CEL ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie optycznych widm emisyjnych i absorpcyjnych.

WSTĘP

Zależność natężenia promieniowania elektromagnetycznego od częstości lub długości fali nazywamy widmem tego promieniowania. Promieniowania obejmujące promieniowania zakres fal od ultrafioletu (światło używane w szpitalach do dezynfekcji oraz w dyskotekach), poprzez przedział widzialny do podczerwieni, nazywane są widmem optycznym. Widma te dzielimy na emisyjne (widmo światła wysyłanego przez daną substancję), i widma absorpcyjne. Oba rodzaje widm dzielą się na widma liniowe, pasmowe i ciągłe.

Oświetlając badanym światłem szczelinę wejściową spektroskopu otrzymujemy zbiór obrazów szczeliny odpowiadających różnym długością fali. Zależnie od substancji emitującej światło otrzymujemy obrazy szczeliny:

• są rozdzielone i mają postać wąskich ostrych barwnych prążków linii widmowych (emisyjne widmo liniowe)

• wskutek ich zagęszczania w pewnych obszarach tworzą się barwne pasma (emisyjne widmo pasmowe)

• częściowo nakładają się na siebie tworząc zbiór barw przechodzących, w sposób ciągły jedna w drugą (emisyjne widmo ciągłe).

Jeżeli między źródłem promieniowania a szczeliną wejściową umieścimy ciało, pochłaniające określone długości fal (ciecz np. fuksyna, fluoroscencyna lub szkło np. uranowe, nedonowe), to na barwnym tle pochodzącym od źródła obserwujemy ciemne prążki LINIOWE WIDMO ABSORPCYJNE lub ciemne pasma PASMOWE WIDMO ABSORPCYJNE lub ciągłe przedziały widma ABSORPCYJNE WIDMO CIĄGŁE.

Promieniowanie o widmie ciągłym emitowane jest przez ogrzane do wysokiej temperatury ciała stałe np. metale, a także gazy sprężone pod dużym ciśnieniem.

Prawo Absorpcji

Jeżeli na drodze równoległej wiązki promieniowania świetlnego ustawimy próbkę tak by światło padało na nią prostopadle i oznaczymy natężenie padającego przez I₀ ,to zauważymy że natężenie światła wychodzącego I_t jest mniejsze od I₀ (I_t< I₀). Dzieje się tak, gdyż część padającego światła jest pochłaniana przez próbkę, cześć w niej rozproszona. ABSORBCJA- przechodzeniu wiązki światła przez ośrodek materialny towarzyszą zawsze dwa zjawiska . Pierwsze to załamanie światła, które jest spowodowane zmianą prędkości światła w ośrodku materialnym. Następnym zjawiskiem jest pochłanianie części energii światła energia ta zamieniana jest w sposób nieodwracalny na inne formy energii właśnie ten proces nazywamy absorpcją (pochłanianiem). Przez rozpraszanie rozumie się zjawisko osłabienia wiązki światła przez tworzenie się fal wtórnych, rozchodzących się we wszystkich kierunkach. Zjawisko to zachodzi w ośrodkach niejednorodnych optycznie w tych ośrodkach współczynnik załamania światła zmienia nieliniowo.

Przy założeniu że badamy ośrodki jednorodne i pominięciu zjawiska rozpraszania suma światła- odbitego I_r (reflection), pochłonietego I_a (absorption) i przepuszczonego I_t (transmission) jest równa natężeniu swiatła padającego I₀.

I₀= I_r+ I_a+ I_t

Powyższy wzór wynika z zasady zachowania energii- natężenie promieniowania gdzie ΔE jest energią przenoszoną przez falę w czasie Δt przez powierzchnię ΔS ułożoną prostopadle do kierunku rozchodzenia się fali, prz czym Δt jest całkowitą wielokrotnością okresu drgań fali. Po podzieleniu pierwszego wzoru przez I₀ otrzymujemy
gdzie
nazywa się współczynnikiem przepuszczalności lub transmisji.

Spektofotometry

Są to przyrządy, w których intensywność wiązki świetlnej wchodzącej ze szczeliny monochromatora mierzy się fotometrycznie w funkcji λ. Przyrządy te służą głównie do rejestracji widm absorpcyjnych. Na rysunku poniżej przedstawiono schemat blokowy spektofotometru.

Fotomert o nazwie SPEKOL pracuje w zakresie widzialnym widma. Jako monochromatora używa się w tym przyrządzie siatki dyfrakcyjnej. Schematyczny rysunek poniżej przedstawia bieg promieni.

Źródłem promieniowania jest lampa wolframowa (podczas pomiarów sodowa). Promieniowanie z monochromatora jest kierowane przez kolimator w postaci wiązki równoległej, na odbiciową siatkę dyfrakcyjną, gdzie zachodzi rozszczepienie światła. Następny kolimator kieruje promienie odbite od siatki na płaszczyznę szczeliny wyjściowej monochromatora. Wybieranie żądanej długości fali odbywa się po przez obrót siatki (zmiana kąta padania) za pomocą pokrętła które jest wyskalowane w nanometrach (10^-9m), co pozwala na bezpośredni odczyt długości fali. Układ pomiarowy posiada fotoelement selenowy, którego prąd jest wzmacniany za pomocą wzmacniacza i rejestrowany przez miernik który jest wyskalowany w jednostkach ekstynkcji oraz transmisji.

WYNIKI POMIARÓW

Nazwa filtra	URANOWY (żółty)
Lp.	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
T w %	1	5	2	1	1	7	22	21	44	82	88	89	90	0
λ w (nm)	350	370	390	410	430	450	470	490	510	530	550	570	590	610
Nazwa filtra	NEODYNOWY (niebieski)
Lp.	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
T w %	21	69	77	81	71	75	65	75	52	32	78	16	6	0
λ w (nm)	350	370	390	410	430	450	470	490	510	530	550	570	590	610
Nazwa filtra	KNOWNY(biała)
Lp.	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
T w %	43	68	80	86	88	89	89	90	91	91	93	91	92	0
λ w (nm)	350	370	390	410	430	450	470	490	510	530	550	570	590	610
Nazwa filtra	FUKSYNA (roztwór)
Lp.	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
T w %	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	17	53	68	0
λ w (nm)	350	370	390	410	430	450	470	490	510	530	550	570	590	610
Nazwa filtra	FLUORESCECYNA (roztwór)
Lp.	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
T w %	3	5	8	10	8	3	1,5	1	4	29	55	71	76	0
λ w (nm)	350	370	390	410	430	450	470	490	510	530	550	570	590	610

WNIOSKI

Ćwiczenie przeprowadziłem zgodnie z instrukcją, czyli wyznaczyłem absorpcyjne widma optyczne i emisyjne . Z wyników pomiarów przedstawionych w powyższej tabeli narysowałem wykres który znajduje się na odrębnej kartce. Wyniki pomiarów nie różniły się zbytnio od idealnych ale błąd który popełniłem jest spowodowany tym, iż nie wykonywałem tego ćwiczenia w warunkach odpowiednich.

-4-

---