Spektrianalyysi kotona. Säteilymekanismi Mikä on spektrianalyysi ja miten se suoritetaan

Tarvitset

• - spektroskooppi;
• - kaasunpolttaja;
• - pieni keraaminen tai posliinilusikka;
• - puhdas ruokasuola;
• - läpinäkyvä koeputki, joka on täytetty hiilidioksidilla;
• - tehokas hehkulamppu;
• - tehokas "taloudellinen" kaasuvalolamppu.

Ohjeet

Diffraktiospektroskooppia varten ota CD-levy, pieni pahvilaatikko tai pahvilämpömittarin kotelo. Leikkaa levystä pala laatikon kokoiseksi. Aseta okulaari laatikon ylätasolle sen lyhyen seinän viereen noin 135° kulmaan pintaan nähden. Okulaari on pala lämpömittarin koteloa. Valitse raon paikka kokeellisesti, vuorotellen lävistämällä ja tiivistäen reiät toiseen lyhyeen seinään.

Aseta voimakas hehkulamppu spektroskoopin rakoa vastapäätä. Spekroskoopin okulaarissa näet jatkuvan spektrin. Sellainen spektrispektri on olemassa millä tahansa kuumennetulla esineellä. Ei ole emissio- tai absorptiolinjoja. Tämä spektri tunnetaan nimellä .

Laita suolaa pieneen keraamiseen tai posliinilusikkaan. Osoita spektroskoopin rako tummaan, valottomaan kohtaan, joka sijaitsee kevyen polttimen liekin yläpuolella. Esittele lusikallinen . Sillä hetkellä, kun liekki muuttuu voimakkaasti keltaiseksi, spektroskoopissa on mahdollista tarkkailla tutkittavan suolan (natriumkloridin) emissiospektriä, jossa keltaisen alueen emissioviiva tulee erityisen selvästi näkyviin. Sama koe voidaan suorittaa kaliumkloridilla, kuparisuoloilla, volframisuoloilla ja niin edelleen. Tältä emissiospektrit näyttävät - vaaleat viivat tietyillä tumman taustan alueilla.

Osoita spektroskoopin työrako kirkkaaseen hehkulamppuun. Aseta läpinäkyvä hiilidioksidilla täytetty koeputki niin, että se peittää spektroskoopin työraon. Okulaarin läpi voidaan havaita jatkuva spektri, jonka leikkaavat tummat pystysuorat viivat. Tämä on niin kutsuttu absorptiospektri, tässä hiilidioksidin tapauksessa.

Osoita spektroskoopin työrako päällä olevaa "taloudellista" lamppua kohti. Tavallisen jatkuvan spektrin sijaan näet sarjan pystysuoraa viivaa, jotka sijaitsevat eri osissa ja joilla on enimmäkseen eri värit. Tästä voimme päätellä, että tällaisen lampun emissiospektri on hyvin erilainen kuin tavanomaisen hehkulampun spektri, joka on silmille huomaamaton, mutta vaikuttaa valokuvausprosessiin.

Liittyvät videot

Huomautus

Spekroskooppeja on 2 tyyppiä. Ensimmäinen käyttää läpinäkyvää dispersoivaa kolmiomaista prismaa. Tutkittavasta kohteesta tuleva valo syötetään siihen kapean raon kautta ja tarkkaillaan toiselta puolelta okulaariputken avulla. Valon häiriöiden välttämiseksi koko rakenne on peitetty valonpitävällä kotelolla. Se voi myös koostua valosta eristettyistä elementeistä ja putkista. Linssien käyttö tällaisessa spektroskoopissa ei ole välttämätöntä. Toinen spektroskoopin tyyppi on diffraktio. Sen pääelementti on diffraktiohila. On myös suositeltavaa lähettää valoa esineestä raon kautta. CD- ja DVD-levyjen kappaleita käytetään nykyään usein diffraktiohileinä kotitekoisissa malleissa. Kaikki spektroskoopit sopivat ehdotettuihin kokeisiin;

Ruokasuola ei saa sisältää jodia;

On parempi suorittaa kokeita avustajan kanssa;

On parempi suorittaa kaikki kokeet pimeässä huoneessa ja aina mustaa taustaa vasten.

