尝试623 光谱衡量与光谱明白

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所属分类:光谱仪器
实验623 光谱测量与光谱分析_其它_职业教育_教育专区。实验623 光谱测量与光谱分析 一、实验目的 1. 了解光栅光谱仪的工作原理; 2. 掌握利用光栅光谱仪进行测量的基本技术。 1 二、
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  实验623 光谱测量与光谱分析_其它_职业教育_教育专区。实验623 光谱测量与光谱分析

  一、实验目的 1. 了解光栅光谱仪的工作原理; 2. 掌握利用光栅光谱仪进行测量的基本技术。 1 二、实验原理 光谱分析与光谱仪 ? 特征光谱:每一种元素在发光或吸光时都有其各自所特有 的光谱线—特征谱线。所以,光谱是人们认识了解物质成 份的重要手段,在已知的元素中有近1/5都是通过光谱分 析来发现的。 ? 光谱仪:用于进行光谱测量和物质光谱分析的装置。其主 要作用:1.分解和分析光谱;2.测定波长与能量的对应关 系,绘制光谱图。 ? 光栅作用:光栅具有分光色散作用(同级光谱中不同的波 长对应不同的衍射角),通过光栅可以把光谱中的不同波 长分解开来。所以它是光栅光谱仪的核心组成部分。 2 原子发光 如图所示,处于能级E1的原子吸收能量跃迁到高能态E2时, 将向下跃迁并发出相应能级差的光子: h? ? h c ? ? ?E ? E2 ? E1 ? h ? ? c ?E E2 ? E1 所以,测出元素的某一波长,根据其对应的 能级差就可以算出普朗克常数h. 透射率 光通过任何物质时都会被不同程度地吸收。定义单色光透 过一定厚度的物质时的百分透射率为: I T ? ?100% I0 其中I0 和I分别是光从该物质的入射和出射光强。 3 光栅光谱仪(单色仪)分光原理 由狭缝S1入射的复色光,经M2变成复色平行光照射到光栅G上,经光栅色 散后,不同波长的平行光束以不同的衍射角出射。通过旋转光栅G改变角 度,就可使某一波长的光经M3聚焦在出射狭缝S2或S3上,再由S2后面的电 光探测器记录该波的波长、光强度等信息,并将数据输入电脑处理。通过 S3则可直接观察光谱线。 通过旋转光栅实现对波长扫描. 出射波长与光栅旋转角度?之间 的关系为: 计算机 S3 光电 倍增管 光栅 CCD 旋转镜 2d ?? cos? sin ? k 转台 S2 G M3 M2 入射光 物镜 ? 光栅 衍射光 M1 S1 2? 入射光 式中,d 和k 分别是光栅常数和衍射级次。 对同一单色仪,? 为确定值。 4 三、实验仪器 ? WGD-3型组合式多功能光栅光谱仪 ? 计算机 ? 汞灯、溴钨灯、滤光片 5 四、实验内容 1. 测量汞灯光谱,根据测得波长计算普朗克常 数。 2. 以溴钨灯为光源,扫描绿色滤光片的透射率 曲线,并测算透射率曲线能量半峰值对应的 光谱宽度。 6 五、实验操作指导 7 光栅光谱仪及待测光源 光谱仪电源 注意:请不要动这三颗狭缝螺丝,已调好。 汞灯电源 溴钨灯 汞灯 光谱仪 光电倍增管 溴钨灯电源 光入射狭缝 8 光入射狭缝 滤光片插入口 滤光片插入口 9 测量汞灯光谱图步骤 一、打开光谱仪和汞灯电源,光谱仪负高压调至500V; 二、开电脑,打开WGD-3光谱仪软件; 电压调至500V 汞灯预热几分钟 汞灯放置于此 10 测量汞灯光谱图步骤 三、参数设置:模式选“能量”;间隔:0.1nm; 起始波长:300nm,终止波长:650nm;寄存器-1;其余默认. 