Chemische Spektralanalyse: Eine Anleitung zur Erlernung und Ausführung von Emissions-Spektralanalysen PDF
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Anleitungen für die chemische Laboratoriumspraxis Herausgegeben von H. Mayer-Kaupp Band I Seith · Ruthardt Chemische Spektralanalyse Eine Anleitung zur Erlernung und Ausführung von Emissions-5p ektralana!Jsen Sechste, ergänzte Auflage von Walter Rollwagen Mit 84 Abbildungen und einer Tafel Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH 1970 Dr. Walter Rollwagen o. Professor fiir Experimentalphysik an der Universităt Miinchen Die Wiedergabe van Gebraucbsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch obne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, daB solche Namen iru Sinne der Warenzeichen und Markenschutz-Geset.gebung als Irei zu betrachten wiiren und daher von jedermann benutzt werden diirften Das Werk ist urheberrechtlich geschiitzt. Die dadurch begriindeten Rechte, insbesondere die der Ober setzung, des Nachdruckes, der Entnahme von Abbildungen, der Funksendung, der Wiedergabe auI photo mechanischem oder ăhnlichem Wege und der Speicherung in Datenverarheitungsanlagen bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Bei Vervielfăltigungen fur gewerbliche Zwecke ist gemaB § 54 UrhG eine Vergiitung an den Verlag zu zahlen, deren H6he mit dem Verlag zu vereinbaren ist. Library of Congress Catalog Card Number 75-102382. ISBN 978-3-642-85894-9 ISBN 978-3-642-85893-2 (eBook) DOI 10.1007/978-3-642-85893-2 © by Springer-Verlag Berlin Heide1berg 1938, 1941, 1944, 1949,1958, and 1970 Ursprünglich erschienen bei Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York 1970. Softcover reprint of the hardcover 6th edition 1970 Titel·Nr. 4046 Dem Begründer der modernen Emissions-Spektralanalyse Herrn Professor Dr. rer. nat., Dr. rer. nat. h.c., Dr. med. h.c., Dr. der Naturwissenschaften h.c. Walther Gerlach zum 80. Geburtstag gewidmet München, 1. August 1969 Vorwort zur sechsten Auflage Aus den Besprechungen der 5. Auflage ist zu ersehen, daß mancher Leser sich eine umfassendere Darstellung insbesondere der Anregungs arten und Analysenmethoden erwartet hätte. Das hängt wohl damit zusammen, daß es in deutscher Sprache kein modernes Lehrbuch der Emissionsspektralanalyse gibt. Es sei deshalb noch einmal betont, daß diese Anleitung für die Praxis kein Ersatz für ein derartiges Lehrbuch sein kann und will. Das vordringliche Anliegen liegt nach wie vor bei dem Bemühen, dem Anfänger diejenigen Einzelheiten zu vermitteln, deren Kenntnis ihn zu einem gewissenhaften und zuverlässigen Spektro skopiker werden lassen. Neu eingefügt wurden besonders bewährte halb quantitative Routineanalysen. Der Abschnitt über photoelektrische Methoden ist wesentlich erweitert. Bei den quantitativen Analysen sind Hinweise auf die Gasanalyse in Metallen, auf das Glimmlichtverfahren und die Additionsmethode zum Spurennachweis dazu gekommen. Der Abschnitt über die Analysengenauigkeit ist ergänzt. Zum Teil sind diese Änderungen von Kollegen und Rezensenten an geregt, denen ich für ihre Kritik und für Verbesserungsvorschläge herz lich danke. Mein besonderer Dank gilt meiner Sekretärin, Frl. ÜRTH, für ständige Hilfe, Herrn