Описание измерительной установки

Интенсивность линий КРС на несколько порядков меньше интенсивности линий возбуждающего света. Поэтому для регистрации спектров КРС чаще всего используется фотографический метод. Схема установки такого типа представлена на рис. 14.

Исследуемая жидкость помещается в цилиндрической кювете С. Задний роговидный конец ее G зачернен и служит для поглощения отраженного от стенок кюветы лучей. Осветитель В состоит их кожуха, внутренняя поверхность которого отполирована и имеет форму цилиндра с эллиптическим сечением. Вдоль одной фокусной линии этого зеркала располагается ртутная лампа типа

ПPK. Свет лам­пы концентрируется зеркалом в другой фокусной линии, где размещена кювета с жидкостью. Между лампой и кюветой помещают тепловой фильтр с проточной водой.

Рассеянный свет собирается конденсором L₁ и направляется на щель S светосильного спектрографа. Коллиматорный объектив L₂ посылает параллельный пучок света на призму P₁. После прохождения призм P₁ и P₂ разложенный в спектр пучок фокусируется объективом L₃ на фотопластинке Pl. Так как установка предварительно подготовлена к работе, трогать винты осветителя или изменять положение линзы L₁ не рекомендуется.

Методика и порядок измерений

Цель работы – изучение основных закономерностей в спектрах КРС, а также определение собственных частот колебаний молекул CCl₄.

После ознакомления с измерительной установкой приводят в действие водяное охлаждение и зажигают ртутную лампу. Режим горения ее устанавливается через 10 мин. Затем последовательно фотографируют спектр КРС и несколько спектров ртутной лампы с различной экспозицией. Для получения спектра лампы кювету с жидкостью вынимают из осветителя и закрывают отверстие в нем крышечкой с белым экраном. После окончания съемки выключают ртутную лампу, а затем через 10 - 15 мин, и водяное охлаждение. Условия съемки спектров (ширина и высота щели, положение кассеты, экспозиции) и последующей обработки фотопленки указаны в приложении к описанию прибора.

Обработка спектрограмм

Вначале визуально изучают спектрограмму для идентификации линий ртути и выделения линий спутников. Затем пленку размещают на столике компаратора и измеряют положение линий на шкале прибора. По этим данным определяют длины волн спутников с помощью интерполяционной формулы

(5)

где λ₀, С₀, п₀ – постоянные, п –отсчет по компаратору, соответствующий линии λ. Соотношение (5) описывает градуировочную кривую спектрографа.

Для определения постоянных в формуле (5) необходимо сдавать дополнительно к отсчетам линий спутников еще отсчеты п₁, п₂, п₃, для трех известных линий ртутного спектр λ₁, λ₂, λ₃. Тогда из системы трех уравнений можно найти

(6)

Рекомендуется использовать сравнительно узкие линии ртути λ₁=4077, λ₂=4359, λ₃ =4916 Ǻ. При этом целесообразно начало отсчета n совместить с линией λ₁. Правильность вычисления постоянной проверяют путем подстановки в формулу (5) данных для одной из длин волн, например, λ₂. Расхождение не должно превышать 1-2 Ǻ. Для повышения точности получаемых результатов, следует использовать значения п, ус­редненные по трем отсчетам.

Рассчитанные таким способом длины волн λ спутников переводят в волновые числа (см^-1) =10⁸/λ (Ǻ). Очевидно, волновые числа, пропорциональные частотам, более удобны для определения смещения спутников относительно возбуждающих линий. Вычисляют значение для спутников у наиболее интенсивной линии ртути λ₀₁=4047 Ǻ ( =24705 см^-1) и λ₀₂=4359 Ǻ ( =22938 см^-1). Результаты всех измерений и расчетов оформляют в виде таблицы (В приведенной таблице заполнена одна строка для примера)

№ изм	Наимен. линий	Отсчеты по компаратору, мм				λ, Ǻ	, см-1	=см-1
		1	2	3	среднее
1.	ртуть	0.0	0.02	0.00		4047	24706

Определяют частоты (волновые числа) собственных колебаний мо­лекулы CCl₄. При этом для симметричных пар спутников используют усредненные значения .

В заключение определяют энергию возбуждения колебательных уровней молекулы hν_i, сравнивают еe с энергией возбуждающего кванта hν₀ согласно соотношению

Е= hν (эВ) = 1.24·10^-4 см^-1

Записанный здесь числовой коэффициент позволяет получить энергию в электронвольтах (эВ), если волновое число спектральной линии подставить в обратных см (см^-1). Любознательным предоставляется возможность проверить это соотношение самостоятельно.