Spektralna analiza kod kuće. Mehanizam zračenja Što je spektralna analiza i kako se provodi

Trebat će vam

• - spektroskop;
• - plinski plamenik;
• - mala keramička ili porculanska žlica;
• - čista kuhinjska sol;
• - prozirna epruveta ispunjena ugljikovim dioksidom;
• - snažna žarulja sa žarnom niti;
• - snažna "štedljiva" plinska svjetiljka.

upute

Za difrakcijski spektroskop uzmite CD, malu kartonsku kutiju ili kartonsku kutiju za termometar. Izrežite komad diska na veličinu kutije. Na gornju ravninu kutije, uz njenu kratku stijenku, postavite okular pod kutom od približno 135° u odnosu na površinu. Okular je dio kućišta termometra. Eksperimentalno odaberite mjesto za razmak, naizmjenično bušite i brtvite rupe na drugom kratkom zidu.

Postavite jaku žarulju sa žarnom niti nasuprot proreza spektroskopa. U okularu spektroskopa vidjet ćete kontinuirani spektar. Takav spektralni spektar postoji za svaki zagrijani objekt. Nema emisijskih i apsorpcijskih linija. Ovaj spektar je poznat kao .

Stavite sol u malu keramičku ili porculansku žličicu. Usmjerite prorez spektroskopa na tamno, nesvjetleće područje koje se nalazi iznad plamena svjetlosnog plamenika. Uvedite žlicu . U trenutku kada plamen poprimi intenzivno žutu boju, u spektroskopu će se moći promatrati emisijski spektar ispitivane soli (natrijev klorid), pri čemu će posebno jasno biti vidljiva emisijska linija u žutom području. Isti se pokus može provesti s kalijevim kloridom, solima bakra, solima volframa i tako dalje. Ovako izgledaju spektri emisije - svijetle linije u određenim područjima tamne pozadine.

Usmjerite radni prorez spektroskopa prema jakoj žarulji sa žarnom niti. Stavite prozirnu epruvetu napunjenu ugljikovim dioksidom tako da pokrije radni prorez spektroskopa. Kroz okular se može promatrati kontinuirani spektar ispresijecan tamnim okomitim linijama. To je takozvani apsorpcijski spektar, u ovom slučaju ugljičnog dioksida.

Usmjerite radni prorez spektroskopa prema uključenoj “štedljivoj” žarulji. Umjesto uobičajenog kontinuiranog spektra, vidjet ćete niz okomitih linija smještenih u različitim dijelovima i uglavnom različitih boja. Iz ovoga možemo zaključiti da je spektar emisije takve žarulje vrlo različit od spektra konvencionalne žarulje sa žarnom niti, što je neprimjetno oku, ali utječe na proces fotografiranja.

Video na temu

Bilješka

Postoje 2 vrste spektroskopa. Prvi koristi prozirnu disperzivnu trokutastu prizmu. Svjetlost iz predmeta koji se proučava dovodi se do njega kroz uski prorez i promatra se s druge strane pomoću cijevi okulara. Kako bi se izbjegle smetnje svjetlosti, cijela konstrukcija prekrivena je svjetlootpornim kućištem. Također se može sastojati od elemenata i cijevi izoliranih od svjetlosti. Upotreba leća u takvom spektroskopu nije potrebna. Druga vrsta spektroskopa je difrakcijski. Njegov glavni element je difrakcijska rešetka. Također je preporučljivo slati svjetlost s predmeta kroz prorez. Dijelovi s CD-a i DVD-a sada se često koriste kao difrakcijske rešetke u dizajnu kućne izrade. Bilo koja vrsta spektroskopa bit će prikladna za predložene eksperimente;

Kuhinjska sol ne smije sadržavati jod;

Bolje je provoditi pokuse s pomoćnikom;

Bolje je sve pokuse provoditi u zamračenoj prostoriji i uvijek na crnoj pozadini.

Koristan savjet

Da biste dobili ugljični dioksid u epruvetu, stavite komad obične školske krede. Napunite ga klorovodičnom kiselinom. Dobiveni plin sakupite u čistu epruvetu. Ugljični dioksid je teži od zraka, pa će se nakupiti na dnu prazne epruvete, istiskujući zrak iz nje. Za to spustimo epruvetu iz izvora plina, odnosno iz epruvete u kojoj se odvijala reakcija, u praznu epruvetu.

