Задание 1. Градуировка спектроскопа по спектру ртутной лампы.

1. Включите ртутную лампу. С помощью линзы-конденсора сфокусируйте излучение лампы на входную щель спектрального прибора. Установите ширину щели примерно 0,5 мм. Аккуратным перемещением спектроскопа относительно светового пучка добейтесь появления на матовой пластинке ярких цветных линий спектра ртути.

2. Используя атлас спектральных линий ртути (он имеется в лаборатории), постройте график зависимости длины волны света (от положения (х) на шкале линейки.

Задание 2. Определение линейной и угловой дисперсии спектроскопа.

Линейная и угловая дисперсии являются важными характеристиками спектральных приборов. Линейная дисперсия D* показывает какой интервал длин волн приходится на единицу длины спектра, т.е. D* = d/dx. Угловая дисперсия D показывает на какой угол в спектральном приборе разделяются световые потоки, отличающиеся на единицу длины волны, т.е. D = d/d. Угловая дисперсия определяется дисперсией призмы, а линейная дисперсия еще и фокусным расстоянием камерного объектива прибора. На рис. 2 показано преломление призмой параллельного пучка света, состоящего из двух волн с длинами ₁ и ₂ и формирование изображения спектральных линий в фокальной плоскости

камерного объектива F₁. При использовании объектива с несколько большим фокусным расстоянием спектральные линии будут располагаться в плоскости F₂ на расстоянии dx₂, которое больше, чем dx₁. Таким образом, увеличение фокусного расстояния f камерного объектива увеличивает линейную дисперсию, но не изменяет угловую дисперсию спектрального прибора. Из рис. 2 следует, что , откуда D* =f D.

1. Используя градуировочный график спектроскопа, вычислите его линейную дисперсию. Для этого разбейте шкалу длин волн на малые участки определите соответствующие интервалы x. Для центров этих участков вычислите D* = /x.

2. Результаты вычислений представьте графически как функцию D*=f(). Объясните причину нелинейности графика.

3. Измерьте с помощью линейки фокусное расстояние камерного объектива f. Постройте график зависимости угловой дисперсии от длины волны, используя соотношение D* =f D.

Задание 3. Наблюдение спектров поглощения различных веществ.

1. Включите лампу накаливания. С помощью линзы-конденсора сфокусируйте излучение лампы на входной щели спектрального прибора. Установите ширину щели примерно 0,5 мм. Аккуратным перемещением спектроскопа относительно светового пучка добейтесь появления на матовой пластинке яркой сплошной радужной полосы, то есть спектра лампы накаливания.

2. Помещая на пути светового пучка поочередно кюветы с растворами веществ, стеклянные и пластиковые фильтры, кристаллы, 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.

Задание 4. Идентификация веществ по спектрам поглощения.

1. Прикладывая полоски кальки к матовому стеклу спектроскопа, карандашом нарисуйте полосы поглощения известных (эталонных) веществ, помещая их поочередно на пути светового пучка от лампы накаливания.

2. Повторите пункт 1 с исследуемыми растворами, имеющими условную нумерацию на кюветах.

3. Сопоставляя спектры эталонных веществ и исследуемых, идентифицируйте растворы в пронумерованных кюветах. Кальки со спектрами поглощения эталонов и исследуемых веществ вклейте в отчет.

Контрольные вопросы:

1. Каково назначение спектроскопа?

2. Постройте ход светового пучка в спектроскопе.

3. Для чего служит коллиматор?

4. Для чего служит камерный объектив?

5. Чем определяется рабочий диапазон длин волн спектроскопа?

6. Почему спектральные линии ртутной лампы имеют вид вертикальных цветных полосок?

7. Почему спектр ртутной лампы является линейчатым?

8. Перечислите различные типы оптических спектров.

9. От чего зависит линейная дисперсия спектроскопа?

10. От чего зависит угловая дисперсия спектроскопа?

11. Что можно использовать в спектроскопе вместо призмы в качестве диспергирующего элемента?

12. Объясните причину появления спектров поглощения растворов. Почему они индивидуальны для каждого вещества? Почему ширина полос поглощения растворов намного больше ширины спектральных линий от ртутной лампы?

13. Почему линии в спектре ртути отличаются друг от друга по яркости?

14. Как влияет ширина щели спектроскопа на качество наблюдаемого спектра?

15. Как отражается на спектре поглощения раствора изменение его концентрации? Толщины поглощающего слоя?

16. 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.