Ing. FELLNER für Korrekturarbeit und· dem Springer Verlag, der diese Neuauflage anregte und in altbewährter Sorg falt unter Leitung von Herrn Dr. MAYER-KAUPP verwirklichte. München, November 1969 W. RoLLWAGEN Sektion Physik der Universität München Vorwort zur fünften Auflage Am 24. August 1956 verstarb Herr Professor WoLFGANG SEITH. Sein Tod bedrohte auch den Weiterbestand des vorliegenden Buches, das sich im Laufe der Jahre manche Freunde erworben hat; pflegte er es doch mit besonderer Hingabe und widmete sich seiner Verbesserung bei jeder neuen Auflage. Mein eigenes Arbeitsgebiet hat sich seit Jahren so sehr von der Spektrachemie entfernt, daß ich selbst für eine Neubearbei tung nicht mehr in Betracht komme. Ich mußte also Umschau halten, wer zur Weiterführung geeignet wäre. Auf Grund meiner langjährigen VI Vorwort des Bearbeiters der fünften Auflage Freundschaft mit SEITH wird jeder verstehen, daß ich bei der Wahl ni!::ht nur fachliche Gesichtspunkte berücksichtigte, sondern auch einen Bearbeiter finden wollte, der über Jahre mit SEITH persönlich verbunden war. Ich habe deshalb im Einvernehmen mit dem Springer-Verlag Herrn Professor Dr. RoLLWAGEN gebeten, die Seithsche Arbeit fortzusetzen und danke ihm auch an dieser Stelle, daß er sich dazu bereit erklärt hat. Hanau, im April 1957 K. RUTHARDT Vorwort des Bearbeiters der fünften Auflage Ein ständig wachsender Kreis in wissenschaftlichen Laboratorien und technischen Fertigungsstellen bedient sich physikalischer Methoden. Es handelt sich dabei meist um Personen, die sich nicht mit Physik, zum mindesten nicht als Hauptfach ihrer Ausbildung, beschäftigt haben. Bei aller Liebe zur Gründlichkeit und zur Systematik muß es eine Utopie bleiben, von diesem Kreis generell so fundierte physikalische Kenntnisse zu fordern, daß er die benutzten Methoden hinsichtlich ihrer physika lischen Gesetzmäßigkeiteil kritisch wertet. Man darf nicht vergessen, daß gerade die Grundbegriffe der Physik besonders schwer verständlich sind, wenn sie nicht zur täglichen geistigen Übung gehören. Soll darum die vorliegende Anleitung ihrem Leserkreis gerecht werden, dann muß sie sich auf ein Minimum an physikalischen Zusammenhängen beschränken. Ich bin für die Neubearbeitung von dem Bestreben ausgegangen, jede nicht unmittelbar für die Ausschöpfung der Methode notwendige Gesetz mäßigkeit auszulassen; z. B. sind diesem Ziel Andeutungen über die Term-Zuordnung der Spektrallinien zum Opfer gefallen, oder Einzel heiten über die Physik der Gasentladungen, über den lichtelektrischen Effekt und die Theorie der optischen Instrumente. Es wurde aber sorg fältig darauf geachtet, die Zusammenhänge so weit aufzuzeigen, daß der aufmerksame Leser Wesen und Grenze der Methode erkennt und somit vor einer falschen Einschätzung ihrer Leistungsfähigkeit bewahrt wird. Gegenüber den vorangegangenen Auflagen schien mir andererseits notwendig, die handwerklichen Hinweise wesentlich ausführlicher zu bringen. Dies kommt auch dem ursprünglichen Plan dieser Reihe entgegen von der ihr Begründer E. ZINTL unter anderem sagt: "Sie sollen aber jene technischen Kleinigkeiten daraus ersehen, für die der Anfänger erfahrungsgemäß das meiste Lehrgeld zahlen muß, und die auch den