Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Цель научиться определять химическое строение сплава по его спектру излучения.
Оборудование спектрограф кварцевый ИСП-22, дуговой генератор ДГ 2, штатив для установки электродов ШТ-2, электроды из железа и исследуемого сплава, фотопластинки, оборудование фотолаборатории, спектропроектор ПС-18, атлас спектральных линий железа, таблицы спектральных линий химических элементов, реле времени.
Спектральный анализ — это физический метод анализа химического сплава вещества, основанный на исследовании спектров излучения или поглощения атомов или молекул.
Спектральный анализ, основанный на использовании оптических спектров излучения атомов и ионов, называют эмиссионным спектральным анализом. Эмиссионные линейчатые спектры, которые излучаются атомами и ионами, не зависят от того, в какие химические соединения входят эти атомы и ионы. Поэтому эти спектры используются для определения химических элементов, которые входят в состав анализируемого образца. Возбуждение спектров излучения, или эмиссионных спектров происходит при сжигании определенного количества исследуемого вещества (пробы) в электрической дуге, искре или другим соответствующим способом. При этом проба выпаривается, молекулярные соединения обычно диссоциируют на атомы, которые возбуждаются и дают свечение.
В методическом плане общая задача обычно подразделяется на две самостоятельные аналитические задачи: качественный спектральный анализ, цель которого — установить, какие химические элементы входят в состав исследуемого вещества, и количественный спектральный анализ, где устанавливается, в каком количестве тот или иной химический элемент входит в состав исследуемой пробы. При решении обоих этих задач используется одно и то же оборудование для возбуждения и регистрации спектров.
Экспериментальная установка для спектроаналитических исследований складывается из трех основных частей: источника возбуждения спектра, спектрального прибора и регистрирующей части.
Исследуемое вещество тем или иным способом переводится в парообразное состояние, и возбуждается свечение его паров. Излучение направляется в спектральный прибор, который пространственно диспергирует луч на его монохроматические компоненты и располагает их в упорядоченную картину по длинам волн. Спектр исследуемого вещества регистрируется визуально, фотографически или средствами фотоэлектрической регистрации. Фотопластинка, на которой сфотографирован спектр, или запись, которая получилась с помощью регистрируемого приспособления, называется спектрограммой.
Атомный спектральный анализ имеет ряд преимуществ перед другими промышленными методами определения химического состава материала. Спектральный анализ отличается высокой чувствительностью. С его помощью можно определить отдельные химические элементы в количестве миллионных долей миллиграмма. Для анализа спектральными методами достаточно небольшого количества вещества, что позволяет проводить анализ готовой продукции, используя ее в дальнейшем по назначению. При анализе пробы по ее спектру испускания удается одновременно определить почти все химические элементы в различных твердых, жидких и газообразных объектах. Длительность спектрального анализа при использовании современного отечественного оборудования составляет всего несколько минут. По своей точности спектральный анализ превосходит химический при определении малых концентраций вещества и несколько уступает ему при определении больших концентраций.
Спектры испускания (эмиссионные спектры) могут быть получены от любых самостоятельно светящихся источников света. Эмиссионные спектры зависят от агрегатного состояния вещества. Нить лампы накаливания, расплавленный металл испускают сплошной спектр. В газообразном состоянии (например, в пламени) молекулярные соединения вещества излучают спектры в виде более или менее широких полос. Спектры атомных паров характеризуются наличием многочисленных очень узких линий различной яркости (линейчатые спектры). Атомные спектры являются одной из самых фундаментальных характеристик химического элемента. Каждый химический элемент периодической системы Менделеева имеет спектр, отличный от спектров других элементов. По спектрам можно безошибочно отличать друг от друга химические элементы. Наличие в спектре анализируемого вещества спектральных линий какого-либо элемента свидетельствует о присутствии данного элемента в исследуемой пробе.
Спектральный анализ основан на установлении наличия в спектре анализируемой пробы спектральных линий тех или иных химических элементов (качественный анализ) и измерении интенсивности спектральных линий для установления количественного содержания этих элементов в анализируемом образце (количественный анализ).
