光栅光谱仪与光谱分析
实验目的
1、 进一步掌握光栅的原理
2、 了解光电倍增管和线阵 CCD 及其在光谱测量中的应用
3、 学习摄谱、识谱和谱线测量等光谱研究的基本方法
4、 通过测量氢光谱可见谱线的波长，验证巴尔末公式的正确性，从而对玻尔理论的实验基 础有具体的了解。力求准确测定氢的里德伯常数，对近代测量达到的精度有一初步了解。
、实验原理
光谱分析是研究原子和分子结构的重要手段， 现有关于原子结构的知识， 大部分来源于
各种原子光谱的研究。 通过光谱研究，可以得到所研究物质中含有元素的组分和原子内部的 能级结
构及相互作用等方面的信息。 在光谱分析中，用于分光的光谱仪器和检测光的光探测
器对分析结构有着决定性作用 1）光栅光谱仪分光原理与参数
光栅是光栅光谱仪的核心，其分光原理如下： 1. 平面反射光栅的构造与光栅方程
目前最广泛应用的是平面反射光栅， 它是在玻璃基板上镀上铝层， 用特殊刀具刻划出许 多平行而且间距相等的槽面而成， 如图1所示。大量生产的平面反射光栅每毫米的刻槽数目 为600条、1200条、1800条和2400条。铝在近红外区和可见光区的反射系数都较大，而且 几乎是常数，在紫外区的反射系数比金和银都大，加上它比较软，易于刻划，所以通常都用 铝来刻制反射光栅。 我们将看到，在铝层上只要刻划出适当的槽形， 就能把光的能量集中到
某一极，克服透射光栅光谱线强度微弱的缺点。 铝制反射光栅几乎在红外、可见光和紫外区 都能用。用一块刻制好的光栅（称原制光栅或母光栅） 反射光栅在分光仪器中得到越来越多的应用。
在图1中，衍射槽面（宽度为 a ）与光栅 平面的夹角为0，称为光栅的闪耀角。当平行光 束入射到光栅上，由于槽面的衍射及各个槽面衍 射光的叠加，不同方向的衍射光束强度不同。考 虑槽面之间的干涉，当满足光栅方程 时，光强度将出现极大。式中 i 及］分别是入射光及衍射
光与光栅平面法线的夹角（入射角 和衍射角）。d 为光栅常数，m= ± 1,± 2，土 3，…，为干涉级，'是出现极大值的波长。 当入射线与衍射线在法线同侧时，公式取正号，异侧取负号。
由式（1）可知，当入射角i 一定时，不同的波长对应不同的衍射角，因而经光栅衍射 后按不同方向排列成光谱，成像于谱面中心的谱线波长称为中心波长。本仪器采用的光路， 对中心波长'0而言，入射角与衍射角相等， i = 一：（图2）,这种布置方式称为 littrow 型,
因此对中心波长'0有
可以复制出多块光栅。 由于这些优点,
(1)
2d sin i 二 m ，0
(2)
从图中可看到，谱面上成像于中心波长 ■
两侧的谱线，衍射角为
i _、：，正负号分别
与右侧及左侧对应，因此相应有
d ||sin i sin i .. = m- ( 3)
对于我们所使用仪器，■ /a 的最大值不超过 5°。。
2. 光栅的闪耀
对于棱镜光谱仪，入射光束经棱镜分光后，某一波长的单色光能量除了被棱镜表面反射 及吸收一部分外，全部集中到某一确定方向，因此光谱比较强。光栅则不同，入射光束中某 一波长的单色光，经光栅衍射后能量分配到各级光谱中， 而能量分配方式又与光栅的型式及
各种几何参数有关。 如前所述，能量的分配是单槽衍射与槽间干涉的综合结果。
光栅方程只 是给出了各级干涉极大的方向，由式（
1）可知，光栅方程中只包含光栅常数
d 而与槽面形
状无关，各干涉的极大的相对强度决定于单槽衍射强度分布曲线。 大家熟知的多缝透射光栅
有很大的缺点，即入射光的能量大部分集中在没有色散的零级光谱上。 而我们往往只利用其
