Analiza spektralna w domu. Mechanizm promieniowania Czym jest analiza spektralna i jak się ją wykonuje

Będziesz potrzebować

• - spektroskop;
• - palnik gazowy;
• - mała ceramiczna lub porcelanowa łyżeczka;
• - czysta sól kuchenna;
• - przezroczysta probówka wypełniona dwutlenkiem węgla;
• - potężna żarówka;
• - mocna "ekonomiczna" lampa gazowa.

Instrukcja

W przypadku spektroskopu dyfrakcyjnego weź płytę CD, małe kartonowe pudełko, kartonowe etui na termometr. Wytnij kawałek dysku, aby pasował do pudełka. Na górnej płaszczyźnie pudełka, przy jego krótkiej ściance, umieść okular pod kątem około 135° do powierzchni. Okular to fragment obudowy termometru. Wybierz miejsce na szczelinę eksperymentalnie, na przemian przebijając i uszczelniając otwory na innej krótkiej ścianie.

Zainstaluj mocną żarówkę naprzeciw szczeliny spektroskopu. W okularze spektroskopu zobaczysz widmo ciągłe. Takie widmo istnieje w każdym ogrzanym obiekcie. Nie posiada linii emisyjnych i absorpcyjnych. Widmo to jest znane jako .

Nasyp sól do małej ceramicznej lub porcelanowej łyżeczki. Skieruj szczelinę spektroskopu na ciemny, nieświecący obszar nad jasnym płomieniem palnika. Włóż łyżkę do ognia z . W momencie, gdy płomień zmieni kolor na intensywnie żółty, będzie można obserwować widmo emisyjne badanej soli (chlorku sodu) w spektroskopie, gdzie linia emisyjna w obszarze żółtym będzie szczególnie dobrze widoczna. Ten sam eksperyment można przeprowadzić z chlorkiem potasu, solami miedzi, wolframu i tak dalej. Tak wyglądają widma emisyjne - jasne linie w pewnych obszarach ciemnego tła.

Skieruj szczelinę roboczą spektroskopu na jasną żarówkę. Umieść przezroczystą rurkę wypełnioną dwutlenkiem węgla tak, aby zakrywała szczelinę roboczą spektroskopu. Przez okular można obserwować widmo ciągłe poprzecinane ciemnymi pionowymi liniami. Jest to tak zwane widmo absorpcyjne, w tym przypadku - dwutlenek węgla.

Skierować szczelinę roboczą spektroskopu na włączoną lampę „oszczędną”. Zamiast zwykłego widma ciągłego zobaczysz zestaw pionowych linii rozmieszczonych w różnych częściach i przeważnie o różnych kolorach. Z tego możemy wywnioskować, że widmo emisyjne takiej lampy bardzo różni się od widma zwykłej żarówki, co jest niezauważalne dla oka, ale wpływa na proces fotografowania.

Powiązane wideo

notatka

Istnieją 2 rodzaje spektroskopów. Pierwszy wykorzystuje przezroczysty pryzmat dyspersyjny trójścienny. Światło z badanego obiektu jest doprowadzane do niego przez wąską szczelinę i jest obserwowane z drugiej strony za pomocą tubusu okularu. Aby uniknąć interferencji światła, cała konstrukcja pokryta jest nieprzepuszczającą światła obudową. Może również składać się z elementów i rurek światłoizolacyjnych. Zastosowanie soczewek w takim spektroskopie jest opcjonalne. Drugi rodzaj spektroskopu to spektroskop dyfrakcyjny. Jego głównym elementem jest siatka dyfrakcyjna. Pożądane jest również przepuszczanie światła z obiektu przez szczelinę. Kawałki płyt CD i DVD są obecnie często używane jako siatki dyfrakcyjne w domowych projektach. Do proponowanych eksperymentów wystarczy dowolny rodzaj spektroskopu;

Sól kuchenna nie powinna zawierać jodu;

Eksperymenty najlepiej przeprowadzać z asystentem;

Wszystkie eksperymenty najlepiej wykonywać w zaciemnionym pomieszczeniu i zawsze na czarnym tle.

Pomocna rada

Aby uzyskać dwutlenek węgla w probówce, umieść w niej kawałek zwykłej szkolnej kredy. Napełnij go kwasem solnym. Zebrać powstały gaz w czystej probówce. Dwutlenek węgla jest cięższy od powietrza, więc zbiera się na dnie pustej probówki, wypychając z niej powietrze. Aby to zrobić, opuść rurkę ze źródła gazu do pustej probówki, to znaczy z probówki, w której miała miejsce reakcja.

