Spektralanalyse hjemme. Strålingsmekanisme Hva er spektralanalyse og hvordan det gjøres

Du vil trenge

• - spektroskop;
• - gassbrenner;
• - en liten skje av keramikk eller porselen;
• - rent bordsalt;
• - et gjennomsiktig reagensrør fylt med karbondioksid;
• - kraftig glødelampe;
• - kraftig "økonomisk" gass-lyslampe.

Instruksjon

For et diffraksjonsspektroskop, ta en CD, en liten pappeske, en papptermometerkasse. Klipp ut en bit av platen slik at den passer til boksen. På boksens toppplan, ved siden av dens korte vegg, plasser okularet i en vinkel på omtrent 135° i forhold til overflaten. Okularet er en del av et etui fra et termometer. Velg et sted for gapet eksperimentelt, vekselvis piercing og tetting hull på en annen kort vegg.

Installer en kraftig glødelampe på motsatt side av spektroskopspalten. I okularet til et spektroskop vil du se et kontinuerlig spekter. En slik spektral eksisterer i ethvert oppvarmet objekt. Den har ingen utslipps- og absorpsjonslinjer. Dette spekteret er kjent som .

Øs salt i en liten keramikk- eller porselensskje. Rett spalten på spektroskopet mot et mørkt ikke-lysende område over brennerens lyse flamme. Sett en skje inn i flammen med . I det øyeblikket flammen blir intens gul, vil det være mulig å observere emisjonsspekteret til det studerte saltet (natriumklorid) i spektroskopet, hvor utslippslinjen i det gule området vil være spesielt tydelig synlig. Det samme eksperimentet kan gjøres med kaliumklorid, salter av kobber, wolfram og så videre. Slik ser emisjonsspektra ut - lyse linjer i visse områder med mørk bakgrunn.

Pek arbeidsspalten til spektroskopet mot en lys glødelampe. Plasser et gjennomsiktig rør fylt med karbondioksid slik at det dekker arbeidsspalten til spektroskopet. Gjennom okularet kan man observere et kontinuerlig spekter krysset av mørke vertikale linjer. Dette er det såkalte absorpsjonsspekteret, i dette tilfellet - karbondioksid.

Pek arbeidsspalten til spektroskopet mot den påslåtte "økonomiske" lampen. I stedet for det vanlige kontinuerlige spekteret, vil du se et sett med vertikale linjer plassert i forskjellige deler og med stort sett forskjellige farger. Fra dette kan vi konkludere med at emisjonsspekteret til en slik lampe er veldig forskjellig fra spekteret til en vanlig glødelampe, som er umerkelig for øyet, men påvirker fotograferingsprosessen.

Relaterte videoer

Merk

Det finnes 2 typer spektroskop. Den første bruker et gjennomsiktig dispersivt trihedralt prisme. Lys fra objektet som studeres mates til det gjennom en smal spalte og observeres fra den andre siden ved hjelp av et okularrør. For å unngå lysinterferens er hele strukturen dekket med et lystett hus. Den kan også bestå av lysisolerte elementer og rør. Bruk av linser i et slikt spektroskop er valgfritt. Den andre typen spektroskop er et diffraksjon. Hovedelementet er et diffraksjonsgitter. Lys fra objektet er også ønskelig å føres gjennom spalten. Biter fra CDer og DVDer brukes nå ofte som diffraksjonsgitter i hjemmelagde design. Enhver type spektroskop vil gjøre for de foreslåtte eksperimentene;

Bordsalt bør ikke inneholde jod;

Eksperimenter gjøres best med en assistent;

Alle eksperimenter gjøres best i et mørklagt rom og alltid mot svart bakgrunn.

Nyttige råd

For å få karbondioksid i et reagensrør, legg et stykke vanlig skolekritt i det. Fyll den med saltsyre. Samle den resulterende gassen i et rent reagensrør. Karbondioksid er tyngre enn luft, så det vil samle seg på bunnen av et tomt reagensrør, og tvinge luften ut av det. For å gjøre dette, senk røret fra gasskilden inn i et tomt reagensrør, det vil si fra reagensrøret der reaksjonen fant sted.

Det fysiske begrepet "spektrum" kommer fra det latinske ordet spektrum, som betyr "syn", eller til og med "spøkelse". Men emnet, kalt et så dystert ord, er direkte relatert til et så vakkert naturfenomen som en regnbue.

