Аннотации лабораторных работ специального практикума

Раздел I. Практикум по спектроскопии для студентов 3-го и 4-го курсов

Призменный спектрограф

В лабораторной работе проводится ознакомление с основами классического спектроскопического эксперимента на примере простейшего разборного призменного спектрографа. Экспериментальной целью является качественный спектральный анализ плазмы высокочастотного разряда.

В задачу выполняющего лабораторную работу входит: сборка и юстировка спектрографа, определение экспериментального и теоретического значений нормальной ширины щели, фотографирование спектра исследуемого источника света, калибровка спектрографа по известным линиям ртути и идентификация неизвестного инертного газа по его спектру.

Сверхтонкая и изотопическая структура спектральной линии ртути 546,1 нм

Целью лабораторной работы является изучение явления сверхтонкого и изотопического расщепления спектральных линий на примере естественной смеси изотопов ртути с использованием эталона Фабри-Перо и призменного спектрографа со скрещенными дисперсиями.

Экспериментальная часть работы включает в себя: юстировку оптической схемы и интерферометра Фабри-Перо, получение интерферограмм содержащих картину расщепления линии ртути 546,1 нм в нескольких порядках интерференции и определение частотных интервалов между компонентами спектра.

Для интерпретации экспериментальных данных строится теоретическая схема сверхтонкого расщепления энергетических уровней для всех изотопов ртути, проводится ее сравнение с экспериментальными результатами и идентификация наблюдаемых линий.

Теоретическая часть лабораторной работы включает достаточно подробное квантовомеханическое описание формирования магнитного момента ядра, механизма сверхтонкого расщепления уровней, правил отбора для переходов, проиллюстрированное практическими примерами для атомов разных элементов, а также общих свойств и различных случаев изотопического расщепления.

Дифракционный спектрограф СТЭ-1

Лабораторная работа посвящена изучению основных свойств плоских диффракционных решеток с углом блеска и особенностей их работы в высоких порядках при скрещивании дисперсий решетки и дополнительного диспергирующего элемента.

Экспериментальные исследования проводятся на спектрографе СТЭ-1, дифракционная решетка которого работает в 3-м - 5-м порядках, а дополнительная дисперсия в поперечном направлении осуществляется призмой с небольшим преломляющим углом. Особое внимание уделяется различию в фотографировании спектра для: а)отождествления спектральных линий, б)количественных измерений интенсивностей спектральных линий.

В экспериментальную часть работы входит: юстировка осветительной системы спектрографа, съемка спектра ртутной лампы в видимой и ультрафиолетовой областях для отождествления спектральных линий и фотометрических измерений интенсивностей линий, расшифровка спектров. Определяется линейная дисперсия в каждом порядке, рабочая длина спектра, проводится сравнение экспериментальных результатов с рассчитанными теоретически. По самостоятельно построенной кривой почернения фотоэмульсии определяется относительная интенсивность каких-либо двух спектральных линий.

Спектральные характеристики диэлектрических зеркал и интерференционных светофильтров

В лабораторной работе исследуются кривые пропускания диэлектрических зеркал в спектральном диапазоне 300 - 800 нм , контур полосы пропускания интерференционного светофильтра и положение максимума полосы его пропускания в зависимости от угла наклона фильтра относительно луча света.

Кривые пропускания диэлектрических зеркал изучаются теоретически и экспериментально. Имеется программа для компьютера, позволяющая рассчитывать спектральные кривые коэффициента отражения и пропускания многослойных диэлектрических покрытий. Возможно моделирование различных вариантов с получением графиков зависимости коэффициента отражения зеркала от частоты и длины волны света.

Экспериментальные исследования ведутся с помощью спектрального вычислительного комплекса КСВУ. Предоставляется возможность записи любого диапазона спектра заданием с клавиатуры параметров сканирования, а также записи серии спектров пропускания интерференционного фильтра при разных углах падения света на него. Проводится сравнение с теоретически рассчитанными характеристиками интерференционного фильтра. Эксперимент может проводиться в автоматическом и ручном режимах.

Качественный анализ по спектрам комбинационного рассеяния света

Целью лабораторной работы является изучение явления комбинационного рассеяния света (КРС) и возможностей его использования для определения молекулярного состава смеси органических жидкостей.

