前言
光谱学是研究各种物质的光谱的产生及其同物质之间相互作用。光谱是电磁波辐射按照波长的有序排列；通过光谱的研究，人们可以得到原子、分子等的能级结构、电子组态、化学键的性质、反应动力学等多方面物质结构的知识。在化学分析中也提供了重要的定性与定量的分析方法。发射光谱可以分为三种不同类别的光谱：线状光谱、带状光谱、连续光谱。线状光谱主要产生于原子，带状光谱主要产生于分子，连续光谱则主要产生于白炽的固体或气体放电。 剥线摄谱仪的原理
1、 了解小型摄谱仪的结构、原理和使用方法；
2、 学习摄谱仪的定标方法及物理量的比较测量方法（线形插值法）；
【实验原理】
1. 棱镜摄谱仪的工作原理
复光经散系统（棱镜）分光后，按波长的大小依次排列的图案，称为光谱。
棱镜摄谱仪的构造由准直系统、偏转棱镜、成像系统、光谱接收四部分组成；按所用的波长的不同，摄谱仪可分为紫外、可见、红外三大类，它们所用的棱镜材料也不同；对紫外用水晶或萤石，对可见光用玻璃，对红外线用岩盐等材料。
棱镜把平行混合光束分解成不同波长的单光是根据折射光的散原理。各向同性的透明物质的折射率与光的波长有关，短波长光的折射率要大些，例如一束平行入射光由、、三光组成，并且，通过棱镜后分解成三束不同方向的光，具有不同的偏向角，如图1所示。
小型摄谱仪常用阿贝(Abbe)复合棱镜。它是由两个30角折射棱镜和一个45角全反射棱镜组成，如图2所示。
本实验系统就是利用了棱镜的散功能进行工作的摄谱仪。在摄谱仪中棱镜的主要作用是用来分光，即利用棱镜对不同波长的光有不同折射率的性质来分析光谱。折射率n 与光的波长λ有关，这一现象叫做散。当一束白光或其它非单光入射棱镜时，由于折射率不同，不同波长（颜）的光具有不同的偏向角σ，从而出射线方向不同。通常棱镜的折射率n 是随波长λ的减小而增加的（正常散），所以可见光中紫光偏折最大，红光偏折最小。一般的棱镜摄谱仪都是利用这种分光作用制成的。
摄谱仪的光学系统如图3所示，自光源S发出的光，调节狭缝以获得一束宽度、光强适当的光，此光经准直透镜后成平行光射到棱镜上，再经棱镜折射散，由成像系统成像于接收系统上。
3．用线形内插入法求待测波长
这是一种近似的测量波长的方法。一般情况下，棱镜是非线性散元件，但是在一个较小的波长范围内，可以认为散是均匀的，即认为CCD上接收的谱线的位置和波长有线性关系，如波长为的待测谱线位于已知波长和谱线之间。
如图4所示，它们的相对位置可以由CCD采集软件上读出，如用d和x分别表示谱线和的间距及和的间距，那么待测线波长为：。
下面分别介绍摄谱仪的几个主要元部件。
（1）可调狭缝
可调狭缝是光谱仪中最精密、最重要的机械部分，它用来限制入射光束，构成光谱的实际光源，直接决定谱线的质量。
狭缝是由一对能对称分合的刀口片组成，其分合动作由手轮控制。手轮是保持狭缝精密的重要部分，因此转动手轮时一定要用力均匀、轻柔，狭缝盖内装有能左右拉动的哈特曼栏板。
（2）准直系统
光源S发出的光，经可调狭缝后，经过透镜L胸片数据库1， L2后成一束平行光入射到恒偏转棱镜上。实验过程中需微调可调狭缝的位置，当狭缝的位置处于L1、 L2组合透镜的焦距上时，从透镜L2出射的光线为平行光。
（3）散系统
散系统是一个恒偏转棱镜，它使光线在散的同时又偏转64.1o。棱镜本身也可绕铅直轴转动。
（4）成像系统丝绵机
成像系统是平行光线经棱镜散后的聚焦部分。可以通过调焦手轮作前后移动进行调焦，调焦幅度约为40mm。 成像效果可以旋转反光镜，将光谱线反射至毛玻璃上，利用观察目镜观察。
（5）接收系统
PSP05型CCD微机棱镜摄谱仪采用的是线阵CCD来接收光谱的光强分布，代替了传统的胶片曝光法，操作方便，提高了实验精度及实验数据处理能力。
