انبعاث اللهب المعدني
المصدر: سماء قريم من جامعة جونز هوبكنز ، دكتوراه في الطب ، الولايات المتحدة الأمريكية
- اختبار انبعاث اللهب المعدني
في هذا المختبر ، ستثير إلكترونات ستة أملاح كلوريد معدنية بحرارة من اللهب وتقيس الطول الموجي للضوء المنبعث من الإلكترونات المرتكرة. يكون الضوء المنبعث في الطيف المرئي ، لذلك سترى ألسنة اللهب الملونة المختلفة للمعادن المختلفة.
في نهاية المختبر ، ستقيس طيف انبعاث الماسة وتستخدم البيانات التي جمعتها من أملاح المعادن لتحديد المعادن الموجودة في الماسة. للمساعدة في هذه العملية ، قم بعمل جدول في دفتر ملاحظات المختبر الخاص بك لتسجيل الأطوال الموجية المنبعثة من الضوء المحيط والأملاح والماسة.
الجدول 1: الأطوال الموجية المرصودة
قم بتشغيل # المصدر الطول الموجي المسجل 1 أضواء الغرفة 2 كلوريد الصوديوم 3 LiCl 4 KCl 5 SrCl2 6 BaCl2 7 CuCl2 8 سباركلر خلال هذا المختبر ، ستحمل قضيبا مغطى بالملح على حافة لهب موقد بنسن لإثارة الأملاح المعدنية. إذا اشتعلت النيران في القضيب ، فقم بإخماده على الفور في كوب من الماء. للإثارة ، ستحمل كاشفا بالقرب من اللهب والماسة لقياس الأطوال الموجية للضوء المنبعث. حافظ على مسافة آمنة لحماية نفسك وجهاز الكاشف. نظرا لأن بعض المهام يتم تنفيذها في وقت واحد ، نقترح عليك العمل في مجموعات من أربعة مع كل طالب لإكمال المهام حسب الحاجة.
-
ارتد معطف المختبر ونظارات السلامة وقفازات النتريل.
-
قم بإعداد موقد بنسن في غطاء الدخان.
-
املأ دورق سعة 400 مل بماء الصنبور وأحضره إلى الغطاء. ضع الأملاح وأدوات التطبيق وماء الصنبور في متناول اليد على جانب واحد من موقد بنسن.
-
قم بتشغيل مقياس الطيف الضوئي المحمول باليد وتعرف على مكوناته.
-
قم بإنشاء تجربة جديدة وقم بتكوين مقياس الطيف لقياس شدة الانبعاث. اضبط وقت العينة على 200 مللي ثانية وعدد القراءات بطول موجي معين إلى 1. سجل الإعدادات واسم التجربة في دفاتر ملاحظات المختبر.
-
قياس طيف أضواء الغرفة. اطلب من طالب أو طالبين إمساك الكاشف البصري بالقرب من الأضواء قدر الإمكان دون فصل الكابلات. بمجرد أن تصبح جاهزا ، اطلب من طالب مختلف بدء تشغيل مقياس الطيف. يجب أن يكون الطيف واضحا ، مع الحد الأدنى من الضوضاء وعدم وجود قمم خارج النطاق. ملاحظة: إذا كنت تواجه مشكلة ، فأمسك المسبار في درج أو صندوق مغلق تقريبا لحمايته من أشعة الشمس أثناء توجيهه إلى أضواء الغرفة.
-
التقط الطيف على الفور عندما يبدو جيدا. تأكد من أن لديك طيفا عالي الجودة قبل حفظه. سجل الأطوال الموجية للقمم في جدول البيانات الخاص بك.
-
قياس أطياف انبعاث الأملاح المعدنية. أشعل موقد بنسن واضبط الياقة حتى ينفصل اللهب بوضوح إلى لهب داخلي وخارجي.
-
أحضر مقياس الطيف إلى غطاء المحرك وقم بترتيب الكابلات بحيث يمكن حمل الكاشف على بعد حوالي بوصة واحدة من اللهب.
-
اطلب من طالب واحد إعداد مقياس الطيف للتشغيل. يجب أن يكون لدى هذا الطالب رؤية واضحة للموقد حتى يتمكن من البدء في الحصول على البيانات بمجرد دخول الملح إلى اللهب. بعد ذلك ، اطلب من طالب آخر أن يمسك الكاشف على مسافة لا تزيد عن بوصة واحدة من اللهب. ملاحظة: أي اقتراب يخاطر بإتلاف الكاشف. لكنك لن تحصل على طيف واضح إذا كان الكاشف بعيدا جدا.
-
اطلب من طالب مختلف أن يأخذ أحد أدوات التطبيق من دورق الماء ويغمسها في أنبوب كلوريد الصوديوم لتغطية القطن المبلل بالملح. بعد ذلك ، أدخل قضيب الملح المطلي بالملح بعناية حوالي 1 مم في اللهب الخارجي ، والذي سيتغير لونه.
-
ابدأ المطياف عندما يدخل القضيب إلى اللهب. ملاحظة: إذا كانت شدة الذروة خارج نطاق القياس، فاضبط موضع الكاشف حتى تصبح جميع القمم ضمن حدود الكشف. إذا كان من الصعب رؤية تغير لون اللهب ، التقط المزيد من الملح على نفس القضيب وحاول مرة أخرى حتى ترى لونا كثيفا. إذا كان الطيف صاخبا أو ضعيفا ، فحاول توجيه الكاشف إلى جزء مختلف من اللهب.
