Часть 3.

Приборы, с помощью которых исследуется распределение энергии излучения по длинам волн, называются спектрографами и спектроскопами. Спектроскоп дает возможность вести визуальный спектральный анализ. Наше зрение чувствительно приблизительно к диапазону электромагнитных волн от до . Для получения спектра за этими пределами в ультрафиолетовой и инфракрасной областях используют спектрографы, которые проектируют спектр на фотографическую пластинку.

Основным элементом спектроскопа и спектрографа является так называемое диспергирующее устройство. Это устройство отклоняет лучи разных длин волн на разные углы. В качестве таких устройств могут быть стеклянные, кварцевые и т.д. призмы и дифракционные решетки. Исходя из этого спектральные приборы делятся на два больших класса: призменные и дифракционные спектрографы и спектроскопы.

Диспергирующее действие призмы обусловлено изменением показателя преломления вещества, из которого она сделана с длиной волны и углом между преломляющими поверхностями призмы. В области нормальной дисперсии лучи с короткими волнами отклоняются призмой сильнее, чем лучи с более длинными волнами. Вид з ависимости показателя преломления для стеклянной призмы (тяжелый флинт) в видимой части спектра показан на рисунке 1.

В соответствии с назначением прибора призмы изготовляют из различных веществ. В ультрафиолетовой области используют призмы из кварца и флюорита, в видимой области из оптического стекла, в инфракрасной – из различных солей .

Мерой дисперсии для спектрального прибора является угловая дисперсия , т.е. величина, показывающая, на сколько изменится угол отклонения луча света, если его длина волны изменится на . Иногда используется в качестве характеристики линейная дисперсия .

В спектральных приборах используется система линз перед щелью, перед призмой и после призмы (Работа 22. рис. 5).

Часть 4.

Из простых призм наиболее распространение получили призмы с преломляющим углом А в и . Из более сложных призм мы познакомимся с так называемой призмой Аббе.

Эта призма состоит из двух призм по , приклеенных к катетам прямоугольной призмы (рис. 2). Ход лучей в такой призме показан на рисунке 3. Спектрографы и спектроскопы, в которых используется призма Аббе, обычно исполнены таким образом, что входящий луч и луч для наблюдения перпендикулярны друг другу.

Иногда применяются спектральные приборы так называемого прямого видения. В основе спектроскопа такой конструкции лежит призма прямого зрения. Ход лучей в одной из призм такой конструкции изображен на рисунке 4. эта сложная призма состоит из трех призм. Коэффициент преломления средней призмы больше – коэффициентов преломления призм , прилегающих к ней. особенностью этой призмы является то, что одна из линий спектра, например, зеленая не изменяет своего первоначального направления по отношению к белому свету. Лучи с длиной, большей, чем у зеленой линии, отклоняются в одну сторону, а лучи с длиной волны, меньшей, чем у зеленой линии, отклоняются в другую сторону. Как правило, призма прямого видения (иногда ее называют «призма Амичи») используется в портативных и карманных спектроскопах.

Применение дифракционной решетки в качестве диспергирующего элемента основано на явлении дифракции света. Спектр от дифракционной решетки равномерный, в то время как спектр от призмы сжат в красной и растянут в фиолетовой области (рис. 1). Хорошие дифракционные решетки обладают большой дисперсией и поэтому спектрографы с дифракционной решеткой используются для точных научных исследований .для целей прикладной спектроскопии используются в основном призменные спектральные приборы ввиду их простоты и надежности в работе.

Задания и указания к их выполнению.

Стилоскоп – это специальный спектроскоп, предназначенный для визуального спектрального анализа металлов, в дуговом и искровом разряде. Внешний вид прибора показан на рисунке 6. Цифрами помечены: 1 – окуляр, 2 – барабан, связанный с поворотом призм, 3 – включение дуги, 4 – ток дуги, 5 – дуга, искра, 6 – поворот дискового медного электрода дуги, 7 – регулировка зазора дуги – расстояние между медным электродом и исследуемым образцом 9, 8 – столик для образцов. Вращая барабан 2, можно пронаблюдать весь спектр от красного до фиолетового.

Оптическая схема стилоскоп СЛ-11 изображена на рис. 7. Спектр от дуги направляется на щель через трехлинзовую оптическую системы 13, 14, 15. трапециевидная призма 2 направляет световой луч на объектив 3 и диспергирующие призмы 4 и 5. Призма 5, большой катет которой покрыт зеркальным слоем, может поворачиваться, вследствие чего спектр перемещается в поле зрения окуляра. Отражаясь от зеркального слоя призмы 5, лучи вновь проходят через диспергирующие призмы 5 и 4, при этом степень дисперсии лучей становится ее большей. Затем лучи различных длин волн через объектив 3 и призму 6 попадают в окуляр 8. в фокальной плоскости окуляра расположен фотометрический клин 7. он представляет собой узкую полоску платинового слоя меняющейся плотности, нанесенную на стеклянную пластинку и защищенную второй стеклянной пластинкой. Фотометрический клин предназначен для визуального сравнения интенсивности двух близких линий методом их выравнивания. Подробнее ход лучей в диспергирующих призмах 4 и 5 показан на рис. 8.

Задание 4. Наиболее интенсивные линии железа должны получиться такими:

5 красных линий в диапазоне ,

5 зеленых линий в диапазоне ,

З яркие линии между зеленой и голубой частями спектра с ,

3 линии между голубой и фиолетовой областями с ,

3 линии фиолетовые с .

Задание 5. проделываются все операции по подготовке прибора и измерениям, включают дугу и просматривают спектр в районе .

При наличии хрома в железе спектр будет иметь вид, изображенный на рисунке 9 (участок около ) и на рисунке 10 (участок вблизи ). Линии со стрелочками, изображенные на рис. 9 и обозначенные цифрами 1 и 2, относятся к спектру примеси, т.е. хрому. Все остальные линии являются характерными линиями железа.

Сравнивая интенсивности линий 1 и 2 с интенсивностями линий 4, 5, 6, 7, 8 железа, можно определить концентрацию примеси хрома в железе, пользуясь такой таблицей:

Процентное содержание хрома в железе	Соотношение интенсивностей линий

При проверке на большую концентрацию хрома в железе лучше пользоваться более простым участком спектра, который состоит из небольшого числа линий. Сравниваемая линия хрома для больших концентраций находится на волне , а вид участка спектра в районе этой линии показан на рисунке 10. сравнительные интенсивности линий хрома 1 и линий железа 2 и 3 даны в таблице:

Процентное содержание хрома в железе	Соотношение интенсивностей линий хрома и железа

Для получения зачета необходимо

уметь отвечать на вопросы типа:

а) Почему для наблюдения спектров веществ их нужно переводить в газообразное состояние?

б) Для чего в спектроскопе нужна щель?

в) Почему спектр от призмы сжат в красной области и растянут в фиолетовой?

г) Для возбуждения атомов газов применяют высокое напряжение. Почему?

д) Чем отличаются друг от друга спектр нити лампочки накаливания (это сплошной спектр) от спектра неоновой лампы (это полосатый спектр)?

е) Какой диапазон длин волн электромагнитного излучения воспринимают наши органы зрения? (от до )

ж) Как без помощи спектрального прибора определить, в какой части видимого спектра интенсивность излучения больше?