Bartosz Szymanowski		Grupa I	Zespół 3
Ćw. 416	„Analiza widmowa”

Analiza widmowa jest jedną z metod badania promieniowania wysyłanego przez ciała. Promieniowanie to jest najczęściej niejednorodne, tzn. składa się z wiązak o różnych długościach fal ( różnych częstotliwościach ). Można się o tym przekonać przepuszczając badane światło przez układ optyczny do analizy światła. W naszym przypadku jest to pryzmat. W pryzmacie światło ulega rozszczepieniu, tzn. że pryzmat rozkłada badane światło niemonochromatyczne na poszczególne wiązki monochromatyczne. Dzieje się tak dlatego, że prędkość rozchodzenia się fal świetlnych w danym ośrodku, a i stąd wartość bezwzględnego współczynnika załamania n, zależy od długości fali świetlnej. Jeżeli w danym zakresie długości fal nie leży obszar pochłaniania światła przez ciało rozszczepiające, to zależność ta da się przedstawić za pomocą wzoru Cauchy'ego :

gdzie n - współczynnik załamania światła o długości fali (, A i B - stałe charakterystyczne dla danego ośrodka.

Kąt o jaki ulega odchyleniu światło w pyzmacie, zależy od współczynnika załanania światła , a więc pryzmat odchyla wiązki światła zależnie od długości fali.

Szereg barwnych obrazów powstałych w wyniku rozszczepienia światła nazywamy widmem.

Rodzaje widm

Istnieją zasadniczo dwa rodzaje widm : emisyjne i absorbcyjne. Ze względu na wygląd, widma te można podzielić na : ciągłe, pasmowe, liniowe.

Widma emisyjne obserwujemy wtedy, gdy światło wysyłane przez ciało świecące trafia bezpośrednio do układu rozszczepiającego.

Widmem ciągłym nazywamy barwną wstęgę, w której - nawet przy bardzo dużym rozszczpieniu - nie da się wyodrębnić poszczególnych linii odpowiadających danym długościom fal. Widma takie dają rozżarzone ciała stałe, ciekłe i gazy pod wysokim ciśnieniem. Rozkład natężeń w takim widmie zależy od rodzaju ciała i od jego temp., przy czym ze wzrostem temp. max. natężenia przesuwa się w stronę fal krótkich.

Widma pasmowe składają się z szeregu jasnych smug (pasm), posiadających wyraźne brzegi (głowice) od strony krótkofalowej lub długofalowej. Przy użyciu przyrządów dających bardzo duże rozszczepienie okazuje się, że widma pasmowe składają się z dużej ilości linii zgęszczających się w stronę granicy każdego pasma. Widma takie dają pobudzone do świecenia drobiny związków chenicznych, przy czym każdemu związkowi odpowiada inne widmo pasmowe.

Widma liniowe składają się z oddzielnych, wyraźnych linii rozłożonych w sposób prawidłowy i tworzących tzw. serie widmowe. Widma taki dają pobudzone do świecenia gazy i pary jednoatomowe. Każdemu pierwiastkowi odpowiadają ściśle określone linie widmowe. Wynika stąd możliwość przeprowadzenia analizy widmowej (spektralnej), tzn. stwierdzenia z jakim pierwiastkiem mamy do czynienia, na podstawie znajomości rozkładu linii widmowych i długości fal im odpowiadających.

Widma absorbcyjne powstają wtedy, gdy na drodze światła poczodzącego ze źródła dającego widmo ciągłe umieścimy ciało absorbujące ( gaz lub parę ) o odpowiednio niższej temp. niż źródło światła. Widmo absorbcyjne otrzymamy np.wtedy, gdy na drodze światła pochodzącego z łuku węglowego, dającego jasne widmo ciągłe umieścimy pary sodu, np. w palniku bunsenowskim. Temperatura płomienia palnika jest o wiele niższa niż temp. łuku.

W widmie ciągłym łuku pojawia się wówczas ciemna linia . Okazuje się, że zajmuje ona dokładnie to samo miejsce w widmie, jakie zajełaby żółta linia sodu, gdyby świeciły tylko pary sodu w palniku. Ogólnie mówiąc linie absorbcyjne zajmują w widmie zawsze to samo miejsce co linie emisyjne, przy czym nie wszystkie linie absorbcyjne mogą występować jako emisyjne.

Znanym przykładem widma absorbcyjnego są tzw. linie Fraunhofera w widmie światła słonecznego. Najsilniejsze z nich zostały oznaczone kolejnymi literami alfabetu zaczynając od fal długich do krótkich. Linie te powstają w tzw. warstwie odwracajacej Słońca . Światło słoneczne pochodzi z warstwy powierzchniowej (fotosfery) o temp. ok. 6000 K. Najniższa warstwa atmosfery Słońca ma temp. niższą i tam też następuje odwrócenie linii widmowych, tzn. w miejsce linii emisyjnych pojawiają się linie absorbcyjne. Widma absorbcyjne, podobnie jak emisyjne, są również ciągłe, pasmowe i liniowe.

Ciała stałe i większość cieczy użyte jako substancje absorbujące dają widma ciągłe, gazy i pary wieloatomowe - widma pasmowe a gazy i pary jednoatomowe - widma liniowe.

Sporządzanie krzywej dyspersji spektroskopu i wyznaczanie długości fal badanych linii.

W naszym przypadku zastosujemy rurki Geisslera. Są to rurki szklane zawierające gaz pod ciśnieniem około 66 Pa ( 0.5 mm Hg ). Do każdej z nich są wtopione dwie elektrody platynowe. Podłącza się je do transformatora wyskonapieciowego. Napięcie w uzwojeniu wtórnym przekracza wartość napięcia zapłonu samoistnego. W rurce takiej świeci przede wszystkim zorza dodatnia. Gazy świecące w rurkach Geisslera dają widma liniowe. Przyżądem służącym do analizy badanego promieniowania jest spektroskop.

Zasadniczą częścią spektroskopu jest pryzmat. Ustawienie pryzmatu, jego rozmiary i rodzaj materiału, z którego jest wykonany, mają wpływ na dyspersję kątowa i zdolność rozdzielczą danego spektroskopu.

Dyspersja kątową spektroskopu nazywamy wielkość:

Wielkość ta wyznacza zmianę kąta odchylenia de wiązki w pryzmacie spektroskopu w stosunku do zmiany długości fali dl. dyspersja kątowa pryzmatu jest tym większa, im większą warość ma współczynnik załamania materiału, z którego wykonany jest pryzmat i im większy jest kąt łamiący pryzmatu f.

Zdolność rozdzielcza dla spektroskopu pryzmatycznego wyraża się następującą zależnością:

gdzie - dyspersja materiału, z którego wykonany jest pryzmat, h- dł. krawędzi podstawy pryzmatu.

Przed rozpoczęciem pomiarów każdy spektroskop należy wyskalować, gdyż zdolność rozdzielcza danego przyrządu zależy od tego jaki jest pryzmat i jak ustawiony. W tym celu wykreślamy krzywą dyspersji. Jest to wykres x = f(l). Przedstawia on zależność położenia względnego x linii widmowych na skali spektroskopu od dł. fali l.Do wyznaczenia krzywej dyspersji można posłużyć się świecącym gazem, którego widmo jest proste i dobrze znane, np parą rtęci.

Mając krzywą dyspersji można wyznaczyć dł. fali linii w widmie badanym na skali spektroskopu, gdyż kształt tej krzywej zależy jedynie od własności układu rozszczepiającego.

---