中一级，因此谱线很弱。反射式闪耀光栅的基本出发点在于把单缝衍射的主极强方向从没有 色散的
零级转到某一级有色散的方向上，
以增大该级谱线强度。图1所示的反射光栅，每个
衍射槽面的作用和单缝相同， 可以证明，槽面衍射的主极强方向， 对于槽面来说正好是服从 几何光学反射定律的方向。因此当满足光栅方程（
1）某一波长的某一级衍射方向正好与槽
面衍射主极强方向一致时，从这个方向观察到的光谱特别亮，
就好象看到表面光滑的物体反
射的耀眼的光一样，所以这一方向称为闪耀方向。入射光线、衍射光线与光栅法线、槽面法 线的几何关系如图 3所示。对光栅平面的法线而言，入射角、衍射角分别为 i 及］（图中画 出入射光线与衍射光线在光栅法线同侧情形） 。显然，光栅法线与槽面法线之间的夹角等于 光栅的闪耀角0 ,因此对衍射槽面入射角为
（i - B ）,反射角为（B - B ）。根据上面的分析,
实现闪耀的条件是，（i - 0 ） = （ 0 - P ）。从而有
i + - =2 0
（4）
图3入射光线、衍射光线与光 栅法线、槽面法线的几何关系
因此对某一波长而言， 实现闪耀时i 、1、■除了满足光栅方程（1）,还必须同时满足式（4）。
按照littrow
方式布置的光栅，对于中心波长有
i = 0，代入式（4）,得到i = 0。即入
射角i 等于光栅的闪耀角0，因此入射光及衍射光均垂直于衍射槽面，如图 4所示。把i = 一：
=0代入光栅方程，得
2d sin 日=m &
（5）
只要i 、0、丸同时满足式（1）和式（4）,对波长入而言也就满足闪耀条件，但通常 却是把满足式（5）的波长称为闪耀波长。由于
m 可以取m=1, 2, 3,…，因此对一块确定
的光栅（d, 0
一定）仍然有第一级闪耀波长，第二级闪耀波长……等各种值，但习惯上在
图4中心波长的 入射与衍射方向
图2 littrow 型光路图
说明光栅规格时，闪耀波长通常指的是第一级闪耀波长。 由于d ~a ,（见图1）,对满足闪耀条件的 波长为入的某一级光谱来说，同一波长的其他级 （包括零级）光谱都几乎落在单槽衍射强度曲线 的零点附近，如图5所示（在图中，单槽衍射主 极强方向与 m=1的光谱线重合），这样就可以把 80?90%以上的能量集中到闪耀方向上，对满足 闪耀条件的波长来说，衍射效率最高。在它两侧 的波长则不能同时满足闪耀条件，衍射效率下降， 而且随干涉级次增加下降速度加快。当衍射效率 下降太多时，谱线就很弱。经验表明，当光栅常 数d 较大（d >2入）时，如果第一级闪耀波长为 光栅适用范围可由下面经验公式计算：
2 ------- 2
Z R < L < 扎R 2m 1 一 2m
-1 ------ -
式中m 是所用的光谱级次，在此范围内，相对效率大
于
3. 光栅色散光谱仪参数 A 光栅摄谱仪的色散 光栅摄谱仪的色散大小是描述仪器把多色光分解成各种波长单色光的分散程度。 们把相邻两束单色光衍射角之差 讣与波长差之比称为光栅的角色散，当入射角
时，对式（1）微分，取绝对值可得
d I ； m 1 d cos :
可见干涉级越高或光栅常数 d 越小，角色散越大。由于 i 卩是两束光线分开的角距离， 使用不方便，实际测量的是它们在谱面上的距离 ：1与的比值，称为仪器的线色散，
根
据式（6）,线色散为
dl d ■ mf 1 f d ■ d ■ d cos :
习惯上经常使用线色散的倒数，它表示谱面上单位距离的波长间隔，常用单位是 0.1 nm/m ，显然线色散的倒数愈小愈好。
