Analiza spektralna stali

cel ćwiczenia: zapoznanie się z budową i zasadą działania spektrometru optycznego, zaobserwowanie widma emisyjnego oraz identyfikacja pierwiastków.

Widma emisyjne

Ciało ogrzane do wysokiej temperatury, poddane wyładowaniu elektrycznemu lub naświetlane promieniowaniem o odpowiedniej długości fali - samorzutnie emituje promieniowanie elektromagnetyczne. Jeżeli promieniowanie to zawiera się w zakresie ok. 380 - 780 nm ( od ultrafioletu do podczerwieni), wtedy można je zaobserwować w postaci światła widzialnego. Zarejestrowany obraz promieniowania wysyłanego przez świecące ciało, nazywa się widmem emisyjnym. Rozgrzane ciała stałe lub ciecze emitują widmo ciągłe, czyli wysyłają fale elektromagnetyczne o różnych długościach. Pojedyncze, nie oddziaływujące ze sobą atomy danego pierwiastka, znajdującego się w stanie gazowym emitują widma liniowe, a gazy składające się z wieloatomowych, oddziaływujących ze sobą cząsteczek emitują widmo pasmowe. Obrazem widma rozczepionego na szczelinie lub pryzmacie są w przypadku widma liniowego ostre, wąskie, barwne prążki. W widmie pasmowym w pewnych obszarach prążki są zagęszczone i tworzą barwne pasma, a w widmie ciągłym prążki częściowo się na siebie nakładają tworząc zbiór barw przechodzących w sposób ciągły, jedna w drugą.

Długości emitowanych fal są typowe dla atomów danego rodzaju i można je uporządkować w charakterystyczne dla tych atomów serie. Analiza widma pozwala zatem ustalić rodzaj i ilość pierwiastka (skład chemiczny jakościowy i ilościowy danej substancji) na podstawie charakteru widma, poprzez położenie linii i pasm oraz natężenia.

Pojedyncze, nie oddziaływujące ze sobą atomy danego pierwiastka, znajdującego się w stanie gazowym emitują widma liniowe. Długości emitowanych fal są typowe dla atomów danego rodzaju i można jes uporządkować w charakterystyczne dla tych atomów serie.

Spektroskop

Spektroskop pryzmatyczny jest najprostszym i jednocześnie najstarszym przyrządem służącym do obserwacji widm. Najważniejszymi jego częściami są: żródło promieniowania (widmo iskrowe lub łukowe wytworzone między dwiema elektrodami, z których jedna jest leżąca na stoliku badana próbka stalowa, a drugą - ruchoma, miedziana tarcza)

pryzmat - dokonuje analizy badanego promieniowania, rozkładając je na poszczególne barwy monochromatyczne;

kolimator - wraz ze szczeliną i soczewką służy do otrzymywania wiązki promieni równoległych;

luneta - jest potrzebna do bezpośredniej obserwacji widma;

tubus - z oświetloną skalą ( na tle skali widać obraz widm).

Na rys. 1 przedstawiony jest schemat typowego spektrometrycznego zestawu pomiarowego służącego do analizy składu chemicznego substancji.

Rys. Schemat spektrometru