四、点击“单程按钮”开始单程扫描; ?按箭头指 示设置参数 点击“单程”开始扫描 11 测量汞灯光谱图 汞灯光谱扫描结果 12 测量汞灯光谱图 五、修正波长 点左下工具栏 “自动寻峰” 按钮,在弹出 的对话框中点 “检峰/谷”开 始自动寻峰。 自动寻峰按钮 13 测量汞灯光谱图步骤 寻峰结果 ?将间隔最宽两峰中的左 峰波长值与对应参考波长 值(435.8nm)比较。 ?算出测量值与参考值的 差,以此进行修正。 参考峰值波长: 1 ? 404.7nm 2 ? 435.8nm 3 ? 546.1nm 4 ? 577.0nm 5 ? 579.1nm 14 测量汞灯光谱图步骤 波长修正 点“波长修正” 注:波长的 最大修正量 为±50nm. 输入修正值 15 测量汞灯光谱图步骤 六、波长修正完成后,重新寻峰,并记录各条谱线的波长值. 参考峰波长值: 1 ? 404.7nm 2 ? 435.8nm 3 ? 546.1nm 4 ? 577.0nm 5 ? 579.1nm 16 七、计算普朗克常数 ? 将测量的各个波长值和对应的理论能级差代入该公式计算 普朗克常数h,求平均。与标准值比较,计算相对误差。 h? 修正后的测量波长 ? c ?E 汞谱线标准波长及 其对应的能级跃迁: ? (nm) 404.7 435.8 546.1 577.0 579.1 E2 ? E1 (eV) 7.73 ? 4.67 7.73 ? 4.89 7.73 ? 5.46 8.84 ? 6.70 8.85 ? 6.70 普朗克常数标准值 h ? 6.63?10?34 (J ? s) 17 测量绿色滤光片的光谱透射率 一、点亮溴钨灯并放置于入射缝前;电压调至300V. 调至300V 溴钨灯预热几分钟 溴钨灯 溴钨灯电源 18 测量绿色滤光片的光谱透射率 二、扫描基线:模式选“基线;其余默认. 点击“单程”开始基线单程扫描; ?按箭头指 示设置参数 点击“单程”开始扫描 19 测量绿色滤光片的光谱透射率 基线扫描结果 溴钨灯光谱(基线 测量绿色滤光片的光谱透射率 三、扫描绿色滤光片的光谱透射率: 1.从狭缝侧面处插入绿色滤光片; 2.模式选“透过率”;寄存器-3;其余参数不能改变! 3.点击“单程”开始扫描。 ?改变箭头指示 两个参数,其余 的必须与基线扫 描时相同,不能 改变。 插入滤光片 21 测量绿色滤光片的光谱透射率 滤光片透过率扫描结 果 基线 测量绿色滤光片的光谱透射率 四、寻峰,记录峰值处的波长和能量值。 能量半峰值25.85 23 测量绿色滤光片的光谱透射率 五、测量能量半峰值处对应的光谱宽度。 点“读取谱线数据”按钮,然后用鼠标在曲线 上寻找能量半峰值的点,记录其对应波长?1。 能量半峰值25.85 记录此数据 读取谱线数据按钮 左侧能量半峰值点 24 测量绿色滤光片的光谱透射率 五、测量能量半峰值对应的光谱宽度。 继续寻找另一侧的能量半峰 值的点,记录其对应波长?2。 能量半峰值25.85 记录此数据 右侧能量半峰值点 25 测量绿色滤光片的光谱透射率 六、计算能量半峰值对应的光谱宽度。 能量半峰值所对应的光谱宽度为 ?? ? ?2 ? ?1 ?? 26 提示 ?若扫描曲线过高,顶住图示区上边界时,需将电 压调低一些后重新扫描。 特别提醒 ?实验做完将光谱仪电源负高压调零,再关闭电源; ?关闭实验灯电源,放回原处; ?关闭电脑; ?滤光片取下放在光谱仪电源箱上面。 27

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