LABORATORINIS DARBAS
KOKYBINĖ SPEKTRINĖ ANALIZĖ
1.DARBO TIKSLAS : atlikti kokybinę spektrinę analizę monochromatoriumi чм-2.
2.TEORINĖ DALIS : nemonochromatinės šviesos spinduliui praėjus stiklinęprizmę, disprsijos dėka gaunamas spektras. Spektrai skirstomi į emisiniusir absorbcinius. Spektras vadinamas emisiniu, jei kūno spinduliuojamašviesa pakeliuj niekieno neabsorbuojama. Absorbciniu vadinamas spektras sutamsiomis linijomis arba ruožais, kurie atsiranda del kai kuriu šviesosbangų absorbcijos duotoje aplinkoje.Pvz., saulės ir žvaigždžių duodamispektrai yra absorbciniai. Šiuo darbu tirsime tik emisinius spektrus, kurie skirstomi į ištisinius,juostinius ir linijinius. Ištisiniame spektre spalvos pereina nuosekliai viena į kitą. Toksspektras yra tada, kai į prizmę patenkančią šviesą sudaro įvairaus ilgiobangos ( pvz., baltos šviesos atvėju ). Ištisinį spektrą duoda medžiagos,kuriose atstumai tarp molekulių maži, o molekulių sąveikos jėgos – didelės.Tai visų skystų ir kietų kūnų spektrai. Juostinį spektrą sudaro atskiros, įvairios spalvos, juostos.Gaunamas, kaiišspinduliuotoje ir prizmėn patenkančioje šviesoje trūksta tam tikro ilgiošviesos bangų. Tokį spektrą duoda švytinčios daugiaatomės medžiagos (dujos, garai ), kuriose atstumai tarp molekulių dideli, ir molekulinėssąveikos jėgos nežymios. Linijinį spektrą sudaro atskiros, įvairios spalvos, spektrinės linijos,atskirtos tamsiais tarpais. Spektras gaunamas, šviesai, kurioje yrabaigtinis fiksuotų bangos dažnių skaičius, patenkant prizmėn. Šį spektrąduoda švytinčios vienatomės medžiagos ( dujos, garai ), kuriose atstumaitarp atomų dideli, ir jų sąveikos jėgos nežymios. Emisiniai linijiniaispekrai naudojami medžiagų cheminei sudėčiai ištirti, t.y. nustatytimedžiagą sudarančių elementų rūšims ir kiekiams. Apie elemento kiekįsprendžiame iš linijinių spektrų intensyvumo. Spektrinė analizė – tai medžiagos cheminės sudėties nustatymas, remiantislinijiniais spektrais.Jei spektrine analize nustatome tik medžiagąsudarančių elementų rūšį, bet netiriame jų kiekio, tai kalbame apie
kokybinę spektrinę analizę. Kodėl vienatomių dujų ir garų spektrai yra linijiniai?Į šį klausimą atsako šviesos spinduliavimo kvantnė hipotezė. Ją iškėlėM.Plankas. Pagal ją, šviesą spinduliuoja aplink atomą tam tikraissluoksniais skriejantys eletronai. Izoliuotame atome elektrono energija yrakvantuota. Normaliai elektronas skrieja sluoksnyje, kuriame jo E ( aut.past. – enerija ) duotomis sąlygomis mažiausia. Sužadinus atomą, joelektronas peršoka į tolesnį nuo brandolio sluoksnį, kur jo E didesnė.Sužadintoje būsenoje atomas būna labai trumpą laiką. Tuo metu elektrono Eyra W2. Po to elektronas grįžta į branduoliui artimesnį sluoksnį, kur jo Eyra W1. Kadangi W2 > W1, tai E porcija išspinduliuojama šviesos pavidalu.Sakoma, kad atomas išspinduliuoja fotoną, kurio E pagal kvantinę hipotezęaprašoma sandauga hv ( kur h – Planko konstanta, o v – spinduliuojamosšviesos dažnis ).Energijos tvermės dėsnis : hv = W2 – W1; ( 1 ) arba v = W2/h – W1/h; ( 2 )Dėl ( 2 ) skirtumo vienatomių dujų ir garų spinduliuojama šviesa, praėjusiprizmę, duoda linijinį spektrą.3.APARATŪRA :Monochromatorius – tai spektrinis prietaisas, skirtas monochromatineišviesai gauti. Jo pagrindinė dalis – Abės prizmė, kurią sudaro dvistačiakampės prizmės D ir E, turinčios laužiamąjį 30 laipsnių kampą, irlygiašonė prizmė C. Prizmės D ir E veikia kaip viena lygiašonė prizmė,kurios laužiamasis kampas lygus 60 laipsnių. Jos dėl šviesos dispersijossudaro spektrą ir vadinamos dispersijos prizmėmis. Stačiakampė prizmė Cpanaudota tik spindulių krypčiai pakeisti. Šviesoso spindulio spektras stebimas žiūronu, kurio objektyvas surenkavienodo ilgio šviesoso bangas savo židinio plokštumoje ir sudaro jojekolimatoriaus plyšio atvaizdą spektrinės linijos pavidalu. Spektrineslinijas matome žiūrono okuliare.
