Spektrální analýza doma. Radiační mechanismus Co je spektrální analýza a jak se provádí

Budete potřebovat

• - spektroskop;
• - plynový hořák;
• - malá keramická nebo porcelánová lžička;
• - čistá kuchyňská sůl;
• - průhledná zkumavka naplněná oxidem uhličitým;
• - výkonná žárovka;
• - výkonná "ekonomická" plynová lampa.

Návod

Pro difrakční spektroskop si vezměte CD, malou kartonovou krabici, kartonové pouzdro na teploměr. Vyřízněte kus disku, aby se vešel do krabice. Na horní rovinu krabičky, vedle její krátké stěny, umístěte okulár pod úhlem přibližně 135° k povrchu. Okulár je kus pouzdra od teploměru. Experimentálně vyberte místo pro mezeru, střídavě propichujte a utěsňujte otvory na další krátké stěně.

Nainstalujte výkonnou žárovku naproti štěrbině spektroskopu. V okuláru spektroskopu uvidíte spojité spektrum. Takové spektrum existuje v jakémkoli zahřátém objektu. Nemá žádné emisní a absorpční linie. Toto spektrum je známé jako .

Naberte sůl do malé keramické nebo porcelánové lžičky. Zamiřte štěrbinu spektroskopu na tmavou nesvítící oblast nad jasným plamenem hořáku. Vložte lžíci do plamene s . V okamžiku, kdy plamen intenzivně zežloutne, bude možné ve spektroskopu pozorovat emisní spektrum studované soli (chloridu sodného), kde bude emisní čára ve žluté oblasti obzvláště dobře viditelná. Stejný experiment lze provést s chloridem draselným, solemi mědi, wolframu a tak dále. Takto vypadají emisní spektra – světlé čáry v určitých oblastech tmavého pozadí.

Namiřte pracovní štěrbinu spektroskopu na jasnou žárovku. Umístěte průhlednou trubici naplněnou oxidem uhličitým tak, aby zakrývala pracovní štěrbinu spektroskopu. Prostřednictvím okuláru lze pozorovat souvislé spektrum protínané tmavými svislými čarami. Jedná se o takzvané absorpční spektrum, v tomto případě - oxid uhličitý.

Nasměrujte pracovní štěrbinu spektroskopu na zapnutou „ekonomickou“ lampu. Místo obvyklého souvislého spektra uvidíte sadu svislých čar umístěných v různých částech a s většinou odlišnými barvami. Z toho můžeme usoudit, že emisní spektrum takové lampy je velmi odlišné od spektra běžné žárovky, které je okem nepostřehnutelné, ale ovlivňuje proces fotografování.

Související videa

Poznámka

Existují 2 typy spektroskopů. První využívá průhledný disperzní trojboký hranol. Světlo ze zkoumaného objektu je k němu přiváděno úzkou štěrbinou a je pozorováno z druhé strany pomocí tubusu okuláru. Aby se zabránilo rušení světla, je celá konstrukce pokryta světlotěsným pláštěm. Může se také skládat z prvků a trubek izolovaných na světle. Použití čoček v takovém spektroskopu je volitelné. Druhým typem spektroskopu je difrakční. Jeho hlavním prvkem je difrakční mřížka. Světlo z předmětu je také žádoucí přivádět štěrbinou. Kousky z CD a DVD se nyní často používají jako difrakční mřížky v domácích designech. Pro navrhované experimenty postačí jakýkoli typ spektroskopu;

Kuchyňská sůl by neměla obsahovat jód;

Experimenty se nejlépe provádějí s asistentem;

Všechny experimenty je nejlepší provádět v zatemněné místnosti a vždy na černém pozadí.

Užitečná rada

Abyste dostali oxid uhličitý do zkumavky, vložte do ní kus běžné školní křídy. Naplňte ji kyselinou chlorovodíkovou. Výsledný plyn zachyťte do čisté zkumavky. Oxid uhličitý je těžší než vzduch, takže se shromažďuje na dně prázdné zkumavky a vytlačuje vzduch ven. K tomu spusťte zkumavku ze zdroje plynu do prázdné zkumavky, tedy ze zkumavky, ve které proběhla reakce.