Fizyczny termin „widmo” pochodzi od łacińskiego słowa „spektrum”, które oznacza „widzenie”, a nawet „ducha”. Ale temat, zwany tak ponurym słowem, jest bezpośrednio związany z tak pięknym zjawiskiem naturalnym, jak tęcza.

W szerokim znaczeniu widmo to rozkład wartości określonej wielkości fizycznej. Szczególnym przypadkiem jest rozkład częstotliwości promieniowania elektromagnetycznego. Światło, które jest postrzegane przez ludzkie oko, jest również rodzajem promieniowania elektromagnetycznego i ma widmo.

Odkrycie widma

Zaszczyt odkrycia widma światła należy do I. Newtona. Rozpoczynając te badania, naukowiec dążył do praktycznego celu: poprawy jakości soczewek do teleskopów. Problem polegał na tym, że widoczne krawędzie obrazu były pomalowane we wszystkie kolory tęczy.

I. Newton przeprowadził eksperyment: promień światła przedostał się do zaciemnionego pokoju przez mały otwór, który spadł na ekran. Ale na jego drodze umieszczono trójścienny szklany pryzmat. Zamiast białej plamki na ekranie pojawił się tęczowy pasek. Białe światło słoneczne okazało się złożone, złożone.

Naukowiec skomplikował eksperyment. Zaczął robić małe dziurki w ekranie tak, że przechodził przez nie tylko jeden kolorowy promień (na przykład czerwony), a za ekranem drugi i kolejny ekran. Okazało się, że kolorowe promienie, na które pierwszy pryzmat rozłożył światło, nie rozkładają się na jego części składowe, przechodząc przez drugi pryzmat, tylko się odchylają. Dlatego te promienie świetlne są proste, ale zostały załamane na różne sposoby, co pozwoliło „” rozdzielić światło.

Stało się więc jasne, że różne kolory nie wynikają z różnych stopni „zmieszania światła z ciemnością”, jak sądzono przed I. Newtonem, ale są składnikami samego światła. Kompozycję tę nazwano widmem światła.

Odkrycie I. Newtona miało ogromne znaczenie dla swoich czasów, dało wiele do badania natury światła. Ale prawdziwa rewolucja w nauce, związana z badaniem widma światła, nastąpiła w połowie XIX wieku.

Niemieccy naukowcy RV Bunsen i GR Kirchhoff badali widmo światła emitowanego przez ogień, który miesza się z parowaniem różnych soli. Widmo zmieniało się w zależności od zanieczyszczeń. To doprowadziło naukowców do pomysłu, że widma światła można wykorzystać do oceny składu chemicznego Słońca i innych gwiazd. Tak narodziła się metoda analizy spektralnej.

Słowo „widmo” wielki angielski naukowiec Isaac Newton oznaczał wielokolorowy pasek, który uzyskuje się, gdy promień słońca przechodzi przez trójkątny pryzmat. To pasmo jest bardzo podobne do tęczy i to właśnie to pasmo jest najczęściej nazywane widmem w życiu codziennym. Tymczasem każda substancja ma swoje własne widmo emisyjne lub absorpcyjne i można je zaobserwować, przeprowadzając kilka eksperymentów. Właściwości substancji dające różne widma są szeroko stosowane w różnych dziedzinach działalności. Na przykład analiza spektralna jest jedną z najdokładniejszych metod kryminalistycznych. Bardzo często ta metoda jest stosowana w medycynie.

Będziesz potrzebować

• - spektroskop;
• - palnik gazowy;
• - mała ceramiczna lub porcelanowa łyżeczka;
• - czysta sól kuchenna;
• - przezroczysta probówka wypełniona dwutlenkiem węgla;
• - potężna żarówka;
• - mocna "ekonomiczna" lampa gazowa.