Fizički pojam "spektar" dolazi od latinske riječi spectrum, što znači "vizija", ili čak "duh". Ali objekt nazvan tako sumornom riječi izravno je povezan s tako lijepim prirodnim fenomenom kao što je duga.

U širem smislu, spektar je raspodjela vrijednosti određene fizičke veličine. Poseban slučaj je raspodjela frekvencijskih vrijednosti elektromagnetskog zračenja. Svjetlost koju percipira ljudsko oko također je vrsta elektromagnetskog zračenja i ima spektar.

Otkriće spektra

Čast otkrića spektra svjetlosti pripada I. Newtonu. Započevši ovo istraživanje, znanstvenik je slijedio praktični cilj: poboljšati kvalitetu leća za teleskope. Problem je bio u tome što su rubovi slike koji su se mogli vidjeti u , bili obojeni u sve dugine boje.

I. Newton je proveo eksperiment: zraka svjetlosti prodrla je kroz zamračenu sobu kroz malu rupu i pala na zaslon. Ali na njegovom putu postavljena je trokutasta staklena prizma. Umjesto bijele svjetlosne mrlje, na ekranu se pojavila traka duge. Pokazalo se da je bijela sunčeva svjetlost složena, složena.

Znanstvenik je zakomplicirao eksperiment. Počeo je praviti male rupe u ekranu tako da kroz njih prođe samo jedna obojena zraka (na primjer crvena), a iza ekrana druga i još jedna. Pokazalo se da se obojene zrake na koje je prva prizma razložila svjetlost pri prolasku kroz drugu prizmu nisu razložile na sastavne dijelove, već su se samo skrenule. Posljedično, te su svjetlosne zrake jednostavne i lomljene su na različite načine, što je omogućilo da se svjetlost podijeli na dijelove.

Tako je postalo jasno da različite boje ne potječu od različitih stupnjeva "miješanja svjetla s tamom", kako se vjerovalo prije I. Newtona, već su komponente same svjetlosti. Ova kompozicija je nazvana spektrom svjetlosti.

I. Newtonovo otkriće bilo je važno za svoje vrijeme, mnogo je pridonijelo proučavanju prirode svjetlosti. Ali prava revolucija u znanosti povezana s proučavanjem spektra svjetlosti dogodila se sredinom 19. stoljeća.

Njemački znanstvenici R.V.Bunsen i G.R.Kirchhoff proučavali su spektar svjetlosti koju emitira vatra, u koju su pomiješana isparavanja raznih soli. Spektar je varirao ovisno o nečistoćama. To je navelo istraživače da povjeruju da se kemijski sastav Sunca i drugih zvijezda može procijeniti prema svjetlosnim spektrima. Tako je nastala metoda spektralne analize.

Veliki engleski znanstvenik Isaac Newton koristio je riječ "spektar" da označi višebojnu traku koja se dobije kada sunčeva zraka prođe kroz trokutastu prizmu. Ovaj pojas je vrlo sličan dugi, a upravo se ovaj pojas najčešće u svakodnevnom životu naziva spektrom. U međuvremenu, svaka tvar ima svoj emisijski ili apsorpcijski spektar, a oni se mogu promatrati ako se provede nekoliko eksperimenata. Svojstva tvari da proizvode različite spektre naširoko se koriste u različitim područjima djelovanja. Na primjer, spektralna analiza je jedna od najpreciznijih forenzičkih metoda. Vrlo često se ova metoda koristi u medicini.

Trebat će vam

• - spektroskop;
• - plinski plamenik;
• - mala keramička ili porculanska žlica;
• - čista kuhinjska sol;
• - prozirna epruveta ispunjena ugljikovim dioksidom;
• - snažna žarulja sa žarnom niti;
• - snažna "štedljiva" plinska svjetiljka.

