Опис спектральних приладів

Для вивчення спектрів випромінювання і поглинання деяких елементів в даній роботі використовується спектральний прилад– монохроматор УМ–2. Основними елементами будь-якого призмового спектрального приладу, як вказано на рис 2 і 3, є: призма, виготовлена з матеріалу зі значною дисперсією, призначена для розкладання світла в спектр; коліматорна труба зі щілиною та об'єктивом, що дає паралельний пучок світла, який падає на призму; зорова труба з об'єктивом та окуляром, якій призначений для фокусування і спостерігання спектра.

На рис. 2 дана принципова схема спектроскопу. Тут вузька вхідна щілина прибору освітлюється джерелом, випромінювання якого досліджується. Вхідна щілина приладу розміщена в фокальній площині об'єктиву О₁. Падаючі із об'єктиву паралельні промені проходять через призму, заломлюються нею і внаслідок дисперсії розкладаються в спектр. Оскільки всі монохроматичні промені виходять із призми паралельними пучками, то об'єктив О₂ збирає їх в одну точку фокальної площини, де розміщена вихідна щілина приладу. За допомогою зорової труби з висувним окуляром О₃ спостерігають кольорові зображення вхідної щілини або спектр.

Оптична схема монохроматора УМ-2 показана на рис. 3. Світло від джерела 1 фокусується конденсорною лінзою 2 на вхідній щілині 3 приладу. Через щілину 3 світло падає на об'єктив коліматора 4 і паралельним пучком проходить диспергуючу призму 5. Під кутом 90⁰ до падаючого пучка світла розміщується вихідна труба монохроматора. Повертаючи призмовий столик на різні кути відносно падаючого пучка світла, отримують на вихідній щілині світло різної довжини хвилі.

Для монохроматора, як і для будь-якого спектрального приладу, можна побудувати градуювальну криву, тобто залежність довжини хвилі, яка пройшла через вихідну щілину приладу, від кута обертання призми, який вказаний на барабані. Користуючись цією кривою зазвичай розв'язують зворотну задачу: по показам шкали барабана визначають довжини хвиль у досліджуваному спектрі.

Рис. 2.

1. S – вхідна щілина;

2. О ,О ,О - об'єктиви;

3. S – вихідна щілина.

Рис. 3.

1 – джерело світла; 2 - конденсор; 3 - лінза; 4 - вхідна щілина; 5 - об'єктив коліматора; 6 - диспергуюча призма; 7 - об'єктив зорової труби; 8 - вихідна щілина.

Монохроматор УМ – 2 призначений для різних спектральних досліджень і розв'язку різноманітних аналітичних задач. Монохроматор УМ – 2 виділяє вузькі монохроматичні діапазони спектра у видимій і ближчій інфрачервоній областях в діапазоні довжин хвиль від 3800 до 10000 А (1А=10^-10м).

Для живлення неонової лампи, лампи розжарення і лампочок освітлення шкал і показника використовується блок живлення.

Порядок виконання роботи.

1. Ознайомитись з принципом дії монохроматора УМ–2 і підготувати його до роботи. Встановити на відстані 453 мм від площини щілини коліматорної труби неонову лампу. В цій лампі відбувається розряд між електродами. Атоми неону збуджуються електричним полем і за малий інтервал часу переходять із збудженого в нормальний стан, що відповідає переходу електронів з більш високих на більш низькі енергетичні рівні. При цьому атоми газу випромінюють електромагнітні хвилі певної довжини, які характерні для даного газу.

Для проектування джерела світла на щілину користуються ахроматичним конденсором, передня площина якого розміщується на відстані 130мм від джерела. Через окуляр зорової труби спостерігається досліджуваний спектр. Найбільш різке зображення спектральних ліній отримують переміщенням окуляра. Після встановлення окуляра виконується зменшення щілини до отримання вузьких спектральних ліній.

2. Вивчити спектр неону. Переміщуючи столик призми обертанням барабана з поділками, послідовно перейти від червоної частини спектра до фіолетової, фіксуючи при цьому показники шкали при співпаданні „візира” з найбільш яркими лініями спектра. Дані занести у відповідну таблицю. Користуючись градуювальною кривою, визначити довжини хвиль основних найбільш ярких ліній у спектрі неону.

3. Визначити довжину хвилі ліній у жовтій області спектра випромінювання Na. Замість неонової лампи встановити перед щілиною коліматора палаючу спиртівку і в її полум'я ввести небагато повареної солі.

Завдання: отримавши лінійчатий спектр випромінювання Na, визначити за градуювальною кривою довжини хвиль жовтих ліній в спектрі Na.

4. Вивчити спектри поглинання розчинів. Прибрати спиртівку і встановити перед щілиною коліматора лампу розжарювання, використавши при цьому для рівномірного освітлення щілини ахроматичний конденсор. Перед щілиною встановити пробірку з досліджуваним розчином. Зафіксувати показники шкали барабану монохроматора.

Завдання: визначити за градуювальною кривою довжини хвиль ліній в спектрі поглинання даної речовини(або межі смуги поглинання). Результати вимірювань занести у таблицю 1.

Таблиця 1

Спектри випромінювання					Спектри поглинання
Еле- мент	№№ спект-раль- них ліній	Колір спект-раль- них ліній	Покази барабана	Довжина хвилі, нм	Речовина	№№ спект- раль- них ліній	Покази барабана для границь смуг		Довжини хвиль границь смуг, нм
							ліва	права	ліва	права
Ne 1 … 9 Na 1 2					Роз- чин марган- цевого кислого калію