Spektrinė analizė namuose. Spinduliavimo mechanizmas Kas yra spektrinė analizė ir kaip ji atliekama

Jums reikės

• - spektroskopas;
• - dujinis degiklis;
• - nedidelis keramikinis arba porcelianinis šaukštelis;
• - gryna valgomoji druska;
• - permatomas mėgintuvėlis, užpildytas anglies dioksidu;
• - galinga kaitrinė lempa;
• - galinga "ekonomiška" dujų šviesos lempa.

Instrukcija

Difrakcijos spektroskopui paimkite kompaktinį diską, nedidelę kartoninę dėžutę, kartoninį termometro dėklą. Iškirpkite disko gabalėlį, kad jis tilptų į dėžutę. Viršutinėje dėžutės plokštumoje, šalia jos trumpos sienelės, pastatykite okuliarą maždaug 135° kampu paviršiaus atžvilgiu. Okuliaras yra dėklo dalis iš termometro. Eksperimentiškai pasirinkite tarpo vietą, pakaitomis pradurkite ir užsandarinkite skylutes kitoje trumpoje sienoje.

Priešais spektroskopo plyšį įstatykite galingą kaitinamąją lempą. Spektroskopo okuliare matysite ištisinį spektrą. Toks spektras egzistuoja bet kuriame šildomame objekte. Jame nėra emisijos ir sugerties linijų. Šis spektras žinomas kaip.

Į nedidelį keraminį arba porcelianinį šaukštelį berkite druskos. Nukreipkite spektroskopo plyšį į tamsią nešviečiančią sritį virš ryškios degiklio liepsnos. Įdėkite šaukštą į liepsną su . Tuo momentu, kai liepsna nusidažo intensyviai geltonai, spektroskope bus galima stebėti tiriamos druskos (natrio chlorido) emisijos spektrą, kur geltonojoje srityje bus ypač aiškiai matoma emisijos linija. Tą patį eksperimentą galima atlikti su kalio chloridu, vario druskomis, volframu ir pan. Taip atrodo emisijos spektrai – šviesios linijos tamsaus fono tam tikrose srityse.

Nukreipkite darbinį spektroskopo plyšį į ryškią kaitrinę lempą. Įdėkite skaidrų vamzdelį, užpildytą anglies dioksidu, kad jis uždengtų darbinį spektroskopo plyšį. Per okuliarą galima stebėti ištisinį spektrą, kertamą tamsių vertikalių linijų. Tai vadinamasis sugerties spektras, šiuo atveju – anglies dioksidas.

Nukreipkite darbinį spektroskopo plyšį į įjungtą „ekonomišką“ lempą. Vietoj įprasto nuolatinio spektro pamatysite vertikalių linijų rinkinį, išsidėsčiusį skirtingose ​​dalyse ir dažniausiai skirtingomis spalvomis. Iš to galime daryti išvadą, kad tokios lempos emisijos spektras labai skiriasi nuo įprastos kaitinamosios lempos spektro, kuris akiai nepastebimas, tačiau turi įtakos fotografavimo procesui.

Susiję vaizdo įrašai

pastaba

Yra 2 tipų spektroskopai. Pirmajame naudojama skaidri dispersinė trikampė prizmė. Šviesa iš tiriamo objekto į jį tiekiama per siaurą plyšį ir stebima iš kitos pusės okuliaro vamzdelio pagalba. Kad būtų išvengta šviesos trukdžių, visa konstrukcija yra padengta šviesai nepralaidžiu apvalkalu. Jį taip pat gali sudaryti šviesą izoliuoti elementai ir vamzdeliai. Lęšių naudojimas tokiame spektroskope yra neprivalomas. Antrasis spektroskopo tipas yra difrakcinis. Jo pagrindinis elementas yra difrakcinė gardelė. Taip pat pageidautina, kad šviesa iš objekto būtų tiekiama per plyšį. Kompaktinių ir DVD diskų dalys dabar dažnai naudojamos kaip difrakcijos grotelės namų gamyboje. Siūlomiems eksperimentams tiks bet kokio tipo spektroskopas;

Valgomojoje druskoje neturi būti jodo;

Eksperimentus geriausia atlikti su asistentu;

Visus eksperimentus geriausia atlikti tamsiame kambaryje ir visada juodame fone.