Fortgeschrittenen oft genug ärgern, da sie in keinem Lehrbuch ver öffentlicht sind und oft nur als ungeschriebene Spezialerfahrung einiger Laboratorien vorliegen." Daraus ergab sich zwangsläufig die Notwen- Vorwort des Bearbeiters der fünften Auflage VII digkeit, die Disposition des ganzen Buches dem didaktischen Plan enger anzupassen. Herr Dr. RUTHARDT hat mir mitgeteilt, daß Herr Professor SEITII für diese Auflage gleichfalls an eine wesentliche Umarbeitung dachte, die über die natürlich immer notwendige Anpassung an den augenblick lichen Stand des Wissens hinausgehen sollte. Ich weiß nicht, in welchem Sinne diese Umarbeitung geplant war, denn der Abschied von diesem unvergeßlichen Kollegen kam unerwartet, ohne ein Wort des Ver mächtnisses. Wer ihn gekannt hat, weiß, daß ihm vor allem am Herzen lag, seine Sache klar, ehrlich und einfach vorzutragen. Möge es im An denken an ihn gelungen sein, von diesem Geist in der 5. Auflage mög lichst viel zu erhalten. Für die Herstellung der neuen Abbildungen standen mir durch das freundliche Entgegenkommen von Herrn Professor WALTHER GERLACH die spektralanalytischen Einrichtungen seines Institutes zur Verfügung. Ich danke ihm herzlich für diese Hilfe, besonders auch Herrn cand. phys. FROMM, Frl. cand phys. A. JÄGER aus dem II. phys. Inst., Herrn Prof. E. PREUSS, der die Spektralaufnahmen zu Abbildung 7 beigesteuert hat, meiner Sekretärin Frl. F. ÜRTH und den Mitarbeitern des Springer-Ver lages für die gewissenhafte und präzise Verwirklichung aller Wünsche. Zahlreiche Herstellerfirmen von Geräten für die Spektralanalyse waren so freundlich, Bildmaterial beizusteuern. München, im Oktober 1957 W. RoLLWAGEN II. phys. Inst. der Universität Inhaltsverzeichnis Einleitung . . . . . . 1 Erster Abschnitt Theoretische und experimentelle Vorbereitung Erstes Kapitel: Allgemeine Grundlagen. 5 § 1. Die Lichtemission der Atome . 5 § 2. Die Farbzerlegung des Lichts . 6 a) Der Prismenspektralapparat 6 b) Der Gitterspektralapparat 10 c) Filter . . . . . 16 § 3. Die Empfänger . . . . . . 18 a) Die Photoplatte . . . . 18 b) Photozelle und Photozellenvervielfacher 19 § 4. Die Lichtführung in optischen Anordnungen 21 § 5. Anregungsarten . . 21 a) Flamme .... 22 b) Bogenentladung 23 c) Funkenentladung . 25 d) Spezial-Entladungen 25 Zweites Kapitel: Experimentelle Grundlagen (Aufgabe 1-24) 26 § 6. Das Arbeiten mit dem Spektralapparat Aufgabe 1-6 26 Aufgabe 1 : Einrichtung eines Arbeitsplatzes mit Prismen- spektrograph und erste Aufnahmen 26 Aufgabe 2: Prüfung eines Prismenspektrographen . 32 Aufgabe 3: Prüfung eines Gitterspektrographen . . 37 Aufgabe 4: Lichtverteilung in den Spektrallinien bei Beleuchtung ohne Hilfslinsen . . . . . 38 Aufgabe 5: Abbildung der Lichtquelle auf den Spalt 39 Aufgabe 6: Gleichmäßige Ausleuchtung des Spaltes ohne Lichtverlust . . . . . . . . . . . . . . 43 X Inhaltsverzeichnis § 7. Das Arbeiten mit dem Projektor (Aufgabe 7 und 8) 45 Aufgabe 7: Prüfung und Wartung des Projektors 45 Aufgabe 8: Bestimmung der Wellenlängen in einem Fe Spektrum und Herstellung einer Meßlehre des Fe-Spektrums . . . . . . 47 § 8. Spektren und letzte Linien (Aufgabe 9-11) . 49 Aufgabe 9: Vergleich der Anregungsarten . 51 Aufgabe 10: Herstellung von Plattenlehren . 