Для проведения спектрального анализа необходимы такие источники света, которые способны возбуждать атомы, т. е. сообщать им энергию, достаточную для получения атомных спектров. Источниками света могут быть: пламя, электрические разряды. Наибольшее применение в практике спектрального анализа нашли электрические источники света — дуговые и искровые разряды. При их использовании исследуемое вещество наносится на электроды или является одним из электродов. Способы регистрации спектров различны и зависят от длины световой волны. В видимой области спектры можно непосредственно наблюдать глазом. В области более коротких и более длинных волн их можно обнаружить с помощью фотопластинки, фотоэлементов, диодных линеек и другими средствами. По способу регистрации спектров методы спектрального анализа разделяются на визуальные, фотографические, фотоэлектрические. При визуальных методах спектрального анализа приемником излучения спектральных линий является глаз наблюдателя. Для получения и наблюдения спектров используются различные типы стилоскопов и стилометров. Для фотографической регистрации спектра используются различные типы спектрографов. Принципиальное их отличие от стилоскопов состоит в том, что окуляр для визуального наблюдения спектров заменяется камерой для их фотографирования.
Применение фотографических материалов позволяет проникнуть в область ультрафиолетовых лучей. Спектрографы, предназначенные для фотографирования в этой области, должны иметь кварцевую оптику. Стеклянные же оптические детали применяются в спектрографах, предназначенных для видимой области спектра.
Качественный спектральный анализ позволяет установить, какие химические элементы входят в состав исследуемого вещества. Преимущества качественного спектрографического анализа заключается в его документальности, в возможности проверки и уточнения получаемых результатов.
В зависимости от характера пробы используются различные приемы введения ее в разряд. При анализе металлов и сплавов в качестве электродов берутся монолитные образцы любой формы. Порошки и растворы подаются в разряд из кратера угольного электрода вдуванием.
Количественный спектральный анализ основан на закономерной связи интенсивности спектральных линий с концентрацией соответствующих элементов. Эта связь найдена опытным путем и имеет вид
или ,
где J — интенсивность спектральной линии, с — концентрация элемента в пробе, а, b — некоторые коэффициенты.
Интенсивность линий зависит от ряда причин (от количества вещества, поступающего в разрядный промежуток; от условий возбуждения спектральных линий в облаке разряда). Создать строго одинаковое поступление вещества в разряд и неизменные условия возбуждения атомов не удается. Поэтому в практике спектрального анализа концентрацию элемента в пробе находят по отношению интенсивностей двух спектральных линий. Для этого, кроме линии определяемого элемента, выбирают линию другого элемента, входящего в состав анализируемой пробы в известном количестве (или во все пробы этот элемент вводится в определенном количестве). Обычно для сравнения используют спектральные линии элемента основы. Для выполнения количественного анализа необходимы эталонные образцы с известными концентрациями определяемых элементов. При одинаковых условиях фотографируют спектры эталонов и анализируемых проб. Зная концентрацию определяемого элемента в эталонах и найдя для них отношение интенсивностей аналитической пары линий, строят градуировочный график. По оси абсцисс наносят логарифмы концентраций, а по оси ординат — логарифмы отношений интенсивностей. Полученные точки соединяются прямой. Пользуясь градуировочным графиком, по измеренному отношению интенсивностей аналитической пары линий для исследуемого образца можно установить количественное содержание определяемого элемента. Для построения градуировочного графика необходимо, по крайней мере, три эталона. Метод трех эталонов является основным и наиболее простым методом количественного спектрального анализа.
Большинство имеющихся источников света испускают сложное по спектральному составу излучение. Задача спектрального прибора состоит в том, чтобы сложное излучение разложить на составляющие по частотам или по длинам волн. Для этой цели могут быть использованы такие физические явления, как: дисперсия с многолучевой интерференцией, многолучевая интерференция.
Дисперсия света обусловлена зависимостью показателя преломления от длины волны . В спектральных приборах используется нормальная дисперсия, когда показатель преломления сравнительно медленно уменьшается с увеличением длины волны (рис. 4.1).