-
عندما ترى طيفا جيدا ، التقطه واحفظه. يجب على الجميع مراجعة الطيف للتأكد من أنه ذو نوعية جيدة. اكتب الأطوال الموجية للانبعاث في الجدول الخاص بك.
-
اغمر قضيب كلوريد الصوديوم في دورق مياه الصرف الصحي. استخدم دائما قضيبا مختلفا لكل ملح.
-
اتبع نفس الإجراء لاختبار الأملاح الخمسة المتبقية ، مع الحرص على تجنب التلوث المتبادل بين الأملاح. بمجرد اختبار الملح الأخير وتسجيل الأطوال الموجية ، قم بإعداد جمع البيانات للماسة.
-
عند غطاء المدرب ، أشعل الماسة باستخدام موقد بنسن وضعها في قارورة إرلينماير. تذكر أن الشرر قد يكون ساخنا جدا. قم بإيقاف تشغيل الغاز لإطفاء موقد بنسن.
-
عندما يحمل أحد الطلاب الكاشف بالقرب من الماسة ، اطلب من طالب آخر البدء في جمع البيانات. ضع الكاشف للحصول على أكبر عدد ممكن من القمم في الحجم دون فقدان القمم الأقل كثافة.
-
التقط الطيف واحفظه بمجرد أن يبدو جيدا. تذكر أن تكتب الأطوال الموجية في الجدول الخاص بك. ملاحظة: إذا كان الماسة طويل العمر ، فقم بجمع طيف ثان واختر الأفضل أو احتفظ بكليهما للتحليل.
-
دع الماسة تحترق في غطاء المحرك أثناء إرسال البيانات التي تم جمعها إلى كل فرد في المجموعة وإيقاف تشغيل نظام الحصول على البيانات.
-
أحضر أنابيب النحاس والباريوم والسترونتيوم إلى غطاء النفايات واشطف الأنابيب جيدا بالماء منزوع الأيونات في حاوية النفايات المخصصة.
-
اغسل أملاح الصوديوم والبوتاسيوم والليثيوم في البالوعة واشطف أنابيب الاختبار المتبقية. ضع أنابيب الاختبار والمعدات الأخرى بعيدا.
-
بمجرد أن يبرد الرماد ومقبض الماسة ، قم بإلقائهما في سلة المهملات.
-
- النتائج
-
أولا ، ارسم البيانات لكل تشغيل بكثافة على المحور y والطول الموجي على المحور x.
-
قارن طيف الماسة بطيف الخلفية من أضواء الغرفة. حدد القمم الصغيرة التي قد تكون من أضواء الغرفة.
-
قارن الأطياف المعدنية بطيف الماسة. يبدو أن الصوديوم هو مصدر الذروة عند حوالي 589 نانومتر. لا توجد قمم تطابق طيف الليثيوم ، لكن البوتاسيوم يتطابق مع الذروة الكبيرة عند 770 نانومتر.
-
لا يبدو أن طيف الماسة يحتوي على قمم السترونتيوم. ومع ذلك ، فإن الباريوم هو تطابق جيد للعديد من القمم في طيف الماسة. أخيرا ، لا يبدو أن النحاس موجود في الماسة. وهكذا ، نستنتج أن الماسة كانت تحرق الصوديوم والبوتاسيوم والباريوم عندما تم الحصول على الطيف.
-
View the full transcript and gain access to JoVE Lab Manual videos
Q1: What happens when metal chloride salts are heated in a flame?
When metal chloride salts are heated in a flame, their electrons become excited by the thermal energy. As these electrons relax back to their ground state, they emit light at specific wavelengths characteristic of each metal. The emitted light is visible, producing different colored flames for different metals, allowing identification through wavelength measurement.
Q2: How do you measure the emission spectrum of metal salts in this lab?
Hold a salt-coated applicator about 1 mm into the outer flame of a Bunsen burner while positioning a hand-held spectrophotometer detector approximately one inch from the flame. Start data collection when the applicator enters the flame. The spectrometer records emission intensity across wavelengths, capturing peaks that identify the metal's characteristic emission wavelengths.
Q3: Why is detector distance critical when measuring flame emission spectra?
The detector must be held no closer than one inch from the flame to avoid damage to the sensitive equipment. However, if positioned too far away, the spectrum becomes unclear and weak. Optimal distance balances detector protection with signal quality, ensuring peaks remain within detection limits and noise is minimized.
Q4: What does comparing a sparkler spectrum to metal salt spectra reveal?
By comparing the sparkler's emission spectrum to reference spectra from known metal chloride salts, you can identify which metals are present in the sparkler. Matching peaks at specific wavelengths indicate the presence of particular metals. For example, a peak at 589 nm matches sodium, while peaks at 770 nm match potassium.
Q5: How should you handle cross-contamination when testing multiple metal salts?
Always use a different applicator for each salt to prevent cross-contamination between samples. After testing each salt, submerge the used applicator in a wastewater beaker. This ensures that each metal salt measurement remains pure and unaffected by residue from previously tested salts.
Q6: What adjustments improve spectrum quality if peaks appear off-scale or noisy?
If peak intensities are off-scale, adjust the detector position until all peaks fall within detection limits. If the spectrum is noisy or weak, try pointing the detector at a different part of the flame. Repositioning the detector helps optimize signal strength and clarity without damaging equipment.
Q7: Why is plotting intensity versus wavelength essential for analyzing emission data?
Plotting intensity on the y-axis and wavelength on the x-axis creates a visual representation of each metal's unique emission pattern. This graph allows direct comparison between the sparkler spectrum and reference metal spectra, making it easier to identify matching peaks and determine which metals are present in the sparkler.