I bred forstand er spekteret fordelingen av verdier av en bestemt fysisk mengde. Et spesielt tilfelle er fordelingen av elektromagnetiske strålingsfrekvenser. Lyset som oppfattes av det menneskelige øyet er også en slags elektromagnetisk stråling, og det har et spektrum.

Oppdagelsen av spekteret

Æren å oppdage lysspekteret tilhører I. Newton. Ved å starte denne forskningen forfulgte forskeren et praktisk mål: å forbedre kvaliteten på linser for teleskoper. Problemet var at kantene på bildet som kunne observeres i ble malt i alle regnbuens farger.

I. Newton satte opp et eksperiment: en lysstråle trengte inn i et mørklagt rom gjennom et lite hull, som falt på skjermen. Men et trihedralt glassprisme ble plassert i veien. I stedet for en hvit lysflekk dukket det opp en regnbuestripe på skjermen. Hvitt sollys viste seg å være komplekst, sammensatt.

Forskeren kompliserte eksperimentet. Han begynte å lage små hull i skjermen slik at bare en farget stråle (for eksempel rød) gikk gjennom dem, og bak skjermen en andre og en annen skjerm. Det viste seg at de fargede strålene, som det første prismet dekomponerte lyset i, ikke brytes ned i dets komponentdeler, passerer gjennom det andre prismet, de avviker bare. Derfor er disse lysstrålene enkle, men de ble brutt på forskjellige måter, noe som gjorde at "" lyset kunne skille seg.

Så det ble klart at forskjellige farger ikke kommer fra forskjellige grader av å "blande lys med mørke", slik man trodde før I. Newton, men er komponenter av selve lyset. Denne sammensetningen ble kalt lysspekteret.

Oppdagelsen av I. Newton var av stor betydning for sin tid, den ga mye til studiet av lysets natur. Men den virkelige revolusjonen i vitenskapen, knyttet til studiet av lysspekteret, skjedde på midten av 1800-tallet.

Tyske forskere R.V. Bunsen og G.R. Kirchhoff studerte spekteret av lys som sendes ut av brann, som blandes med fordampning av forskjellige salter. Spekteret varierte avhengig av urenheter. Dette førte forskerne til ideen om at lysspektrene kan brukes til å bedømme den kjemiske sammensetningen til solen og andre stjerner. Slik ble metoden for spektralanalyse født.

Ordet "spektrum" den store engelske vitenskapsmannen Isaac Newton betegnet et flerfarget bånd, som oppnås når solstrålen passerer gjennom et trekantet prisme. Dette bandet ligner veldig på en regnbue, og det er dette bandet som oftest kalles spekteret i hverdagen. I mellomtiden har hvert stoff sitt eget emisjons- eller absorpsjonsspektrum, og de kan observeres hvis flere eksperimenter utføres. Egenskapene til stoffer for å gi forskjellige spektre er mye brukt i ulike aktivitetsfelt. For eksempel er spektralanalyse en av de mest nøyaktige rettsmedisinske metodene. Svært ofte brukes denne metoden i medisin.

Du vil trenge

• - spektroskop;
• - gassbrenner;
• - en liten skje av keramikk eller porselen;
• - rent bordsalt;
• - et gjennomsiktig reagensrør fylt med karbondioksid;
• - kraftig glødelampe;
• - kraftig "økonomisk" gass-lyslampe.