实际使用时B 不能太大，而且在谱面范围内， 3的变化不大，因此cos 1变化很小，从
而d- /dl 接近一个常量，亦即光栅具有均匀的色散。在谱面上得到的是接近于按波长均匀 排列的光
谱，这是与棱镜光谱仪显著不同的地方。
B 光栅摄谱仪的分辨率
分辨率定义为谱线波长 入与邻近的刚好能分开的谱线波长差 之比，即R=X / .「。
根据定义，可以求出理论分辨率。
一块宽度为b 的光栅，（见图6）,其光栅 常数为d ，刻线数为N,它在衍射方向的投影 宽度b b cos ：二Nd cos :。与单缝衍射一 样，其衍射主极强半角宽度（最小可分辨角） 为
这里我 ■
i 一疋 (6)
(7) 7
b Nd cos P
0.4。
?/m 或
图5不同级光谱的强度分布
而根据式（6），如果两谱线刚好能被分开，它们的角距离应等于这个最小分辨角，即
d cos F Nd cos 1
从而得到
R ==mN
（8） 可见为了提高分辨率，应在高级次下使用较大的光栅（尺寸较大或每毫米刻线数较多） 。如
果从光栅方程（1）解出m 代入上式可得
Nd （sin i ±sin 3 \ bfsin i ±sin P \
R
（ 9
）
由于sin i 士sin B |的最大值是2，因此光栅可达到的最大分辨率为
R max
（
10
）
&
由式（9）、（ 10）可知，光栅的分辨率受到光栅尺寸 b 及工作波长的限制，在大角度下 工作可以提高分辨率，但 i 和］接近90°时，谱线太弱不适用。
由于各种原因，如光栅表面的光学质量、刻线间均匀性及其他光学元件质量的限制等等， 实际上达不到理论分辨率。在正常狭缝宽度使用时，实际分辨率在一级光谱中只能达到理论 值的70?80%左右，在二级光谱中为 60%左右。狭缝正常宽度 So 为上述最小可分辨率角与 准直透镜焦距f 的乘积，即
s 0
f f
（11）
b Nd cos -
2）光电倍增管
光电倍增管是利用外光电效应和次级电子发射现象将辐射能转换成电讯号 （光电流）并
加以放大的电真空器件， 它可以探测可见光子。 光电倍增管是精确测定微弱光辐射的一种灵 敏检测
器件，由于它比真空光电管具有更高的灵敏度，
而不需要复杂的放大和指示设备，
因
此在近代技术中被广泛应用， 已成为近代光电检测方法的主要器件， 在天文物理、大气物理、
空间科学、原子光谱学、化学、医学、军工、钢铁和通讯等方面均被大量应用。特别是在光 谱学、光
子计数、闪烁计数和光谱的快速分析方面更有特殊意义。
1、光电倍增管的结构
光电倍增管按其电极结构可分为盒式、 直线聚焦式、百叶窗式。图7给出了百叶窗式及
聚焦式机构的示意图。
D 2 D 3 D 4 D 5 D 6 （a ）百叶窗式
（b ）聚焦式
图7光电倍增管结构
聚焦式光电倍增管是把倍增极的形状和位置设计成能使电子在极间电场作用下聚焦到 一个倍增
极上，比如把具有高次发射系数的特殊合金附着在瓦形镍质电极表面作为倍增极便 是其中一种。百叶
」纟纟
厂
」Z7L
」
纟
」
纟纟一------
A
二
二二
K
h
h
聚焦电极
K
窗式是在倍增极上加上栅网，以防止电子退回到前一倍增极上。不管哪种
结构，组成光电倍增管的基本部分是相同的，即光窗、光阴极、倍增极和阳极。
光窗：是光或射线的入射窗口，有端窗和侧窗两种。对不同透光要求，应选择不同的光窗玻
璃。一般常用的国产GDB-44型光电倍增管的窗材料是硼硅玻璃，对波长为350.0?600.0nm的光透过率可达90%以上。
