физика леч / методичка / цикл 3 / спектроскоп 3

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

Тема: «ИЗУЧЕНИЕ СПЕКТРОСКОПА. НАБЛЮДЕНИЕ СПЕКТРА ПОГЛОЩЕНИЯ ОКСИГЕМОГЛОБИНА»

ЦЕЛЬ. Изучить теоретические основы спектрометрии, научиться получать спектры с помощью спектроскопа и анализировать их.

ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ. Спектроскоп, лампа накаливания, пробирка с кровью (оксигемоглобин), штатив, проволока с кусочком ваты, колбочка со спиртом, соль поваренная (хлористый натрий), спички.

ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ

1.Определение дисперсии света.

2.Ход лучей в спектроскопе.

3.Типы и виды спектров.

4.Правило Кирхгофа.

5.Особенности излучения и поглощения энергии атомами.

6.Понятие спектрометрии и спектроскопии.

7.Применение спектрометрии и спектроскопии в медицине.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

Дисперсией световых волн называется явление, обусловленное зависимостью показателя преломления от длины волны.

Рис.1. Дисперсия света

Для многих прозрачных веществ показатель преломления возрастает с уменьшением длины волны, т.е. фиолетовые лучи преломляются сильнее красных, что соответствует нормальной дисперсии.

Распределение какого-либо излучения по длинам волн называется спектром этого излучения. Спектры, получаемые от светящихся тел, называются спектрами испускания. Спектры испускания бывают трех видов: сплошные, линейчатые и полосатые. Сплошной спектр, в котором спектральные линии непрерывно переходят одна в другую, дают накаленные

твердые, жидкие тела и газы при большом давлении.

Рис.2. Сплошной спектр испускания

Атомы нагретых разряженных газов или паров дают линейчатый спектр, состоящий из отдельных цветных линий. Каждый химический элемент имеет характерный для него линейчатый спектр.

Рис.3. Линейчатый спектр испускания

Полосатый (молекулярный спектр), состоящий из большого числа отдельных линий, сливающихся в полосы, дают светящиеся газы и пары.

Прозрачные вещества поглощают часть падающего на них излучения, поэтому в спектре, полученном после прохождения белого света через вещество, часть цветов исчезает, появляются тонкие линии или полосы.

Спектры, образованные совокупностью темных линий на фоне сплошного спектра раскаленных твердых, жидких или газообразных сред большой плотности, называются спектром поглощения.

Рис.4. Спектр поглощения

Согласно закону Кирхгофа, атомы или молекулы данного вещества поглощают свет тех же длин волн, которые они испускают в возбужденном состоянии.

Излучаемая атомами или молекулами энергия формирует спектр испускания, а поглощаемая - спектр поглощения. Интенсивность спектральных линий определяется числом одинаковых переходов электронов с одного уровня на другой, происходящих в секунду, и поэтому зависит от количества излучаемых (поглощающих) атомов и вероятности соответствующего перехода. Структура уровней и, следовательно, спектров зависит не только от строения одиночного атома или молекулы, но и от внешних причин.

Спектры являются источником различной информации. Метод качественного и количественного анализа вещества по его спектру называется спектральным анализом. По наличию в спектре определенных спектральных линий можно обнаружить малые количества химических элементов (до 10-8 г), чего нельзя сделать химическими методами.

ВНЕШНИЙ ВИД СПЕКТРОСКОПА

Рис. 5.

УСТРОЙСТВО СПЕКТРОСКОПА

Рис. 6.

Спектроскоп имеет следующие основные части (рис. 6):

1.Коллиматор К, представляющий собой трубку с объективом О1 на одном конце и со щелью Щ на другом. Щель коллиматора освещается

лампой накаливания. Так как щель находится в фокусе объектива О1, то лучи света, выйдя из коллиматора, падают на призму П параллельным пучком.

2.П – призма, в которой происходит преломление и разложение пучка лучей по их длине волны.

3.Зрительная труба Т состоит из объектива О2 и окуляра Ок. Объектив О2 служит для того, чтобы фокусировать вышедшие из призмы П

параллельные цветные лучи в своей фокальной плоскости. Окуляр Ок представляет собой лупу, через которую рассматривается изображение, даваемое объективом О2.

Рис. 2. Устройство спектроскопа и образование спектра.

Образование спектра в спектроскопе происходит следующим образом. Каждая точка щели спектроскопа, освещенная источником света, посылает в объектив коллиматора лучи, выходящие из него параллельным пучком. Выйдя из объектива, параллельный пучок падает на переднюю грань призмы П. После преломления на ее передней грани пучок разделяется на ряд параллельных монохроматических пучков, идущих по разным направлениям в соответствии с различным преломлением лучей разных длин волн. На рисунке 6 изображены всего два таких пучка - например, красного и фиолетового цвета определенных длин волн. После преломления на задней грани призмы П лучи выходят в воздух по-прежнему в виде пучков параллельных лучей, составляющих друг с другом некоторый угол.

Преломившись в объективе О2, параллельные пучки лучей различных длин волн соберутся каждый в своей точке задней фокальной плоскости объектива. В этой плоскости получится спектр: ряд цветных изображений входной щели, число которых равно количеству различных монохроматических излучений, имеющихся в свете.

Окуляр Ок располагается так, чтобы полученный спектр находился в его фокальной плоскости, которая должна совпадать с задней фокальной плоскостью объектива О2. В этом случае глаз будет работать без напряжения, т.к. от каждого изображения спектральной линии в него будут входить параллельные пучки лучей.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1.Что понимают под дисперсией света?

2.Что такое спектр?

3.Какой спектр называется непрерывным или сплошным?

4.Излучения каких тел дают полосатые спектры?

5.Какие тела при излучении дают линейчатый спектр? Что он из себя представляет?

6.Объясните образование спектров в спектроскопе.

7.Правило Кирхгофа.

8.Что называется спектральным анализом?

9.Применение спектрального анализа.

10.Какие тела называются белыми, черными, прозрачными?