《实验三十八组合式多功能光栅光谱仪实验6.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《实验三十八组合式多功能光栅光谱仪实验6.pdf（5页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、实验三十八 组合式多功能光栅光谱仪实验 光谱是电磁辐射的波长和强度分布的记录，有时只是波长的记录。从形状上来区别光谱可分为 3类：线状光谱、带状光谱和连续光谱。光谱的重要性在于它与原子、分子结构的密切联系，历来是研究原子、分子结构的重要途径之一。在激光器的研究和发展过程中，光谱研究也起着重要作用。如今，把计算机与光栅光谱仪结合起来，可以说是常规光谱实验技术的一种新发展。实验目的 1.观察原子的发射光谱和吸收光谱。2.测定里德伯常数。3.学会光栅光谱仪的原理及应用。实验仪器 WGD-8A 型组合式光栅光谱仪、低压汞灯、钠灯、氢灯及其电源，钨灯(6V)和带加热装置的钠灯。实验原理 光源所发出的光谱
2、称发射光谱。在一般情况下，原子处于稳定状态(能量最低的能级)称做基态(能量E0)。若给原子适当的能量，可使其最外层电子暂时跃迁到能量较高的能级，原子即处于激发状态(能量En)，经过极短时间(约 10-8s)就会自行跃迁至低能态(Em)或基态，同时以光形式释放多余的能量，这就是自发辐射，在光谱仪上即可看到其发射光谱。还有一种观察光谱的办法就是吸收，把要研究的样品放在发射连续光谱的光源(白光)与光谱仪之间，使来自光源的光先通过样品后，再进入光谱仪，这样一部分光就被样品吸收，在所得的光谱上会看到连续背景上有被吸收的暗线，形成吸收光谱。值得注意的是同一物质的发射光谱和吸收光谱之间有相当严格的对应关系，
3、也就是说某种物质自发辐射哪些波长的光，它就强烈地吸收那些波长的光。两种过程同时存在，宏观上谱线的明暗取决于受激辐射与吸收的强弱程度。按照光子假设，电磁辐射的最小单元是光子，它的能量为 h(h 是普朗克常数，是光的频率)。根据能量守恒定律，原子在一对能级 Em、En间发生跃迁时，只能发射或吸收满足下式特定频率的单色电磁辐射：mnEEhv (5-38-1)上式称为玻尔频率条件。在满足式 5-38-1 条件的外来光的激励下，高能级原子向低能级跃迁并发出另一同频率光子的过程称为受激辐射。氢原子光谱的一般情况：氢原子光谱是最简单的原子光谱，它的一般情况可归纳为以下 3 条。(1)光谱是线状的，谱线有一定
4、的位置。也就是说，有确定的、彼此分立的波长值。(2)谱线间有一定的关系，例如谱线构成一个谱线系(氢原子光谱有赖曼线系、巴耳末线系、帕邢线系、布喇开线系和普丰特线系等)，它们的波长可用一个公式表达：22111nmRH (5-38-2)式中：17100967758.1mRH称为里德伯常量。(3)每一谱线的波数1可以表达为二光谱项之差：)()(1nTmT （5-38-3）式中：22)(,)(nRnTmRmTHH称为光谱项(mnm,、n 都是正整数)。氢的光谱项是2nRH。这 3 点也是所有原子光谱的普遍情况，所不同的只是不同元素的原子，其光谱项具有不同的形式。氢原子光谱巴耳末线系波长对应公式为：,5
5、,4,3121122nnRH （5-38-4）氢光谱中巴耳末线系的 4 条波长如下：谱线 颜色 波长(nm)H 红 656.28 H 深绿 486.13 H 青 434.05 H 紫 410.17 谱线的间隔和强度都向短波方向递减。实验内容 1.光谱仪的定标：用低压汞灯作标准光源，并用其绿线波长(546.1nm)定标光谱仪所扫描的光谱中的该线位置。顺次测量各谱线的波长和能量值。2.观测汞光谱(365.0nm)的 3 线结构：扩展汞光谱的(365.0nm)谱线，观察它的 3 线波长和能量值，并根据其最小波长差粗略计算此光谱仪分辨本领：R，其中 12 3.测定里德伯常量：打开氢光谱管电源，调节调压