Зависимость показателя преломления от длины волны может быть с достаточным приближением выражена формулой Коши
, (1)
где А, В, С — некоторые постоянные, зависящие от рода вещества, или формулой Гартмана
, (2)
где , , C — постоянные величины.
На основе явления дисперсии построены все призменные спектральные приборы. Диспергирующим элементом таких приборов является одна или несколько призм.
Дифракция света обусловлена волновой природой света и возникает при различном ограничении волновой поверхности. Наиболее простым случаем является дифракции в параллельных лучах. Именно этот случай дифракции лежит в основе построения дифракционных спектральных приборов. В этих приборах используется явление дифракции в параллельном пучке от большого числа одинаковых щелей, составляющих дифракционную решетку. При этом явление дифракции сопровождается еще интерференцией многих лучей, вследствие чего имеют место резкие и узкие дифракционные максимумы, соответствующие различным углам дифракции и длинам волн (рис. 4.2). Следовательно, дифракционная решетка так же, как и призма, выполняет роль разделителя по длинам волн.
Многолучевая интерференция основана на интерференции многих пучков при отражении света от двух плоских поверхностей, имеющих высокий коэффициент отражения (рис. 4.3). Параллельные лучи разных точек источника света дают в фокальной плоскости линзы интерференционные полосы равного наклона. За счет высоких порядков интерференции приборы, построенные на этом принципе, обладают узким свободным спектральным интервалом и малой шириной спектральных максимумов — малой приборной шириной, что и определяет их название — приборы высокой разрешающей способности.
В практической спектроскопии существует следующая классификация спектральных приборов
По типу оптической схемы
Принципиальная схема спектрального прибора показана на рисунке 4.4.
Источник света через осветительную систему L освещает узкую входную щель прибора S. Фокусирующая оптика, состоящая из двух объективов О1 и О2 с параллельным ходом лучей между ними (наиболее часто встречающийся случай), в фокальной плоскости Р дает изображение входной щели S. Разные направления лучей для различных длин волн обеспечиваются диспергирующей системой D. Совместно с диспергирующей системой фокусирующая система дает монохроматические изображения входной щели, называемые спектральными линиями. Совокупность этих изображений (дискретная или непрерывная) называется спектрометром. В фокальной плоскости Р может быть расположена фотографическая пластинка для регистрации спектра (спектрограф), окуляр в точке О для визуального наблюдения спектра (спектроскоп), одна или несколько входных щелей, выделяющих узкие участки спектра (монохроматор). Фокальная плоскость может быть плоской или цилиндрической. Для приборов с ахроматической фокусирующей оптикой фокальная плоскость или плоскость, касательная к ней, расположена под углом к оптической оси, близким к 90°. В остальных случаях угол значительно отличается от 90°. Спектральные приборы с вогнутой дифракционной решеткой не имеют особой фокусирующей оптики. Ее роль играет сама решетка.
В качестве фокусирующей оптики для спектральных приборов применяются линзовые или зеркальные системы. Качество спектра, даваемое прибором, определяется всей оптикой прибора в целом. Поэтому нельзя утверждать, что хорошая фокусирующая система определяет обязательно хорошее качество спектра при любых диспергирующих системах.
Любой спектральный прибор, вне зависимости от типа, назначения, конструкции и т. п., должен удовлетворять следующим основным требованиям
1. Каждая точка входной щели прибора должна изображаться точкой. Изображение, следовательно, должно обладать минимальной сферической аберрацией, комой, астигматизмом.
2. Фокальная поверхность должна быть по возможности плоской. В этом случае обеспечивается возможность фотографирования спектра на плоскую фотопластинку.
3. Хроматическая аберрация не играет роли для качества изображения спектральных линий, так как она приводит лишь к наклону плоскости спектра относительно оси объектива камеры или к кривизне фокальной поверхности.
4. Дисторсия и хроматизм увеличения не играют роли.
