Wydział: WIEIK	Nazwisko i imię: Stelmach Adrian	Zespół: VIII	Ocena ostateczna:
Grupa: 12E	Temat ćwiczenia: Analiza spektralna gazów	Nr Ćw. 24	Data wykonania Ćw. 23.03.2012

1. Wstęp do ćwiczenia:

Spektroskop - jest to przyrząd służący do otrzymywania i badania widm. Składa się z pryzmatu (P), kolimatora (K), lunety (L) i rurki ze skalą (S’).

Analizą widmową nazywamy jedną z metod fizykochemicznych, polegającą na wyznaczaniu składu substancji drogą badania jej widma emisyjnego lub absorpcyjnego.

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,

• absorpcyjne,

• luminescencyjne.

Ze względu na powstały obraz widma dzielimy na:

• Widmo ciągłe – widmo mające postać zespołu barw przechodzących płynnie jedna w drugą (np.: tęcza), dawana między innymi przez rozżarzone ciała stałe, ciekłe i gazy pod dużym ciśnieniem.

• Widmo liniowe – widmo mające postać jasnych barwnych prążków (linii widmowych) na ciemnym tle lub ciemnych prążków na tle widma ciągłego. Widmo charakterystyczne dla atomów pierwiastka emitującego (pochłaniającego) dawane przez pary gazy.

• Widmo pasmowe – widmo mające postać barwnych pasów (złożonych z bardzo gęsto rozmieszczonych linii widmowych) na ciemnym tle charakteryzujących cząsteczki chemiczne. Występuje wtedy, gdy molekuły gazu są pobudzone do świecenia.

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):

=ΔW

gdzie:

– stała Plancka

– prędkość światła

– długość falii

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 gazu za pomocą widma porównuje się je z wzorcowymi długościami światła sporządzając tzw. krzywą dyspersji.

ZASADA DZIAŁANIA PRYZMATU

Prawo załamania:

gdzie: α - kąt pomiędzy wiązką padającą, a pow. prostopadłą do pow. granicznej

β- kąt pomiędzy wiązką załamaną, a pow. prostopadłą do pow. granicznej

n₂₁- względny wsp. załamania pomiędzy ośrodkami 1 i 2

v₁, v₂ – prędkości rozchodzenia się fali w ośrodkach 1 i 2

1

2

Zasadniczym elementem spektroskopu jest pryzmat z sub­stancji przezroczystej, wykazującej zjawisko dyspersji, czyli rozszczepienia barwnego . Rozszczepienie to polega na zachowaniu różnej wartości współczynnika załamania światła w zależności od jego różnej częstości drgań. Do analizy obszaru widzialnego promieniowania stosuje się pryzmaty ze szkła o szczególnie silnej dyspersji. Dyspersję pojedynczego promienia światła białego przedstawia poniższy rys.

Przy przejściu przez powierzchnię I promień rozszczepia się na składowe promienie barwne dzięki temu, że współczynniki załamania dla różnych barw są różne. Jak wiemy, z barwą światła wiąże się odpowiednia częstość drgań. Najsilniej załamuje się promień fioletowy, o dużej częstości, najsłabiej - promień czerwony o małej częstości drgań.

Ścianka II pryzmatu rozszczepiającego światło nie wpływa na sam proces roz­szczepienia, jaki dokonał się na ściance I. Załamuje ona tylko jeszcze bardziej promienie składowe powstałe w wynika rozszczepienia. Wstęga barwna ab, jaka powstaje na ekranie w wyniku działania rozszczepiającego pryzmatu, nosi nazwę widma promieniowania wiązki padającej A.

1. Wykonanie pomiarów:

Przed rozpoczęciem właściwych pomiarów należy wyregulować spektroskop. Do tego celu używa się lampy rtęciowej. Następnie rysujemy krzywą dyspersji. Krzywą tą przedstawiamy na wykresie i załączamy do sprawozdania.

Przechodzimy teraz do obserwacji gazu zawartego w rurce Geislera, odczytując położenie linii widmowych. Zapisujemy dane w tabelce. Długość fal linii odczytujemy z wykresu charakteryzującego spektroskop.

Lp.	Barwa linii	Intensywność	Położenie linii na skali x	Długość fali [nm]
1	czerwona	słaba	8,1	680,71
2	czerwona	słaba	8,4	664,45
3	czerwona	słaba	9,6	609,57
4	czerwona	słaba	9,7	605,61
5	żółta	b. silna	10,4	580,02
6	Żółta	b. silna	10,5	576,64
7	Zielona	Silna	11,7	540,61
8	Zielono-niebieska	Słaba	13,75	493,62
9	Zielono-niebieska	Średnia	13,9	490,72
10	Niebieska	Średnia	17,3	438,58
11	Fioletowa	Słaba	20	409,80
12	fioletowa	b. słaba	20,3	407,07

Lp.	Barwa linii	Intensywność	Położenie linii na skali x	Długość fali [nm]
1	czerwona	b. słaba	8,5	659,28
2	czerwona	silna	8,7	649,31
3	czerwona	słaba	8,8	644,49
4	czerwona	Silna	9	635,18
5	czerwona	Słaba	9,1	630,67
6	czerwona	Słaba	9,15	628,46
7	czerwona	Słaba	9,3	621,96
8	pomarańczowa	silna	9,5	613,61
9	pomarańczowa	słaba	9,7	605,61
10	pomarańczowa	słaba	9,75	603,66
11	pomarańczowa	słaba	9,8	601,73
12	pomarańczowa	słaba	10	594,20
13	zielona	Silna	10,3	583,46
14	niebieska	średnia	14	488,83

Lp.	Barwa linii	Intensywność	Położenie linii na skali x	Długość fali [nm]
1	czerwona	słaba	7,8	698,22
2	czerwona	średnia	8,4	664,45
3	czerwona	średnia	8,6	654,24
4	pomarańczowa	silna	10,2	586,97
5	turkusowa	średnia	13,3	502,69
6	niebieska	b. słaba	13,7	494,60
7	niebieska	słaba	14	488,83
8	niebieska	słaba	14,9	472,92
9	niebieska	silna	16,4	450,28

Porównując otrzymane wartości długości fal z danymi z tablic długości fal różnych pierwiastków dochodzimy do wniosku, że po kolei badany gaz (od góry) ­ – RTĘĆ, NEON, HEL.

Z tabeli przedstawionej powyżej łatwo możemy zauważyć, ze nasze pomiary i dane z tablic długości fal są do siebie zbliżone. Niektóre wartości różnią się nieznacznie, ale jest to związane z błędami dokonanymi przez nas. Przede wszystkich możemy do nich zaliczyć źle odczytane dane ze spektroskopu oraz niedokładność naszego wykresu.