光阴极：用于接收光子而产生光电子。有反射式和透射式之分，其材料多为Sb-K-Cs 或Sb-K-Na-Cs等，都是量子效率大、光电子逸出功率较小的材料。后者多用于光谱仪或光子计数方面，其光谱响应较宽。
倍增极：用作产生次级电子的发射极，并使这些电子聚焦到下一倍增极。倍增极的数目
为8?13个。它的材料多用Sb-Cs、Sb-K-Cs、Ag-Mg合金等。一般电子放大倍数达108?109。
阳极：用作倍增后的电子收集，形成输出信号。一般用电子逸出功率大的材料，如金属镍、钨
等制成网状。
2、外光电效应与次级电子发射
A、外光电效应
在一个抽空的玻璃泡内壁上涂一层光电材料，成为光阴极K ,与电源的负极相连，电源
的正极与管内的阳极A相连。当光辐射入射到光阴极后，电子从光阴极表面逸出而成为自由电子，
这种现象称为外光电效应。光电子在光阴极与阳极之间的外电场作用下飞向阳极形
成电流，这种电流称为光电流。外光电效应应遵守以下基本规律：（1）在辐射光谱成分不变
的条件下光电流i与引起光电效应的光通量①成正比。（2）被激发出来光电子的动能与光的强度无关，光电子的最大动能与激发光的频率成正比。（3）对给定的光阴极，激发光阴极的
辐射光谱区存在一个长波限（红限）。（4）光电效应是没有惯性的，其延迟时间T小于3X
10-9s。规律（1）说明，光通量越大，光子数目越多，可能产生光电子也越多。规律（
2 ）、
（3）是相关的，这是因为光电子的产生是由于光阴极在受到光照时，电子获得光子的能量h
足以克服光阴极表面的束缚（束缚能用功函数①表示），它就会逸出光阴极表面而成为自由
电子。所以光电子产生的条件是
h ＞①
如果h =①，则电子的能量刚好用于逸出阴极而作功，其逸出后的光电子动能为零。如果h
、①，则电子除去逸出阴极作功外，尚有剩余能量，正是它决定了光电子动能大小（因为光电子获得
的动能，只与光的频率有关）。由于h /c 是产生光电子的极限条件，
因此对于一定的光阴极材料显然存在一个长波极限，这个极限是
'm = hc/「（12）■m取决于光阴极材料的功函数①。现在能得到的光阴极材料功函数均在1eV以上，因此光
阴极材料的长波限均小于 1.2 J m。我们把只有一定波长的光辐射才能使光阴极材料产生光
电子的现象称为光谱响应，用响应率（单位辐射功率产生的电信号大小）或量子效率（一个光子产生的电子数）来表征。
B、次级电子发射
次级电子发射现象是指在能量（Ep ）足够大的电子轰击物体表面时，该物体内部所发
射的电子，次级电子的数目N2可超过一次电子N1好多倍。两种电子数的比值b次级电子增益系数
「二N2. N1 （13）次级电子发射服从以下规律：
i次级电子发射同光电子发射一样无惯性。
ii 对于纯净的金属表面， b 在原初电子能量 Ep 较小的区域内随 Ep 的增加而增加，并 在某一 Ep 值时达到最大，然后再缓慢下降。
iiib 值随原初电子束与靶的入射角
B 而改变，B 增大时对所有的Ep , b 都增大，而且
Ep 的极大值向大的方向移动。
iv b 值与表面情况有关，当表面无气体吸附层时， 电子沿着法线方向落在金属表面，
其
b m 在1?1.4之间，当表面有吸附层时，
b m 可提咼到3。
v 对于给定的金属，若在表面覆盖一层另一种金属的单层分子来减小脱出功， 将使b 增
大，例如用钍激活钨， b 最大从1.5增大到22，但b 随覆盖层厚度的增加而减小，厚度为
几百纳米时，便等于覆盖层金属的
b 值。
vi 金属靶发出的次级电子能量大都在 0?50eV 之间，在真正的次级电子中，以能量
5?