51 Aufgabe 11: Herstellung einer Fe-Lehrentafel . 55 § 9. Das Arbeiten mit dem Photometer (Aufgabe 12-17) 56 Aufgabe 12: Prüfung und Wartung des Photometers . 56 Aufgabe 13: Schwärzungs- (5) und Seidelwerte (W) ver schieden starker Spektrallinien als Funktion der Photometer-Spaltbreite . . . . . . . . 60 Aufgabe 14: Schwärzung einer Spektrallinie eines linien armen Spektrums als Funktion der Spektro graphen-Spaltbreite . . . . . . . . . . . 62 Aufgabe 15: Vergleich der Messung von L1 S und 5 bei Benutzung einer linearen und einer logarith- mischen Skala . . . . . . . . . . . . 62 Aufgabe 16: Prüfung der homogenen Ausleuchtung von Spektrallinien . . . . . . . . . . . . . . 63 Aufgabe 17: Prüfung auf gleichmäßige Schwächung inner halb der einzelnen Stufen eines Stufenfilters und auf die Schwächungswerte als Funktion der Lichtwellenlänge im Sichtbaren 63 § 10. Die photographische Platte (Aufgabe 18-22) . . 63 Aufgabe 18: Bestimmung von S =/(log]) und y = tp(A.) 64 Aufgabe 19: Schwärzungskurve und Entwicklungsdauer TE 66 Aufgabe 20: Bestimmung des Schwarzschild-Exponenten p 66 Aufgabe 21: Die Farbempfindlichkeit 67 Aufgabe 22: Die Seidelkurve . . . . . . . . . . . 68 § 11. Intensitätsverhältnisse von Spektrallinien (Aufgabe 23 und 24) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 Aufgabe 23: Intensitätsverhältnis eines Linienpaares in verschiedenen Schwärzungsbereichen . . . . 72 Aufgabe 24: Intensitätsverhältnis eines Linienpaares auf kontinuierlichem Untergrund in verschiede- nen Schwärzungsbereichen . . . . . . . . 73 Inhaltsverzeichnis XI Zweiter Abschnitt Analytischer Teil Drittes Kapitel: Zusammenfassende Einführung in die Emissionsspektralanalyse 79 Viertes Kapitel: Die qualitative Analyse (Aufgabe 25-35) 84 Aufgabe 25: Reinheitsprüfung und Reinigung von Spektralkohlen . . . . . . . . 85 Aufgabe 26: Analyse technischer Legierungen . 87 Aufgabe 27: Reinheitsprüfung von Metallen (Koinzidenzen und Kontroll-Linien) . . . . . . 89 Aufgabe 28: Untersuchung weißer Malerfarben 92 Aufgabe 29: Vorschläge für Übungsanalysen mit Hinweisen . . . . . . . . . . 94 Aufgabe 30: Analyse von Oberflächenschichten 95 Aufgabe 31: Analyse bei verschiedenen Anregungs- bedingungen . . . 97 Aufgabe 32: Lokalanalyse . . . . . . . . . . . . 98 Aufgabe 33: Erhitzungsanalyse . . . . . . . . . . 100 Aufgabe 34: Qualitative Analyse höchster N achweisem- pfindlichkeit durch elektrolytische Anreiche- rung . . . . . . . . . . 101 Aufgabe 35: Einfluß der Gasatmosphäre . . . . . . . 103 Fünftes Kapitel: Halbquantitative Analyse (Aufgabe 36-38) . 104 Aufgabe 36: Ungefähre Konzentrationsbestimmung durch Vergleich der Spektren von Probe und Testen . . . . . . . . . . . . . . 104 Aufgabe 37: Homologe Linien und Fixierungspaar 106 Aufgabe 38: Beispiele aus der Praxis . . . . . . 113 Bewährte Routineverfahren sehr verschiedenartiger Proben . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 Sechstes Kapitel: Die quantitative Analyse (Aufgabe 39--46) 121 Aufgabe 39: Schwärzungsvergleich . . . . 121 Aufgabe 40: Drei- und Zweilinienverfahren . 124 Aufgabe 41: Intensitätsvergleich 130 Aufgabe 42: Das Rechenbrett . . . . . . . 132
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