POLITECHNIKA ŚLĄSKA

W GLIWICACH

WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY

ANALIZA WIDMOWA

Sekcja :

- 2 -

Wstęp

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 spektografy 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)

- 3 -

oraz rurkę Geislera (lub Plackera) wypełnioną neonem (której widmo z liniami czerwonymi uzupełnia widmo rtęci).

dδ n

ε

Dysprensja liniowa spektografu

dz

λ

Krzywa dysprensji

- 4 -

PRZEBIEG ĆWICZENIA

Włączamy zasilacz spektrofotometru oraz lampę rtęciową(ustawiając ją na osi przyrządu).Regulujemy przyrząd (ostrość , intensywność , zbieżność wiązek).Do nastawienia przyrządu wybieramy zieloną linię rtęci .

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.

Podobne pomiary wykonujemy z rurkami Pl
ckera wypełnionymi neonem i nieznaną substancją badaną lampą spektralną.Rurki zmieniamy przy wyłączonym zasilaczu.Po wykonaniu pomiarów na podstawie otrzymanych wyników rysujemy krzywą dyspersji (skalowania) spektrofotometru.

Z wykresu określamy długości linii widmowych badanej substancji i przy pomocy tablic linii spektralnych identyfikujemy substancję.

TABELA POMIARÓW

SUBSTANCJA: RTĘĆ

SKALA	BARWA	INTENSYWNOŚĆ	Długość fali [nm ]
2.0	żółta	2	579.1
2.2	żółta	2	579.0
2.11	żółta	2	577
2.33	zielona	3	546.1
2.41	zielona	2	521.1
3.04	błękit cyjan.	2	479.7
4.27	fioletowa	3	435.8
4.34	fioletowa	2	434.7

TABELA POMIARÓW

SUBSTANCJA: BADANA

SKALA	BARWA	INTENSYWNOŚĆ	Długość fali [nm ]
1.43	czerwona	2
1.51	czerwona	1
1.94	pomar. żółta	3
2.02	pomar. żółta	1
2.90	zielona	2
2.97	zielona	1
3.04	niebieska	2
3.15	niebieska	1

- 5 -

TABELA POMIARÓW

SUBSTANCJA : NEON

SKALA		BARWA		INTENSYWNOŚĆ		Długość fali [nm] Tablicowa
1.39		czerwona		3
1.41		czerwona		3		692.9
1.45		czerwona		3		667.8
1.48		czerwona		3		659.9
1.50		czerwona		4		650.6
1.56		czerwona		5		640.2
1.57		czerwona		4		638.3
1.60		pomarańczowy		4		626.6
1.62		pomarańczowy		3		621.7
1.64		pomarańczowy		4		616.4
1.67		pomarańczowy		3		614.3
1.71		pomarańczowy		3		607.4
1.72		pomar-żółty		3		597.5
1.74		pomar.-żółty		4		596.5
1.76		pomar.-żółty		3		594.5
1.78		pomar.-żółty		3		588.2
1.80		pomar.-żółty		1		582.0
1.84		pomar.-żółty		1		580.4
1.87		żółty		3		576.4
1.92		żółty		2		574.8
1.94		żółty		4		571.9
1.97		zielony		1		565.7
1.98		zielony		1		556.3
2.01		zielony		2		540.1
2.03		zielony		2		534.1
2.08		zielony		1		514.5
2.11		zielony		1		503.8
2.20		zielony		1		500.5
2.26		zielony		1		495.7
2.37		niebieski		3		489.2
2.44		niebieski		2		488.5
2.45		niebieski		2		483.7
2.62		błękit cyjanowy		1		482.7
2.68		błękit cyjanowy		1		475.3
2.73		błękit cyjanowy		1		471.5
2.78		błękit cyjanowy		1		471.2
2.84		błękit cyjanowy		1		471.0
2.90		błękit cyjanowy		1		470.9
2.97		błękit cyjanowy		1		470.4
3.12		indygo		1		453.8

- 6 -

DYSKUSJA BŁĘDÓW

Przeprowadzone ćwiczenie bardzo wyraźnie uwidoczniło niedoskonałość pomiaru ,która wynika z różnorodnej analizy barwy prążka , a zwłaszcza gdy jest on słabo widoczny .Pomiaru dokonaliśmy za pomocą przyrządu zwanego spektrometrem , którego dokładność skali wynosi 0.01.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 o kilka nm . Metoda ta jest metodą subiektywną , dlatego że każdy człowiek widzi inaczej tę samą odczytywaną barwę jak i jej natężenie.

WNIOSKI

Przeprowadzone ćwiczenie wykazało , że badane gazy są gazami niezbyt gęstymi i światło tych gazów wysyła atomy co można stwierdzić po charakterystyce odczytywanego widma , które jest widmem liniowym.

Każdej substancji odpowiada widmo o innej budowie (widmo pasmowe , widmo liniowe) : widmo liniowe składające się z pojedynczych linii zwanych liniami widmowymi lub liniami spektralnymi widmo pasmowe składające się z regularnych pasm linii widmowych.Analiza widmowa wykorzystywana jest w celu wyznaczania zawartości pierwiastków w nieznanych substancjach.

---