Задание 2. Измерение длин волн в спектре неоновой лампы.

1. Установите неоновую лампу на рельс перед монохроматором, включите ее и сфокусируйте излучение на щель. Выведите в поле зрения красный участок спектра. Регулируя ширину щели и настройку коллиматора, добейтесь резкого раздельного изображения узких, близко расположенных спектральных линий.

2. Последовательно перемещаясь от крайней красной линии до зеленой, совмещайте спектральные линии с маркером окуляра и фиксируйте деления на шкале барабана.

3. Используя градуировочный график монохроматора, определите длины волн в спектре неона.

Задание 3. Исследование зависимости разрешающей способности монохроматора от ширины входной щели.

Разрешающая способность монохроматора - важнейшая характеристика прибора. Она характеризует минимальный спектральный интервал между центрами двух соседних линий, которые прибор способен показать раздельно, без слияния их изображений. Этот параметр зависит от дисперсии призмы, аберраций оптики прибора, а также от ширины входной и выходной щелей. В данном упражнении необходимо определить его зависимость от ширины входной щели для монохроматора УМ-2 при визуальном наблюдении спектра.

1. Установите минимальный размер щели, обеспечивающий четкое, раздельное изображение всех спектральных линий неона в красной области.

2. Выведите в поле зрения две наиболее близкие красные линии и определите разницу в длинах их волн

3. Плавно увеличивая ширину щели, добейтесь слияния изображения этих линий. Запишите значение ширины щели d₁, при которой начинается слияние.

4. Проделайте пункты 1-3 для другой пары соседних линий, отличающихся примерно на величину , затем на , и .

5. Постройте график зависимости разрешаемого интервала от ширины щели d. Объясните полученную зависимость.

Задание 4. Наблюдение спектров поглощения различных веществ.

1. Установите лампу накаливания на рельс перед монохроматором и включите ее. С помощью линзы-конденсора сфокусируйте излучение лампы на щель.

2. Выведите в поле зрения окуляра желто-зеленую область спектра. Меняя ширину щели, установите умеренную яркость спектра удобную для наблюдения.

3. Установите предметный столик перед щелью монохроматора. Помещая на пути светового пучка поочередно кюветы с растворами веществ, стеклянные фильтры и кристаллы, имеющиеся в комплекте к данной работе, определите диапазоны поглощаемых длин волн. Результаты наблюдений представьте в виде таблицы «Вещество-Полосы поглощения (нм)». Обратите внимание на связь между цветом веществ и их спектрами поглощения.

4. Сравните между собой спектры поглощения фильтров из пластиковых пленок голубого и зеленого цветов. Найдите причину различия в их цвете.

Контрольные вопросы

1. Каково назначение монохроматора?

2. Постройте ход светового пучка в монохроматоре.

3. Для чего служит коллиматор?

4. Для чего служит камерный объектив?

5. Чем определяется рабочий диапазон длин волн монохроматора?

6. Почему спектральные линии имеют вид вертикальных цветных полосок?

7. Почему спектры ртутной и неоновой ламп являются линейчатыми?

8. Почему линии в спектре ртути отличаются друг от друга по яркости и находятся на неравных расстояниях друг от друга (это свойственно и неону)?

9. Почему спектр неона отличается от спектра ртути?

10. Перечислите различные типы оптических спектров.

11. Почему разрешающая способность монохроматора зависит от качества изготовления оптических деталей монохроматора?

12. От чего зависит дисперсия призмы монохроматора?

13. Что можно использовать в монохроматоре вместо призмы в качестве диспергирующего элемента?

14. Объясните причину появления спектров поглощения растворов. Почему они индивидуальны для каждого вещества?

15. Почему ширина полос поглощения растворов намного больше ширины спектральных линий от ртутной или неоновой лампы?

16. Как отражается на спектре поглощения раствора изменение его концентрации? Изменение толщины поглощающего слоя?

17. Что такое явление атомной абсорбции? При каких условиях оно наблюдается? Для каких целей используется на практике?

Дополнительная литература

Лебедева В.В. Техника оптической спектроскопии. -М.: Изд-во МГУ, 1977.

Зайдель А.Н., Островская Г.В., Островский Ю.И. Техника и практика спектроскопии.- М.: Наука, 1976.

Нагибина И.М., Прокофьев В.К. Спектральные приборы и техника спектроскопии.- Л.: Машиностроение, 1981.

Лабораторная работа 82

Идентификация веществ по спектрам поглощения

на спектральном приборе СЛ-3

Введение

Данная работа выполняется с помощью призменного спектрального прибора СЛ-3, оптическая схема которого представлена на рис. 1. Излучение от лампы направляется на входную щель, которая установлена в фокальной плоскости объектива коллиматора. Образующийся параллельный пучок призмой полного внутреннего отражения направляется на систему из трех призм, которые разлагают его в спектр. Устройство этого узла можно посмотреть, сняв металлическую крышку с прибора. Совокупность монохроматических изображений входной щели (спектр источника) формируется в фокальной плоскости камерного объектива на матовой пластинке и наблюдается визуально. Приборы с визуальной регистрацией спектра называются спектроскопами. Если вместо матовой пластинки поместить кассету с фотопластинкой или с фотодиодной линейкой для регистрации спектров, то такой прибор будет спектрографом.

Приборы этого типа широко используются для спектрального анализа различных источников света (пламен, плазмы, электрических разрядов и т.д.), а также газообразных, жидких и твердых веществ по спектрам поглощения. Для получения спектров поглощения луч от источника сплошного спектра пропускают через исследуемое вещество и затем направляют в спектральный прибор. При этом регистрируют изменения в спектре источника, вызванные исследуемым веществом. Таким образом можно провести идентификацию вещества, обнаружить его в сложной смеси, определить его концентрацию, исследовать строение молекул, кинетику фазовых переходов, химических реакций и т.д. Современные приборы для решения таких задач достаточно сложны и дорогостоящи, но изучить основные принципы их работы можно на примере простого спектроскопа СЛ-3. Это является основной целью данной работы.