Fyzický termín "spektrum" pochází z latinského slova Spectrum, které znamená "vize", nebo dokonce "duch". Ale předmět, nazývaný tak ponuré slovo, přímo souvisí s tak krásným přírodním úkazem, jakým je duha.

V širokém smyslu je spektrum rozložení hodnot konkrétní fyzikální veličiny. Speciálním případem je rozložení frekvencí elektromagnetického záření. Světlo, které vnímá lidské oko, je také druh elektromagnetického záření a má spektrum.

Objev spektra

Čest objevit spektrum světla patří I. Newtonovi. Na začátku tohoto výzkumu sledoval vědec praktický cíl: zlepšit kvalitu čoček pro dalekohledy. Problém byl v tom, že okraje obrazu, které bylo možné pozorovat, byly vymalovány všemi barvami duhy.

I. Newton připravil experiment: do potemnělé místnosti pronikl malým otvorem paprsek světla, který dopadl na obrazovku. Ale do cesty mu byl postaven trojboký skleněný hranol. Místo bílého světelného bodu se na obrazovce objevil duhový pruh. Bílé sluneční světlo se ukázalo jako složité, složené.

Vědec experiment zkomplikoval. Do clony začal dělat malé otvory, aby jimi procházel pouze jeden barevný paprsek (například červený) a za clonou druhá a další clona. Ukázalo se, že barevné paprsky, na které první hranol rozkládal světlo, se nerozkládají na jeho složky, procházející druhým hranolem, pouze se odchylují. Proto jsou tyto světelné paprsky jednoduché, ale byly lámány různými způsoby, což umožnilo oddělení "" světla.

Bylo tedy jasné, že různé barvy nepocházejí z různých stupňů „smíchání světla s temnotou“, jak se před I. Newtonem myslelo, ale jsou složkami světla samotného. Toto složení se nazývalo spektrum světla.

Objev I. Newtona měl na svou dobu velký význam, dal hodně do studia podstaty světla. Ale skutečná revoluce ve vědě, spojená se studiem spektra světla, nastala v polovině 19. století.

Němečtí vědci R. V. Bunsen a G. R. Kirchhoff studovali spektrum světla vyzařovaného ohněm, které se mísí s odpařováním různých solí. Spektrum se měnilo v závislosti na nečistotách. To vedlo vědce k myšlence, že světelná spektra lze použít k posouzení chemického složení Slunce a dalších hvězd. Tak se zrodila metoda spektrální analýzy.

Slovo "spektrum" velký anglický vědec Isaac Newton označil vícebarevný pás, který se získá, když sluneční paprsek prochází trojúhelníkovým hranolem. Tato kapela je velmi podobná duze a právě této kapele se v běžném životě nejčastěji říká spektrum. Mezitím má každá látka své vlastní emisní nebo absorpční spektrum a lze je pozorovat, pokud se provede několik experimentů. Vlastnosti látek dávat různá spektra jsou široce používány v různých oblastech činnosti. Například spektrální analýza je jednou z nejpřesnějších forenzních metod. Velmi často se tato metoda používá v medicíně.

Budete potřebovat

• - spektroskop;
• - plynový hořák;
• - malá keramická nebo porcelánová lžička;
• - čistá kuchyňská sůl;
• - průhledná zkumavka naplněná oxidem uhličitým;
• - výkonná žárovka;
• - výkonná "ekonomická" plynová lampa.