【实验操作步骤和使用注意】：整套PSP05CCD微机摄谱仪的实验装置如下图5所示，具体安装调节步骤如下：
图5 CCD型棱镜摄谱仪整体装置图
1． 转动棱镜旋转台调节螺钉，将旋转指示指针移动至实验仪器面板的标度指示中心位置；
2． 在不改变任何光学系统的前提下，即不改变狭缝位置、宽度，不旋转棱镜旋转台，不调节成像微调手轮。移去定标光谱灯，将待测光谱灯，移近狭缝，并正对好狭缝刀口，利用CCD采集待测样本曲线，并保存样本曲线（样本曲线见附录）。
3． 对比定标光谱曲线和待测光谱曲线，得出两光谱各谱线之间的相对位置关系，利用线性插值法（注意：相邻谱线间隔不能相差过大，否则会增大实验误差），计算出待测光谱线波长，并与给出的标准谱线波长比较，得出实验误差。
4． 实验结束后，不要将可调狭缝刀口长时间处于紧闭状态。
注意事项：
1． 因光谱线相对于环境光显得有点暗弱，本实验应尽量安排在暗室中进行，这样比较利于光谱的观察和辨别。
2． 如果采集到的光谱线出现大面积“削顶”，则有两种可能：一是CCD器件饱和，说明光信号过强，这时可以将光源稍微离开光源一点距离；二是软件中选项里的增益参数调的过大，应使之减小（一般置增益为1）。
3． 如发现采集的光谱曲线上毛刺较多，检查狭缝刀口是否有尘埃。若有，用蚕丝棉沾取酒精小心擦拭。
4． 在安装调节棱镜时，手指只能接触棱镜的棱边，勿接触光学面，避免污染光学面，从而影响实验效果；在压紧棱镜时，切勿用力过大，谨防压坏棱镜。
5． 可调狭缝是光谱仪中非常重要的机械部件，它用来限制入射光束并构成光谱的实际光源，其直接决定谱线的质量，因此要特别爱护好可调狭缝。不要使刀口处于紧闭的状态，因为刀口比较锐利，相互紧闭容易产生卷边而使刀口受到损伤与破坏。因此操作手轮调整狭缝宽度时要细心，旋转时用力要小而均匀而且慢慢地旋转，千万不要急促地快转，因为狭缝部件上的零件都比较精密，弹簧力量比较小，如果猛然或快速旋转会使之受冲击力而影响狭缝的精度和寿命，这一点必须注意。
6． 在调节狭缝宽度时，最好在开启方向进行，因为狭缝是在弹簧力量作用下关闭的，由于要克服机构中的磨擦，因此狭缝刀片的运动可能滞后，从开启方向开始调节可消除上述误差。
7． 为了保护刀刃免遭机械损坏，以及避免灰尘和脏物的入侵，在使用完毕后，必须马上将狭缝罩上，不要长时间直接暴露在空气中。
8． 在进行数据采集时，应先接DB15串口线，再接USB线，否则容易死机。
氦原子光谱的研究
【实验目的】
1.学习识谱和一种测量谱线波长的方法。
2.对氦原子光谱有初步的认识。
【实验内容与步骤】
测出氦光谱在可见光区（～太阳能手机充电器587）谱线的波长，
测出已知波长为589.6nm 和589nm的钠灯谱线的位置y1拟合出y=(λ)函数，并在同一条件下测出未知波长值的氦谱线的位置YH代入函数y=f(λ)求出其波长值。主要步骤如下：
1、 仪器安装调节步骤参照第4章实验操作步骤；
2、 选择钠灯作为定标光源；
沟槽式管接头3、 保持光路系统不变，分别测量出氦谱谱线的位置；
钠灯光谱
灯源 | 谱线波长（nm） | 颜 |
钠灯（Na） | 589.0 | 黄（D双线） |
589.6 |
| | |
采用线阵CCD采集的钠双线，其中CCD的规格为：14×14μm，2160像元，采集图如下：
氦灯光谱
灯源 | 谱线波长（nm） | 颜 |
氦灯（He） | 706.6 | 红 |
667.8 | 红 |
587.6 | 黄 |
501.6 | 蓝绿 |
492.2 | 蓝绿 |
471.3 | 蓝绿 |
447.1 | 蓝 |
408.6 | 紫（未见） 喷墨纸 |
| | |
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议