棱镜摄谱实验.doc

光谱学研究的是各物质的光谱的产生及其同物质之间的相互作用。光谱是电磁波辐射按照波长的有序排列,通过光谱的研究,人们可以得到原子、分子等的能级结构、电子组态、化学键的性质、反应动力学等多方面物质结构的知识,在化学分析中也提供了重要的定性与定量的分析方法。发射光谱可以分为三种不同类别的光谱:线状光谱、带状光谱、连续光谱。线状光谱主要产生于原子,带状光谱主要产生于分子,连续光谱则主要产生于白炽的固体或气体放电。随着科技的进步,当今先进的光谱实验室已不再使用照相干版法获得光谱图形,D器件为核心构成的各种光学测量仪器。D器件接收光谱图形和光强分布,利用计算机的强大数据处理能力对采集到的数据进行分析处理,通过直观的方式得到我们需要的结果。与其他产品相比,PSP05型摄谱仪具有分辨率高(微米级),实时采集、实时处理和实时观测,观察方式多样,物理现象显著,物理内涵丰富,软件功能强大等明显的优点,是传统棱镜摄谱仪的升级换代产品。【实验目的】、原理和使用方法。(线形插值法)。【实验原理】,原子通常处于基态,当受到外部激励后,可由基态跃迁到能量较高的激发态。由于激发态不稳定,处于高能级的原子很快就返回基态,此时发射出一定能量的光子,光子的波长(或频率)由对应两能级之间的能量差决定。,和分别表示原子处于对应的激发态和基态的能量,即:(1-1)得:,式中,i=1,2,3,…,h为普朗克常数,c为光速。每一种元素的原子,经激发后再向低能级跃迁时,可发出包含不同频率(波长)的光,这些光经色散元件即可得到一对应的光谱。此光谱反映了该物质元素的原子结构特征,故称为该元素的特征光谱。通过识别特征光谱,就可对物质的组成和结构进行分析。(棱镜)分光后,按波长的大小依次排列的图案,称为光谱。棱镜摄谱仪的构造由准直系统、偏转棱镜、成像系统、光谱接收四部分组成。按所适用波长的不同,摄谱仪可分为紫外、可见、红外三大类,它们所使用的棱镜材料是不同的:对紫外用水晶或萤石;对可见光用玻璃;对红外线用岩盐等材料。棱镜把平行混合光束分解成不同波长的单色光根据的是折射光的色散原理。各向同性的透明物质的折射率与光的波长有关,其经验公式是:(1-2)式中A、B、C是与物质性质有关的常数。由上式可知,短波长光的折射率要大些,例如一束平行入射光由、、三色光组成,并且,通过棱镜后分解成三束不同方向的光,具有不同的偏向角d,其相对大小如图1-1所示。图1-1棱镜色散波长λ与偏向角d的关系图小型摄谱仪常选用阿贝(Abbe)复合棱镜,它是由两个30°角折射棱镜和一个45°角全反射棱镜组成,如图1-2所示。图1-2阿贝复合棱镜本实验系统就是利用棱镜的色散特性进行工作的摄谱仪。在摄谱仪中,棱镜的主要作用是用来分光,即利用棱镜对不同波长的光有不同折射率的性质来分析光谱。折射率n与光的波长λ有关。当一束白光或其它非单色光入射棱镜时,由于折射率不同,不同波长(颜色)的光具有不同的偏向角d,从而出射线方向不同。通常棱镜的折射率n是随波长λ的减小而增加的(正常色散),所以可见光中紫光偏折最大,红光偏折最小。一般的棱镜摄谱仪都是利用这种分光作用制成的。摄谱仪的光学系统如图1-3