15eV 之间分布电子最多，而且它们的能量分布与原电子的能量无关，同时在原电子束与靶 的入射角0
改变时几乎不发生变化。
在光电倍增管中作为次级电子发射极（倍增极）表面通常涂布着锑酸铯、氧化镁、氧化 铍薄膜，当一个电子打在这种靶上时，一般会发射出 3?10个次级电子。
光电倍增管是外光电效应与次级电子发射的联合作用，
次级电子发射的基本规律决定了
光电倍增管的基本特性。
3光电倍增管的工作原理与增益系数
光电倍增管是建立在外光电效应与次级电子发射基础上的电真空器件。
它的电极由光阴
极K 阳极（集电极）A ,以及在它们之间的 n （8?13）个倍增极（次级电子发射极） Dn 组
成，这些电极按一定方式安置在真空管中，极间供给适当的直流电压，用来加速极间电子。 图8是三
个倍增极的光电倍增管示意图。
在各电极间加上直流电压的条件下，当光辐射到光阴极表面 成阴极电流i k ，光电子在K 和D 1之间被电场加速飞向倍增极 射，次级电子数是原电子数的 6倍（b 为倍增极的增益），这些电子
被D 1和D 2之间的电场 加速，打在倍增极 D 2上，从D 2轰击出次级电子，其数值又增加 b 倍，如此继续下去，电子 逐一在各个倍增极上倍增， 从最后一个倍增极 D n 上出射的电子数是光电子的 b n
倍，这些电
子被阳极A 收集成为阳极电流，称为光电流。
光电倍增管阳极输出的光电流为：
称M
为光电倍增管的增益系数。上述公式实际不能满足，这是因为各个次级发射电子
K 时，便产生光电子，形 D 1，在D 1上引起次级电子发
光栅光谱仪的使用实验报告 学院高等工程 师学院 班级自E152学号41518170姓名郑子亮 一、实验目的与实验仪器 【实验目的】 1.了解平面反射式闪耀光栅的分光原理及主要特性 2.了解光栅光谱仪的结构，学习使用光栅光谱仪 3.测量钨灯和汞灯在可见光范围的光谱 4.测定光栅光谱仪的色分辨能力 5.测定干涉滤光片的光谱透射率曲线 【实验仪器】 WDS-3平面光栅光谱仪（200~800nm）。汞灯，钨灯氘灯组件，干涉滤光片等。 二、实验原理 （要求与提示：限400字以内，实验原理图须用手绘后贴图的方式） （1）平面反射式光栅与光栅方程 规定衍射角Θ恒为正，i与Θ在光栅平面法线的同侧为正，异侧为负。K是光谱级 对于常用的平面光栅光谱仪，谱板中心到光栅中心的连线与入射光线在同一平面内，因此，衍射角Θ可当做入射角i，光谱方程为： （2）闪耀问题 闪耀波长： 2平面光栅光谱仪结构组成 （1）光学系统 （2）电子系统 （3）光栅光谱仪操作
3.色分辨率 光栅光谱仪的色分辨率是分开两条邻近谱线能力的量度 4.滤光片光谱特性 光谱透射率为： 三、实验步骤 （要求与提示：限400字以内） 1.准备工作 开机前，需要缓慢旋转入射狭缝宽度调节旋钮，设置参数 2.校准光谱仪的波长指示值 利用氘灯波长值为486.0nm的谱线校准光谱仪，利用“数据处理”菜单的功能读出测量的氘灯光谱谱线波长，如果有偏差，用“系统操作”菜单中的“波长校正”功能进行校正3.汞灯光谱和光谱仪分辨率的测量 （1）入射缝宽和出射缝宽设定在0.15~0.20nm之间，负压-300~-600之间 （2）移去钨灯&氘灯组件，将汞灯置于入射狭缝前，进行快速全谱扫描，根据光谱测量结果进一步调节狭缝宽度、负高压等参数，使得记录的谱线高度适当，再进行一次慢速全谱扫描，保存实验数据。 4.滤色片光谱特性的测量 5.退出系统与关机 四、数据处理 （要求与提示：对于必要的数据处理过程要贴手算照片） 1. （1）汞灯光谱
