Спектральный анализ в физике конденсированного состояния: Лабораторный практикум

Министерство образования Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Сибирский государственный индустриальный университет»

Спектральный анализ в физике

конденсированного состояния

Лабораторный практикум

В.В.Коваленко, С.В. Коновалов

Новокузнецк

 2003

УДК 53 (075)

Рецензент

Доктор химических наук, профессор,

зам.директора по научной работе

Новокузнецкого филиал-института

 Кемеровского государственного университета

Ф.И. Иванов

Спектральный анализ в физике конденсированного состояния. Лабораторный практикум. / Сост.: Коваленко В.В., Коновалов С.В.: СибГИУ. – Новокузнецк, 2003. - 32с. –ил.

Лабораторный практикум содержит методические указания по выполнению нескольких лабораторных работ, посвященных исследованию сложного вопроса оптики – поглощения света прозрачными, окрашенными телами, а также парами металлов.

Лабораторный практикум предназначен для студентов всех  специальностей, обучающихся по дисциплине «Физика».

Лабораторная работа №1ОС

Исследование спектров поглощения

окрашенных веществ на спектрофотометре ОФ-16

Краткая теория

При падении светового потока на слой окрашенного вещества часть его проходит, часть рассеивается, а некоторая часть поглощается. Если среда специальным образом не подготовлена, проходящий через нее свет, как правило, ослабляется [1]. Изменение интенсивности света dI при прохождении толщины слоя dx прямо пропорционально интенсивности падающего светового потока I и толщине слоя dx:

                                                                                     (1)

Знак «минус» указывает на уменьшение интенсивности света при прохождении толщины слоя dx. k - коэффициент пропорциональности, характеризующий величину энергии, поглощаемую на единицу длины луча в среде, и поэтому называемый линейным коэффициентом поглощения светового потока.

Разделение переменных и интегрирование приводит к

                                                                             (2)

                                                             (3)

где I₀ – интенсивность света при x=0, т.е. на границе слоя.

Уравнение (3) носит название Бугера-Ламберта. Расстояние x_1/2, на котором интенсивность уменьшается в два раза, называется длиной половинного ослабления. Она определяется величиной коэффициента поглощения:

, откуда

         .                                                       (4)

при прохождении света через раствор некоторого вещества в практически непоглощающем растворителе коэффициент поглощения пропорционален концентрации этого вещества С:

       .                                                            (5)

Уравнение (5) называется законом Бера.

Подставляя (5) в (3), получим уравнение, называемое объединенным законом Бугера-Ламберта-Бера:

     .                                                 (6)

Этот закон справедлив только для монохроматического света, так как величина к_λ при прочих равных условиях зависит от длины волны света λ. Максимальное значение к_λ принимает при частотах падающего света, равных частотам собственных колебаний электрических зарядов в атомах поглощающей среды. Эти частоты называются частотами собственного поглощения веществ, а зависимости к_λ(λ) – спектрами поглощения.

Следует учитывать, что вещества, не обладающие полосами поглощения в видимой области спектра, бесцветны. Избирательное поглощение света в видимом участке спектра вызывает окраску вещества.

Спектры поглощения обычно представляют собой плавные кривые. На рисунке 1 приведены спектры поглощения некоторых окрашенных соединений и указаны цвета растворов: 1 - хромат калия, 2 - сульфат меди, 3 – родонит кобальта в ацетоне.

Спектры поглощения растворов имеют большое практическое значение. Они прямо связаны со строением молекул и поэтому используются для качественного и количественного анализа.

Качественный анализ производится сравнением спектра поглощения полученного вещества со спектрами поглощения, приводимыми в таблицах. Кроме того, спектры поглощения используются для изучения химического равновесия, кинетики химических реакций, для изучения взаимодействия между частицами в растворах и т.д.

Экспериментальная часть

Постановка задачи

В данной работе предлагается:

-  ознакомиться с устройством и работой спектрофотометра СФ-16;

-  снять спектры пропускания некоторых светофильтров и окрашенных водных растворов веществ.

Теория измерений и принципиальная схема установки