实验623-光谱测量与光谱分析.ppt

1,一、实验目的,了解光栅光谱仪的工作原理； 掌握利用光栅光谱仪进行测量的基本技术。,2,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。,光谱分析与光谱仪,二、实验原理,3,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：,原子发光,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：,其中I0 和I分别是光从该物质的入射和出射光强。,4,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：,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。,5,三、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,6,四、实验内容,测量汞灯光谱，根据测得波长计算普朗克常数。 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。,7,五、实验操作指导,8,光入射狭缝,光电倍增管,光谱仪电源,注意：请不要动这三颗狭缝螺丝，已调好。,溴钨灯,溴钨灯电源,汞灯,汞灯电源,光谱仪,光栅光谱仪及待测光源,9,滤光片插入口,光入射狭缝,滤光片插入口,10,电压调至500V,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；,汞灯放置于此,测量汞灯光谱图步骤,汞灯预热几分钟,11,三、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.,点击“单程”开始扫描,测量汞灯光谱图步骤,按箭头指示设置参数,四、点击“单程按钮”开始单程扫描；,12,测量汞灯光谱图,汞灯光谱扫描结果,13,测量汞灯光谱图,五、修正波长,自动寻峰按钮,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。,14,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:,15,测量汞灯光谱图步骤,波长修正,点“波长修正”,输入修正值,注：波长的最大修正量为50nm.,16,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:,17,汞谱线标准波长及其对应的能级跃迁:,修正后的测量波长,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。,普朗克常数标准值,七、计算普朗克常数,18,一、点亮溴钨灯并放置于入射缝前；电压调至300V.,测量绿色滤光片的光谱透射率,溴钨灯,溴钨灯电源,调至300V,溴钨灯预热几分钟,19,二、扫描基线：模式选“基线”；间隔：0.1nm； 起始波长：200nm，终止波长：800nm；寄存器-2；其余默认.,点击“单程”开始扫描,按箭头指示设置参数,点击“单程”开始基线单程扫描；,测量绿色滤光片的光谱透射率,20,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,21,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,22,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,滤光片透过率,23,四、寻峰，记录峰值处的波长和能量值。,测量绿色滤光片的光谱透射率,能量半峰值25.85,24,五、测量能量半峰值处对应的光谱宽度。,测量绿色滤光片的光谱透射率,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。,读取谱线数据按钮,左侧能量半峰值点,记录此数据,能量半峰值25.85,25,五、测量能量半峰值对应的光谱宽度。,测量绿色滤光片的光谱透射率,继续寻找另一侧的能量半峰值的点，记录其对应波长2。,右侧能量半峰值点,记录此数据,能量半峰值25.85,26,六、计算能量半峰值对应的光谱宽度。,测量绿色滤光片的光谱透射率,能量半峰值所对应