6、器至光谱管正常发光(光谱管发光稳定)，仔细移动凸透镜使光谱管发出的光会聚在狭缝上，扫描出氢光谱并测出巴耳末线系各谱线的波长。根据式 5-38-4 计算里德伯常量，求其平均值并与给出值进行比较(相对百分差)。4.观察钠的发射光谱与吸收光谱：先观测钠的发射光谱，测出钠双线波长，并将其光谱“保存”(建议以只读方式存储)。关闭并移去钠灯，点亮钨灯(连续光谱)，在钨灯与光谱仪之间放置被远红外辐射片加热的钠气泡(小心不要接触钠泡，以免烫伤)。用光谱仪观察钠的吸收光谱并与机内存储的钠发射光谱作比较。实验结束后应关闭钨灯及加热片电源，最后关机。预习思考题 1.什么是发射光谱？什么是吸收光谱？2.原子光谱是连续
7、光谱还是线状光谱？思考题 1.光栅光谱仪与棱镜光谱仪有何区别？2.一个 15cm 宽的光栅，光栅常量mmd12001，在可见光波段中部(550.0nm 附近)，此光栅能分辨的最小波长差为多少？3.说明钠的吸收光谱与发射光谱的异同点。附录 一、多功能光栅光谱仪仪器外观图 光电倍增管接收器 CCD 接收系统 入射狭缝 图 5-38-1 WGD-8/8A 多功能光栅光谱仪外形图 1 负高压调节 2 负高压指示 3 USB 口电源指示 4 工作指示 5 通讯指示 6 电源开关 7 USB 讯号线 8 CCD 电缆线 9 单色仪电缆线 10 光电倍增管电缆线 二、WGD8A 型组合式光栅光谱仪软件的操作
8、 1.启动软件：打开计算机及电控箱电源，待计算机运行开机例行程序后，用鼠标器双击“WGD8A”快捷方式，将启动“WGD8A”软件控制处理系统。进入系统后，按下任意键，显示器显示出工作平台，若平台上出现“波长初始化正在进行”时，等初始化结束后方可热行指令操作，若直接显示当前波长对话框时，点击“是”后进行各项指令操作。2.参数设置：点击工作平台上“参数设置”选项，弹出参数设置表格，按如下数据设置：模式 E 最大值 1000 扫描间隔 0.1nm 最小值 0 增益 2 起始波长 200nm 负高压 5 终止波长 800nm 设置完毕点击“确定”。3.波长检索：点击“工作方式”选项，选择其下拉菜单的“
9、波长检索”，输入你想设置的起始波长数据。4.选择“工作方式”中的“单程扫描”，仪器从低波长向高波长方向扫描至终止波长。若要中途停止扫描，可按 Esc 键。5.选择“读取数据”下拉菜单项，屏幕右下角出现光标“”，按、键移动光标，读取光标所在点的波长值和能量值。若需快速移动光标，可按 Page Up、Page Down 键。按 Esc 键退出。6.波长校正：选择“读取数据”选项菜单中的“波长修正”(定标)项，输入波长的标准值与测量值的差(注意正负号，单位)，光谱线将自动平移到校正后的位置。一次修正范围不得超过 500。7.扩展：选择“读取数据”中的“扩展项”，在屏幕上出现一条线光标，按、键移动光标至被扩展谱线的左侧，按 Enter 键后，屏幕上又出现另一光标，将其移动到该谱线的右侧，再按 Enter 键1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 图 5-38-2 WGD-8/8A 多功能光栅光谱仪电箱正视图 确认，则该谱线被扩展。8.全程显示：显示 200nm800nm 区间所扫描的光谱线。9.清屏显示：取消屏幕上的谱线显示。10.检峰：选择“读取数据”中的“检峰”项，检索峰的位置及能量大小。用数字键输入最小峰值。11.退出软件：单击平的“文件”菜单下的“退出”选项，确认退出。