Для получения плоского поля необходимо как можно лучше ахроматизировать объектив коллиматора. Выгодно поэтому использовать сферические зеркала в качестве объективов, так как они сами по себе являются ахроматическими. Наличие аберрации приводит к уширению инструментального контура спектральной линии, а это, в свою очередь, влияет на разрешающую способность прибора. В качестве диспергирующих элементов применяются призмы или дифракционные решетки. Из спектральных призм чаще всего используется стеклянная призма, кварцевая призма Корню, призмы постоянного угла отклонения (призма Аббе, призма Водсворта), автоколлимационная призма Литтрова, призма Резерфорда — Броунинга. Как правило, призма или система призм располагается в минимуме угла отклонения, но не исключена возможность вывода отдельных составляющих системы призм из минимума угла отклонения для повышения угловой дисперсии прибора.
Дифракционные решетки используются двух видов — плоские и вогнутые. Плоские используются в видимой и ультрафиолетовой областях спектра, имеют 1200, 600, 300 или 200 штрихов на 1 мм. Все они имеют специальный профиль нарезки и концентрируют свет в определенный порядок дифракции. Максимальная концентрация света — около 70 %. Диспергирующая система (призма или решетка) обычно устанавливается в параллельных пучках и поэтому не вносит искажений в изображении. Если же она дает аберрации при наличии не строго параллельного пучка лучей, то эти аберрации должны быть учтены и скомпенсированы при расчете фокусирующей оптики.
Наиболее ответственными конструктивными узлами призменных и дифракционных спектрографов являются механизмы щели, узел крепления призмы или решетки с необходимыми перемещениями и юстировочными движениями, кассетная часть. Механизм спектральной щели обеспечивает симметричное раздвижение ножей и пределы раскрытия от 0 до 4 мм при цене деления 0,001 мм. В однопризменном спектральном приборе призма, как правило, неподвижна и поэтому ее крепление должно быть надежным и вместе с тем не слишком сильным (чтобы не вызывать напряжение в оптическом материале). Обычно призменная часть снимается при транспортировке прибора. Поэтому призма устанавливается на столике при помощи специальных ограничительных планок. В многопризменных и автоколлимационных однопризменных приборах призменная система меняет свое положение при переходе от одной области спектра к другой. В этом случае должно быть осуществлено согласованное взаимное перемещение призм друг относительно друга. Крепление дифракционной решетки должно обеспечивать плавный поворот ее вокруг оси, параллельной штрихам, а также юстировочное движение вокруг горизонтальных осей.
Кассетная часть спектрографа в большинстве случаев конструктивно оформляется таким образом, чтобы можно было менять ее положение относительно оси камеры прибора. Это необходимо для четкой фокусировки всего спектра на фотопластинку. Поворот кассетной части чаще всего осуществляется по цилиндрическим направляющим вокруг мнимой вертикальной оси, проходящей через центр кассеты.
Для проведения всякого спектроскопического исследования в распоряжении экспериментатора должен быть комплект приборов. Кроме спектрального прибора, прежде всего необходимо иметь источники света, генераторы возбуждения спектра. В прикладной спектроскопии наиболее распространенными источниками света являются: дуговой разряд постоянного или переменного тока (генератор ГД 2) искровой разряд (генератор ИГ-3); импульсный разряд.
Необходимо также иметь ряд вспомогательных приборов для обработки спектрограмм и их идентификации. Если приемником является фотопластинка, то к таким приборам относят: микрофотометры МФ-2, МФ-4 для измерения плотности почернения спектропроекторы ПС-18, ДПС-1 для рассматривания спектрограмм и идентификации спектральных линий измерительный микроскоп МИР-12 или компаратор ИЗА-2 для измерения длин волн.
В случае фотоэлектрической регистрации спектра используются самописцы или специальные измерительно-регистрирующие устройства. Блок-схема типовой экспериментальной установки для спектроскопических исследований показана на рисунке 4.5.
