Kokybinė spektrinė analizė

LABORATORINIS DARBAS

KOKYBINĖ SPEKTRINĖ ANALIZĖ

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

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 yyra tada, kai į prizmę patenkančią šviesą sudaro įvairaus 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 vienatomės 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, 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. KKadangi 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 stebimas 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. 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

|el. |eil. nr.| | |) |

|Gyvsidabri| 1 |raudona 1 | 7100 | 3312 |

|s | | | | |

| | 2 |raudona 2 | 6234 | 3070 |

| | 3 |geltona 1 | 5791 | 2875 |

| | 4 |geltonai | 5461 | 2695 |

| | 5 |violetine 1| 4090 | 1612 |

| | 6 |violetine 2| 4047 | 1061 |

| | 7 |melsvai | 4350 | 2275 |

|Nežinoma | 8 |geltona | 5890 | 2930|

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.