Kokybinė spektrinė analizė

LABORATORINIS DARBAS

KOKYBINĖ SPEKTRINĖ ANALIZĖ

1.DARBO TIKSLAS : atlikti kokybinę spektrinę analizę monochromatoriumi чм-
2.

2.TEORINĖ DALIS : nemonochromatinės šviesos spinduliui praėjus stiklinę
prizmę, disprsijos dėka gaunamas spektras. Spektrai skirstomi į emisinius
ir absorbcinius. Spektras vadinamas emisiniu, jei kūno spinduliuojama
šviesa pakeliuj niekieno neabsorbuojama. Absorbciniu vadinamas spektras su
tamsiomis linijomis arba ruožais, kurie atsiranda del kai kuriu šviesos
bangų absorbcijos duotoje aplinkoje.Pvz., saulės ir žvaigždžių duodami
spektrai yra absorbciniai.

Šiuo darbu tirsime tik emisinius spektrus, kurie skirstomi į ištisinius,
juostinius ir linijinius.

Ištisiniame spektre spalvos pereina nuosekliai viena į kitą. Toks
spektras yra tada, kai į prizmę patenkančią šviesą sudaro įįvairaus ilgio
bangos ( 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, kai
išspinduliuotoje ir prizmėn patenkančioje šviesoje trūksta tam tikro ilgio
šviesos bangų. Tokį spektrą duoda švytinčios daugiaatomės medžiagos (
dujos, garai ), kuriose atstumai tarp molekulių dideli, ir molekulinės
sąveikos jėgos nežymios.

Linijinį spektrą sudaro atskiros, įvairios spalvos, spektrinės linijos,
atskirtos tamsiais tarpais. Spektras gaunamas, šviesai, kurioje yra
baigtinis fiksuotų bangos dažnių skaičius, patenkant prizmėn. Šį spektrą
duoda švytinčios viienatomės medžiagos ( dujos, garai ), kuriose atstumai
tarp atomų dideli, ir jų sąveikos jėgos nežymios. Emisiniai linijiniai
spekrai naudojami medžiagų cheminei sudėčiai ištirti, t.y. nustatyti
medžiagą sudarančių elementų rūšims ir kiekiams. Apie elemento kiekį
sprendžiame iš linijinių spektrų intensyvumo.

Spektrinė analizė – tai medžiagos cheminės sudėties nustatymas, r

remiantis
linijiniais spektrais.Jei spektrine analize nustatome tik medžiagą
sudarančių 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 iškėlė
M.Plankas. Pagal ją, šviesą spinduliuoja aplink atomą tam tikrais
sluoksniais skriejantys eletronai. Izoliuotame atome elektrono energija yra
kvantuota. Normaliai elektronas skrieja sluoksnyje, kuriame jo E ( aut.
past. – enerija ) duotomis sąlygomis mažiausia. Sužadinus atomą, jo
elektronas peršoka į tolesnį nuo brandolio sluoksnį, kur jo E didesnė.
Sužadintoje būsenoje atomas būna labai trumpą laiką. Tuo metu elektrono E
yra W2. Po to elektronas grįžta į branduoliui artimesnį sluoksnį, kur jo E
yra W1. Kadangi W2 > W1, tai E porcija išspinduliuojama šviesos pavidalu.
Sakoma, kad atomas išspinduliuoja fotoną, kurio E pagal kvantinę hipotezę
aprašoma sandauga hv ( kur h – Planko konstanta, o v –– spinduliuojamos
šviesos dažnis ).Energijos tvermės dėsnis :

hv = W2 – W1; ( 1 )

arba

v = W2/h – W1/h; ( 2 )
Dėl ( 2 ) skirtumo vienatomių dujų ir garų spinduliuojama šviesa, praėjusi
prizmę, duoda linijinį spektrą.
3.APARATŪRA :

Monochromatorius – tai spektrinis prietaisas, skirtas monochromatinei
šviesai gauti. Jo pagrindinė dalis – Abės prizmė, kurią sudaro dvi
stačiakampės prizmės D ir E, turinčios laužiamąjį 30 laipsnių kampą, ir
lygiašonė prizmė C. Prizmės D ir E veikia kaip viena lygiašonė prizmė,
kurios laužiamasis kampas lygus 60 laipsnių. Jos dėl šviesos dispersijos
sudaro spektrą ir vadinamos dispersijos prizmėmis. Stačiakampė prizmė C
panaudota tik spindulių krypčiai pakeisti.

Šviesoso spindulio spektras st

tebimas žiūronu, kurio objektyvas surenka
vienodo ilgio šviesoso bangas savo židinio plokštumoje ir sudaro joje
kolimatoriaus plyšio atvaizdą spektrinės linijos pavidalu. Spektrines
linijas 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 atidarome
mikrometriniu sraigtu /11/. Šviesos šaltinį statatome 2 – 4 cm. atstumu nuo
kolimatoriaus plyšio. Įjungiame jungiklį /17/ ir tuo apšviečiame žiūrono
rodyklę. Apkabos /2/ pasukimu okuliare gauname ryškų rodyklės atvaizdą.
Rodyklės apšvietimą galime keisti rankena /15/. Rodyklės apšvietimo spalvą
galima keisti, sukant revolverinį įtvarą /3/.

3.Gauname gyvsidabrio linijinį spekrą. Įjungę Geislerio vamzdelį, sukame
matuojamąjį būgnelį /13/, kol žiūrono okuliare pamatome spektrines linijas.
Priešingu atvėju patikriname, ar pašalinta sklendė nuo spindulių kelio
kolimatoriuje ir ar atidarytas jo plyšys. Be to įsitikiname, ar jis gerai
apšviestas Geislerio vamzdeliu. Stebėdami linijinį spekrą, mikrometriniu
sraigtu /11/ siauriname kolimatoriaus plyšį tol, kol gauname ryškias ir
siauras spektrines linijas.

4.Atskaičiuojame matuojamo būgnelio padalas, atitinkančias atskiras
gyvsidabrio spektrines linijas. Jungikliu /16/ įjungę būgnelio apšvietimo
lemputę /6/, jo sukimu sutapdiname kraštinę spektrinę liniją ( raudoną arba
voletinę ) su okuliare matoma rodykle ir atskaitome būgnelio padalą M1 virš
indekso /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 spektro
linijas, kurias atitinka padala matuojamame būgnelyje, du kartus tuo būdu,
kuris aptartas 4-ame punkte. A

Apskaičiuojame dviejų ataskaitų aritmetinį
vidurkį ir gautus duomenis surašome į (1) lentelę.

6.Nustatome šviesos bangų ilgį, atitinkantį nežinomo elemento spektrines
linijas. Pagal gyvsidabrio spektrinių linijų duomenis nubraižome
monochromatoriaus gradavimo kreivę m = f (л). Abscisių ašyje atidedame л (
pradžios tašku laikome 4350 Ǻ ), o ordinačių ašyje – matuojamo būgnelio
padalas. Pagal šią kreivę nustatome tiriamoj spektro linijas atitinkančius
bangos ilgius ir surašome juos į (1)
lentelę.

7. Nustatome nežinomus elementus, duodančius tiriamąjį linijinį spektrą.
Pagal knygoje duotą lentelę randame elementus, kurių spinduliuojamos
šviesos 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 medžiagos
geltoną spektrinę liniją atitinkantį bangos ilgį л = 5890 Ǻ. Iš duotos
lentelės 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.

Leave a Comment