多功能光栅光谱仪的使用及实验 PPT课件

.1、利用多功能光栅光谱仪进行氢(氘)、钠原子发射光谱研究。2，1，原理，WGD-8A组合多功能光栅光谱仪，由光栅单色仪、接收单元、扫描系统、电子放大器、A/D采集单元、计算机组成。该设备集成了光学、精密机械、电子和计算机技术。光学系统采用切尔尼-特纳装置(C-T)，如图所示。光谱仪的探测器是光电倍增管或电荷耦合器件。当使用光电倍增管时，发射的光通过狭缝S2到达光电倍增管。当用CCD作为探测器时，小平面镜M1旋转，发射的光通过狭缝S3到达CCD。CCD可以同时检测一定光谱范围内的光谱信号。光信号通过倍增管(或称电荷耦合器件)转换成电信号后，首先通过前置放大器放大，然后通过模数转换转换成数字量，最后由计算机处理和显示。前置放大器的增益、光电倍增管的负高压和电荷耦合器件的积分时间可以由控制软件根据需要进行设置。前置放大器的增益现在是1，2，七年级。数字越大，放大器的增益越高。光电倍增管的负高压也分为7个等级：1、2、7。数字越大，负高压越高，每个等级的负高压之间的差值约为200伏.CCD的积分时间可以在10毫秒到40秒之间任意变化。扫描控制采用步进电机控制正弦机构(根据光栅方程，光栅的波长和角度是正弦关系，所以采用正弦机构)。)的螺丝，然后使光栅旋转。输入一组电脉冲后，步进电机可以旋转一个角度，丝杠上的螺母随之移动一个固定的距离。每次输入一组脉冲时，光栅的旋转将出射狭缝发出的光的波长改变0.1毫米。图2-2正弦机构原理，7。这台仪器主要做发射光谱实验！所谓的发射光谱是物质处于高温状态或被带电粒子的撞击激发时直接发射的光谱。由于物质被激发的不同状态，发射光谱具有不同的形状。在原子状态下，它是亮线光谱，如钠灯、汞灯、氘灯等。在分子状态下，它是一个光谱带，如氮放电灯；热固体、液体或高压主气体中的连续光谱，如钨灯、氘灯等。因为不同元素的原子能级是不同的，每个元素的光谱也有自己的特征，像人类的指纹。特别是，每个元素都有一条特征谱线，称为“保留谱线”(RU线)。如果在样品的光谱中存在元素的“保留谱线”，也就是说，样品中含有该元素。(1)氢和氘原子的光谱：balmer总结的可见区氢谱线的规律是：其中氢谱线的波长取3、4、5等整数。如果用波数来表示谱线，则上述公式为，其中109678cm-1是氢的里德堡常数。9，由玻尔理论或量子力学得到的类氢离子光谱定律是：上述公式是元素a的理论里德堡常数，z是元素a的核电荷数，n1，n2是整数，m和e是电子的质量和电荷，是真空介电常数，c是真空中光速，h是普朗克常数，ma是原子核的质量。当MA，得到里德堡常数，因此，当应用于h和d时，有：可以看出，RD和RH是不同的，结果是d的谱线相对于h的谱线有轻微的偏移，称为同位素偏移。嘿。11是可以直接精确测量的量。测量时，相对湿度、相对湿度和里德伯常数也可以计算出来。同时，还可以计算出D和H的核质量比：同一光波在不同的介质中有不同的波长。我们的测量通常在空气中进行，所以空气中的波长应该转换成真空中的波长。然而，在实际测量中，由于所用实验仪器的精度限制，这种变化可以忽略。，12，氢的特征光谱，紫外部分：莱曼系统：可见部分：巴尔末系统：红外部分：帕申系统：布拉坎系统：庞特系统：汉弗莱斯系统：13，钠光谱实验，钠原子是由一个完整而稳定的原子和它外面的一个价电子组成的。原子的化学性质和光谱定律主要由价电子决定。类似于氢原子光谱定律，钠原子谱线的波数可以表示为两项差，其中是有效量子数，当无穷大时，是谱线极限的波数，14，钠原子光谱项，T=，它与氢原子光谱项的区别在于，有效量子数不是整数，而是主量子数n减去一个值，即量子校正，称为量子亏量。量子亏损是由原子现实的极化和原子现实中价电子的渗透引起的。碱金属原子的每个内层都充满了电子。剩余的电子在最外层轨道。这个电子叫做价电子。价电子松散地束缚在原子上，它离原子核的距离比其他内壳电子的距离大得多。因此，除了价电子和原子核之外，所有的电子都可以看作是一个核心，叫做原子实在。由于价电子电场的作用，原子现实中带正电荷的原子核和带负电荷的电子的中心将发生轻微的相对位移，因此负电荷的中心将不再在原子核上，形成电偶极子。极化产生的电偶极电场作用于价电子，使其具有吸引力并导致能量减少。同时，当一些价电子的轨道渗透到原子中时，电子也会受到原子产生的额外引力的作用，从而降低势能，这就是轨道渗透现象。原子能的两个修正都与价电子的角动量有关。角量子数越小，椭圆轨道的偏心率越大，原子的轨道穿透和真实极化越明显，原子能越低。因此，价电子越接近原子现实，也就是说，n越小，量子亏损越大(当n越小，量子亏损主要由l决定，这在实验中被近似认为与n无关)。钠原子的光谱有四个线性系统：17，主线系统(P线系统):3S-nP，n=3，4，5，漫射线系统(D线系统):3P-钕，n=3，4，5，锐线系统(S线系统):3P-纽斯，n=4，5，6，基线系统(f线):3P-nF，n=4，5，6，在钠原子光谱的四个线性系统中，只有主线系统的较低能级是基态(3S1/2能级)。在光谱学中，主线系统的第一组线(双线)被称为共振线，钠原子的共振线是著名的黄色双线(589.0纳米和589.6纳米)。对于钠原子的其他三条谱线，基线在红外区，而除了第一组谱线之外，漫射线和锐线在可见光区。18，其中上能级是双的，下能级是单的，因此，根据选择规则，主线系统是双结构的。短波分量与长波分量的强度比为2: 1。高能级是单能级，低能级是双能级。根据选择规则，锐线系统具有双重结构，短波分量与长波分量的强度比为12。此时，上能级和下能级是双倍的。根据选择规则，漫射线系统应该有三条光谱线，它们分别被记录为，但是由于距离近，它们不能正常分离。这两种成分合二为一，它们的波长用表示，这叫做双线结构。短波分量和长波分量的强度比为12。嘿。嘿。21，2。实验内容：1。用汞原子光谱校准光谱仪，检查仪器，连接光谱仪、计算机和打印机电源，将光谱仪电压调整到500伏左右，使狭缝宽度小于0.10纳米。打开汞灯电源，预热3分钟，测量。可测量光谱为365.01纳米、365.46纳米、366.32纳米、404.66纳米、404.98纳米、435.83纳米、546.07纳米、576.89纳米、579.07纳米。观察so光电倍增管不应暴露在强光下(这会导致雪崩效应)，因此测量期间入射光不应太强。2。氢和氘光的谱线间隔很近，因此测量需要最高的灵敏度(能量间隔0.0