Ćwiczenie 5:

1

Akademia Górniczo–Hutnicza

Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki

Katedra Chemii Krzemianów i Związków Wielkocząsteczkowych

Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych

Kierunek studiów: Technologia chemiczna Specjalność: Analityka i kontrola jakości Laboratorium: Analiza strukturalna materiałów

Ćwiczenie 5:

Materiały optyczne:

Pomiary właściwości luminescencyjnych

Prowadzący: mgr inż. Renata Szal

2018/2019

2

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z budową spektrometru oraz funkcją jego poszczególnych elementów. Zadaniem jest dokonanie pomiarów transmisji i absorpcji szkła optycznego. Na podstawie przeprowadzonych pomiarów należy sporządzić odpowiednie wykresy przedstawiające mierzone wielkości.

2. Wprowadzenie teoretyczne / obowiązujący zakres materiału

Promieniowanie elektromagnetyczne - rozchodzące się w przestrzeni zaburzenie pola elektromagnetycznego. Składowa elektryczna i magnetyczna fali indukują się wzajemnie – zmieniające się pole elektryczne wytwarza zmieniające się pole magnetyczne, a z kolei zmieniające się pole magnetyczne wytwarza zmienne pole elektryczne. Właściwości fal elektromagnetycznych zależą od długości fali. Promieniowaniem elektromagnetycznym o różnej długości fali są fale radiowe, mikrofale, podczerwień, światło widzialne, ultrafiolet, promieniowanie rentgenowskie i promieniowanie gamma. Pojęcie dualizmu korpuskularno-falowego obejmuje zarówno dwoistą naturę promieniowania elektromagnetycznego (światła), które jest jednocześnie falą i strumieniem fotonów, jak i dwoistą naturę cząstek materii, które są jednocześnie falami. Istnieją liczne dowody na to, że z każdą poruszającą się cząstką związać można falę. Współistnienie właściwości falowych i korpuskularnych jest wyraźnie zauważalne dla mikrocząstek, takich jak np. fotony, elektrony, protony, neutrony.

Widmo - zarejestrowany obraz promieniowania rozłożonego na poszczególne częstotliwości, długości fal lub energie. Widmo, które powstało w wyniku emisji promieniowania przez analizowaną substancję albo na skutek kontaktu z nią (przeszło przez nią lub zostało przez nią odbite), może dostarczyć szeregu cennych informacji o badanej substancji.

Rys. 1 Widmo promieniowania elektromagnetycznego.

3 Promieniowanie przechodzące przez materiał podlega różnym zjawiskom fizycznym np.

absorpcji, transmisji, odbiciu, rozproszeniu, załamaniu:

Rys. 2 Zjawiska fizyczne jakim ulega światło padające na materiał.

Badając właściwości szkieł optycznych korzystamy z wspomnianych zjawisk aby scharakteryzować analizowany materiał. Ilość światła przechodzącego przez materiał możemy określić za pomocą stosunku intensywności światła przechodzącego przez materiał do intensywności światła padającego na ten materiał. Wielkość tą nazywamy TRANSMITANCJĄ. Wielkość jaką jest ABSORBANCJA jest odwrotnością transmisji wyrażona w postaci logarytmu dziesiętnego.

T=I/I0

A=log(1/T)=log(I0/I)

Absorpcja światła czyli inaczej jego pochłanianie to nic innego jak straty energii światła na skutek przechodzenia tego strumienia przez ośrodek materialny, w którym nie ulega ono rozproszeniu. Wspomniane straty strumienia wynikają z przemiany energii strumienia światła w różne rodzaje energii wewnętrznej materiału np. energia cieplna, energia jonizacji oraz w energię promieniowania wtórnego.

4 Prawo Lamberta-Beera

Opisuje pochłanianie promieniowania elektromagnetycznego przez ośrodek częściowo absorbujący i rozpraszający. Prawo to głosi że absorbancja jest wprost proporcjonalna do grubości ośrodka przez który przechodzi promień świetlny.

I=I0∙e^-α∙x gdzie:

I – natężenie światła przechodzącego I0 – natężenie światła padającego α – współczynnik absorpcji x – grubość badanego materiału

ln(I0/I)=α∙x lnT= α∙x Literatura:

1. Zbigniew Kęcki, Podstawy spektroskopii molekularnej.

3. Przebieg ćwiczenia

1. Krótki wykład na temat przeprowadzanych pomiarów 2. Pomiary grubości próbek otrzymanego szkła

3. Przedstawienie budowy spektrometru 4. Zasady pomiarów

5. Pomiary intensywności światła przechodzącego przez otrzymane próbki szkła oraz pomiar intensywności wiązki nieprzechodzącej przez próbkę

6. Wyznaczanie transmitancji, absorbancji oraz współczynnika absorpcji otrzymanych próbek szkła

7. Wyciąganie wniosków dotyczących otrzymanych wyników

4. Opracowanie wyników

Sprawozdanie powinno zawierać:

 Temat ćwiczeń, imię i nazwisko, nr albumu, nr. grupy, datę,

 cel ćwiczenia

5

 przebieg ćwiczenia ze szczegółowym opisem wykonywanych czynności oraz niezbędnymi obliczeniami,

 podsumowanie/wnioski (minimum 5 zdań złożonych)

5. Uwagi

Każdy student zobowiązany jest do zaopatrzenia się w:

 fartuch laboratoryjny,

 okulary,

 kalkulator,

 układ okresowy,

 zestaw do notowania.

Podstawa zaliczenia:

 poprawnie wykonane sprawozdanie z zajęć,

 pozytywny wynik kolokwium (Grupa I pisze kolokwium 14.11.2018 z zakresu syntezy materiałów optycznych oraz pomiarów właściwości luminescencyjnych. Grupa II natomiast kolokwium pisze podczas ćwiczeń dotyczących pomiarów luminescencyjnych tj. 05.12.2018 z tego samego zakresu co grupa I).