Naudingas patarimas

Norėdami gauti anglies dioksido į mėgintuvėlį, įdėkite įprastos mokyklinės kreidos gabalėlį. Užpildykite jį druskos rūgštimi. Susidariusias dujas surinkite į švarų mėgintuvėlį. Anglies dioksidas yra sunkesnis už orą, todėl jis kaupsis tuščio mėgintuvėlio apačioje, išstumdamas orą iš jo. Norėdami tai padaryti, nuleiskite mėgintuvėlį iš dujų šaltinio į tuščią mėgintuvėlį, tai yra, iš mėgintuvėlio, kuriame įvyko reakcija.

Fizinis terminas „spektras“ kilęs iš lotyniško žodžio spektras, kuris reiškia „regėjimas“ ar net „vaiduoklis“. Tačiau tema, vadinama tokiu niūriu žodžiu, yra tiesiogiai susijusi su tokiu gražiu gamtos reiškiniu kaip vaivorykštė.

Plačiąja prasme spektras yra tam tikro fizinio dydžio verčių pasiskirstymas. Ypatingas atvejis – elektromagnetinės spinduliuotės dažnių pasiskirstymas. Šviesa, kurią suvokia žmogaus akis, taip pat yra tam tikra elektromagnetinė spinduliuotė ir ji turi spektrą.

Spektro atradimas

Garbė atrasti šviesos spektrą priklauso I. Newtonui. Pradėdamas šį tyrimą mokslininkas siekė praktinio tikslo: pagerinti teleskopų lęšių kokybę. Problema ta, kad vaizdo kraštai, kuriuos buvo galima stebėti, buvo nudažyti visomis vaivorykštės spalvomis.

I. Niutonas surengė eksperimentą: pro nedidelę skylutę į užtemdytą patalpą prasiskverbė šviesos spindulys, kuris nukrito į ekraną. Tačiau jo kelyje buvo pastatyta trikampė stiklo prizmė. Vietoj baltos šviesios dėmės ekrane atsirado vaivorykštės juostelė. Balta saulės šviesa pasirodė sudėtinga, sudėtinė.

Mokslininkas apsunkino eksperimentą. Ekrane jis pradėjo daryti mažas skylutes, kad pro jas praeitų tik vienas spalvotas pluoštas (pavyzdžiui, raudonas), o už ekrano antras ir kitas ekranas. Paaiškėjo, kad spalvoti spinduliai, į kuriuos pirmoji prizmė suskaidė šviesą, nesuyra į sudedamąsias dalis, eidami per antrąją prizmę, jie tik nukrypsta. Todėl šie šviesos spinduliai yra paprasti, tačiau jie lūžo įvairiais būdais, todėl „“ šviesa atsiskyrė.

Taigi tapo aišku, kad skirtingos spalvos atsiranda ne dėl skirtingų „šviesos maišymosi su tamsa“ laipsnių, kaip buvo manyta iki I. Newtono, o yra pačios šviesos komponentai. Ši kompozicija buvo vadinama šviesos spektru.

I. Niutono atradimas savo laikui turėjo didelę reikšmę, jis daug davė šviesos prigimties tyrinėjimui. Tačiau tikroji mokslo revoliucija, susijusi su šviesos spektro tyrimu, įvyko XIX amžiaus viduryje.

Vokiečių mokslininkai R.V.Bunsenas ir G.R.Kirchhoffas tyrė ugnies skleidžiamos šviesos spektrą, kuris maišomas su įvairių druskų garavimu. Spektras skyrėsi priklausomai nuo priemaišų. Tai paskatino tyrėjus suprasti, kad pagal šviesos spektrus galima spręsti apie Saulės ir kitų žvaigždžių cheminę sudėtį. Taip gimė spektrinės analizės metodas.