Instruksjon

• For et diffraksjonsspektroskop, ta en CD, en liten pappeske, en papptermometerkasse. Klipp ut en bit av platen slik at den passer til boksen. På boksens toppplan, ved siden av dens korte vegg, plasser okularet i en vinkel på omtrent 135° i forhold til overflaten. Okularet er en del av et etui fra et termometer. Velg et sted for gapet eksperimentelt, vekselvis piercing og tetting hull på en annen kort vegg.
• Installer en kraftig glødelampe på motsatt side av spektroskopspalten. I okularet til et spektroskop vil du se et kontinuerlig spekter. En slik spektral sammensetning av stråling eksisterer i ethvert oppvarmet objekt. Den har ingen utslipps- og absorpsjonslinjer. I naturen er dette spekteret kjent som regnbuen.
• Øs salt i en liten keramikk- eller porselensskje. Rett spalten på spektroskopet mot et mørkt ikke-lysende område over brennerens lyse flamme. Ha en skje salt inn i flammen. I det øyeblikket flammen blir intens gul, vil det være mulig å observere emisjonsspekteret til det studerte saltet (natriumklorid) i spektroskopet, hvor utslippslinjen i det gule området vil være spesielt tydelig synlig. Det samme eksperimentet kan gjøres med kaliumklorid, salter av kobber, wolfram og så videre. Slik ser emisjonsspektra ut - lyse linjer i visse områder med mørk bakgrunn.
• Pek arbeidsspalten til spektroskopet mot en lys glødelampe. Plasser et gjennomsiktig rør fylt med karbondioksid slik at det dekker arbeidsspalten til spektroskopet. Gjennom okularet kan man observere et kontinuerlig spekter krysset av mørke vertikale linjer. Dette er det såkalte absorpsjonsspekteret, i dette tilfellet - karbondioksid.
• Pek arbeidsspalten til spektroskopet mot den påslåtte "økonomiske" lampen. I stedet for det vanlige kontinuerlige spekteret, vil du se et sett med vertikale linjer plassert i forskjellige deler og med stort sett forskjellige farger. Fra dette kan vi konkludere med at emisjonsspekteret til en slik lampe er veldig forskjellig fra spekteret til en vanlig glødelampe, som er umerkelig for øyet, men påvirker fotograferingsprosessen.

• opplæringen

Venner, fredag ​​kveld nærmer seg, dette er en herlig intim tid når du i dekke av en forlokkende skumring kan få spektrometeret ditt og hele natten måle spekteret til en glødelampe til de første strålene fra den stigende solen, og når solen står opp, mål spekteret.
Hvordan har du fortsatt ikke spektrometeret ditt? Det spiller ingen rolle, la oss gå under snittet og rette opp denne misforståelsen.
Merk følgende! Denne artikkelen later ikke til å være en fullverdig opplæring, men kanskje i løpet av 20 minutter etter å ha lest den, vil du bryte ned ditt første strålingsspektrum.

Mennesket og spektroskopet

Faktisk, takket være forfatterens arbeid, samlet jeg mitt første spektroskop fra et transmissivt diffraksjonsgitter av en DVD-plate og en pappeske fra under te, og enda tidligere før det, et tett stykke papp med spor og et transmissivt gitter fra en DVD blank var nok for meg.
Jeg kan ikke si at resultatene var fantastiske, men vi klarte å få de første spektrene, mirakuløst lagrede bildene av prosessen under spoileren

Fotospektroskop og spektrum

Det aller første alternativet med et stykke papp

Det andre alternativet med en boks te

Og det fangede spekteret

Det eneste for min bekvemmelighet, han modifiserte dette designet med et USB-videokamera, det viste seg slik:

bilde av spektrometeret

Jeg må si med en gang at denne modifikasjonen reddet meg fra behovet for å bruke kameraet til en mobiltelefon, men det var en ulempe: kameraet kunne ikke kalibreres til innstillingene til Spectral Worckbench-tjenesten (som vil bli diskutert nedenfor). Derfor klarte jeg ikke å fange spekteret i sanntid, men det var fullt mulig å gjenkjenne de allerede innsamlede fotografiene.

Så la oss si at du har kjøpt eller satt sammen et spektroskop i henhold til instruksjonene ovenfor.
Deretter oppretter du en konto i PublicLab.org-prosjektet og går til tjenestesiden SpectralWorkbench.org. Deretter vil jeg beskrive for deg teknikken for spektrumgjenkjenning som jeg selv brukte.
Til å begynne med må vi kalibrere spektrometeret vårt. For å gjøre dette må du ta et bilde av spekteret til en lysrør, helst en stor taklampe, men en energisparende lampe gjør det.
1) Trykk på Capture Spectra-knappen
2) Last opp bilde
3) Fyll ut feltene, velg filen, velg ny kalibrering, velg enheten (du kan velge et minispektroskop eller bare tilpasset), velg hvilket spektrum du har, vertikalt eller horisontalt, slik at det er tydelig at spektrene i skjermbilde av det forrige programmet er horisontale
4) Et vindu med grafer åpnes.
5) Sjekk hvordan spekteret ditt roteres. Det blå området skal være til venstre, det røde området skal være til høyre. Hvis dette ikke er tilfelle, velg de flere verktøyene – vipp horisontalt knappen, hvoretter vi ser at bildet har rotert og grafen ikke har det, så vi trykker på flere verktøy – trekk ut fra bildet på nytt, alle toppene tilsvarer igjen virkelige topper .

