POLITECHNIKA ŚLĄSKA

W GLIWICACH

WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY

Kierunek: Elektrotechnika

Studia dzienne

Rok akademicki 1998/99

analiza widmowa.

Grupa 1

Sekcja 2

Krystian Władarz

Dariusz Oberdak

WPROWADZENIE.

Analizę widmową możemy zdefiniować jako określanie ilościowe i jakościowe składu chemicznego ciał na podstawie widm ich promieniowania (widzialnego , nadfioletowego lub podczerwonego). Widma te powstają na skutek rozszczepienia światła pochodzącego od pobudzonych do świecenia gazów i par metali. Rozszczepienie widma na poszczególne linie widmowe następuje w pryzmacie , dzięki zjawisku dyspersji. Zjawisko to polega na zmianie współczynnika załamania w zależności od długości fali (im mniejsza długość fali , tym większy kąt załamania).

Powstawanie linii widmowych związane jest ze wzbudzeniem elektronów pojedynczych atomów. Jeżeli elektron na skutek wzbudzenia przechodzi ze stanu stacjonarnego na wyższy , to wracając wypromieniuje energię w postaci kwantu (fotonu).

Widma dzielimy ze względu na pochodzenie na widma :

- emisyjne ,

-absorpcyjne ,

- luminescencyjne.

Ze względu na obraz powstały po rozszczepieniu , widma dzielimy na :

- liniowe ,

-pasmowe ,

-ciągłe.

Widmo emisyjne liniowe dają pobudzone do świecenia gazy oraz pary metali. Widmo światła emitowane przez cząsteczki ma postać pasm złożonych z poszczególnych linii. Ciągłe widmo emisyjne ciągłe uzyskujemy przez pobudzenie do świecenia ciał stałych cieczy lub gazów pod wysokim ciśnieniem. Poszczególne linie i pasma nachodzą na siebie wskutek bardzo dużych oddziaływań między atomami. Widmo takie nie może być wykorzystane dla celów analizy widmowej emisyjnej.

Widmo absorpcyjne możemy zaobserwować gdy na drodze światła o ciągłym rozkładzie umieścimy warstwę gazu lub par metali o temperaturze niższej od temperatury źródła. Na tle widma ciągłego można wtedy zauważyć czarne linie odpowiadające liniom widma emisyjnego danego gazu lub par metalu. Najbardziej znanym widmem absorpcyjnym jest widmo światła słonecznego.

Ciemne linie na tle tego widma (linie Fraunhofera) powstają na skutek pochłonięcia promieniowania o pewnych długościach przez czynnik znajdujący się na drodze promieni.

Trzeci rodzaj widma to widmo luminescencyjne które można uzyskać np. przez

• bombardowanie ciała elektronami,

• przepływ prądu elektrycznego,

• napromieniowanie.

Do analizy spektralnej (widmowej) stosuje się spektografy pryzmatyczne , siatkowe i interferencyjne. 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 Plückera) wypełnioną neonem (której widmo z liniami czerwonymi uzupełnia widmo rtęci).

Analiza widmowa umożliwiła odkrycie wielu nowych pierwiastków. Umożliwia też szybką analizę składu chemicznego bardzo małych ilości substancji . Największą wykrywalnością spektralną odznaczają się pierwiastki metaliczne choć i pozostałe można badać stosując tą metodę.

Przebieg ćwiczenia.

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 nieznanymi gazami. Rurki zmieniamy przy wyłączonym zasilaczu.

Tabela 1.

Substancja: RTĘĆ.

Skala	Barwa	Intensywność	Długość fali [nm] Tablicowa
1,59 1,66 1,70 1,84 1,93 1,94 2,03 2,25 2,36 2,65 2,79 2,90 2,96 4,08 4,22 4,24 5,07	C C C P Ż Ż Żz Z Z Z Zn N N F F F F	2 1 1 1 5 5 1 5 2 1 1 2 4 4 2 2 1	670,9 650,1 641,9 614,9 579,1 579,0 577,0 546,1 521,1 497,4 479,7 435,8 434,7 433,9 421,7 412,2 404,7

Tabela 2.

Substancja: KADM.

Skala	Barwa	Intensywność	Długość fali [nm] Tablicowa
1,47 1,55 2,61 2,70 3,17 3,41	C C Żz Z N I	5 1 2 5 3 4	643,8 632,5 609,9 508,6 480,0 467,8

Barwę linii oznaczono skrótami:

C - czerwona, P - pomarańczowa,

Pż - pomarańczowożółta, Ż - żółta,

Żz - żółtozielona, Z - zielona,

Zn - zielononiebieska, N - niebieska,

B - błękit cyjanowy, I - indygo,

F - fioletowa.

5. Rysujemy krzywą dyspersji (skalowania) spektrofotometru.

6. Z wykresu określamy długość linii widmowych badanych substancji i przy pomocy tablic linii spektralnych identyfikujemy substancje.

Tabela 3.

Substancja: NIAZNANA.

Skala	Barwa	Intensywność	Długość fali [nm] Z wykresu
1,11 1,34 1,41 1,85 2,25 2,76 2,81 2,95 3,05 3,35 3,90	C C C Pż Żz Z Z Zn Zn N F	1 2 3 4 1 2 3 2 3 1 1	680 672 660 585 540 500 490 482 471 451 402

Analiza błędów.

Przeprowadzone ćwiczenie bardzo wyraźnie uwidoczniło niedoskonałość pomiaru, która wynika z niejednoznacznego odczytu barwy prążka, zwłaszcza gdy jest on słabo widoczny. Przypuszczalnie część prążków była niezauważalna. Powodowało to trudności w przypisaniu danemu prążkowi widma rtęci odpowiedniej długości fali, a to z kolei wpłynęło na nie najlepszy kształt krzywej skalującej spektroskop. --> [Author:brak] Do pomiarów użyto przyrządu którego dokładność skali wynosi 0.01.

wyniki ćwiczenia.

Na podstawie wykresu stwierdziliśmy, że badana substancja to: HEL.

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.

---