使用小型棱镜摄谱仪半定量分析光谱的简便方法

1、第20卷第5期2001年5月大学物理COLLEGEPHYSICSVol.20No.5May.2001使用小型棱镜摄谱仪半定量分析光谱的简便方法赵辉1,石恒用1,赵新2,常效奇1(1.鞍山师范学院物理系,辽宁鞍山114005;2.鞍山广播电视设备集团公司,辽宁鞍山114012)摘要:介绍了借助CCD工业摄象机,使用小型棱镜摄谱仪拍摄光谱及在微型计算机上制作标准铁谱和处理光谱的方法.这种方法的采用使我们不必每次都拍摄铁谱,大大地简化了样本的半定量分析.关键词:棱镜摄谱仪;光谱分析;CCD中图分类号:O433.1;O433.4文献标识码:A文章编号:1000-0712(2001)05-0029-02

2、每个元素光谱都存在灵敏线.通过对被测样本光谱的半定量分析,若发现某一元素的灵敏线存在,就可以断定样本中含有该元素.这种半定量分析工作对设备精度要求不高,可以使用小型棱镜摄谱仪进行.小型棱镜摄谱仪对环境要求低,并且价格低、操作方便、便于移动.这些特点使它能够直接应用在工作场所.我们对它作了改进.改进后,不需要每次拍摄铁谱,不需要洗像等一套设备,使摄谱的实时性得到改善,对工作场所要求更低,可以用于野外对矿物的定性分析.1测量方法使用小型棱镜摄谱仪,在拍摄和处理光谱的过程中,为了省去显影、定影、冲洗、吸干、在光谱投影仪上比对等繁杂的工序,可以采用CCD工业摄象机拍摄谱源,并通过图象卡把拍摄的光谱图采

3、集到计算机中,在计算机中比对处理,或者在计算机中简单处理后打印出来,再比对处理.其过程框图见图1.2标准谱的制作拍摄某一样本的光谱时,要把标准谱通常是铁谱拍摄在同一个图版上,让它们有相同的比例,比对工作才能进行.铁谱拍摄很麻烦.若能使用常用光源比对,可使过程大大简化.但是,因为棱镜色散的光谱不是均匀排列的.它对红光色散小,对紫光色散大,而常用光源的谱线又太稀少,不能采用线性插入法计算所拍摄样本谱线的波长.为了省去以后铁谱的拍摄,采用如下方法制作标准铁谱.用图1所示的方法拍摄铁谱,同时拍摄汞灯的光谱.汞的623.4nm,579.0nm,577.0nm,546.1nm,496.0nm,435.8n

4、m,407.8nm和404.6nm的谱线很好识别,用它作为标记.多次拍摄,直到满意为止.存入计算机,这就是我们以后要用的标准铁谱.与其他标准铁谱相比,带上了标记.制作的汞标记标准铁谱见图2.注意,标准铁谱上的标记谱线可以选用其他常用光源代替了摄谱箱.看谱时,也不需要看谱管,可以在计算机显示器上直接观察整个谱面.调整CCD摄象机的镜头的焦距及焦面的方向得到清晰的铁谱后,固定这个位置.图1CCD摄谱及微机处理框图在图1中,棱镜的位置已经调整好.谱源是某一样本的发射光线经棱镜色散后的光谱.其中CCD摄象机图2汞标记标准铁谱收稿日期:2000-06-19基金项目:辽宁省鞍山市科学技术委员会资助项目(9

5、711058)男,.30大学物理第20卷表1用铁谱比对氢谱得到的氢波长实测波长/nm理论值/nm486.13486.08434.05434.00410.47410.13的谱线,但是所选光源的谱线至少要有3条,以便比对,并同时确定仪器的调整是否被破坏.3半定量分析方法介绍有了以上标准铁谱,拍摄样本光谱时就不需要同时拍摄铁谱,只需同时拍摄标记光源的光谱即可.在计算机上,通过放大或缩小样本光谱,使样本光谱上的标记光谱与标准铁谱上的标记光谱对准,就可以使用铁谱计算样本的谱线波长了.以测量氢的光谱为例,介绍分析方法的使用.使用图1的方法拍摄氢的光谱,同时拍摄汞灯的光谱.在计算机上使铁谱和氢谱的标记对准.

6、见图3.然后用铁谱比对氢谱.数据见表1.由表1可知,使用标记标准铁谱比对样本光谱进行半定量分析是一个很好的方法.同时,也可以在计算机上读出光谱某一谱线的灰度,从而确定样本中的某一元素的相对含量.本项目的实验是在WSL-0.5型小型棱镜摄谱仪上完成的.参考文献:1刘书声.现代光学手册M.北京:北京出版社,1993.624,643.2吴思诚,王祖铨.近代物理实验M.北京:北京大学出版社,1986.87,99.图3汞标记氢谱Asimplewayofsemi-quantitativespectralanalysiswithasmallprismspectrographZHAOHui,SHIHeng-y

7、ong,ZHAOXin,CHANGXiao-qi111(1.DepartmentofPhysics,AnshanTeachersCollege,Anshan,Liaoning,114005,China;2.AnshanBroadcast&TelevisionDeviceGroup,Anshan,Liaoning,114012,China)Abstract:AmethodformakingthestandardironspectraandprocessingthesamplebymeansofaCCDindustrycameraandasmallprismspectrographisin

8、troduced.Usingthisway,wedonotneedtophotographtheironspectraeverytime,sothesemi-quantitativespectralanalysisismuchsimplified.Keywords:prismspectrograph;spectralanalysis;CCD(上接20页)IstheworkdonebyaconservativeforceequaltothedecreaseofpotentialenergyGAOBing-kun(DepartmentofPhysics,TsinghuaUniversity,Beijing,100084,China)Abstract:Theworkdonebyapareofconservativeforcesisequaltothedecreaseofpotentialener-gyandingeneral,th