Hyödyllinen neuvo

Saadaksesi hiilidioksidia koeputkeen, aseta siihen pala tavallista koululiitua. Täytä se suolahapolla. Kerää tuloksena oleva kaasu puhtaaseen koeputkeen. Hiilidioksidi on ilmaa raskaampaa, joten se kerääntyy tyhjän koeputken pohjalle ja syrjäyttää ilman siitä. Tätä varten laske putki kaasulähteestä, eli koeputkesta, jossa reaktio tapahtui, tyhjään koeputkeen.

Fyysinen termi "spektri" tulee latinan sanasta spektri, joka tarkoittaa "näkemystä" tai jopa "aave". Mutta sellaisella synkällä sanalla nimetty esine liittyy suoraan niin kauniiseen luonnonilmiöön kuin sateenkaari.

Laajassa merkityksessä spektri on tietyn fyysisen suuren arvojen jakauma. Erikoistapaus on sähkömagneettisen säteilyn taajuusarvojen jakautuminen. Ihmissilmän havaitsema valo on myös eräänlaista sähkömagneettista säteilyä, ja sillä on spektri.

Spektrin löytäminen

Valon spektrin löytämisen kunnia kuuluu I. Newtonille. Tutkimusta aloittaessaan tiedemies pyrki käytännön tavoitteeseen: parantaa kaukoputkien linssien laatua. Ongelmana oli, että kuvan reunat, jotka näkyivät , maalattiin kaikilla sateenkaaren väreillä.

I. Newton suoritti kokeen: valonsäde tunkeutui pimennettyyn huoneeseen pienen reiän läpi ja putosi näytölle. Mutta sen tielle asennettiin kolmion muotoinen lasiprisma. Valkoisen valopilkun sijaan näytölle ilmestyi sateenkaariraita. Valkoinen auringonvalo osoittautui monimutkaiseksi, yhdistelmäksi.

Tiedemies monimutkaisi koetta. Hän alkoi tehdä pieniä reikiä näyttöön, jotta vain yksi värillinen säde (esimerkiksi punainen) pääsisi niiden läpi ja näytön taakse toinen ja toinen näyttö. Kävi ilmi, että värilliset säteet, joihin ensimmäinen prisma hajotti valon, eivät hajoaneet osiinsa kulkiessaan toisen prisman läpi, ne vain poikkesivat. Näin ollen nämä valonsäteet ovat yksinkertaisia ​​ja ne taittuivat eri tavoin, mikä mahdollisti valon jakamisen osiin.

Joten kävi selväksi, että eri värit eivät tule eriasteisesta "valon ja pimeyden sekoituksesta", kuten ennen I. Newtonia uskottiin, vaan ne ovat itse valon komponentteja. Tätä koostumusta kutsuttiin valon spektriksi.

I. Newtonin löytö oli tärkeä aikansa kannalta, sillä se vaikutti paljon valon luonteen tutkimukseen. Mutta todellinen tieteen vallankumous, joka liittyy valospektrin tutkimukseen, tapahtui 1800-luvun puolivälissä.

Saksalaiset tiedemiehet R.V. Bunsen ja G.R. Kirchhoff tutkivat tulen säteilemän valon spektriä, johon sekoitettiin erilaisten suolojen haihtumista. Spektri vaihteli epäpuhtauksien mukaan. Tämä sai tutkijat uskomaan, että Auringon ja muiden tähtien kemiallinen koostumus voidaan päätellä valospektreistä. Näin syntyi spektrianalyysimenetelmä.