Návod

• Pro difrakční spektroskop si vezměte CD, malou kartonovou krabici, kartonové pouzdro na teploměr. Vyřízněte kus disku, aby se vešel do krabice. Na horní rovinu krabičky, vedle její krátké stěny, umístěte okulár pod úhlem přibližně 135° k povrchu. Okulár je kus pouzdra od teploměru. Experimentálně vyberte místo pro mezeru, střídavě propichujte a utěsňujte otvory na další krátké stěně.
• Nainstalujte výkonnou žárovku naproti štěrbině spektroskopu. V okuláru spektroskopu uvidíte spojité spektrum. Takové spektrální složení záření existuje v každém vyhřívaném objektu. Nemá žádné emisní a absorpční linie. V přírodě je toto spektrum známé jako duha.
• Naberte sůl do malé keramické nebo porcelánové lžičky. Zamiřte štěrbinu spektroskopu na tmavou nesvítící oblast nad jasným plamenem hořáku. Do plamene dáme lžíci soli. V okamžiku, kdy plamen intenzivně zežloutne, bude možné ve spektroskopu pozorovat emisní spektrum studované soli (chloridu sodného), kde bude emisní čára ve žluté oblasti obzvláště dobře viditelná. Stejný experiment lze provést s chloridem draselným, solemi mědi, wolframu a tak dále. Takto vypadají emisní spektra – světlé čáry v určitých oblastech tmavého pozadí.
• Namiřte pracovní štěrbinu spektroskopu na jasnou žárovku. Umístěte průhlednou trubici naplněnou oxidem uhličitým tak, aby zakrývala pracovní štěrbinu spektroskopu. Prostřednictvím okuláru lze pozorovat souvislé spektrum protínané tmavými svislými čarami. Jedná se o takzvané absorpční spektrum, v tomto případě - oxid uhličitý.
• Nasměrujte pracovní štěrbinu spektroskopu na zapnutou „ekonomickou“ lampu. Místo obvyklého souvislého spektra uvidíte sadu svislých čar umístěných v různých částech a s většinou odlišnými barvami. Z toho můžeme usoudit, že emisní spektrum takové lampy je velmi odlišné od spektra běžné žárovky, které je okem nepostřehnutelné, ale ovlivňuje proces fotografování.

• tutorial

Přátelé, blíží se páteční večer, to je nádherný intimní čas, kdy pod rouškou lákavého soumraku můžete dostat svůj spektrometr a celou noc měřit spektrum žárovky až do prvních paprsků vycházejícího slunce, a když Slunce vychází, změřte jeho spektrum.
Jak to, že stále nemáte svůj spektrometr? Nevadí, pojďme pod řez a toto nedorozumění napravíme.
Pozornost! Tento článek se netváří jako plnohodnotný tutoriál, ale třeba za 20 minut po přečtení si rozložíte své první emisní spektrum.

Člověk a spektroskop

Vlastně díky práci autora jsem svůj první spektroskop sestavil z propustné difrakční mřížky DVD disku a kartonové krabice zpod čaje a ještě dříve z hustého kusu kartonu se štěrbinou a propustnou mřížkou z Mně stačilo prázdné DVD.
Nemohu říci, že by výsledky byly ohromující, ale podařilo se nám získat první spektra, zázračně uložené fotografie procesu pod spoilerem

Fotospektroskopy a spektrum

Úplně první možnost s kusem lepenky

Druhá možnost s krabičkou čaje

A zachycené spektrum

Jediná věc pro mé pohodlí, upravil tento design pomocí USB videokamery, dopadlo to takto:

fotografie spektrometru

Hned musím říct, že tato úprava mě ušetřila od nutnosti používat fotoaparát mobilního telefonu, ale měla jednu nevýhodu: kameru nebylo možné zkalibrovat na nastavení služby Spectral Worckbench (o čemž bude řeč níže). Spektrum se mi tedy nepodařilo zachytit v reálném čase, ale již nasbírané fotografie bylo docela možné rozpoznat.

Řekněme tedy, že jste si koupili nebo sestavili spektroskop podle výše uvedeného návodu.
Poté si vytvořte účet v projektu PublicLab.org a přejděte na servisní stránku SpectralWorkbench.org Dále vám popíšu techniku ​​rozpoznávání spektra, kterou jsem sám používal.
Pro začátek si budeme muset zkalibrovat náš spektrometr, k tomu budete muset vyfotit spektrum zářivky, nejlépe velké stropní lampy, ale postačí i úsporná lampa.
1) Stiskněte tlačítko Capture spectra
2) Nahrajte obrázek
3) Vyplňte pole, vyberte soubor, vyberte novou kalibraci, vyberte zařízení (můžete si vybrat mini spektroskop nebo jen vlastní), vyberte, jaké spektrum máte, vertikální nebo horizontální, aby bylo jasné, že spektra v screenshot předchozího programu jsou horizontální
4) Otevře se okno s grafy.
5) Zkontrolujte, jak je vaše spektrum natočeno. Modrý rozsah by měl být vlevo, červený rozsah by měl být vpravo. Pokud tomu tak není, vyberte více nástrojů – tlačítko flip vodorovně, po kterém vidíme, že se obrázek otočil a graf ne, stiskneme tedy více nástrojů – znovu extrahujte z fotografie, všechny vrcholy opět odpovídají skutečným vrcholům .