upute

• Za difrakcijski spektroskop uzmite CD, malu kartonsku kutiju ili kartonsku kutiju za termometar. Izrežite komad diska na veličinu kutije. Na gornju ravninu kutije, uz njenu kratku stijenku, postavite okular pod kutom od približno 135° u odnosu na površinu. Okular je dio kućišta termometra. Eksperimentalno odaberite mjesto za razmak, naizmjenično bušite i brtvite rupe na drugom kratkom zidu.
• Postavite jaku žarulju sa žarnom niti nasuprot proreza spektroskopa. U okularu spektroskopa vidjet ćete kontinuirani spektar. Takav spektralni sastav zračenja postoji za svaki zagrijani objekt. Nema emisijskih i apsorpcijskih linija. U prirodi je ovaj spektar poznat kao duga.
• Stavite sol u malu keramičku ili porculansku žličicu. Usmjerite prorez spektroskopa na tamno, nesvjetleće područje koje se nalazi iznad plamena svjetlosnog plamenika. U vatru dodajte žlicu soli. U trenutku kada plamen poprimi intenzivno žutu boju, u spektroskopu će se moći promatrati emisijski spektar ispitivane soli (natrijev klorid), pri čemu će posebno jasno biti vidljiva emisijska linija u žutom području. Isti se pokus može provesti s kalijevim kloridom, solima bakra, solima volframa i tako dalje. Ovako izgledaju spektri emisije - svijetle linije u određenim područjima tamne pozadine.
• Usmjerite radni prorez spektroskopa prema jakoj žarulji sa žarnom niti. Stavite prozirnu epruvetu napunjenu ugljikovim dioksidom tako da pokrije radni prorez spektroskopa. Kroz okular se može promatrati kontinuirani spektar ispresijecan tamnim okomitim linijama. To je takozvani apsorpcijski spektar, u ovom slučaju ugljičnog dioksida.
• Usmjerite radni prorez spektroskopa prema uključenoj “štedljivoj” žarulji. Umjesto uobičajenog kontinuiranog spektra, vidjet ćete niz okomitih linija smještenih u različitim dijelovima i uglavnom različitih boja. Iz ovoga možemo zaključiti da je spektar emisije takve žarulje vrlo različit od spektra konvencionalne žarulje sa žarnom niti, što je neprimjetno oku, ali utječe na proces fotografiranja.

• Tutorial

Prijatelji, bliži se petak navečer, ovo je prekrasno intimno vrijeme kada pod okriljem primamljivog sumraka možete izvaditi svoj spektrometar i cijelu noć mjeriti spektar žarulje sa žarnom niti, sve do prvih zraka izlazećeg sunca, i kad sunce izađe, izmjeri njegov spektar.
Kako to da još uvijek nemate svoj spektrometar? Nema veze, idemo pod rez i ispravimo ovaj nesporazum.
Pažnja! Ovaj članak ne pretendira biti potpuni vodič, ali možda ćete unutar 20 minuta od čitanja razložiti svoj prvi spektar zračenja.

Čovjek i spektroskop

Zapravo, zahvaljujući autorovom radu, sastavio sam svoj prvi spektroskop od transmisijske difrakcijske rešetke DVD diska i kartonske kutije za čaj, a još ranije mi je bio dovoljan debeli komad kartona s prorezom i transmisionom rešetkom DVD diska. za mene.
Ne mogu reći da su rezultati bili zapanjujući, ali bilo je sasvim moguće dobiti prve spektre; fotografije procesa čudesno su sačuvane ispod spojlera

Fotografije spektroskopa i spektra

Prva opcija s komadom kartona

Druga opcija s kutijom za čaj

I snimljeni spektar

Jedina stvar za moju udobnost, modificirao je ovaj dizajn s USB video kamerom, ispalo je ovako:

fotografija spektrometra

Odmah ću reći da me ova izmjena oslobodila potrebe za korištenjem kamere mobilnog telefona, ali postojao je jedan nedostatak: kamera se nije mogla kalibrirati prema postavkama usluge Spectral Worckbench (o čemu će biti riječi u nastavku). Dakle, nisam mogao snimiti spektar u realnom vremenu, ali je bilo sasvim moguće prepoznati već prikupljene fotografije.

Recimo da ste kupili ili sastavili spektroskop prema gornjim uputama.
Nakon toga kreirajte račun u projektu PublicLab.org i idite na stranicu servisa SpectralWorkbench.org Zatim ću vam opisati tehniku ​​prepoznavanja spektra koju sam sam koristio.
Prvo ćemo morati kalibrirati naš spektrometar. Da biste to učinili, morat ćete dobiti snimku spektra fluorescentne svjetiljke, po mogućnosti velike stropne svjetiljke, ali poslužit će i štedna lampa.
1) Pritisnite gumb Snimi spektre
2) Učitajte sliku
3) Ispunite polja, odaberite datoteku, odaberite novu kalibraciju, odaberite uređaj (možete odabrati mini spektroskop ili samo prilagođeni), odaberite je li vaš spektar okomit ili vodoravan, tako da bude jasno da su spektri na snimci zaslona prethodnog programa su horizontalne
4) Otvorit će se prozor s grafikonima.
5) Provjerite kako se vaš spektar rotira. S lijeve strane bi trebao biti plavi raspon, s desne strane crveni. Ako to nije slučaj, odaberite gumb više alata – okrenite vodoravno, nakon čega vidimo da se slika zarotirala, ali grafikon nije, pa kliknite više alata – ponovno izdvajanje iz fotografije, svi vrhovi opet odgovaraju pravim vrhovima.

