称为光栅单色仪.ppt

光学多道分析实验 电科091 马玉霞 内容介绍 摘要实验目的实验原理实验内容及步骤注意事项实验总结 摘要 光学多通道分析器 OpticalMultichannelAnalyzer 简称OMA 是一种采用多通道快速检测和显示微弱光谱信号的电子光学仪器 它能方便地给出各种待测光谱的光谱曲线和光谱数据 可用于快速光谱分析及各种光谱研究 光学多通道分析器是由光学多色仪 并行检测器及其控制器和数据处理台 专用的微型电子计算机及其输出显示用的荧光屏 等三大部分组成 实验目的 1 掌握定量测定汞灯光谱 钠原子光谱的方法 2 熟悉多功能光栅光谱仪的光学系统 电子系统和软件系统 3 了解扫描式光栅光谱仪与光学多道光栅光谱仪之间的差别 本实验采用的是WGD 6光学躲到分析器组成 光栅单色仪 CCD接收单元 扫描系统电子放大镜 A D采集单元和计算机组成 实验原理 在一块透明的光学玻璃平板上刻有大量的相互平行 等宽等间距的刻痕 构成光栅 光栅可分为透射光栅 平面反射光栅等 本实验采用平面反射光栅 光栅方程为 式中d是光栅常数 是入射光波长 k是衍射级次 为衍射角 一 光学系统 光栅光谱仪的光学系统是单色仪 如下图 S1 M2 M3 G M1 M4 S2 S3 复色入射光进入狭缝S1后 经M1镜变成复色平行光照射到光栅G上 经光栅色散后 形成不同波长的平行光束并以不同的衍射角度出射 M2镜将照射到它上面的某一波长的光聚集在出射狭缝S2上 再由S2后面的光电探测器记录该波长的光强度 光栅G安装在一个转台上 当光栅旋转时 就将不同波长的光信号依次聚焦到出射狭缝上 当光探测器记录不同光栅旋转角度时的输出光信号强度 即记录了光谱 这种光谱仪通过输出狭缝选择特定的波长进行记录 称为光栅单色仪 CCD传感器是WGD 6型光学多通道分析器数据采集部分的核心 也是整个系统的关键所在 它的作用是将衍射光谱转换成电信号 CCD全称电荷耦合器件 Charge CoupledDevice 是一种以电荷量表示光量大小 用耦合方式传输电荷量的新型器件 二 CCD传感器 CCD结构图 CCD的工作过程是 当CCD受到光照后 各个CCD单元内贮存的电荷量与它的曝光量成正比 若给它施加特定时序的脉冲 其内部单元存贮的信号电荷便能在CCD内作定向传输 实现自扫描 进而将由光照感生的电荷依次传送出去 三 A D转换器 WGD 6型光学多通道分析器数据采集部分的另一个作用是将线阵CCD输出的模拟电压信号转换成数字电压信号 并存储在外部RAM中 这样数据就成为计算机能够读取的有效数据了 实验内容及步骤 1 准备工作开机之前检查连线是否接好 将转换开关置于工作位置 用CCD接受 将扳手放在 CCD 档 要观察谱线 可将旋钮置于 观察档 将入射狭缝 出射狭缝宽度都调至0 1mm左右 将USB接口连接计算机和仪器 2 测量 以汞灯为例 1 摆放好Hg灯 使光源聚集在单色仪的缝上 适当调节狭缝的宽度 但是必须使缝宽在0 2 2mm的范围内 不可超过2mm以免损坏仪器 2 打开CCD的电源 再打开计算机及计算机上相应的光学多道分析软件 3 设置中心波长为500nm 中心波长的调整过程当中 应当缓慢调节 每次调节都应当在上一次调节生效之后 按下 实时采集 按键 采集Hg的特征谱线 根据Hg光谱的尖锐程度 适当调整光源和透镜的位置 以及狭缝的大小 4 得到较尖锐的光谱后 点击工具栏下的 停止 实时采集完毕 将转换开关打到观察窗 打开CCD的遮光盖 观察衍射光谱 可以看到一道强绿光和两道黄光对照 Hg有435 84nm 546 07nm 576 96nm和579 0nm四条特征谱线 由于在计算机上所能反映的光谱带宽为150nm 200nm之间 中心波长为550nm 读取三条尖锐光谱的位置数组 做差 根据其差值比 及观察窗查看到的光线颜色 可以确定三条光谱为546 07nm 576 96nm 579 07nm这三条特征谱线 5 确定了特征谱线之后 利用这几条特征谱线进行定标 将横坐标的道数转化为波长显示 在实验过程中采用手动定标 在 数据处理 中选择 手动定标 选定546 07nm的谱线 按回车键 输入谱线波长 按 下一点 之后选定579 07nm的谱线 按回车键 输入谱线波长 点击 定标 后选择线性定标后 计算机就根据Hg的特征谱线来完成定标 将横坐标的道数显示转换成波长显示 6 测量纳光以及其他几种的波长 将Hg灯光源换为其他光源 采集同一波长范围内的待测光的光谱 在完成实时采集之后 对光谱图进行寻峰 数据处理实验数据如下图所示 选取恰当的中心波长后 通过读取三条尖锐光谱的位置数组 做差 根据其差值比 及观察窗查看到的光线颜色 确定三条光谱为546 07nm 576 96nm 579 07nm这三条特征谱线 定标 选取波长为546 07nm和579 07nm的两个峰 得到定标公式 得到钠双线波长588 93nm 589 55nm与实际测量值589 0nm 589 60nm极为接近 注意事项 狭缝可调范围为0 2mm 每旋转一周狭缝宽度变化0 5mm 平时不能置于0或2mm 应当调至0 1mm 0 5mm 钠灯不能离入射光孔太近 实验总结 在实验过程中碰到了许多问题 究其原因主要就是因为对实验仪器的了解不够以及对实验细节的掌控不到位 最大的问题出现在最后一步对钠光灯波谱的寻峰过程当中 在前几次实验当中 虽然双线的波长也可以得到 但每次都不止两个波峰 会有其他一些无用的波峰 在假使我们不知道钠双线波长的情况下 也就是实验假定情况下 我们是不能从中分辨出哪两个峰是我们需要的 后来发现 问题就出在背景记忆这里 因为我们每次用观察窗观看光谱时 为了看清楚一些 都会关掉一些灯 这样就使背景