棱鏡攝譜和光譜分析

1、棱鏡的攝譜和光譜分析第90組 姓名:龔俊輝 學(xué)號(hào):PB實(shí)驗(yàn)?zāi)康?學(xué)會(huì)使用棱鏡攝譜儀并能用它攝取光譜線,對(duì)所攝取的光譜進(jìn)行光譜分析.實(shí)驗(yàn)器材:棱鏡攝譜儀,氦放電管,電弧發(fā)生器等.實(shí)驗(yàn)原理: (1)棱鏡攝譜儀:棱鏡攝譜儀的構(gòu)造可以平行光管、棱鏡、光譜接收三部分,其原理如圖:按所用的波長的不同，攝譜儀可分為紫外、可見、紅外三大類，它們所用的棱鏡材料也不同；對(duì)紫外用水晶或螢石，對(duì)可見光用玻璃，對(duì)紅外線用巖鹽等材料.本次實(shí)驗(yàn)所用的是可見光范圍內(nèi)的小型棱鏡攝譜儀，S為光源， L為透鏡，使S發(fā)出的發(fā)散光會(huì)聚后均勻照亮狹縫，S1為狹縫，以控制入射光的寬度,縫前有光闌,以調(diào)節(jié)狹縫透光部分的高度.L1的焦距位于S

2、1，這樣可以產(chǎn)生平行光，經(jīng)棱鏡折射后再由L2和L3會(huì)聚到照相底板F.本實(shí)驗(yàn)中所用的氦放電管是獲得氦原子光譜的元件,管內(nèi)充有一定氣壓的氦氣,兩端有金屬電極,兩端加高電壓時(shí),管中的游離電子受到電場的加速作用飛向陽極的過程中,與管中的原子相撞使之處于激發(fā)態(tài),當(dāng)這些處于高能量的氦原子躍遷回到低能態(tài)時(shí),輻射出光子.(2)光譜的定性分析:本次實(shí)驗(yàn)中使用鐵譜作為已知譜，中間為氦譜作為未知譜.因?yàn)殍F光譜譜線豐富，而且?guī)缀趺恳粭l譜線的波長都被準(zhǔn)確地測定，故只要并列拍攝鐵光譜與未知樣品光譜.并對(duì)所攝的底片進(jìn)行測量，通過計(jì)算即可求出未知譜線的波長. 為已知的兩條鐵譜譜線,為未知譜線的波長,分別為處的讀數(shù),當(dāng)很靠近時(shí)

3、,近擬成線性關(guān)系,因此我們由插入法可得:即:由此便算出的值.實(shí)驗(yàn)中必須用投影儀將底片上的譜圖放大以便識(shí)譜和讀譜；臺(tái)式投影儀上有讀數(shù)裝置，可以直接測量各相鄰譜線間的距離，而光譜投影儀則需要將底片放到讀數(shù)顯微鏡上來測量相鄰譜線的距離.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:(1)使用攝譜儀攝譜:粗調(diào)電弧,透鏡,狹縫共軸.將透鏡靠近狹縫,使透鏡中心與光闌中孔等高,再將透鏡移近電極架,調(diào)節(jié)兩棒間隙與透鏡心等高.細(xì)調(diào)電弧,透鏡,狹縫共軸,透鏡的位置應(yīng)使其出射的圓光斑直徑在2cm左右,使狹縫在光斑的中間.在底片匣上裝上毛玻璃,手執(zhí)目鏡帖在毛玻璃上進(jìn)行觀察,觀察用光闌三個(gè)不同的孔時(shí),光譜是否同樣均勻明亮,高度是否相同,如上,下孔光譜高度

4、不同,甚至有時(shí)看不到光譜,則是不共軸所至致,需按前面重新進(jìn)行細(xì)調(diào)工作.調(diào)節(jié)和等值,使F上成的像清晰.實(shí)驗(yàn)中所用到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為: 調(diào)好鐵弧光源,關(guān)上電弧開關(guān),在不改變鐵棒間隙的情況下,將鐵弧電源接線接到光譜管上,把氦光譜管放到透鏡和狹縫之間,點(diǎn)亮氦光譜管,輕移光譜管,使觀察到的氦光譜清晰.用已在暗箱中裝好的底片的底片盒換下毛玻璃,先關(guān)閉攝譜儀前的小遮板再打開底片匣上的大遮板,再次檢查光路無誤后再用光闌的中孔對(duì)氦進(jìn)行拍攝,曝光時(shí)打開小遮板,曝光后關(guān)閉小遮板.把氦光源換回成鐵弧光源,用光闌的上,下孔各拍攝一次,曝光仍用小遮板控制.關(guān)上大遮板,關(guān)上電源,取下底片匣到暗室中沖冼底片,對(duì)底片進(jìn)行觀察分析.

5、(2)對(duì)光譜片進(jìn)行定性分析:把底片放在投影儀工作臺(tái)上可以看到放大20倍的譜圖.在底片上,中,下三部的中間部分確定待測譜線,該譜線細(xì)銳清楚,同時(shí)緊鄰左右的兩條譜線要盡可能的靠近而且清楚.再用讀數(shù)顯微鏡確定待測氦譜及相鄰的左右的兩條鐵譜的位置,在譜板上找到對(duì)應(yīng)的波長的數(shù)值.實(shí)驗(yàn)中測得的數(shù)據(jù)為:第一組: 20.30120.681 21.267 20.308 20.672 21.258 20.309 20.675 21.254 再由鐵譜譜線找到與之對(duì)應(yīng)的譜線的波的波長為: 由公式: 得:按公式: 及(為t=1.32因子,C=3)可算得為: 0.00440.00250.0067 0.00460.0027

6、0.0070 0.00670.00390.0095再由公式得出的合成不確定度公式為:代入數(shù)據(jù)可算得: 所以測得的波長為:第二組: 1.007 2.348 2.850 1.009 2.351 2.853 1.002 2.352 2.848 再由鐵譜譜線找到與之對(duì)應(yīng)的譜線的波的波長為: 由公式: 得:按公式: 及(為t=1.32因子,C=3)可算得為: 0.00360.00210.0043 0.00210.00120.0037 0.00250.00140.0038再由公式得出的合成不確定度公式為:代入數(shù)據(jù)可算得:所以測得的波長為:思考題:(1)答:因?yàn)閷?shí)驗(yàn)中在拍攝氦譜的時(shí)候,要調(diào)節(jié)氦放電管的位置,待調(diào)好后,用目鏡看到比較清楚的譜時(shí)再拍攝才能達(dá)到比較好的效果,這樣就說明調(diào)節(jié)好氦放電管后,就不能再動(dòng)它了.如果先拍攝鐵譜,則在拍攝鐵譜時(shí),要將氦放電管移開.拍完鐵譜后,再拍氦譜時(shí),底片不能再動(dòng)了,這時(shí),就無法調(diào)氦放電管了,這樣就可能拍不到氦譜.所以要先拍氦譜,再拍鐵譜.(2)答:底片匣子可以通過調(diào)節(jié)角來調(diào)節(jié),這樣做的目的是通過調(diào)節(jié)底片匣的角度使從棱鏡射過來的光線垂直地射到底片上,這樣形成的圖象比較清晰.(3)答:此次實(shí)驗(yàn)中,本實(shí)驗(yàn)臺(tái)共拍攝到兩個(gè)底片,其中一個(gè)底片的圖象比較理想,兩條鐵譜和中間的氦都很清晰,由于在實(shí)驗(yàn)中沒有移動(dòng)底片匣子,三譜線對(duì)的也比較齊.但在另外的一個(gè)底上卻