Основными характеристиками спектральных приборов являются
1. Линейная дисперсия, определяемая величиной , т. е. числом миллиметров, приходящихся на 1 нм интервала спектра. На практике обычно используют обратную величину , называемую обратной линейной дисперсией, которая определяет величину интервала длин волн, измеряемого в нанометрах, приходящегося на 1 мм длины спектра. По линейной дисперсии различают спектральные приборы малой, средней, большой и высокой дисперсии. Призменные приборы обычно обладают малой и средней дисперсией (10÷1 нм/мм). Призменные приборы и приборы с дифракционными решетками обладают большой линейной дисперсией (1÷0,1 нм/мм). Интерференционные приборы обладают высокой линейной дисперсией (0,01÷0,001 нм/мм).
2. Разрешающая способность (теоретическая и практическая). Теоретическая разрешающая способность определяется дифракцией в действующем отверстии спектрального прибора и выражается отношением
, (3)
где — разность длин волн двух очень близких спектральных линий, еще различаемых раздельно при бесконечно тонкой входной щели прибора. Практическая разрешающая способность определяется шириной входной щели, разрешающей способностью приемника излучения (глаза, фотографической пластинки), шириной выходной щели прибора и аберрациями фокусирующей и диспергирующей систем. Если d — наименьшее расстояние, различаемое раздельно приемником с учетом аберраций (или ширина выходной щели), то
.
Тогда практическая разрешающая способность определяется отношением
, (4)
т. е. связана с линейной дисперсией прибора.
Разрешающие способности приборов с различными диспергирующими системами существенно различаются. В частности, призменные спектральные приборы с малой и средней дисперсией обладают сравнительно малой разрешающей способностью. Она определяется величиной 103105. Приборы с дифракционными решетками могут иметь разрешающую способность 1055·105. Интерференционные приборы обладают очень высокой разрешающей способностью, доходящей до нескольких миллионов.
3. Светосила характеризует освещенность в спектре, даваемую прибором, или лучистый поток, проходящий через выходную щель прибора. Пусть — яркость входной щели прибора. Под этой величиной будем понимать интегральную яркость для всей спектральной линии или, если рассматривается непрерывный спектр, среднюю величину функции распределения яркости по длинам волн для данного участка спектра. Очевидно, что как интегральная яркость для спектральной линии, так и функция распределения яркости для непрерывного спектра, определяются источником излучения, освещающим входную щель прибора. Обозначим: S — площадь входной щели прибора; — телесный угол, под которым видно из центра входной щели действующее отверстие прибора; — прозрачность оптики прибора. Тогда полный лучистый поток , проходящий через прибор и достигающий спектра, будет:
для спектральной линии
, (5)
для участка непрерывного спектра
. (6)
Тут определяется геометрическим изображением входной щели прибора. Если этот лучистый поток полностью проходит через выходную щель прибора
и попадает на приемник (например, фотоэлемент), то светосила прибора по лучистому потоку определяется следующим выражением
(7)
или
. (8)
В случае фотографирования спектра имеет значение освещенность, создаваемая на фотопластинке. Если лучистый поток падает на площадь (определяется геометрическим увеличением прибора), то освещенность определяется выражением:
для спектральной линии , (9)
для непрерывного спектра . (10)
Светосила в этом случае соответственно будет равна
, (11)
. (12)
Светосила спектрального прибора выражается по-разному для фотоэлектрической и фотографической регистрации спектра.
Основные оптические характеристики спектрографа ИСП-22:
В данной работе используется кварцевый спектрограф ИСП-22.
Кварцевый спектрограф ИСП-22 предназначен для количественного и качественного эмиссионного спектрального анализа металлов и сплавов, руд, минералов, химических препаратов и для различных специальных исследований. Прибор может также быть использован и для абсорбционного анализа. В комплект установки входят
1) кварцевый спектрограф ИСП-22 на пластинку 924 см с принадлежностями;
2) рельс чугунный длиной 1,5 м;
3) генератор дуги переменного тока;
4) штатив для электродов;
5) конденсатор.
Оптическая схема прибора показана на рисунке 4.6.
