POLITECHNIKA ŚLĄSKA W GLIWICACH

Politechnika Śląska

Wydział Górnictwa I Geologii

Sprawozdanie z przedmiotu :

Fizyka

Temat sprawozdania:

Analiza Widmowa

Studia inżynierskie stacjonarne, semestr II

Kierunek Inżynieria Bezpieczeństwa

Rok akademicki 2008/2009

Grupa 3

Sekcja 8

Wykonal:

Łukasz Piętowski

1. Wstęp teoretyczny.

Widmem optycznym nazywamy obraz powstały wskutek rozszczepienia światła pochodzącego od źródła rzeczywistego na składowe o różnych długościach fal.

Ze względu na pochodzenie widma dzielimy na:

• emisyjne,

• absorpcyjne,

• 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 szerokość „zerową”. W rzeczywistości obserwuje się nieznaczne poszerzenie linii, a odpowiedzialne za taki stan są zjawiska: efekt Dopplera, oddziaływanie międzycząsteczkowe oraz skończony czas życia elektronu w stanie wzbudzonym.

Do analizy spektralnej (widmowej) stosuje się spektografy pryzmatyczne (rys.1), siatkowe i interferencyjne. Działanie spektrografu pryzmatycznego oparte jest na zjawisku dyspersji, polegającym na zależności prędkości światła od długości fali.

rys.1 Spektrograf pryzmatyczny

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 (rys.2). Krzywa dyspersji jest to zależność wskazań skali od długości fali. W pracowni jako wzorca używamy lampy rtęciowej (żarowej) oraz rurki Geislera (lub Plückera) wypełnionej neonem (której widmo z liniami czerwonymi uzupełnia widmo rtęci).

rys. 2 Krzywa dyspersji

R. Respondowski, „Laboratorium z fizyki”, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 1999

2. Przebieg ćwiczenia.

• Włączamy zasilacz oświetlacza skali spektrometru oraz lampę rtęciową (ustawiając ją na osi kolimatora).

• Regulujemy przyrząd (ostrość okularu, szerokość szczeliny kolimatora, ostrośc ustawienie podziałek skali).

• Przesuwając lunetką notujemy położenia linii widmowych.

• Podobne pomiary wykonujemy z rurkami Plückera wypełnionymi neonem (świecącą czerwono) i gazem nieznanym.

• Rysujemy krzywą dyspersji (skalowania) spektrometru.

• Z wykresu określamy długości linii widmowych badanego gazu i za pomocą tablic linii spektralnych identyfikujemy go.

3. Wyniki pomiarów.

Substancja: rtęć

Skala	Barwa	Intensywność	Długość fali [nm]
1,89	Żółty	3	579,0
1,91	Żółty	3	577,0
2,21	Zielony	5	546,1
2,93	Błękit cyjanowy	2	491,0
4,15	fiolet	3	435,8

Substancja: neon

Skala	Barwa	Intensywność	Długość fali [nm]
1,12	Czerwony	3	681,8
1,14	Czerwony	3	667,8
1,28	Czerwony	4	659,9
1,30	Czerwony	3	653,3
1,35	Czerwony	4	650,7
1,38	Czerwony	5	640,2
1,40	Czerwony	4	638,3
1,46	Czerwony	4	633,4
1,50	Czerwony	4	630,5
1,51	Pomarańczowy	4	626,6
1,57	Pomarańczowy	4	621,7
1,61	Pomarańczowy	4	616,4
1,62	Pomarańczowy	4	614,3
1,65	Pomarańczowy	3	609,6
1,67	Pomarańczowy	4	607,4
1,70	Pomarańczowy	4	603,0
1,74	Pomarańczowo-żółty	3	597,6
1,84	Pomarańczowo-żółty	3	594,5
1,87	Pomarańczowo-żółty	4	588,2
1,81	Pomarańczowo-żółty	5	585,2
1,84	Pomarańczowo-żółty	3	582,0
1,87	żółty	2	576,4
1,88	Zielony	5	540,1
1,91	Zielony	4	534,1
1,96	Zielony	3	533,1
Poza zakresem	Fiolet	4	363,4

Substancja: nieznana

Skala	Barwa	Intensywność	Długość fal [nm]	Błąd Δx [nm]
							Z wykresu
1,33	Czerwony	1	651,7	1,60
1,35	Czerwony	1	648,6	1,58
1,38	Czerwony	1	643,9	1,54
1,40	Czerwony	2	640,8	1,52
1,51	Czerwony	3	624,7	1,41
1,64	Pomarańczowy	3	607,2	1,30
1,82	Pomarańczowy	3	585,0	1,17
1,88	Żółty	2	578,1	1,13
1,89	Żółty	4	577,0	1,13
1,91	Żółty	4	574,7	1,11
2,21	Zielony	5	543,7	0,96
2,42	Zielono - Niebieski	1	524,4	0,88
2,94	Błękit cyjanowy	1	483,0	0,72
4,15	Fioletowy	4	409,6	0,51
4,21	Fioletowy	1	406,6	0,51

Intensywność linii widmowych oznaczyliśmy 5-cio stopniową skalą :

1 - najsłabsza

2 - słaba

3 - średnia

4 - silna

5 - najsilniejsza

4. Krzywa dyspersji

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

Długość fal [nm] substancji nieznanej	Długość fal [nm] substancji z tablic
651,7	653,3 Sód
648,6	650,7 Neon
643,9	643,8 Kadm
640,8	640,2 Neon
624,7	626,6 Neon
607,2	607,4 Neon
585,0	587,6 Hel
578,1	579,0 Rtęć
577,0	577,0 Rtęć
574,7	577,0 Rtęć
543,7	541,9 Ksenon
524,4	521,1 Rtęć
483,0	484,4 Ksenon
409,6	434 Wodór
406,6	434 Wodór

5. Rachunek błędów

Δy = 0,01 [dz]

6. Wnioski

Wyniki pomiarów obarczone są błędem, a spowodowany jest on zarówno błędnym odczytem długości linii widmowych jak i niedokładnym określeniem koloru linii widmowej co uniemożliwia poprawne określenie jej długości.

Błąd wynosi
, obliczony, umieszczony odpowiednio w tabeli, posiada inną wartość dla każdej skali.

Metoda ta jest metodą subiektywną dlatego, że każdy człowiek widzi inaczej tę samą odczytywaną barwę jak i jej natężenie. Spetrometr został wyskalowany za pomocą linii widmowych znanych gazów świecących (neon i rtęć), a następnie zostały analizowane linie widmowe świecącej substancji badanej. Dokładny odczyt charakterystyki dla znanej substancji decyduje o prawidłowym wyskalowaniu przyrządu. Ewentualne niedokładności przy skalowaniu utrudniają lub wręcz uniemożliwiają prawidłową identyfikację innych próbek. Po porównaniu otrzymanych wyników z wartościami zawartymi w tablicach linii widmowych stwierdzamy, że badaną substancją prawdopodobnie jest sód, neon, wodór, rtęć, kadm, sód, hel i ksenon.

6

---