分子荧光光谱法实验报告 一、实验目的 1.掌握荧光光度计的基本原理及使用。 2.了解荧光分光光度计的构造和各组成部分的作用。 3.掌握分子荧光光度计分析物质的特征荧光光谱：激发光谱、发射光谱的测定方法。 4.了解影响荧光产生的几个主要因素。 5.学会运用分子荧光光谱法对物质进行定性和定量分析。 二、实验原理 原子外层电子吸收光子后，由基态跃迁到激发态，再回到较低能级或者基态时，发射出一定波长的辐射，称为原子荧光。对于分子的能级激发态称为分子荧光，平时所说的荧光指分子荧光。 具有不饱和基团的基态分子经光照射后，价电子跃迁产生荧光，是当电子从第一激发单重态S1的最低振动能级回到基态S0各振动能级所产生的光辐射。 (1)激发光谱 是指发光的某一谱线或谱带的强度随激发光波长(或频率)变化的曲线。横坐标为激发光波长，纵坐标为发光相对强度。 激发光谱反映不同波长的光激发材料产生发光的效果。即表示发光的某一谱线或谱带可以被什么波长的光激发、激发的本领是高还是低；也表示用不同波长的光激发材料时，使材料发出某一波长光的效
率。荧光为光致发光，合适的激发光波长需根据激发光谱确定——激发光谱是在固定荧光波长下，测量荧光体的荧光强度随激发波长变化的光谱。获得方法：先把第二单色器的波长固定，使测定的λem不变，改变第一单色器波长，让不同波长的光照在荧光物质上，测定它的荧光强度，以I为纵坐标，λex为横坐标所得图谱即荧光物质的激发光谱，从曲线上找出λex，，实际上选波长较长的高波长峰。 (2)发射光谱 是指发光的能量按波长或频率的分布。通常实验测量的是发光的相对能量。发射光谱中，横坐标为波长，纵坐标为发光相对强度。 发射光谱常分为带谱和线谱，有时也会出现既有带谱、又有线谱的情况。发射光谱的获得方法：先把第一单色器的波长固定，使激发的λex不变，改变第二单色器波长，让不同波长的光扫描，测定它的发光强度，以I为纵坐标，λem为横坐标得图谱即荧光物质的发射光谱;从曲线上找出最大的λem。 (3)荧光强度与荧光物质浓度的关系 用强度为I0的入射光，照射到液池内的荧光物质时，产生荧光，荧光强度If用仪器测得，在荧光浓度很稀(A 三、实验试剂和仪器试剂：罗丹明B乙醇溶液；1-萘酚乙醇溶液；3,3’-Diethyloxadicarbocyanine iodide：标准溶液，10μg/ml, 20μg/ml,30μg/ml,40μg/ml和未知浓度；蒸馏水；乙 醇。 仪器：Fluoromax-4荧光分光光度计；1cm比色皿；
自组式光栅光谱仪 一、实验目的 1、了解光栅的分光原理及主要特性； 2、了解光栅光谱仪的工作原理； 3、掌握利用光栅光谱仪进行测量的实验方法。 二、实验仪器 1低压汞灯及电源：2狭缝及固定调节架1个:0～2mm；3一维光栅及干板调节架1个；4、透镜及固定调节架3个（焦距f=60mm、焦距f=60mm、焦距f=200mm）； 5、白板1个； 6、读数显微镜及固定调节架1个。 三、实验原理 本实验用的是透射光栅，是用光学玻璃片刻制而成的(如图5-11-1)。当光照射到光栅表面时，刻痕处不透光。只有在两刻痕之间的光滑部分，光才能通过，相当于一条狭缝，因此，光栅实际上是一密排、均匀而又平行的狭缝。设a为缝宽，b为刻痕宽度，d=a+b称为光栅常数。 由夫琅和费衍射理论，当波长为λ的平行光束垂直照射到光栅平面时，在每一狭缝处都产生衍射，但由于各缝发出的衍射波都是相干光，彼此又产生干涉。