Žodis „spektras“ didysis anglų mokslininkas Izaokas Niutonas žymėjo kelių spalvų juostą, kuri gaunama saulės spinduliui pereinant per trikampę prizmę. Ši juosta labai panaši į vaivorykštę ir būtent ši juosta kasdieniame gyvenime dažniausiai vadinama spektru. Tuo tarpu kiekviena medžiaga turi savo emisijos arba sugerties spektrą, kurį galima stebėti atlikus kelis eksperimentus. Medžiagų savybės suteikti skirtingus spektrus plačiai naudojamos įvairiose veiklos srityse. Pavyzdžiui, spektrinė analizė yra vienas tiksliausių teismo medicinos metodų. Labai dažnai šis metodas naudojamas medicinoje.

Jums reikės

• - spektroskopas;
• - dujinis degiklis;
• - nedidelis keramikinis arba porcelianinis šaukštelis;
• - gryna valgomoji druska;
• - permatomas mėgintuvėlis, užpildytas anglies dioksidu;
• - galinga kaitrinė lempa;
• - galinga "ekonomiška" dujų šviesos lempa.

Instrukcija

• Difrakcijos spektroskopui paimkite kompaktinį diską, nedidelę kartoninę dėžutę, kartoninį termometro dėklą. Iškirpkite disko gabalėlį, kad jis tilptų į dėžutę. Viršutinėje dėžutės plokštumoje, šalia jos trumpos sienelės, pastatykite okuliarą maždaug 135° kampu paviršiaus atžvilgiu. Okuliaras yra dėklo dalis iš termometro. Eksperimentiškai pasirinkite tarpo vietą, pakaitomis pradurkite ir užsandarinkite skylutes kitoje trumpoje sienoje.
• Priešais spektroskopo plyšį įstatykite galingą kaitinamąją lempą. Spektroskopo okuliare matysite ištisinį spektrą. Tokia spektrinė spinduliuotės sudėtis egzistuoja bet kuriame šildomame objekte. Jame nėra emisijos ir sugerties linijų. Gamtoje šis spektras žinomas kaip vaivorykštė.
• Į nedidelį keraminį arba porcelianinį šaukštelį berkite druskos. Nukreipkite spektroskopo plyšį į tamsią nešviečiančią sritį virš ryškios degiklio liepsnos. Į ugnį įdėkite šaukštą druskos. Tuo momentu, kai liepsna nusidažo intensyviai geltonai, spektroskope bus galima stebėti tiriamos druskos (natrio chlorido) emisijos spektrą, kur geltonojoje srityje bus ypač aiškiai matoma emisijos linija. Tą patį eksperimentą galima atlikti su kalio chloridu, vario druskomis, volframu ir pan. Taip atrodo emisijos spektrai – šviesios linijos tamsaus fono tam tikrose srityse.
• Nukreipkite darbinį spektroskopo plyšį į ryškią kaitrinę lempą. Įdėkite skaidrų vamzdelį, užpildytą anglies dioksidu, kad jis uždengtų darbinį spektroskopo plyšį. Per okuliarą galima stebėti ištisinį spektrą, kertamą tamsių vertikalių linijų. Tai vadinamasis sugerties spektras, šiuo atveju – anglies dioksidas.
• Nukreipkite darbinį spektroskopo plyšį į įjungtą „ekonomišką“ lempą. Vietoj įprasto nuolatinio spektro pamatysite vertikalių linijų rinkinį, išsidėsčiusį skirtingose ​​dalyse ir dažniausiai skirtingomis spalvomis. Iš to galime daryti išvadą, kad tokios lempos emisijos spektras labai skiriasi nuo įprastos kaitinamosios lempos spektro, kuris akiai nepastebimas, tačiau turi įtakos fotografavimo procesui.

