Wydział: Nazwisko i imię: Zespół: Ocena ostateczna:
WIEIK Stelmach Adrian VIII
Grupa: Temat ćwiczenia: Nr Ćw. Data wykonania Ćw.
12E Analiza spektralna gazów 24 23.03.2012
1. Wstęp do ćwiczenia:
Spektroskop - jest to przyrząd służący do otrzymywania i badania widm. Składa się z
pryzmatu (P), kolimatora (K), lunety (L) i rurki ze skalÄ… (S ).
AnalizÄ… widmowÄ… nazywamy jednÄ… z metod fizykochemicznych, polegajÄ…cÄ… na
wyznaczaniu składu substancji drogą badania jej widma emisyjnego lub absorpcyjnego.
Widmem optycznym natomiast nazywamy obraz powstały wskutek rozszczepienia światła
pochodzÄ…cego od z
ródła rzeczywistego ma składowe o różnych długościach fali.
Ze względu na pochodzenie widma dzielimy na:
" emisyjne,
" absorpcyjne,
" luminescencyjne.
Ze względu na powstały obraz widma dzielimy na:
" Widmo ciągłe  widmo mające postać zespołu barw przechodzących płynnie
jedna w drugą (np.: tęcza), dawana między innymi przez rozżarzone ciała stałe, ciekłe
i gazy pod dużym ciśnieniem.
" Widmo liniowe  widmo mające postać jasnych barwnych prążków (linii
widmowych) na ciemnym tle lub ciemnych prążków na tle widma ciągłego. Widmo
charakterystyczne dla atomów pierwiastka emitującego (pochłaniającego) dawane
przez pary gazy.
" Widmo pasmowe  widmo mające postać barwnych pasów (złożonych z
bardzo gęsto rozmieszczonych linii widmowych) na ciemnym tle charakteryzujących
cząsteczki chemiczne. Występuje wtedy, gdy molekuły gazu są pobudzone do
świecenia.
Emisyjne widmo liniowe dają pobudzone do świecenia gazy oraz pary metali. Powstanie
linii widmowych związane jest 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):
hc ="W

gdzie:
h  stała Plancka
c
 prędkość światła
 długość falii
Długością poszczególnych linii widmowych charakterystyczne są dla rodzaju
substancji. Obecność określonej linii świadczy o obecności odpowiedniej substancji w
z
ródle światła. Czułość takiej analizy jakościowej jest wysoka, bowiem śladowe domieszki
mogą być już zauważone. Z natężenia linii można wnioskować o ilości danego pierwiastka
np. w stopie lub zwiÄ…zku chemicznym.
Do analizy widmowej stosuje siÄ™ spektografy pryzmatyczne, siatkowe i
interferencyjne. Działanie spektrografu oparte jest na zjawisku dyspersji, polegającym na
zależności prędkości od długości fali. Rozróżniamy dwa rodzaje dyspersji: kątową oraz
liniową. Dyspersja kątowa określa rozbieżność dwóch wiązek różniących się długością fal
" o jednostkę ,np. 1 nm. Dyspersją liniową spektrografu jest natomiast przedział długości
fal przypadający na jednostkę długości ekranu(klisza matówka), np.1 mm. W celu
określenia długości fali nieznanego gazu za pomocą widma porównuje się je z wzorcowymi
długościami światła sporządzając tzw. krzywą dyspersji.
ZASADA DZIAA
ANIA PRYZMATU
Prawo załamania:
sinÄ… v1
= n21 =
sin ² v2
gdzie: ą - kąt pomiędzy wiązką padającą, a pow. prostopadłą do pow. granicznej
²- kÄ…t pomiÄ™dzy wiÄ…zkÄ… zaÅ‚amanÄ…, a pow. prostopadÅ‚Ä… do pow. granicznej
n21- względny wsp. załamania pomiędzy ośrodkami 1 i 2
v1, v2  prędkości rozchodzenia się fali w ośrodkach 1 i 2
1
Ä…
²
2
Zasadniczym elementem spektroskopu jest pryzmat z substancji przezroczystej,
wykazujÄ…cej zjawisko dyspersji, czyli rozszczepienia barwnego . Rozszczepienie to polega na
zachowaniu różnej wartości współczynnika załamania światła w zależności od jego różnej
częstości drgań. Do analizy obszaru widzialnego promieniowania stosuje się pryzmaty ze
szkła o szczególnie silnej dyspersji. Dyspersję pojedynczego promienia światła białego
przedstawia poniższy rys.
