金属火炎放射

概念インストラクター準備学生プロトコル
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出典:米国ジョンズ・ホプキンス大学(米国メリーランド州)のSmaa Koraym

  1. 金属炎放射試験

    この研究室では、6種類の金属塩化物塩の電子を炎の熱で励起し、その緩和電子が発する光の波長を測定します。放出される光は可視スペクトルにあるため、金属ごとに異なる色の炎が見られます。

    ラボの最後に、線香花火の発光スペクトルを測定し、金属塩から収集したデータを使用して線香花火内の金属を特定します。このプロセスを支援するために、ラボノートに表を作成して、周囲光、塩、線香花火から放出される波長を記録します。

    表1:観測波長

    実行#ソース記録された波長
    1 ルームライト
    2NaCl
    3LiCl
    4KCl
    5SrCl2
    6BaCl2
    7CuCl2
    8線香花火

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    このラボでは、塩でコーティングされたアプリケーターをブンゼンバーナーの炎の端に保持して、金属塩を励起します。アプリケーターが発火した場合は、すぐにビーカーの水で急冷してください。励起では、炎と線香花火の近くに検出器をかざして、放出された光の波長を測定します。自分自身と検出器を保護するために、安全な距離を保ってください。一部のタスクは同時に実行されるため、4人のグループで作業し、各生徒が必要に応じてタスクを完了することをお勧めします。

    • 白衣、安全メガネ、ニトリル手袋を着用してください。
    • ヒュームフードにブンゼンバーナーを設置します。
    • 400mLのビーカーに水道水を入れ、フードに持っていきます。塩、アプリケーター、水道水をブンゼンバーナーの片側に簡単に手の届くところに置きます。
    • ハンドヘルド分光光度計の電源を入れ、そのコンポーネントに慣れてください。
    • 新しい実験を作成し、発光強度を測定するように分光器を設定します。サンプル時間を 200 ミリ秒に設定し、特定の波長での読み取り回数を 1 に設定します。設定と実験名をラボノートブックに記録します。
    • 部屋の照明のスペクトルを測定します。1人または2人の生徒に、ケーブルを外さずに光学検出器をできるだけライトに近づけて保持させます。準備ができたら、別の生徒に分光計を始めてもらいます。スペクトルはクリアで、ノイズが最小限に抑えられ、スケール外のピークがないこと。手記： 問題が発生した場合は、プローブをほぼ閉じた引き出しまたは箱に保持して、部屋の照明に向けながら日光から保護します。
    • 見栄えが良さそうなスペクトルをすぐにキャプチャします。保存する前に、高品質のスペクトルがあることを確認してください。データテーブルにピークの波長を記録します。
    • 金属塩の発光スペクトルを測定します。ブンゼンバーナーに点火し、炎が内側と外側の炎にはっきりと分離するまでカラーを調整します。
    • 分光器をフードに持ってきて、検出器が炎から約1インチ保持できるようにケーブルを配置します。
    • 1人の生徒に分光計を走らせる準備をしてもらいます。この生徒は、塩が炎に入るとすぐにデータの取得を開始できるように、バーナーをはっきりと見渡す必要があります。次に、別の生徒に検出器を炎から1インチ以上離さないように保持させます。手記： これ以上近づくと、検出器が損傷するリスクがあります。ただし、検出器が遠すぎると、明確なスペクトルが得られません。
    • 別の生徒に、水の入ったビーカーからアプリケーターの1つを取り出し、それをNaClのチューブに浸して、濡れた綿を塩でコーティングしてもらいます。その後、塩を塗ったアプリケーターを外側の炎に1mmほど丁寧に差し込むと、色が変わります。
    • アプリケーターが炎に入ったら、分光器を始動します。 手記： ピーク強度がスケールから外れている場合は、すべてのピークが検出限界内に収まるまで検出器の位置を調整します。炎の色の変化がわかりにくい場合は、同じアプリケーターでさらに塩を拾い上げ、濃い色が見えるまで再試行してください。スペクトルにノイズが多いか弱い場合は、検出器を炎の別の部分に向けてみてください。
    • 良いスペクトルを見つけたら、それをキャプチャして保存します。誰もがスペクトルを見直して、品質が良いことを確認する必要があります。表に発光波長を書き留めます。
    • NaClアプリケーターを廃水ビーカーに浸します。塩ごとに異なるアプリケーターを常に使用してください。
    • 同じ手順に従って残りの5つの塩をテストします。ただし、塩間の相互汚染を避けるように注意してください。最後の塩をテストし、波長を記録したら、線香花火のデータ収集を設定します。
    • インストラクターのフードで、ブンゼンバーナーで線香花火に火をつけ、ハンドルを下にして三角フラスコに置きます。火花は非常に熱いかもしれないことを忘れないでください。ガスを止めてブンゼンバーナーを消火します。
    • 一人の生徒が検出器を線香花火に近づけたら、別の生徒にデータ収集を開始させます。検出器を配置して、強度の低いピークを失うことなく、スケールでできるだけ多くのピークを取得します。
    • 見栄えが良さそうなスペクトルをキャプチャして保存します。表に波長を書き留めることを忘れないでください。手記： 線香花火の寿命が長い場合は、2番目のスペクトルを収集し、最適なスペクトルを選択するか、両方を分析用に保持します。
    • 収集したデータをグループ内の全員に送信し、データ収集システムをシャットダウンしている間、線香花火をボンネットで燃え尽きさせてください。
    • 銅、バリウム、ストロンチウムのチューブを廃棄物フードに持ってきて、指定された廃棄物容器に脱イオン水でチューブを十分にすすいでください。
    • ナトリウム、カリウム、リチウム塩を排水溝に流し、残りの試験管をすすぎます。試験管やその他の機器を片付けてください。
    • 灰と線香花火のハンドルが冷めたら、ゴミ箱に捨ててください。
  2. Results
    • まず、各実行のデータをy軸に強度、x軸に波長でプロットします。
    • 線香花火のスペクトルを部屋の照明からの背景のスペクトルと比較します。部屋の照明からどの小さなピークがあるかを特定します。
    • 金属スペクトルと線香花火のスペクトルを比較します。ナトリウムが約589nmのピークの源であるようです。リチウムスペクトルに一致するピークはありませんが、カリウムは770nmの大きなピークと一致します。
    • 線香花火のスペクトルにはストロンチウムのピークがないようです。ただし、バリウムは線香花火スペクトルのいくつかのピークに適しています。最後に、線香花火には銅が存在しないようです。したがって、スペクトルが取得されたとき、線香花火はナトリウム、カリウム、およびバリウムを燃焼させていたと結論付けます。