Suuri englantilainen tiedemies Isaac Newton käytti sanaa "spektri" osoittamaan moniväristä nauhaa, joka saadaan, kun auringonsäde kulkee kolmiomaisen prisman läpi. Tämä bändi on hyvin samanlainen kuin sateenkaari, ja juuri tätä bändiä kutsutaan useimmiten spektriksi jokapäiväisessä elämässä. Samaan aikaan jokaisella aineella on oma emissio- tai absorptiospektrinsä, ja ne voidaan havaita, jos suoritetaan useita kokeita. Aineiden ominaisuuksia tuottaa erilaisia ​​spektrejä käytetään laajasti eri toiminta-aloilla. Esimerkiksi spektrianalyysi on yksi tarkimmista oikeuslääketieteellisistä menetelmistä. Hyvin usein tätä menetelmää käytetään lääketieteessä.

Tarvitset

• - spektroskooppi;
• - kaasunpolttaja;
• - pieni keraaminen tai posliinilusikka;
• - puhdas ruokasuola;
• - läpinäkyvä koeputki, joka on täytetty hiilidioksidilla;
• - tehokas hehkulamppu;
• - tehokas "taloudellinen" kaasuvalolamppu.

Ohjeet

• Diffraktiospektroskooppia varten ota CD-levy, pieni pahvilaatikko tai pahvilämpömittarin kotelo. Leikkaa levystä pala laatikon kokoiseksi. Aseta okulaari laatikon ylätasolle sen lyhyen seinän viereen noin 135° kulmaan pintaan nähden. Okulaari on pala lämpömittarin koteloa. Valitse raon paikka kokeellisesti, vuorotellen lävistämällä ja tiivistäen reiät toiseen lyhyeen seinään.
• Aseta voimakas hehkulamppu spektroskoopin rakoa vastapäätä. Spekroskoopin okulaarissa näet jatkuvan spektrin. Tällainen säteilyn spektrinen koostumus on olemassa millä tahansa kuumennetulla esineellä. Ei ole emissio- tai absorptiolinjoja. Luonnossa tämä spektri tunnetaan sateenkaarina.
• Kauhaa suolaa pieneen keraamiseen tai posliinilusikkaan. Osoita spektroskoopin rako tummaan, valottomaan kohtaan, joka sijaitsee kevyen polttimen liekin yläpuolella. Laita lusikallinen suolaa liekkiin. Sillä hetkellä, kun liekki muuttuu voimakkaasti keltaiseksi, spektroskoopissa on mahdollista tarkkailla tutkittavan suolan (natriumkloridin) emissiospektriä, jossa keltaisen alueen emissioviiva tulee erityisen selvästi näkyviin. Sama koe voidaan suorittaa kaliumkloridilla, kuparisuoloilla, volframisuoloilla ja niin edelleen. Tältä emissiospektrit näyttävät - vaaleat viivat tietyillä tumman taustan alueilla.
• Osoita spektroskoopin työrako kirkkaaseen hehkulamppuun. Aseta läpinäkyvä hiilidioksidilla täytetty koeputki niin, että se peittää spektroskoopin työraon. Okulaarin läpi voidaan havaita jatkuva spektri, jonka leikkaavat tummat pystysuorat viivat. Tämä on niin kutsuttu absorptiospektri, tässä hiilidioksidin tapauksessa.
• Osoita spektroskoopin työrako päällä olevaa "taloudellista" lamppua kohti. Tavallisen jatkuvan spektrin sijaan näet sarjan pystysuoraa viivaa, jotka sijaitsevat eri osissa ja joilla on enimmäkseen eri värit. Tästä voimme päätellä, että tällaisen lampun emissiospektri on hyvin erilainen kuin tavanomaisen hehkulampun spektri, joka on silmille huomaamaton, mutta vaikuttaa valokuvausprosessiin.