Przy przejściu przez powierzchnię I promień rozszczepia się na składowe promienie barwne
dzięki temu, że współczynniki załamania dla różnych barw są różne. Jak wiemy, z barwą
światła wiąże się odpowiednia częstość drgań. Najsilniej załamuje się promień fioletowy, o
dużej częstości, najsłabiej - promień czerwony o małej częstości drgań.
Ścianka II pryzmatu rozszczepiającego światło nie wpływa na sam proces rozszczepienia, jaki
dokonał się na ściance I. Załamuje ona tylko jeszcze bardziej promienie składowe powstałe
w wynika rozszczepienia. Wstęga barwna ab, jaka powstaje na ekranie w wyniku działania
rozszczepiajÄ…cego pryzmatu, nosi nazwÄ™ widma promieniowania wiÄ…zki padajÄ…cej A.
2. Wykonanie pomiarów:
Przed rozpoczęciem właściwych pomiarów należy wyregulować spektroskop. Do tego
celu używa się lampy rtęciowej. Następnie rysujemy krzywą dyspersji. Krzywą tą
przedstawiamy na wykresie i załączamy do sprawozdania.
Przechodzimy teraz do obserwacji gazu zawartego w rurce Geislera, odczytujÄ…c
położenie linii widmowych. Zapisujemy dane w tabelce. Długość fal linii odczytujemy z
wykresu charakteryzujÄ…cego spektroskop.
Lp. Barwa linii Intensywność Położenie linii
Długość fali  [nm]
na skali x
1 czerwona słaba 8,1 680,71
2 czerwona słaba 8,4 664,45
3 czerwona słaba 9,6 609,57
4 czerwona słaba 9,7 605,61
5 żółta b. silna 10,4 580,02
6 Żółta b. silna 10,5 576,64
7 Zielona Silna 11,7 540,61
8 Zielono-niebieska SÅ‚aba 13,75 493,62
9 Zielono-niebieska Åšrednia 13,9 490,72
10 Niebieska Åšrednia 17,3 438,58
11 Fioletowa SÅ‚aba 20 409,80
12 fioletowa b. słaba 20,3 407,07
Lp. Barwa linii Intensywność Położenie linii
Długość fali  [nm]
na skali x
1 czerwona b. słaba 8,5 659,28
2 czerwona silna 8,7 649,31
3 czerwona słaba 8,8 644,49
4 czerwona Silna 9 635,18
5 czerwona SÅ‚aba 9,1 630,67
6 czerwona SÅ‚aba 9,15 628,46
7 czerwona SÅ‚aba 9,3 621,96
8 pomarańczowa silna 9,5 613,61
9 pomarańczowa słaba 9,7 605,61
10 pomarańczowa słaba 9,75 603,66
11 pomarańczowa słaba 9,8 601,73
12 pomarańczowa słaba 10 594,20
13 zielona Silna 10,3 583,46
14 niebieska średnia 14 488,83
Lp. Barwa linii Intensywność Położenie linii
Długość fali  [nm]
na skali x
7,8
1 czerwona słaba 698,22
8,4
2 czerwona średnia 664,45
8,6
3 czerwona średnia 654,24
10,2
4 pomarańczowa silna 586,97
13,3
5 turkusowa średnia 502,69
13,7
6 niebieska b. słaba 494,60
14
7 niebieska słaba 488,83
14,9
8 niebieska słaba 472,92
16,4
9 niebieska silna 450,28
Porównując otrzymane wartości długości fal z danymi z tablic długości fal różnych
pierwiastków dochodzimy do wniosku, że po kolei badany gaz (od góry)  RT
Ć, NEON, HEL.
Z tabeli przedstawionej powyżej łatwo możemy zauważyć, ze nasze pomiary i dane z
tablic długości fal są do siebie zbliżone. Niektóre wartości różnią się nieznacznie, ale jest to
związane z błędami dokonanymi przez nas. Przede wszystkich możemy do nich zaliczyć z
le
odczytane dane ze spektroskopu oraz niedokładność naszego wykresu.