多功能光栅光谱仪的使用及实验 -

多功能光栅分光器的使用氢(氘)、钠原子发光光谱的研究，一、原理、WGD-8A型多功能光栅分光器由光栅单色计、接收单元、扫描系统、电子放大器、A/D收集单元、计算机构成。 该设备集光学、精密机械、电子学、计算机技术于一体。 光学系统如图所示采用切尔尼涡轮装置(CT )型。 仪器设备、分光器的工作原理图、分光器的检测器为光电倍增管或CCD，使用光电倍增管后，出射光通过狭缝S2到达光电倍增管。 在将CCD作为检测器的情况下，如果使小平面镜M1旋转，使出射光通过狭缝S3到达CCD，则CCD能够同时检测某个光谱范围内的光谱信号。 另外，光信号通过倍增管(或CCD )成为电信号后，首先用前置放大器放大，经过A/D转换将模拟量转换为数字量，最终在计算机处理中进行显示。 前置放大器的增益、光电倍增管的负高压和CCD的积分时间可以由控制软件根据需要来设定。 当前，前置放大器的增益是1、2、7个阶段，数量越大，放大器的增益越高。 光电倍增管的负高压也分为1、2、7个阶段，数量越大负高压越高，各阶段间负高压相差约200V。 摄像机的积分时间可在10ms-40s之间任意变更。 扫描控制使用步进电机来控制正弦机制(根据光栅方程，由于波长和光栅的旋转角处于正弦关系，因此采用正弦机制)。 )中的丝杠的旋转，进而实现光栅的旋转。 当步进电机输入一组电脉冲时，可以旋转角度，并相应地在螺钉上加螺母可以移动一定距离。 每次输入一组脉冲时，光栅的旋转使出射狭缝所出射的光的波长变化0.1nm。 图2-2正弦机构的原理，本装置主要进行发光光谱实验！ 发光光谱是指物质在高温状态或带电粒子的碰撞下被激发后立即发出的光谱。 根据激发时物质的放置状态，发光光谱有不同的形状，原子状态下为明线光谱，例如钠灯、水银、氢重氢灯等。 在分子状态下，在像氮放电灯那样具有光谱的高温固体、液体或高压主气体中，是钨灯、氘灯等连续光谱。 由于每种元素的原子能水平结构都不同，每种元素的光谱都像人的指纹一样具有自己的特征。 特别是，某种元素有被称为“居留光谱”(RU线)的特征光谱，试料光谱中的元素的“居留光谱”一出现，试料中就含有该元素。实验原理、(1)氢和氘原子光谱：巴尔末总结的可见光区氢光谱法则：式中氢光谱的波长，取3、4、5等整数。 当频率改变以表示该频谱时，上述方程式中的109678cm-1代表氢的重建常数。 由沃尔沃理论和量子力学得到的氢离子光谱定律如下：上式中，元素a的理论导程常数，z为元素a的原子能电荷数，n1、n2为整数，m和e为电子的质量和电荷，真空介电常数，c为真空中的光速，h为普朗克常数，MA为核的质量。 RA略微取决于a，在MA时，读取条常数：由此发现应用于h和d时，在、RD和RH之间存在差异，使得d的频谱相对于h的频谱稍微偏移，称为同位素偏移。 可以直接正确测量RH、RD和反馈常数，同时可以计算d、h的原子核质量比：同一光波，波长因介质而异。 我们的测定大多是在空气中进行的，所以必须把空气中的波长转换成真空中的波长。 但在实际测量中，受所用实验仪器精度的限制，这种变化可以忽略不计。 氢的特征光谱，紫外部分：赖曼系：可见光部分：巴尔末系：红外部分：帕邢系：布拉斯系：蓬得系：汉弗里系：钠光谱实验，钠原子由完全稳定的原子实和其他价电子组成。原子的化学性质和光谱规律主要由价电子决定。 与氢原子光谱法则相似，钠原子光谱线的波数可以表示为两个差。 其中有效量子数为无限大时，为线系限制的频率，在钠原子光谱项中，T=、与氢原子光谱项之差是有效量子数不是整数，而是主量子数n减去一个数值后的量子校正，称为量子缺陷。 量子缺陷是由原子实的极化和价电子穿透原子实而引起的。 每个碱金属原子的内壳层都充满了被子电子，其馀的一个电子位于最外层轨道上，该电子称为价电子，价电子与原子的键合较松，原子核之间的距离远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远远在价电子场的作用下，原子中带正电的原子核和带负电的电子中心稍微相对位移，因此负电荷中心不在原子核上，形成电偶极子。 极化产生的电偶极子的电场作用于价电子，它受到吸引力而能量下降。 同时，价格电子的一部分轨道侵入原子实内部，电子也受到原子产生的附加引力而降低势能，这就是轨道贯通现象。 原子能的这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，轨道贯通和原子实极化越显着，原子能也越低。 因此，价电子越接近原子实心，即n越小，量子缺陷越大(n越小，量子缺陷主要确定为l，在实验中近似为与n无关)。 分别用s、p、d、f表示。 钠原子光谱有4个线系：主线系(p线系):3S-nP、n=3、4、5、漫射线系(d线系):3P-nD、n=3、4、5、尖锐的线系(s线系):3P-nS、n=4、5、6、基线系(f线系):3P-nF、n=4、5、6、。 钠原子光谱的4个线系中，只有主线系的下段为基态(3S1/2能级)，在分光学中，将主线系的第一组线(双线)称为共振线，钠原子的共振线是有名的黄双线(589.0nm和589.6nm )。 钠原子的其他3个线系、基线系位于红外区域，扩散线系和尖锐线系除第一组光谱外均位于红外区域，其馀均位于可见区域。 其中，上面的能级是双重的，下面的能级是单重的，所以根据选择法则，主线系统是双重结构。 其短波成分与长波成分强度比为21 . 上层是单层，下层是双层。 根据选择规律，锐线为双结构，短波分量与长波分量的强度比为12。 这时，上下的水平是双重的。 根据选择法则，漫射线系统应该有3个光谱，各自记载，但由于距离近，通常不分开，2个成分合成一个，显示其波长，称为复线构造。 其短波成分与长波成分的强度比为12 .2，实验内容，1 .使用汞原子光谱校正分光器，检查测量仪，接通分光器、电脑、打印机的电源，使分光器的电压为500V左右，狭缝宽度小于0.10nm。 接通水银灯的电源，预热3分钟后测定。 可测定光谱为365.01nm、365.46nm、366.32nm、404.66nm、404.98nm、435.83nm、546.07nm、576.89nm、579.07nm . 2 .观察钠原子光谱，绘制测定的图像，将分光器的电压调整为500V左右，结果为589.0nm、589.6nm。 3 .观察氢氘原子光谱，绘制测得的图像，用测得的数据值计算读取常数。 使分光器电压为1000V左右，能够测定的氢光谱为410.17nm、434.05nm、486.13nm、656.28nm . 计算氢原子的导波常熟，计算d、h的原子核质量比。 三、注意事项、1 .光电倍增管不应受到强光照射(引起雪崩效应)，测量时请勿增强入射光。 2 .氢、氘光谱非常接