Устройство спектроскопа

Спектроскоп имеет следующие основные элементы (рис.5). Коллиматор К, представляющий собой трубку с объективом О₁ на одном конце и со щелью Щ — на другом, Щель коллиматора освещается (непосредственно или с помощью конденсора) источником света, спектр которого предполагается изучать. Так как щель находится в фокусе объектива О₁, лучи света, выйдя из коллиматора, падают на призму П параллельным пучком.

Преломляющая призма П, в которой происходит преломление и разложение пучка лучей, вышедшего из объектива коллиматора. Зрительная труба Т, состоящая из объектива О₂ и окуляра О_К. Объектив О₂ служит для того, чтобы фокусировать вышедшие из призмы П параллельные цветные лучи в своей фокальной плоскости. Окуляр О_К представляет собой лупу, через которую рассматривается изображение, даваемое объективом О₂.

Образование спектра в спектроскопе происходит следующим образом. Каждая точка щели спектроскопа, освещенной источником света, посылает в объектив коллиматора лучи, выходящие из него параллельным пучком. Рассмотрим пучок лучей, выходящих из центра щели. 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 рис.4 изображены всего два таких пучка — например, красного и синего цвета определенных длин волн. После преломления на задней грани призмы П лучи выходят в воздух по-прежнему в виде двух пучков параллельных лучей, составляющих друг с другом некоторый угол. Преломившись в объективе О₂ трубы Т, 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, освещающем щель. Узкие цветные изображения щели называются спектральными линиями.

Окуляр О_к располагается так, чтобы полученный спектр находился в его фокальной плоскости, которая должна, следовательно, совпадать с задней фокальной плоскостью объектива О₂. В этом случае глаз будет работать без напряжения аккомодации, так как от каждого изображения спектральной линии в него будут входить параллельные пучки лучей. В настоящее время широко применяются двухтрубные спектроскопы с микрометрическим устройством для поворота зрительной трубы и визирной нитью в ней. Зрительная труба может вращаться вокруг оси, проходящей через призму, при помощи микрометрического винта. Вращая трубу, можно установить визирную нить на любую линию спектра, отмечая при этом соответствующие деления на шкале микрометрического винта.

Учебные задачи:

Приборы и принадлежности: спектроскоп, ртутная лампа, газоразрядная водородная или неоновая лампа, лампа накаливания, пробирка с раствором оксигемоглобина.

Задание 1 Градуировка спектроскопа.

Для градуировки спектроскопа используется источник света, в спектре которого длины волн всех спектральных линий хорошо известны. В качестве такого источника используется ртутная лампа, так как спектр ртути содержит ряд линий в различных областях от фиолетовой части спектра до красной. Длины волн основных линий в спектре ртути приведены в таблице 4, приложения.

1.Наведите спектроскоп на источник света (ртутная лампа). Отрегулируйте четкий вид линий спектра и визирной линии.

2.Последовательно совмещая визирную линию со спектральными линиями, произведите отсчеты по микрометрическому винту.

3.Результаты занесите в таблицу 1.

4.Постройте градуировочный график спектроскопа как n=f(l)/

Таболица 1.

Показания микрометрического винта (n)	Длина волны (нм)	Цвет спектральной линии

Задание 2 Определение длин волн неизвестных линий в спектре испускания разряженного газа

1.Установите перед входной щелью спектроскопа источник излучения неизвестного спектрального состава (неоновая лампа, или пламя спиртовки, фитиль которой пропитан солями некоторых металлов

2.Последовательно совмещая визирную нить спектроскопа с линиями спектра произведите замер их положения с помощью микрометрического винта.

3. Результаты измерений занесите в таблицу 2.

Таблица 2.

Показания микрометрического винта (n)	Длина волны (нм)	Цвет спектральной линии

Задание 3 Наблюдение спектров поглощения раствора оксигемоглобина.

1.Щель спектроскопа осветите источником света, дающим сплошной спектр (лампа накаливания, угольная дуга).

2.На пути лучей перед щелью спектроскопа поместите исследуемую поглощающую среду. Щель спектроскопа должна быть возможно более узкой, так как при широкой щели узкие полосы или линии поглощения могут оказаться неразличимыми.

3.Совместите визирную нить с левой и правой границами полос поглощения раствора, и определите. длины волн света, соответствующие границам тёмных участков в спектре поглощения раствора.

4.Результаты измерений занесите в таблицу 3.

Таблица 3.

Полоса поглощения	Показания микрометрического винта	Спектральный диапазон поглощения
	nлев =……… nпр =……….	lлев =……… lпр =………
	nлев =……… nпр =……….	lлев =……… lпр =………

Сделайте вывод в котором укажите:

1.Почему градуировочный график не имеет линейного вида.

2.Почему регистрируемый Вами спектр излучения имеет линейчатый вид.

3.Почему спектр поглощения раствора представлен полосами.

Вопросы для контроля результатов усвоения

1.Что такое волновая функция и ее физический смысл?

3.В чем заключается принцип неопределенности Гейзенберга?

4.Почему энергетическое состояние электрона в атоме определяется четырьмя квантовыми числами?

5.Что характеризуют квантовые числа?

6.Чем отличается спектр поглощения света разряженным газом от спектра поглощения раствора.

7.В чем заключается явление дисперсии.

8.Каковы преимущества спектрального анализа:

9.В чем различие между качественным и количественным спектральным анализом.

10.Для чего необходим градировочный график спектроскопа.

Дата добавления: 2015-07-12