Обратная линейная дисперсия спектрографа определяется по таблице 1. График хода обратной линейной дисперсии от длины волны показан на рисунке 4.7.
|
Таблица 1 |
|
|
Длина волны, нм |
Обратная линейная дисперсия, |
|
200 |
0,35 |
|
250 |
0,9 |
|
310 |
1,6 |
|
360 |
2,5 |
|
400 |
3,9 |
|
500 |
7,0 |
Спектрограф ИСП-22 состоит из массивной литой станины 13 (рис. 4.8, 4.9); окна в верхней части корпуса для доступа к призме, закрывающегося крышкой 19; корпуса 14; стального рельса 15; сферического зеркала 18.
Щель спектрографа имеет снаружи кварцевое окно, закрытое крышкой 20 с крестообразной маркой для контроля положения источника света. Барабан 21 служит для установки ширины щели, отсчет которой производится по шкале
с ценой деления 0,0001 мм. К щели прилагаются диафрагма с фигурными вырезами (рис. 4.10) и глухая шторка. Левый фигурный вырез диафрагмы служит для ограничения высоты щели. Левая часть выреза ограничивает высоту щели сверху и снизу, оставляя открытой среднюю часть ее. Положение этого выреза контролируется по верхней шкале. Одно деление соответствует высоте щели 1,2 мм. Правая часть выреза закрывает среднюю часть щели, оставляя открытыми верхнюю и нижнюю ее части. Положение выреза контролируется по нижней шкале. Отсчет по обеим шкалам читается против края корпуса щели.
Фигурный вырез позволяет фотографировать в средней части щели (левая часть выреза) исследуемый спектр, а сверху и снизу от него (правая часть выреза) — спектр сравнения (например, спектр железа). Оба выреза при этом устанавливаются по шкалам на одно и то же деление.
Два выреза, расположенные в средней части диафрагмы, служат для ограничения высоты щели в ее центральной части. Меньший вырез имеет высоту 1 мм, больший — 2 мм. Установка вырезов производится по двум длинным штрихам, расположенным в левой части диафрагмы (внизу).
Ступенчатый правый вырез называется диафрагмой Гартмана. Устанавливая его ступени перед щелью в соответствии с левой нижней шкалой, мы имеем возможность получить последовательно 9 соприкасающихся спектров одинаковой высоты. Второй, пятый и восьмой спектры фотографируются одновременно. Перемещение диафрагмы в этом случае контролируется по шкале в нижнем левом крае. При работе со ступенчатым вырезом следует повернуть диафрагму на 180° и читать отсчеты против края корпуса щели.
На широком конце корпуса спектрографа смонтирована его кассетная часть. Барабан 22 (рис. 4.9) кассетной части несет на себе плоскость 23 с направляющими, в которых перемещается рамка 24 с кассетой 25. Перемещение рамки производится с помощью ходового винта 26 и маховика 27, снабженного шариковым фиксатором, четыре положения которого соответствуют одному обороту маховика, т. е. перемещению рамки на 10 мм. Перемещение кассеты может быть отсчитано по расположенной справа миллиметровой шкале 28. Кассета двумя своими клиновидными выступами (надеваемыми на шипы кассетной рамки) прижимается к ее опорной плоскости, чем достигается воспроизводимость положения фотопластинки в приборе. Закрепление кассеты на рамке осуществляется при помощи защелки. Барабанчик 30 служит для включения в открытую камерную часть корпуса миллиметровой шкалы длиной 230 мм, впечатываемой при желании в спектрограмму. В положении «Спектр» шкала отведена, а в положении «Шкала» — прижата к эмульсии фотопластинки. Для освещения шкалы во время впечатывания имеется окно, закрытое заслонкой 31 (рис. 4.9).