В ходе выполнения работы записываются спектры комбинационного рассеяния света различных органических веществ и их смесей. По расшифрованным спектрам определяются частоты линий КРС и собственные частоты колебательных переходов в молекулах рассеивающих частиц. Идентификация состава смеси органических жидкостей осуществляется сравнением измеренных значений частот молекулярных колебаний с табличными величинами.

Для регистрации спектров КРС используется спектральный вычислительный комплекс КСВУ, работающий как в автоматическом, так и в ручном режиме.

Теоретическое рассмотрение основ явления КРС проведено на базе классического подхода, использующего представление об электронной поляризуемости молекул. Отдельные особенности комбинационного рассеяния объясняются с помощью квантовых представлений.

Инфракрасные спектры поглощения молекул

Лабораторная работа посвящена практическому ознакомлению с инфракрасной спектроскопией молекул. В работе изучаются спектры поглощения молекул CO, CO2 , CH4 , NH3, проводится их расшифровка, измерение частот переходов и определение молекулярных констант.

Спектры поглощения молекул исследуются с помощью спектрофотометра “Specord 75IR”, работающего в диапазоне длин волн 2,5-25 мкм. Выполняемое задание включает в себя регистрацию ИК спектров поглощения молекул с последующим определением частот колебательных переходов и их классификацией по типам колебаний. В более узких диапазонах с другим масштабом записи изучается вращательная структура колебательных переходов, производится ее расшифровка и измерение частот линий. По этим данным рассчитываются вращательные постоянные нижнего и верхнего колебательных состояний и определяются моменты инерции молекул и межъядерные расстояния.

В теоретической описании лабораторной работы структура спектров молекул анализируется на основе квантово-механической модели. Рассматривается влияние ангармонизма на структуру энергетических уровней. На примере молекулы СО2 изучается резонанс Ферми. Обсуждается зависимость спектроскопических характеристик молекул от свойств их симметрии.

Определение момента инерции и межъядерного расстояния молекулы циана

Целью лабораторной работы является ознакомление с электронными спектрами молекул и их вращательной структурой на примере молекулы CN.

Спектр испускания молекул CN, возбуждаемых в электрической дуге, фотографируется в ультрафиолетовой области на дифракционном спектрографе с высокой дисперсией СТЭ-1.

Выполняемое задание включает в себя юстировку источника и осветительной системы спектрографа, выбор ширины щели, фотографирование спектра циана и реперного спектра железа, расшифровку спектров и измерение длин волн линий одной из электронно-колебательных полос CN. Полученные данные используются для определения вращательных постоянных верхнего и нижнего состояний молекулы и расчета по ним моментов инерции молекулы и межъядерных расстояний.

В теоретической части описания лабораторной работы дается сводка сведений об электронных спектрах двухатомных молекул, которые объясняются на основе простейшей квантово-механической модели. Особое внимание уделяется вопросам взаимодействия различных видов движения в молекулах, а также классификации и систематике молекулярных состояний.

Раздел II. Практикум лаборатории синхротронного излучения

ВУФ-спектроскопия кристаллов

Целью работы является изучение люминесценции кристаллов при возбуждении в области фундаментального поглощения и исследование влияния различных электронных возбуждений, проявляющихся в спектрах отражения, а также ознакомление с методикой работы в вакуумной ультрафиолетовой области спектра.

Для получения спектров отражения и возбуждения люминесценции используется автоматизированная экспериментальная установка на основе вакуумного монохроматора ВМР-2 в области энергий 3,5 –10,5 эВ с применением методики, отработанной в экспериментах с синхротронным излучением.

По полученным спектрам отражения и возбуждения люминесценции в области собственного поглощения кристалла определяется спектральная зависимость квантового выхода свечения и дается заключение о зонной структуре кристалла

Термовысвечивание и оптическая стимуляция свечения люминофоров

Лабораторная работа посвящена изучению кинетических параметров центров захвата в кристаллофосфорах и ознакомлению с основными спектральными и кинетическими характеристиками люминофоров, а также работой с вакуумной и криогенной техникой.

По измеренным спектрам свечения кристаллов, полученным при воздействии на них излучения инфракрасного диапазона или нагрева, устанавливается энергетический спектр центров захвата и их взаимодействие.

Раздел III. Практикум на синхротроне С- 60 Лаборатории электронов высоких энергий Физического института Академии наук