• Opetusohjelma

Ystävät, perjantai-ilta lähestyy, tämä on ihanaa intiimiä aikaa, jolloin houkuttelevan hämärän varjossa voit ottaa esiin spektrometrin ja mitata hehkulampun spektriä koko yön, nousevan auringon ensimmäisiin säteisiin asti, ja Kun aurinko nousee, mittaa sen spektri.
Miten sinulla ei vieläkään ole spektrometriä? Ei haittaa, mennään alas ja korjataan tämä väärinkäsitys.
Huomio! Tämä artikkeli ei väitä olevansa täysimittainen opetusohjelma, mutta ehkä 20 minuutin kuluessa sen lukemisesta olet hajottanut ensimmäisen säteilyspektrisi.

Ihminen ja spektroskooppi

Itse asiassa tekijän työn ansiosta kokosin ensimmäisen spektroskooppini DVD-levyn lähetysdiffraktiohilasta ja pahviisesta teelaatikosta, ja vielä aikaisemmin riitti paksu kartonkipala, jossa oli aukko ja lähetysritilä DVD-levyltä. minulle.
En voi sanoa, että tulokset olivat upeita, mutta ensimmäiset spektrit oli täysin mahdollista saada; valokuvat prosessista säästyivät ihmeellisesti spoilerin alle

Valokuvaspektroskoopit ja spektri

Ensimmäinen vaihtoehto pahvinpalalla

Toinen vaihtoehto teelaatikolla

Ja kaapattu spektri

Ainoa asia minun avuksi, hän muokkasi tätä mallia USB-videokameralla, se osoittautui tältä:

kuva spektrometristä

Sanon heti, että tämä muutos vapautti minut tarpeesta käyttää matkapuhelinkameraa, mutta siinä oli yksi haittapuoli: kameraa ei voitu kalibroida Spectral Worckbench -palvelun asetuksiin (joista keskustellaan jäljempänä). Siksi en pystynyt kaappaamaan spektriä reaaliajassa, mutta oli täysin mahdollista tunnistaa jo kerätyt valokuvat.

Oletetaan, että ostit tai kokosit spektroskoopin yllä olevien ohjeiden mukaisesti.
Luo tämän jälkeen tili PublicLab.org-projektiin ja mene SpectralWorkbench.org-palvelusivulle Seuraavaksi kuvailen sinulle spektrintunnistustekniikkaa, jota itse käytin.
Ensin meidän on kalibroitava spektrometrimme.Tätä varten sinun on saatava tilannekuva loistelampun, mieluiten suuren kattolampun, spektristä, mutta myös energiansäästölamppu käy.
1) Napsauta Capture spectra (Kaappaa spektrit) -painiketta
2) Lataa kuva
3) Täytä kentät, valitse tiedosto, valitse uusi kalibrointi, valitse laite (voit valita minispektroskoopin tai vain mukautetun), valitse onko spektrisi pysty- vai vaakasuuntainen, jotta on selvää, että kuvakaappauksessa näkyvät spektrit edellisestä ohjelmasta ovat vaakasuuntaisia
4) Kuvaajat sisältävä ikkuna avautuu.
5) Tarkista, kuinka spektriäsi on käännetty. Vasemmalla pitäisi olla sininen alue, oikealla punainen. Jos näin ei ole, valitse lisää työkaluja – kääntö vaakasuunnassa -painike, jonka jälkeen näemme, että kuva on kiertynyt, mutta kuvaaja ei, joten klikkaa lisää työkaluja – irrota uudelleen kuvasta, kaikki huiput vastaavat taas todellisia huippuja.

6) Paina Kalibroi-painiketta, paina aloituspainiketta, valitse sininen huippu suoraan kaaviosta (katso kuvakaappaus), paina LMB ja ponnahdusikkuna avautuu uudelleen, nyt meidän on painettava lopetus ja valittava uloin vihreä huippu, jonka jälkeen sivu päivittyy ja saamme kalibroidun aallonpituuden kuvan.
Nyt voit täyttää muita tutkittavia spektrejä, kalibrointia pyydettäessä tulee ilmoittaa kaavio, jonka olemme jo kalibroineet aiemmin.

