Изучение спектров испускания и поглощения

Возбужденные одноатомные газы при достаточном разрежении дают излучение с линейчатым спектром. Спектр характерен для каждого химического элемента в состоянии разреженного газа. Он состоит из ряда тонких линий, которые в разных участках видимой области спектра имеют различный цвет. Возбужденные пары сложных веществ образуют спектры в виде полос, каждая из которых соответствует набору излучений близких частот.

Нагретое твердое тело или жидкость дают излучение со сплошным спектром. Если на пути между источником света со сплошным спектром и входной щелью спектрального прибора помещается вещество, поглощающее излучение в некоторых диапазонах длин волн, то в сплошном спектре источника возникнут темные области, соответствующие длинам волн поглощенного излучения. Такой спектр называется спектром поглощения.

Главная цель настоящей работы состоит в определении длин волн линий спектра неона. Излучение анализируется с помощью монохроматора УМ-2.

 

Монохроматор УМ-2 и источники излучения

Основные данные: диапазон спектра 3800 - 10 000Å; линейная дисперсия (при = 4860) - 80 Å /мм.

Оптическая система монохроматора показана на рис. 18.1, где 1 - источник света, 2 - конденсор, 3 - входная щель монохроматора, 4 - объектив коллиматора, 5 - спектральная призма, 6 - объектив зрительной трубы, 7 - выходная щель, 8 - окуляр. Свет через входную щель падает на объектив коллиматора и параллельным пучком проходит через призму. Под углом 90° к падающему пучку света помещается выходная труба монохроматора.

Рис. 18.1

Поворачивая призменный столик на различные углы относительно пучка света, получают в выходной щели свет различной длины волны, проходящий через призму в условиях минимума отклонения.

Внешний вид монохроматора показан на рис. 18.2. Монохроматор состоит из коллиматора 5, призменного

Рис. 18.2

столика 3 с поворотным механизмом и выходной трубы 2. В качестве входной щели коллиматора применена стандартная симметричная щель с шириной раскрытия от 0 до 4 мм, высотой 15 мм, с ценой деления на барабанчике 6,

Рис. 18.2

равной 0,01 мм.

Столик 3 с призмой 4 получает движение от микрометрического винта поворотного механизма 7. На измерительном барабане 8 поворотного механизма нанесены деления. Отсчет читается против индекса 9, скользящего по спиральной канавке.

В первой фокальной плоскости окуляра зрительной трубы имеется указатель, освещаемый ленточной лампой через сменные светофильтры в револьверной оправе 1. При работе в любой области спектра указатель может быть освещен светом той же длины волны.

 

Порядок выполнения работы

Первая часть работы заключается в определении длин волн линий спектра неона. Спектр неона получается при помощи неоновой лампы «тлеющего разряда».

Призматический спектр в различных участках растянут различно. Одному и тому же интервалу длин волн соответствует возрастающее по мере перехода от красного к фиолетовому концу спектра линейное расстояние . Таким образом, для определения длин волн спектральных линий необходимо прежде всего проградуировать шкалу барабана 7 в длинах волн, т.е. найти зависимость , где l - отсчет по шкале. Градуировка осуществляется с помощью известного линейчатого спектра паров ртути. Расположение и длины волн спектра паров ртути приведены на рис. 18.3 и в таблице.

		Рис. 18.3

1. Поставить на скамью ртутную лампу. Включить. Режим включения указан на рабочем месте.

2. Необходимо снять показания, по шкале барабана монохроматора, соответствующие наиболее ярким спектральным линиям. Эти отсчеты занести в таблицу. Измерения произвести один раз, погрешность оценить в два деления шкалы барабана.

3. После выполнения градуировки ртутную лампу заменяют исследуемой лампой.

4. Измеряют положение линий спектра газа, отмечая цвет линий и занося отсчеты по барабану в таблицу.

Таблица

Линии спектра ртути	Неизвестный газ
Цвет	, нм	li	Цвет	li	, нм
Красная 1	690,7
Красная 2	673.6
Красная 3	623,4
Оранжевая 1	612,3
Оранжевая 2	607,3
Желтая 1	579,1
Желтая 2	577,0
Зеленая	546,1
Голубая 1	496,2
Голубая 2	491,6
Синяя 1	435,8
Синяя 2	434,7
Синяя 3	433,9
Фиолетовая 1	407,8
Фиолетовая 2	404.7

 

Вторая часть работы заключается в наблюдении спектров поглощения. Если осветить щель коллиматора белым светом от нити лампы накаливания, то в окуляр виден сплошной спектр. Если между источником и щелью поместить вещество (жидкость, газ, твердое вещество), поглощающее свет определенных длин волн, то в спектре появятся темные места. Таким образом, получается спектр поглощения. Спектры поглощения находятся в соответствии со спектрами испускания (закон Кирхгофа) и по ним также можно судить о химическом составе поглощающего вещества.