6) Stiskněte tlačítko Kalibrovat, stiskněte začít, vyberte modrý vrchol přímo na grafu (viz snímek obrazovky), stiskněte LMB a znovu se otevře vyskakovací okno, nyní musíme stisknout dokončit a vybrat poslední zelený vrchol, po kterém se stránka se obnoví a získáme obrázek kalibrovaných vlnových délek.
Nyní můžete vyplnit další studovaná spektra, při požadavku na kalibraci je nutné uvést graf, který jsme již zkalibrovali.

Snímek obrazovky

Typ nakonfigurovaného programu

Pozornost! Kalibrace předpokládá, že budete v budoucnu fotit stejným zařízením, které kalibrovalo změnu zařízení rozlišení obrazu, silný posun spektra na fotografii vzhledem k poloze na kalibrovaném příkladu může zkreslit výsledky měření.
Upřímně jsem své obrázky v editoru mírně opravil. Pokud tam bylo podsvícení, ztmavil jsem prostředí, občas trochu pootočil spektrum, abych získal obdélníkový obraz, ale ještě jednou zopakuji velikost souboru a umístění vzhledem ke středu obrazu samotného spektra je lepší neměnit .
S dalšími funkcemi, jako jsou makra, automatické nebo manuální nastavení jasu, doporučuji, abyste na to přišli sami, podle mého názoru nejsou tak kritické.
Výsledné grafy se pak pohodlně přenesou do CSV, přičemž první číslo bude zlomková (pravděpodobně zlomková) dlouhá vlna a průměrná relativní hodnota intenzity záření bude oddělena čárkou. Získané hodnoty vypadají krásně ve formě grafů sestavených například ve Scilabu

SpectralWorkbench.org má aplikace pro chytré telefony. Nepoužil jsem je. takže nemohu hodnotit.

Mějte barevný den ve všech barvách duhy přátel.

Otázky.

1. Jak vypadá spojité spektrum?

Spojité spektrum je pás skládající se ze všech barev duhy, které do sebe plynule přecházejí.

2. Ze světla kterých těles se získá spojité spektrum? Dát příklad.

Ze světla pevných a kapalných těles (vlákno elektrické lampy, roztavený kov, plamen svíčky) se získává spojité spektrum o teplotě několika tisíc stupňů Celsia. Je to také dáno svítícími plyny a párami při vysokém tlaku.

3. Jak vypadají čárová spektra?

Čárová spektra se skládají z jednotlivých čar specifických barev.

4. Jak lze získat čárové spektrum emise sodíku?

K tomu můžete přidat kousek kuchyňské soli (NaCl) do plamene hořáku a pozorovat spektrum spektroskopem.

5. Z jakých světelných zdrojů se získávají čárová spektra?

Čárová spektra jsou charakteristická pro světelné plyny o nízké hustotě.

6. Jaký je mechanismus získávání čárových absorpčních spekter (tedy co je potřeba udělat pro jejich získání)?

Čárová absorpční spektra se získávají průchodem světla z jasnějšího a teplejšího zdroje plyny o nízké hustotě.

7. Jak získat čárové absorpční spektrum sodíku a jak vypadá?

K tomu musí světlo z žárovky projít nádobou se sodíkovými parami. V důsledku toho se v souvislém spektru světla žárovky objeví úzké černé čáry v místě, kde jsou žluté čáry v emisním spektru sodíku.

8. Jaká je podstata Kirchhoffova zákona týkajícího se čárových spekter emise a absorpce?

Kirchoffův zákon říká, že atomy daného prvku absorbují a vyzařují světelné vlny na stejných frekvencích.