Чтобы выполнить спектральный анализ проб, необходимо найти длины волн спектральных линий их спектров, т. е. расшифровать спектр. Для расшифровки спектров проб рядом с ними фотографируют спектры железа. Чтобы не произошло сдвигов спектров относительно друг друга, нельзя передвигать кассету при съемке: каждый следующий спектр следует снимать с помощью ступенчатой диафрагмы. Длины волн линий железа определены достаточно точно, их можно рассчитать относительно длины волн линий исследуемых спектров. Длины волн линий железа указаны в специальных атласах. Для рассмотрения спектрограмм применяются спектропроекторы и измерительные микроскопы. Наиболее распространен спектропроектор ПС-18. Свет от лампы накаливания поворотной призмы, закрепленной в специальной головке, направляется на предметный столик. Объективом спектр фокусируется на экран. Предметный столик можно перемещать рукоятками в двух взаимно перпендикулярных направлениях и выводить изображение необходимого участка спектра на экран спектропроектора. Спектропроектор дает 20-кратное увеличение. Специально выпускаемые атласы спектральных линий имеют такое же увеличение.
Прежде чем приступить к измерению длин волн неизвестных линий, следует тщательно ознакомиться со спектром железа. После изучения спектра железа приступают к определению длин волн линий в спектрах исследуемых проб. При этом можно воспользоваться шкалой длин волн, имеющейся в атласах. Иногда для измерения длин волн спектральных линий пользуются методом интерполирования. Для более точного определения длины волны в небольших спектральных интервалах можно пользоваться линейной интерполяцией. При этом пользуются спектром элемента, для которого точно измерены нормали — длины волн ряда спектральных линий. Этот спектр фотографируется рядом с исследуемым спектром. Обычно, как уже отмечалось, в качестве стандарта используют спектр железа, в котором имеется достаточно большое число таких «нормалей». В случае линейной интерполяции поступают следующим образом (рис. 4.11). Пусть на спектре железа для некоторых двух спектральных линий определены соответствующие им длины волн и . Очевидно, что линиям исследуемого спектра, оказавшимся в интервале , будут соответствовать длины волн из этого интервала. Т. е. длины волн , , ..., находятся между и . Измерив каким-либо способом (при помощи измерительного микроскопа, линейки и т. п.) расстояние l между и , а также , , ..., между и , и , ..., и соответственно можно найти неизвестные длины волн
,
,
...........................
.
В этих формулах коэффициенты при , , ..., являются средней линейной дисперсией на участке спектральных линий и .
Такой способ вычисления длины волны вполне пригоден для приборов с дифракционными решетками. Для призменных приборов этот способ можно применять, если интервал не превышает 2 нм.
Порядок выполнения работы
Изучить устройство и принцип действия спектрографа ИПС-22, обратив особое внимание на устройство штатива для электродов, диафрагмы с фигурными вырезами и кассетной части.
Внимание! При установке электродов соблюдать осторожность, так как они при работе нагреваются до высокой температуры.
Контрольные вопросы
Перечислите известные вам способы возбуждения атомных спектров.
Литература
Ландсберг Г.С. Оптика. М.: Наука, 1976.
PAGE 20
б
Рис. 4.1. Зависимость n( при нормальной дисперсии
Рис. 4.2. Дифракция в параллельном пучке от большого числа одинаковых щелей
Рис. 4.3. Многолучевая интерферен-ция при отражении от двух плоских поверхностей
Рис. 4.4. Принципиальная схема спектрального прибора
Рис. 4.5. Блок-схема типовой экспериментальной установки для спектро-
скопических исследований
Рис. 4.6. Оптическая схема спектрографа ИСП-22: 1 — источник света; 2, 3, 4 — трехлинзовая система конденсоров; 5 — щель; 6 — диафрагма для ослабления влияния рассеянного света; 7 — зеркальный объектив коллиматора; 8 — диспер-гирующая призма; 9, 10 — линзы объектива камеры; 11 — плоскость спектра, совпадающая в спектрографе с плоскостью эмульсии фотопластинки; 12 — ступен-чатый ослабитель, который устанавливается перед щелью в случае необходимости
Рис. 4.7. График хода обрат-ной линейной дисперсии
Рис.4.8. Общий вид спектрографа ИСП-22
Рис. 4.9. Составляющие части спектрографа ИСП-22
Рис. 4.10. Диафрагма Гартмана
Рис. 4.11. Определение длины волны мето-дом интерполяции