Instrukcja

• W przypadku spektroskopu dyfrakcyjnego weź płytę CD, małe kartonowe pudełko, kartonowe etui na termometr. Wytnij kawałek dysku, aby pasował do pudełka. Na górnej płaszczyźnie pudełka, przy jego krótkiej ściance, umieść okular pod kątem około 135° do powierzchni. Okular to fragment obudowy termometru. Wybierz miejsce na szczelinę eksperymentalnie, na przemian przebijając i uszczelniając otwory na innej krótkiej ścianie.
• Zainstaluj mocną żarówkę naprzeciw szczeliny spektroskopu. W okularze spektroskopu zobaczysz widmo ciągłe. Taki skład widmowy promieniowania istnieje w każdym ogrzewanym obiekcie. Nie posiada linii emisyjnych i absorpcyjnych. W naturze to widmo jest znane jako tęcza.
• Nasyp sól do małej ceramicznej lub porcelanowej łyżeczki. Skieruj szczelinę spektroskopu na ciemny, nieświecący obszar nad jasnym płomieniem palnika. Włóż łyżkę soli do ognia. W momencie, gdy płomień zmieni kolor na intensywnie żółty, będzie można obserwować widmo emisyjne badanej soli (chlorku sodu) w spektroskopie, gdzie linia emisyjna w obszarze żółtym będzie szczególnie dobrze widoczna. Ten sam eksperyment można przeprowadzić z chlorkiem potasu, solami miedzi, wolframu i tak dalej. Tak wyglądają widma emisyjne - jasne linie w pewnych obszarach ciemnego tła.
• Skieruj szczelinę roboczą spektroskopu na jasną żarówkę. Umieść przezroczystą rurkę wypełnioną dwutlenkiem węgla tak, aby zakrywała szczelinę roboczą spektroskopu. Przez okular można obserwować widmo ciągłe poprzecinane ciemnymi pionowymi liniami. Jest to tak zwane widmo absorpcyjne, w tym przypadku - dwutlenek węgla.
• Skierować szczelinę roboczą spektroskopu na włączoną lampę „oszczędną”. Zamiast zwykłego widma ciągłego zobaczysz zestaw pionowych linii rozmieszczonych w różnych częściach i przeważnie o różnych kolorach. Z tego możemy wywnioskować, że widmo emisyjne takiej lampy bardzo różni się od widma zwykłej żarówki, co jest niezauważalne dla oka, ale wpływa na proces fotografowania.

• instruktaż

Przyjaciele, zbliża się piątkowy wieczór, to wspaniały kameralny czas, kiedy pod osłoną kuszącego zmierzchu można wziąć swój spektrometr i całą noc mierzyć widmo żarówki, aż do pierwszych promieni wschodzącego słońca, a kiedy słońce wschodzi, zmierz jego widmo.
Jak to możliwe, że nadal nie masz swojego spektrometru? To nie ma znaczenia, idźmy pod cięcie i poprawmy to nieporozumienie.
Uwaga! Ten artykuł nie udaje pełnoprawnego samouczka, ale być może w 20 minut po jego przeczytaniu rozłożysz swoje pierwsze widmo promieniowania.

Mężczyzna i spektroskop

Właściwie dzięki pracy autora zmontowałem swój pierwszy spektroskop z transmisyjnej siatki dyfrakcyjnej płyty DVD i kartonika spod herbaty, a jeszcze wcześniej z gęstego kawałka tektury ze szczeliną i transmisyjnej siatki z Pusta płyta DVD mi wystarczyła.
Nie mogę powiedzieć, że wyniki były oszałamiające, ale udało nam się uzyskać pierwsze widma, cudem zapisane zdjęcia procesu pod spoilerem

Spektroskopy fotograficzne i widmo

Pierwsza opcja z kawałkiem tektury

Druga opcja z pudełkiem herbaty

I przechwycone widmo

Jedyną rzeczą dla mojej wygody, zmodyfikował ten projekt za pomocą kamery wideo USB, okazało się, że:

zdjęcie spektrometru

Muszę od razu powiedzieć, że ta modyfikacja uchroniła mnie przed koniecznością korzystania z aparatu w telefonie komórkowym, ale była jedna wada: nie można było skalibrować aparatu do ustawień usługi Spectral Worckbench (co zostanie omówione poniżej). Dlatego nie byłem w stanie uchwycić widma w czasie rzeczywistym, ale całkiem możliwe było rozpoznanie już zebranych zdjęć.

Załóżmy więc, że kupiłeś lub zmontowałeś spektroskop zgodnie z powyższymi instrukcjami.
Następnie załóż konto w projekcie PublicLab.org i wejdź na stronę serwisu SpectralWorkbench.org Następnie opiszę Ci technikę rozpoznawania widma, którą sam stosowałem.
Na początek będziemy musieli skalibrować nasz spektrometr.W tym celu trzeba będzie zrobić zdjęcie widma świetlówki, najlepiej dużej lampy sufitowej, ale wystarczy lampa energooszczędna.
1) Naciśnij przycisk Przechwyć widma
2) Prześlij obraz
3) Wypełnij pola, wybierz plik, wybierz nową kalibrację, wybierz urządzenie (możesz wybrać mini spektroskop lub po prostu niestandardowy), wybierz widmo, które posiadasz, pionowe lub poziome, aby było jasne, że widma w zrzut ekranu poprzedniego programu są poziome
4) Otworzy się okno z wykresami.
5) Sprawdź, jak obraca się twoje widmo. Niebieski zakres powinien znajdować się po lewej stronie, czerwony zakres powinien znajdować się po prawej stronie. Jeśli tak nie jest, wybieramy więcej narzędzi – przycisk flip w poziomie, po czym widzimy, że obraz się obrócił, a wykres nie, więc naciskamy więcej narzędzi – ponownie wyodrębniamy z foto, wszystkie piki ponownie odpowiadają rzeczywistym pikom .