6) Pritisnite tipku Kalibriraj, pritisnite početak, odaberite plavi vrh izravno na grafikonu (pogledajte snimak zaslona), pritisnite LMB i ponovno se otvara skočni prozor, sada trebamo pritisnuti završiti i odabrati najudaljeniji zeleni vrh, nakon čega stranica će se osvježiti i dobit ćemo kalibriranu sliku valnih duljina.
Sada možete popuniti druge spektre koji se proučavaju; kada tražite kalibraciju, morate navesti grafikon koji smo već ranije kalibrirali.

Snimka zaslona

Vrsta konfiguriranog programa

Pažnja! Kalibracija pretpostavlja da ćete naknadno fotografirati s istim uređajem koji ste kalibrirali. Promjena rezolucije slika u uređaju, jak pomak u spektru na fotografiji u odnosu na položaj u kalibriranom primjeru može iskriviti rezultate mjerenja.
Iskreno, malo sam uredio svoje slike u editoru. Ako je negdje bilo svjetla, zatamnio sam okolinu, ponekad sam malo zarotirao spektar da dobijem pravokutnu sliku, ali opet, bolje je ne mijenjati veličinu datoteke i lokaciju u odnosu na središte slike samog spektra. .
Predlažem da sami shvatite preostale funkcije kao što su makronaredbe, automatsko ili ručno podešavanje svjetline; po mom mišljenju, one nisu toliko kritične.
Zatim je prikladno prenijeti dobivene grafikone u CSV, u kojem će prvi broj biti razlomačka (vjerojatno razlomačka) valna duljina, a odvojena zarezom prosječna relativna vrijednost intenziteta zračenja. Dobivene vrijednosti izgledaju lijepo u obliku grafikona, izgrađenih na primjer u Scilabu

SpectralWorkbench.org ima aplikacije za pametne telefone. Nisam ih koristio. pa ne mogu ocijeniti.

Želimo vam dan šaren u svim duginim bojama, prijatelji.

Pitanja.

1. Kako izgleda kontinuirani spektar?

Kontinuirani spektar je traka koja se sastoji od svih duginih boja, koje glatko prelaze jedna u drugu.

2. Svjetlost kojih tijela proizvodi kontinuirani spektar? Navedite primjere.

Kontinuirani spektar dobiva se od svjetlosti krutih i tekućih tijela (žarna nit električne žarulje, rastaljeni metal, plamen svijeće) s temperaturom od nekoliko tisuća Celzijevih stupnjeva. Također ga proizvode svjetleći plinovi i pare pod visokim tlakom.

3. Kako izgledaju linijski spektri?

Linijski spektri se sastoje od pojedinačnih linija određenih boja.

4. Kako se može dobiti linijski emisijski spektar natrija?

Da biste to učinili, možete dodati komad kuhinjske soli (NaCl) u plamen plamenika i promatrati spektar kroz spektroskop.

5. Koji izvori svjetlosti proizvode linijske spektre?

Linijski spektri karakteristični su za svjetleće plinove male gustoće.

6. Koji je mehanizam za dobivanje linijskih apsorpcijskih spektara (tj. što treba učiniti da se dobiju)?

Linijski apsorpcijski spektri dobivaju se propuštanjem svjetlosti iz svjetlijeg i toplijeg izvora kroz plinove niske gustoće.

7. Kako dobiti linijski apsorpcijski spektar natrija i kako on izgleda?

Da biste to učinili, morate proći svjetlo iz žarulje sa žarnom niti kroz posudu s natrijevim parama. Zbog toga će se u kontinuiranom spektru svjetlosti žarulje sa žarnom niti pojaviti uske crne linije, na mjestu gdje se nalaze žute linije u spektru emisije natrija.

8. Što je bit Kirchhoffovog zakona o linijskim emisijskim i apsorpcijskim spektrima?

Kirchoffov zakon kaže da atomi određenog elementa apsorbiraju i emitiraju svjetlosne valove na istim frekvencijama.