Спектроскоп. Виды спектров

Для изучения спектров используются специальные приборы для разложения света в спектры. Основным элементом данных приборов являются чаще всего являются стеклянные треугольные призмы.

На фотографии показан общий вид двухтрубного спектроскопа, а рядом - его вид со снятой крышкой.

Спектроскоп двухтрубный Основным рабочим элементом спектроскопа является треугольная стеклянная призма (2), закрепленная с помощью держателя. Для того, чтобы лишний свет не попадал на призму, во время наблюдений она закрывается крышкой. (на снимке она снята). Так же имеется две трубки: коллиматор (4) и зрительная трубка (1). Коллиматор закрепляется неподвижно и является приемником света, с одной стороны имеется щелевая диафрагма, а на другой - объектив, проецирующий изображение щели на призму. После преломления в призме, свет попадает в объектив зрительной трубки. На ее другом конце имеется окуляр, внутри которого закреплена тонкая проволочка для снятия точных значений. Зрительная трубка может вращаться вокруг призмы на небольшой угол. Поворот осуществляется с помощью микрометрического винта (3). При проведении опытов, наблюдая за спектром через окуляр, вращая микрометрический винт, устанавливают изображение проволочки окуляра на требуемый свет и по винту снимают показания.

На рисунке показан снимок спектра, полученного с помощью двухтрубного спектроскопа. Серая линия посередине спектра - изображение проволочки, впаянной в окуляр прибора для более точной его настройки.

Спектрограф. В основе призменного спектрографа так же стеклянная треугольная призма. Но в качестве источника света используется обычно мощный источник света, а вместо зрительной трубки и окуляра используются либо светочувствительные материалы, либо электронно-оптические преобразователи. Оптическая схема прибора выглядит следующим образом:

На рисунке цифрой 1 обозначена щелевая диафрагма, которая формирует узкий плоский луч света, который падая на линзу (2) преобразуется в параллельный пучок света и попадает не треугольную призму (3). Призма может быть выполнена из разных сортов стекла в зависимости от назначения опыта. После призмы свет, разложенный в спектр попадает на вторую линзу (4), фокусирующую этот пучок на экране (5). На нем может быть расположена фотопластинка, термочувствительная поверхность или же вместо экрана может быть использован электронно-оптический преобразователь.

В некоторых спектрографах вместо треугольной призмы используется дифракционная решетка. В современных приборах активно используется компьютерная техника, позволяющая быстрее и более качественно обрабатывать результаты наблюдений. Именно спектрограф используется для проведения различных научных опытов и наблюдений.

Виды спектров

нам уже известно, что белый цвет представляет собой совокупность множества цветов от красного до фиолетового. Точно также ни один источник света не дает монохроматического света, то есть света строго определенной длины волны. Исключение могут составлять только лазеры, да и то с некоторыми условностями. Все спектры разделяются по виду на три группы: непрерывные, линейчатые и полосатые.

Непрерывные		Непрерывные (или сплошные) спектры дают тела, находящиеся в твердом или жидком состоянии, а также сильно сжатые газы.
Линейчатые		Линейчатые спектры дают все вещества в газообразном атомарном (не молекулярном) состоянии. Примечательно, что изолированные атомы излучают только строго определенные длины волн, это свойство используется при проведении спектрального анализа веществ.
Полосатые		Полосатый спектр состоит из отдельных полос, разделенных тонкими промежутками. В отличии от линейчатых спектров полосатые спектры создаются не атомами, а молекулами.

Линейчатые и полосатые спектры получают путем нагрева вещества до высоких температур или пропускания через них электрического тока. Такие спектры называют спектрами испускания. Они представляют собой совокупность частот, которые содержатся в излучении какого-либо вещества. Спектр можно получить пропуская свет через пары или растворы вещества. Это сделать сложнее и получается при этом спектр поглощения - совокупность частот, поглощаемых данным веществом.

Спектральный анализ

Как говорилось выше, изолированные атомы различных веществ излучают строго определенные длины волн. Дело в том, что и в составе различных смесей атомы продолжают излучать все те же длины волн. На этом свойстве основан спектральный анализ определения химического состава вещества или смеси веществ. В отличии от классического химического анализа, спектральный анализ позволяет определить довольно быстро наличие даже незначительного количества вещетсва в смеси. Различается атомный и молекулярный  спектральный анализ. Первый позволяет определить компоненты вещества, а второй - само вещество. Для проведения атомарного анализа вещество нагревают до температуры порядка нескольких тысяч градусов. Достигают такую такую температуру при помощи искрового или дугового электрических разрядов.

В упрощенном варианте спектральный анализ сводится к анализу спектра неизвестного вещества или смеси веществ (4) в ходе которого, исследуемый спектр сравнивают со спектрами различных веществ (1-3) и находят совпадения. Если в исследуемом спектре присутствуют все спектральные линии того или иного вещества, значит это вещество входит в состав смеси. Например спектральные линии вещества (2) присутствуют в исследуемом спектре (4), значит оно есть в смеси. Линии вещества (3) не находятся в спектре (4) - его в составе смеси нет.
Однако, на самом деле спектральный анализ выглядит на много сложение, и выполнить его обработку без помощи компьютерной техники не возможно. Реальная спектрограмма выглядит гораздо сложнее.