6) Naciśnij przycisk Calibrate, naciśnij przycisk start, wybierz niebieski pik bezpośrednio na wykresie (patrz zrzut ekranu), naciśnij LPM, a wyskakujące okienko otworzy się ponownie, teraz musimy nacisnąć koniec i wybrać ostatni zielony pik, po którym strona odświeży się i otrzymamy obraz skalibrowanych długości fal.
Teraz możesz wypełnić inne badane widma, prosząc o kalibrację, musisz podać wykres, który już skalibrowaliśmy.

Zrzut ekranu

Typ skonfigurowanego programu

Uwaga! Kalibracja zakłada, że ​​będziesz w przyszłości robił zdjęcia tym samym urządzeniem, którym kalibrowano zmianę rozdzielczości obrazu, mocne przesunięcie widma na zdjęciu względem pozycji na kalibrowanym egzemplarzu może zniekształcić wyniki pomiarów.
Szczerze mówiąc, trochę poprawiłem swoje zdjęcia w edytorze. Jeśli było podświetlenie, to przyciemniałem otoczenie, czasem trochę obracałem widmo, aby uzyskać prostokątny obraz, ale jeszcze raz powtarzam rozmiar pliku i położenie względem środka obrazu samego widma lepiej nie zmieniać .
W przypadku innych funkcji, takich jak makra, automatyczna lub ręczna regulacja jasności, sugeruję, abyś sam to wymyślił, moim zdaniem nie są one tak krytyczne.
Otrzymane wykresy są następnie wygodnie przenoszone do CSV, przy czym pierwszą liczbą będzie ułamkowa (prawdopodobnie ułamkowa) długa fala, a średnia względna wartość natężenia promieniowania zostanie oddzielona przecinkiem. Uzyskane wartości pięknie prezentują się w postaci wykresów zbudowanych np. w Scilabie

SpectralWorkbench.org ma aplikacje na smartfony. nie używałem ich. więc nie mogę tego ocenić.

Miłego dnia we wszystkich kolorach tęczy przyjaciele.

Pytania.

1. Jak wygląda widmo ciągłe?

Widmo ciągłe to pasmo składające się ze wszystkich kolorów tęczy, płynnie przechodzących w siebie.

2. Ze światła jakich ciał uzyskuje się widmo ciągłe? Daj przykłady.

Widmo ciągłe uzyskuje się ze światła ciał stałych i ciekłych (żarnik lampy elektrycznej, stopiony metal, płomień świecy) o temperaturze kilku tysięcy stopni Celsjusza. Dają go również świecące gazy i opary pod wysokim ciśnieniem.

3. Jak wyglądają widma liniowe?

Widma liniowe składają się z pojedynczych linii o określonych kolorach.

4. Jak uzyskać widmo liniowe emisji sodu?

Aby to zrobić, możesz dodać kawałek soli kuchennej (NaCl) do płomienia palnika i obserwować widmo przez spektroskop.

5. Z jakich źródeł światła uzyskuje się widma liniowe?

Widma liniowe są charakterystyczne dla świecących gazów o małej gęstości.

6. Jaki jest mechanizm otrzymywania liniowych widm absorpcyjnych (tj. co należy zrobić, aby je otrzymać)?

Widma absorpcji liniowej uzyskuje się przepuszczając światło z jaśniejszego i gorętszego źródła przez gazy o małej gęstości.

7. Jak uzyskać liniowe widmo absorpcyjne sodu i jak ono wygląda?

Aby to zrobić, światło z żarówki należy przepuścić przez naczynie z parami sodu. W wyniku tego w widmie ciągłym światła żarówki pojawią się wąskie czarne linie, w miejscu gdzie w widmie emisyjnym sodu znajdują się żółte linie.

8. Jaka jest istota prawa Kirchhoffa dotyczącego widm liniowych emisji i absorpcji?

Prawo Kirchoffa mówi, że atomy danego pierwiastka pochłaniają i emitują fale świetlne o tych samych częstotliwościach.