• pamoka

Draugai, artėja penktadienio vakaras, tai nuostabus intymus metas, kai po viliojančios prieblandos priedanga galite gauti savo spektrometrą ir visą naktį matuoti kaitrinės lempos spektrą iki pirmųjų tekančios saulės spindulių, o kai saulė teka, išmatuokite jos spektrą.
Kaip jūs vis dar neturite savo spektrometro? Nesvarbu, pasinerkime ir ištaisykime šį nesusipratimą.
Dėmesio! Šis straipsnis nepretenduoja į visavertę pamoką, bet galbūt per 20 minučių po jo skaitymo išskaidysite savo pirmąjį emisijos spektrą.

Žmogus ir spektroskopas

Tiesą sakant, autoriaus darbo dėka iš po arbatos surinkau pirmąjį spektroskopą iš DVD disko pralaidžios difrakcijos grotelių ir kartoninės dėžutės, o dar anksčiau – tankų kartono gabalą su plyšiu ir pralaidžiomis grotelėmis iš Man pakako tuščio DVD.
Negaliu sakyti, kad rezultatai buvo stulbinantys, bet pavyko gauti pirmuosius spektrus, stebuklingai išsaugotas proceso nuotraukas po spoileriu

Fotospektroskopai ir spektras

Pats pirmasis variantas su kartono gabalėliu

Antras variantas su arbatos dėžute

Ir užfiksuotas spektras

Vienintelis dalykas mano patogumui, jis modifikavo šį dizainą su USB vaizdo kamera, jis pasirodė taip:

spektrometro nuotrauka

Iš karto turiu pasakyti, kad ši modifikacija išgelbėjo mane nuo poreikio naudoti mobiliojo telefono kamerą, tačiau buvo vienas trūkumas: fotoaparato nepavyko sukalibruoti pagal Spectral Worckbench paslaugos nustatymus (kurie bus aptariami toliau). Todėl aš negalėjau užfiksuoti spektro realiu laiku, bet buvo visiškai įmanoma atpažinti jau surinktas nuotraukas.

Tarkime, kad nusipirkote arba surinkote spektroskopą pagal aukščiau pateiktas instrukcijas.
Po to susikurkite paskyrą PublicLab.org projekte ir eikite į SpectralWorkbench.org paslaugos puslapį Toliau aprašysiu spektro atpažinimo techniką, kurią naudojau pats.
Pirmiausia turėsime sukalibruoti savo spektrometrą. Norėdami tai padaryti, turėsite nufotografuoti fluorescencinės lempos spektrą, pageidautina didelės lubinės lempos, bet tiks ir energiją taupanti lempa.
1) Paspauskite mygtuką Užfiksuoti spektrus
2) Įkelti paveikslėlį
3) Užpildykite laukus, pasirinkite failą, pasirinkite naują kalibravimą, pasirinkite įrenginį (galite pasirinkti mini spektroskopą arba tiesiog pasirinktinį), pasirinkite, kurį spektrą turite, vertikalų ar horizontalų, kad būtų aišku, kad spektrai ankstesnės programos ekrano kopija yra horizontali
4) Atsidarys langas su grafikais.
5) Patikrinkite, kaip jūsų spektras pasuktas. Mėlynas diapazonas turi būti kairėje, raudonas - dešinėje. Jei taip nėra, pasirinkite daugiau įrankių – apverskite horizontaliai mygtuką, po kurio matome, kad vaizdas pasisuko, o grafikas ne, todėl spaudžiame daugiau įrankių – iš naujo ištraukite iš nuotraukos, visos smailės vėl atitinka tikras smailes. .

6) Paspauskite mygtuką Kalibruoti, paspauskite Pradėti, pasirinkite mėlyną smailę tiesiai diagramoje (žr. ekrano kopiją), paspauskite LMB ir vėl atsidarys iššokantis langas, dabar reikia paspausti baigti ir pasirinkti paskutinę žalią smailę, po kurios puslapis bus atnaujintas ir gausime kalibruoto bangos ilgio vaizdą.
Dabar galite pildyti kitus tiriamus spektrus, prašydami kalibruoti, turite nurodyti grafiką, kurį jau kalibravome.

