Politechnika Śląska
Wydział: Elektryczny
Semestr : drugi
Analiza widmowa
Grupa nr 5
Sekcja nr 5
Mariusz Browarczyk
Mirosław Kuna
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:
a) emisyjne,
b) absorbcyjne,
c) luminescencyjne.
Innym podziałem jest podział ze względu na powstały obraz, w którym wyróżniamy widma:
a) liniowe,
b) pasmowe,
c) ciągłe.
Emisyjne widmo liniowe daje pobudzone do świecenia gazy oraz pary metali. Linie widmowe powstają w wyniku wzbudzenia elektronów, które przechodzą najpierw ze stanu stacjonarnego do stanu wyższego, a następnie powracając do stanu początkowego emitują energię w postaci fotonów. Długości poszczególnych linii widmowych są charakterystyczne dla rodzaju substancji, a z natężenia tych linii można określić zawartość danego pierwiastka w substancji. Na szerokość linii widmowych mają wpływ rozmaite zjawiska takie jak efekt Dooplera, oddziaływania międzycząsteczkowe oraz skończony czas życia elektronu w stanie wzbudzonym.
Linie widmowe układają się w serie. Dla wodoru otrzymujemy serie: Lymana ( nadfiolet ), Balmera ( światło widzialne ) oraz Paschena, Bracketta, Pfundta i Humphreysa ( podczerwień ). W zakresie światła widzialnego długość fali kolejnych prążków widmowych określa wzór Balmera:
λ =
gdzie:
b = 364.57 nm -stała,
k = 3,4,5 - numer powłoki.
Widmo światła emitowane przez cząsteczki ma postać pasm złożonych z poszczególnych linii. W każdym paśmie przy brzegach linie się zlewają tworząc tzw. głowicę pasma. Stan energetyczny cząstki określają trzy rodzaje energii: energia elektronów, energia oscylacyjna i energia rotacyjna.
W przypadku pobudzenia do świecenia gazów, cieczy lub ciał stałych pod wysokim ciśnieniem otrzymujemy ciągłe widmo emisyjne, ponieważ wskutek silnych oddziaływań atomów lub cząsteczek poszczególne linie i pasma nachodzą na siebie.
Jeżeli natomiast na drodze światła o ciągłym rozkładzie widmowym ustawimy warstwę gazu lub pary o temperaturze niższej niż temperatura źródła, to na tle widma ciągłego otrzymamy czarne linie odpowiadające liniom widma emisyjnego. Linie te nazywamy liniami absorbcyjnymi i zgodnie z zasadą Kirchhoffa zajmują one to samo miejsce, co odpowiadające im linie emisyjne danej substancji. Najbardziej znanym widmem absorpcyjnym jest widmo światła słonecznego.
Widmo luminescencyjne można wywołać poprzez bombardowanie ciała elektronami, przepływem prądu elektrycznego, oświetleniem ciała, napromieniowaniem lub pewnymi reakcjami chemicznymi.
Przebieg ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest wyskalowanie spektrometru oraz poprzez narysowanie krzywych dyspersji określenie długości linii widmowych substancji i zidentyfikowanie jej.
W ćwiczeniu do obserwacji linii widmowych używa się spektroskopu wyposażonego w kolimator służący do ustawiania wiązki równoległej światła oraz lunetki ze skalą. Obserwujemy widma badanych substancji ( żółtego dubletu rtęci, rurki Pluckera wypełnionej neonem oraz substancji nieznanej, którą mamy zidentyfikować ), notujemy dla każdej z nich położenia linii widmowych i określamy intensywność świecenia linii. Na podstawie wykonanych pomiarów rysujemy krzywe skalowania spektometru tzw. krzywe dyspersji. Później z wykresu odczytujemy długości linii widmowych badanego gazu i na podstawie tablic linii spektralnych identyfikujemy go.
Obliczenia
Na podstawie wykonanej krzywej dyspersji odczytujemy długości fali dla poszczególnych linii widmowych nieznanej substancji i na podstawie otrzymanych wyników określiliśmy ją jako hel.
Wnioski
Celem ćwiczenia była obserwacja linii widmowych określonych substancji oraz zidentyfikowanie jednej z nich na podstawie odczytanych z wykresu ( krzywej dyspersji ) długości fal odpowiadających poszczególnym prążkom widmowym.
Wynik ćwiczenia obarczony może być błędami spowodowanymi:
niedokładnością odczytu z przyrządu pomiarowego,
wadliwym wzrokiem ludzkim,
niedokładnością odczytu z wykresu,
pojawienie się w widmie linii (słabszych ech linii rzeczywistych) nie zanotowanych w tabelach,
różną interpretacjią kolorów linii widmowych oraz ich jasności.