniem określonego kwantu promieniowania, czyli fali elektromagnetycznej o ściśle określonej długości. Powodem emisji promieniowania może być np. wzbudzenie termiczne atomu, wskutek którego elektron przechodzi na wyższy poziom energetyczny, gdzie czas jakiś przebywa, po czym wraca na swe dawne miejsce, przy czym emituje nadmiar energii w postaci fali elektromagnetycznej (w zakresie okolic światła widzialnego).

Zgodnie z modelem budowy atomu, szerokość linii widmowej powinna być bliska zeru, ale w wyniku efektu Dopplera, wzajemnych oddziaływań międzyatomowych oraz innych czynników obserwuje się poszerzenie linii widmowej. Widmo liniowe jest charakterystyczne dla pojedynczych atomów gazów. Widmo światła emitowanego przez cząsteczki ma bardziej skomplikowaną strukturę - jest ono pasmowe tzn. składa się z układu kolorowych pasm, każde pasmo zaś z ciągu linii widmowych, w każdym paśmie zaś linie zbiegają się u jego brzegów, tworząc tzw. głowicę pasma. Ta potrójna struktura widma cząsteczkowego odpowiada potrójnej strukturze energetycznej cząsteczki. Energia cząsteczki składa się z: energii elektronów atomów cząsteczki, energii drgań atomów wewnątrz cząsteczki oraz energii rotacji cząsteczki jako całości. Energię całkowitą cząsteczki można opisać wzorem:

E = E_el + E_osc + E_rot
gdzie:

E - energia całkowita cząsteczki,
E_el - energia elektronów,
E_osc - energia oscylacji,
E_rot - energia rotacji.

Każdy z tych rodzajów energii jest skwantowany, więc odpowiada mu odpowiednie widmo fal świetlnych odpowiadających swą energią poszczególnym kwantom energii. Spośród tych trzech rodzajów energii najmniejsza jest energia rotacyjna, jej widmo mieści się w zakresie dalekiej podczerwieni. Kolejny rodzaj energii, energia oscylacyjna ma kilkadziesiąt razy większe wartości, widmo zmian energii oscylacyjnej zawiera się w zakresie bliskiej podczerwieni. Największe zmiany energii powodowane są przez przejścia elektronów, widmo odpowiadające tym przejściom energetycznym znajduje się w zakresie widzialnym i nadfioletowym.

Ostatni typ widma emisyjnego to widmo ciągłe. Obserwuje się je podczas świecenia ciał stałych, ciekłych oraz mocno sprężonych gazów. Wskutek silnych oddziaływań międzyatomowych zachodzi tu poszerzenie linii widmowych w takim stopniu, że poszczególne linie widmowe nakładają się i zacierają.

Jak już wspomniałem powyżej, widma absorpcyjne są odwrotnością widm emisyjnych, związane są z pochłanianiem przez substancje kwantów energii, które zezwalają na przejście elektronu, zmianę rotacji lub oscylacji. Po pewnym czasie elektron lub cząsteczka wraca do swego stanu podstawowego i emituje ten kwant promieniowania, ale emisja zachodzi w dowolnym kierunku, tylko niewielka część jest zgodna z kierunkiem przechodzenia linii światła z zewnątrz, a poza tym po drodze może dojść do powtórnej absorbcji.

Przebieg doświadczenia:

Do wyskalowani spektroskopu posłużyło widmo emisyjne helu.

TABELA DO KRZYWEJ DYSPERSJI

ilość działek	barwa prążka widmowego	długość fali odczytana z tabeli [nm]
12,48	ciemnoczerwona	706,5
12,63	czerwona	667,8
13,1	żółta	587,6
13,34	zielona	504,8
13,64	zielona	501,6
14,1	niebieskozielona	492,2
14,43	niebieska	471,3
14,69	niebieska	441,1
15,37	fioletowa	439

Badanie absorbcji filtrów:

Fuksyna:

kolor prążka	ilość działek	długość fali [nm]	poziom transmisji[%]
czerwony żółty zielony zielony niebiesko-zielony	12,46 13,03 13,45 13,74 14,14	710 600 530 500 470	95 95 85 50 15

Fluoresceina:

kolor prążka	ilość działek	długość fali [nm]	poziom transmisji[%]
ciemnoczerwony czerwony żółty zielony zielony niebiesko-zielony niebieski niebieski fioletowy	12,17 12,63 13,04 13,47 13,79 14,11 14,51 14,91 15,67	750 660 595 530 500 485 450 440 425	95 95 95 90 80 50 40 70 90

Filtr szklany niebieskozielony:

kolor prążka	ilość działek	długość fali [nm]	poziom transmisji[%]
ciemnoczerwony czerwony żółty zielony zielony niebiesko-zielony niebieski niebieski fioletowy	12,33 12,71 13,08 13,47 13,73 14,08 14,51 14,95 15,43	740 655 590 530 500 475 450 440 430	60 60 70 85 85 90 90 90 90

Filtr szklany zielony:

kolor prążka	ilość działek	długość fali [nm]	poziom transmisji[%]
ciemnoczerwony czerwony żółty zielony zielony niebiesko-zielony	12,35 12,58 13,16 13,48 13,79 14,17	740 675 580 525 495 470	30 35 55 75 65 50

Filtr szklany pomarańczowy:

kolor prążka	ilość działek	długość fali [nm]	poziom transmisji[%]
ciemnoczerwony czerwony żółty niebiesko-zielony	12,19 12,62 13,09 13,65	750 670 585 510	85 85 75 50

Dyskusja błędów i wnioski:

Przy pomiarze transmisji filtrów spektrometrem błąd powodowany był przez bardzo subiektywną ocenę transmisji dla danej długości fali. Błąd ten jest praktycznie niemożliwy do wyznaczenia, dlatego wyniki tych pomiarów mogą być jedynie użyte do przybliżenia kształtu krzywej zależności transmisji od długości fali. Również odczyt długości fali z krzywej skalowania nie był dokładny.

---