Ekrano kopija

Sukonfigūruotos programos tipas

Dėmesio! Kalibruojant daroma prielaida, kad ateityje fotografuosite su tuo pačiu įrenginiu, kuris kalibravo vaizdo raiškos įrenginio pokytį, stiprus spektro poslinkis nuotraukoje, palyginti su kalibruoto pavyzdžio padėtimi, gali iškraipyti matavimo rezultatus.
Sąžiningai, šiek tiek pataisiau savo nuotraukas redaktoriuje. Jei buvo foninis apšvietimas, tamsinau aplinką, kartais šiek tiek pasukau spektrą, kad gaučiau stačiakampį vaizdą, bet dar kartą kartoju failo dydį ir paties spektro vaizdo centro vietą geriau nekeisti. .
Su kitomis funkcijomis, tokiomis kaip makrokomandos, automatinis ar rankinis ryškumo reguliavimas, siūlau tai išsiaiškinti patiems, mano nuomone, jos nėra tokios kritiškos.
Gauti grafikai patogiai perkeliami į CSV, o pirmasis skaičius bus trupmeninė (tikriausiai trupmeninė) ilgoji banga, o vidutinė santykinė spinduliuotės intensyvumo vertė bus atskirta kableliu. Gautos vertės gražiai atrodo grafikų, sukurtų, pavyzdžiui, „Scilab“, pavidalu

SpectralWorkbench.org turi programėlių išmaniesiems telefonams. Aš jų nenaudojau. todėl negaliu įvertinti.

Spalvingos dienos visomis vaivorykštės draugų spalvomis.

Klausimai.

1. Kaip atrodo ištisinis spektras?

Ištisinis spektras yra juosta, susidedanti iš visų vaivorykštės spalvų, sklandžiai susiliejančių viena į kitą.

2. Iš kurių kūnų šviesos gaunamas ištisinis spektras? Pateikite pavyzdžių.

Nepertraukiamas spektras gaunamas iš kelių tūkstančių laipsnių Celsijaus temperatūros kietų ir skystų kūnų (elektros lempos kaitinimo siūlelio, lydyto metalo, žvakės liepsnos) šviesos. Jį taip pat suteikia šviečiančios dujos ir garai esant aukštam slėgiui.

3. Kaip atrodo linijų spektrai?

Linijų spektrai susideda iš atskirų tam tikrų spalvų linijų.

4. Kaip galima gauti linijinį natrio emisijos spektrą?

Norėdami tai padaryti, į degiklio liepsną galite įpilti gabalėlį paprastosios druskos (NaCl) ir stebėti spektrą per spektroskopą.

5. Iš kokių šviesos šaltinių gaunami linijiniai spektrai?

Linijiniai spektrai būdingi mažo tankio šviečiančioms dujoms.

6. Koks yra linijinių sugerties spektrų gavimo mechanizmas (t. y. ką reikia padaryti norint juos gauti)?

Linijinės sugerties spektrai gaunami praleidžiant šviesą iš ryškesnio ir karštesnio šaltinio per mažo tankio dujas.

7. Kaip gauti linijinį natrio sugerties spektrą ir kaip jis atrodo?

Norėdami tai padaryti, kaitrinės lempos šviesa turi būti praleista per indą su natrio garais. Dėl to nuolatiniame kaitinamosios lempos šviesos spektre atsiras siauros juodos linijos toje vietoje, kur natrio emisijos spektre yra geltonos linijos.

8. Kokia yra Kirchhoffo dėsnio dėl emisijos ir sugerties linijinių spektrų esmė?

Kirchoffo dėsnis teigia, kad tam tikro elemento atomai sugeria ir skleidžia vienodo dažnio šviesos bangas.