6) Trykk på Kalibrer-knappen, trykk på start, velg den blå toppen direkte på kartet (se skjermbilde), trykk på LMB og popup-vinduet åpnes igjen, nå må vi trykke på fullfør og velge den siste grønne toppen, hvoretter siden vil oppdateres og vi får det kalibrerte bølgelengdebildet.
Nå kan du fylle ut andre spektre som studeres, når du ber om en kalibrering, må du spesifisere grafen som vi allerede har kalibrert.

Skjermdump

Type konfigurert program

Merk følgende! Kalibrering forutsetter at du vil ta bilder i fremtiden med den samme enheten som kalibrerte endringen i bildeoppløsningsenheten, en sterk forskyvning av spekteret i bildet i forhold til posisjonen på det kalibrerte eksemplet kan forvrenge måleresultatene.
Ærlig talt, jeg korrigerte bildene mine litt i redigeringsprogrammet. Hvis det var bakgrunnsbelysning, gjorde jeg miljøet mørkere, noen ganger roterte spekteret litt for å få et rektangulært bilde, men igjen gjentar jeg filstørrelsen og plasseringen i forhold til midten av bildet av selve spekteret er bedre å ikke endre .
Med andre funksjoner som makroer, automatisk eller manuell lysstyrkejustering, foreslår jeg at du finner ut av det på egen hånd, etter min mening er de ikke så kritiske.
De resulterende grafene overføres deretter hensiktsmessig til CSV, mens det første tallet vil være en brøkdel (sannsynligvis brøkdel) lang bølge, og den gjennomsnittlige relative verdien av strålingsintensiteten vil bli atskilt med et komma. De oppnådde verdiene ser vakre ut i form av grafer bygget, for eksempel i Scilab

SpectralWorkbench.org har apper for smarttelefoner. Jeg brukte dem ikke. så jeg kan ikke rangere det.

Ha en fargerik dag i alle regnbuens farger venner.

Spørsmål.

1. Hvordan ser et kontinuerlig spektrum ut?

Et kontinuerlig spektrum er et bånd som består av alle regnbuens farger, jevnt over i hverandre.

2. Fra lyset av hvilke legemer oppnås et kontinuerlig spektrum? Gi eksempler.

Et kontinuerlig spekter oppnås fra lyset av faste og flytende legemer (glødetråd av en elektrisk lampe, smeltet metall, stearinlysflamme) med en temperatur på flere tusen grader Celsius. Det er også gitt av lysende gasser og damper ved høyt trykk.

3. Hvordan ser linjespektra ut?

Linjespektra består av individuelle linjer med spesifikke farger.

4. Hvordan kan et linjespektrum av natriumutslipp oppnås?

For å gjøre dette kan du legge til et stykke vanlig salt (NaCl) til brennerflammen og observere spekteret gjennom et spektroskop.

5. Fra hvilke lyskilder hentes linjespektra?

Linjespektra er karakteristiske for lysende gasser med lav tetthet.

6. Hva er mekanismen for å oppnå linjeabsorpsjonsspektra (dvs. hva må gjøres for å oppnå dem)?

Linjeabsorpsjonsspektra oppnås ved å sende lys fra en lysere og varmere kilde gjennom gasser med lav tetthet.

7. Hvordan få et linjeabsorpsjonsspektrum av natrium og hvordan ser det ut?

For å gjøre dette må lys fra en glødelampe føres gjennom et kar med natriumdamp. Som et resultat av dette vil det oppstå smale svarte linjer i det kontinuerlige lysspekteret fra en glødelampe, på stedet der det er gule linjer i emisjonsspekteret til natrium.

8. Hva er essensen av Kirchhoffs lov angående linjespektrene for emisjon og absorpsjon?

Kirchoffs lov sier at atomene til et gitt grunnstoff absorberer og sender ut lysbølger med de samme frekvensene.