Wstęp teoretyczny
Widmem optycznym nazywamy obraz powstały wskutek rozszczepienia światła pochodzącego od źródła rzeczywistego na 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. Powstawanie linii widmowych jest związane 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) .Długości poszczególnych linii widmowych są charakterystyczne dla rodzaju substancji. Obecność określonej linii świadczy o obecności odpowiedniej substancji w źródle światła. Czułość takiej analizy jest wysoka , bowiem śladowe domieszki mogą być już zauważone. Z natężenia linii można wnioskować o ilości danego pierwiastka np. w stopie lub związku chemicznym.
Linie widmowe powinny mieć grubość zerową. W rzeczywistości obserwuje się nieznaczne poszerzenie linii , a odpowiedzialne za taki stan są zjawiska: efekt Dooplera , oddziaływanie międzycząsteczkowe oraz skończony czas życia elektronu w stanie wzbudzonym. Linie widmowe układają się w serie .Charakterystyczne są serie widmowe dla wodoru.
Do analizy spektralnej (widmowej) stosuje się spektrografy pryzmatyczne , siatkowe i interferencyjne. Działanie spektrografu pryzmatycznego oparte jest na zjawisku dyspersji , polegającym na zależności prędkości światła od długości fali.
W spektrografie obraz widma powstaje na matówce lub na kliszy fotograficznej. Do obserwacji widma służą znacznie prostsze spektroskopy.
Spektroskopy posiadają skalę liniową i wymagają każdorazowo cechowania. W tym celu stosując wzorcowe źródła światła o znanych długościach linii widmowych określamy ich położenie na tle skali i sporządzamy tzw. krzywą dyspersji. W naszej pracowni jako wzorca używamy lampę rtęciową (żarową)
oraz rurkę Geislera (lub Plackera) wypełnioną neonem (której widmo z liniami czerwonymi uzupełnia widmo rtęci).
Przebieg
1. Włączamy zasilacz spektrofotometru oraz lampę rtęciową (ustawiając ją na osi przyrządu).
2. Regulujemy przyrząd (ostrość, intensywność, zbieżność wiązek)
Do nastawienia przyrządu wybieramy zieloną linię rtęci .
3. Kręcąc pokrętłem sterującym (z prawej strony, z oświetloną skalą) notujemy położenia linii widmowych. Linie ustawiamy na brzegu (lewym lub prawym) wyróżnionej ramki pola widzenia. Stosujemy subiektywną skalę intensywności linii np. bardzo jasna, jasna, średnia, słaba, bardzo słaba
(odpowiednio od 5 do 1).
4. Podobne pomiary wykonujemy z dwoma rurkami Plückera wypełnionymi neonem i badanym gazem. Rurki zmieniamy przy wyłączonym zasilaczu.
6. Kolejne wymiary wykonujemy dla substancji nieznanej. Poczym wykonujemy krzywą dyspersji i odczytujemy długość fali.
7. Wpisujemy do tabeli pomiarowej otrzymane wyniki i podajemy nazwę substancji.
Karta Pomiarowa
Opracowanie wyników (wykres)
Dyskusja błędów
Przeprowadzone ćwiczenie bardzo wyraźnie uwidoczniło niedoskonałość pomiaru ,która wynika z różnorodnej analizy barwy prążka , a zwłaszcza gdy jest on słabo widoczny. Pomiaru dokonałyśmy za pomocą przyrządu zwanego spektrometrem. Słabo widoczny prążek sprawia trudności z ustawieniem go na linii , która jest podstawą pozwalającą dokonać odczytu na skali spektrometru ,czego efektem może być przesunięcie krzywej dyspersji na wykresie. Metoda ta jest metodą subiektywną , dlatego że każdy człowiek widzi inaczej tę samą odczytywaną barwę jak i jej natężenie.
| Tabl. Dł. Fali | Wykr. Dł. Fali |
|---|---|
| ----- | 650 |
| 643 | 642 |
| 632 | 630 |
| 622 | 622 |
| 611 | 610 |
| 609 | 608 |
| ----- | 605 |
| ----- | 590 |
| 508 | 510 |
| 480 | 480 |
Na podstawie tabeli zamieszczonej powyżej dokonałyśmy rachunku niepewności. Niepewność którą uzyskałyśmy wynosi: u(x)≈ 0,01.
Wynik ćwiczenia
Sporządzony wykres umożliwił zidentyfikowanie substancji nieznanej jako kadm. Wnioskujemy to z wyżej dołączonej tabeli, gdzie pomiary długości fali są bardzo zbliżone do siebie.
Wnioski
Przeprowadzone ćwiczenie wykazało, że źródłem widma są atomy co można stwierdzić po charakterystyce odczytywanego widma, które jest widmem liniowym.
Metoda ta jest metodą subiektywną dlatego, że każdy człowiek widzi inaczej tę samą odczytywaną barwę jak i jej natężenie. Dokładny odczyt charakterystyki dla znanej substancji decyduje o prawidłowym wyskalowania przyrządu. Ewentualne niedokładności przy skalowaniu utrudniają lub wręcz uniemożliwiają prawidłową identyfikację innych próbek.