Kuvakaappaus

Määritetyn ohjelman tyyppi

Huomio! Kalibroinnissa oletetaan, että otat myöhemmin kuvia samalla laitteella, jonka kalibroit. Laitteen kuvien resoluution muuttaminen, valokuvan spektrin voimakas siirtymä kalibroidun esimerkin sijaintiin nähden voi vääristää mittaustuloksia.
Rehellisesti sanottuna korjasin hieman kuviani editorissa. Jos jossain oli valoa, tummesin ympäristöä, toisinaan käänsin spektriä hieman saadakseni suorakaiteen muotoisen kuvan, mutta jälleen kerran on parempi olla muuttamatta tiedostokokoa ja sijaintia suhteessa itse spektrin kuvan keskustaan.
Suosittelen, että selvität itse loput toiminnot, kuten makrot, automaattinen tai manuaalinen kirkkauden säätö; mielestäni ne eivät ole niin kriittisiä.
Sitten on kätevää siirtää tuloksena saadut kaaviot CSV:hen, jossa ensimmäinen numero on murto-osa (todennäköisesti murto-osa) aallonpituudesta, ja pilkulla erotettuna on säteilyn intensiteetin keskimääräinen suhteellinen arvo. Saadut arvot näyttävät kauniilta esimerkiksi Scilabissa rakennettujen kaavioiden muodossa

SpectralWorkbench.org tarjoaa sovelluksia älypuhelimille. En käyttänyt niitä. joten en osaa arvioida sitä.

Värikästä päivää sateenkaaren ystävien kaikissa väreissä.

Kysymyksiä.

1. Miltä jatkuva spektri näyttää?

Jatkuva spektri on nauha, joka koostuu kaikista sateenkaaren väreistä, jotka siirtyvät sujuvasti toisiinsa.

2. Minkä kappaleiden valosta saadaan jatkuva spektri? Antaa esimerkkejä.

Jatkuva spektri saadaan kiinteiden ja nestemäisten kappaleiden valosta (sähkölampun hehkulanka, sula metalli, kynttilän liekki), jonka lämpötila on useita tuhansia celsiusasteita. Sitä antavat myös valokaasut ja höyryt korkeassa paineessa.

3. Miltä viivaspektrit näyttävät?

Viivaspektrit koostuvat yksittäisistä tietynvärisistä juovista.

4. Miten natriumemission viivaspektri saadaan?

Tätä varten voit lisätä palan ruokasuolaa (NaCl) polttimen liekkiin ja tarkkailla spektriä spektroskoopin läpi.

5. Mistä valonlähteistä viivaspektrit saadaan?

Viivaspektrit ovat ominaisia ​​valokaasuille, joiden tiheys on pieni.

6. Mikä on mekanismi viiva-absorptiospektrien saamiseksi (eli mitä on tehtävä niiden saamiseksi)?

Viivaabsorptiospektrit saadaan johtamalla valoa kirkkaammasta ja kuumemmasta lähteestä matalatiheyksisten kaasujen läpi.

7. Kuinka saada natriumin viiva-absorptiospektri ja miltä se näyttää?

Tätä varten sinun on johdettava valo hehkulampusta natriumhöyryä sisältävän astian läpi. Tämän seurauksena kapeita mustia viivoja ilmestyy hehkulampun jatkuvaan valon spektriin, kohtaan, jossa keltaiset viivat sijaitsevat natriumemissiospektrissä.

8. Mikä on Kirchhoffin viivaemissio- ja absorptiospektrejä koskevan lain ydin?

Kirchoffin laki sanoo, että tietyn alkuaineen atomit absorboivat ja lähettävät valoaaltoja samoilla taajuuksilla.