实验623光谱测量与光谱分析课件

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。1一、实验目的了解光栅光谱仪的工作原理；1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—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。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。计算机光栅物镜入射光旋转镜光电倍增管入射光衍射光转台光栅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。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5三、实验仪器WGD-3型组合式多功能光栅光谱仪5四、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。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。6五、实验操作指导7五、实验操作指导7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，滤光片插入口光入射狭缝滤光片插入口9滤光片插入口光入射狭缝滤光片插入口9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5三、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；11三、参数设置：模式选“能量”；间隔：0.1nm；点击“单程”测量汞灯光谱图汞灯光谱扫描结果12测量汞灯光谱图汞灯光谱扫描结果12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。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: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.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: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19二、扫描基线：模式选“基线”；间隔：0.1nm；点击“单程”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20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：改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25.8523四、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25.8524五、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25.8525五、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的光谱宽度为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实验做完将光谱仪电源负高压调零，再关闭电源;关闭实验灯电源，放回原处；关闭电脑；滤光片取下放在光谱仪电源箱上面。特别提醒提示若扫描曲线过高，顶住图示区上边界时，需将电压调低一些后重新扫描。27实验做完将光谱仪电源负高压调零，再关闭电源;特别提醒提示若扫一、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。28一、实验目的了解光栅光谱仪的工作原理；1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29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—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。30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。计算机光栅物镜入射光旋转镜光电倍增管入射光衍射光转台光栅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。31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32三、实验仪器WGD-3型组合式多功能光栅光谱仪5四、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。33四、实验内容测量汞灯光谱，根据测得波长计算普朗克常数。6五、实验操作指导34五、实验操作指导7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35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，滤光片插入口光入射狭缝滤光片插入口36滤光片插入口光入射狭缝滤光片插入口9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37电压调至500V一、打开光谱仪和汞灯电源，光谱仪负高压调至5三、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；38三、参数设置：模式选“能量”；间隔：0.1nm；点击“单程”测量汞灯光谱图汞灯光谱扫描结果39测量汞灯光谱图汞灯光谱扫描结果12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。40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:41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.42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:43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44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45一、点亮溴钨灯并放置于入射缝前；电压调至300V.测量绿色滤二、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46二、扫描基线：模式选“基线”；间隔：0.1nm；点击“单程”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47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20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48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：改滤光片透过率扫