4.DARBO EIGA :
1.Sutvarkome monochromatoriaus žiūroną /4/.Okuliarą /1/ įstatome į apkabą/2/.
2.Paruošiame monochromatorių darbui. Nuimame kolimatoriaus plyšio dangtelį/10/, rankenėle /12/ pašaliname sklendę nuo spindulių kelio kolimatoriuje.
Sureguliuojame kolimatorių /9/ lygiagretiems spinduliams gauti ( rankena –8 ). Viršutinė skalė – 7, apatinė – 10. Kolimatoriaus plyšį atidaromemikrometriniu sraigtu /11/. Šviesos šaltinį statatome 2 – 4 cm. atstumu nuokolimatoriaus plyšio. Įjungiame jungiklį /17/ ir tuo apšviečiame žiūronorodyklę. Apkabos /2/ pasukimu okuliare gauname ryškų rodyklės atvaizdą.Rodyklės apšvietimą galime keisti rankena /15/. Rodyklės apšvietimo spalvągalima keisti, sukant revolverinį įtvarą /3/.3.Gauname gyvsidabrio linijinį spekrą. Įjungę Geislerio vamzdelį, sukamematuojamąjį būgnelį /13/, kol žiūrono okuliare pamatome spektrines linijas.Priešingu atvėju patikriname, ar pašalinta sklendė nuo spindulių keliokolimatoriuje ir ar atidarytas jo plyšys. Be to įsitikiname, ar jis geraiapšviestas Geislerio vamzdeliu. Stebėdami linijinį spekrą, mikrometriniusraigtu /11/ siauriname kolimatoriaus plyšį tol, kol gauname ryškias irsiauras spektrines linijas.
4.Atskaičiuojame matuojamo būgnelio padalas, atitinkančias atskirasgyvsidabrio spektrines linijas. Jungikliu /16/ įjungę būgnelio apšvietimolemputę /6/, jo sukimu sutapdiname kraštinę spektrinę liniją ( raudoną arbavoletinę ) su okuliare matoma rodykle ir atskaitome būgnelio padalą M1 viršindekso /14/. Po to šiek tiek pasukę būgnelį, pakartojame sutapatinimus.Gauname M2. Tą patį atliekame su visomis spektrinėmis linijomis. Užpildome(1) lentelę.5.Tiriame nežinomo elemento linijinį spektrą. Atskaitome tiriamo spektrolinijas, kurias atitinka padala matuojamame būgnelyje, du kartus tuo būdu,kuris aptartas 4-ame punkte. Apskaičiuojame dviejų ataskaitų aritmetinįvidurkį ir gautus duomenis surašome į (1) lentelę.
6.Nustatome šviesos bangų ilgį, atitinkantį nežinomo elemento spektrineslinijas. Pagal gyvsidabrio spektrinių linijų duomenis nubraižomemonochromatoriaus gradavimo kreivę m = f (л). Abscisių ašyje atidedame л (pradžios tašku laikome 4350 Ǻ ), o ordinačių ašyje – matuojamo būgneliopadalas. Pagal šią kreivę nustatome tiriamoj spektro linijas atitinkančiusbangos ilgius ir surašome juos į (1)lentelę.
7. Nustatome nežinomus elementus, duodančius tiriamąjį linijinį spektrą.Pagal knygoje duotą lentelę randame elementus, kurių spinduliuojamosšviesos bangos ilgis sutampa duotaisiais bangų ilgiais.
1 lentelė|Linijinį |Spektrin|Spektrinės |Bangos |Matuojamo ||spektrą |ės |linijos |ilgis л ( |būgnelio ||duodantis |linijos |spalva |…Å ) |padalos m ( …(||el. |eil. nr.| | |) ||Gyvsidabri| 1 |raudona 1 | 7100 | 3312 ||s | | | | || | 2 |raudona 2 | 6234 | 3070 || | 3 |geltona 1 | 5791 | 2875 || | 4 |geltonai | 5461 | 2695 || | |žalia | | || | 5 |violetine 1| 4090 | 1612 || | 6 |violetine 2| 4047 | 1061 || | 7 |melsvai | 4350 | 2275 || | |violetinė | | ||Nežinoma | 8 |geltona | 5890 | 2930||medžiaga | | | | |
5.DARBO REZULTATAI IR IŠVADOS :
Iš m = f (л) tiesinės priklausomybės grafiko nustatome nežinomos medžiagosgeltoną spektrinę liniją atitinkantį bangos ilgį л = 5890 Ǻ. Iš duotoslentelės sužinome, kad tai natrio ( Na ) linijinis spektras.
6.NAUDOTA LITERATŪRA :
1. P.Tamulis, ‘Geometrinės ir banginės optikos laboratoriniai darbai’,Kaunas, 1980;2. A.Tamašauskas, J.Vosylius, ‘Fizika 2’, Vilnius ‘Mokslas’, 1989.