这样就会在光栅后面的屏上形成一系列被相当宽的暗区隔开的亮度大、宽度窄的明条纹，成为谱线（如图5-11-2）。 如图5-11-3所示，设S为位于透镜L1第一焦平面上的细长狭缝，Ｇ为光栅，光栅的常数为d，L1射出的平行光垂直地照射在光栅Ｇ上。透镜L2将与光栅法线成θ角的衍射光会聚于其第二焦平面上的Pθ点。由夫琅和费衍射理论知，相邻两缝对应点出射的光束之光程差为：? = (a + b)sinθ = d sinθ 当衍射角符合下列条件: d sinθ = kλ k = ±1, ± 2, ± 3, ..., ± n （5-11-1）
该衍射角方向的光将会得到加强，叫做主极大，形成明纹；其他方向的衍射光线或者完全抵消，或者强度很弱，几乎成暗背景。（5-11-1）式称为光栅方程，其中：λ为单色光波长，k称为光谱线的级数。在k=0的方向上可观察到中央极强，称为零级谱线，其它谱线则对称地分布在零级谱线的两侧，如图5-11-2所示。 图5-11-3 平行光通过光栅 当k＝０时，任何波长的光均满足（5-11-1）式，亦即在θ = 0 的方向上，各种波长的光谱线重叠在一起，形成明亮的零级光谱；对于k 的其它数值，不同波长的光谱线出现在不同的方向上（θ的值不同），从而在不同的位置上形成谱线，称为光栅谱线。而与k的正负两组相对应的两组光谱，则对称地分布在零的光谱两侧。 若光栅常数d 已知，在实验中测定了某谱线的衍射角θ和对应的光谱级k ，则可由（5-11-1）式求出该谱线的波长λ；反之，如果波长λ是已知的，则可求出光栅常数d 。 四、实验内容 1、自组装置光栅光谱实验仪，实验装置图见图2所示。 光源发出的光经过60mm透镜会聚到狭缝上，光线经过狭缝（狭缝放置在200mm 透镜的前焦面上），从200mm透镜出来的光为平行光，再入射到光栅上。通过光栅衍射的光成像于60mm透镜的后焦平面上（实为无穷远处可调狭缝的像）。
红外光谱仪调查及实验报告 第一部分红外光谱仪调查 1．1 简介 傅里叶红外光谱仪： 全名为傅里叶变换红外光谱仪（Fourier Transform Infrared Spectrometer，FTIR Spectrometer），是基于对干涉后的红外光进行傅里叶变换的原理而开发的红外光谱仪，主要由红外光源、光阑、干涉仪（分束器、动镜、定镜）、样品室、检测器以及各种红外反射镜、激光器、控制电路板和电源组成。傅里叶红外光谱仪不同于色散型红外分光的原理，可以对样品进行定性和定量分析，广泛应用于医药化工、地矿、石油、煤炭、环保、海关、宝石鉴定、刑侦鉴定等领域。 滤光片型近红外光谱仪器： 滤光片型近红外光谱仪器以滤光片作为分光系统，即采用滤光片作为单色光器件。滤光片型近红外光谱仪器可分为固定式滤光片和可调式滤光片两种形式，其中固定滤光片型的仪器时近红外光谱仪最早的设计形式。仪器工作时，由光源发出的光通过滤光片后得到一宽带的单色光，与样品作用后到达检测器。 色散型近红外光谱仪器： 色散型近红外光谱仪器的分光元件可以是棱镜或光栅。为获得较高分辨率，现代色散型仪器中多采用全息光栅作为分光元件，扫描型仪器通过光栅的转动，使单色光按照波长的高低依次通过样品，进入检测器检测。根据样品的物态特性，可以选择不同的测样器件进行投射或反射分析。 傅里叶变换型近红外光谱仪器： 傅里叶变换近红外分光光度计简称为傅里叶变换光谱仪，它利用干涉图与光谱图之间的对应关系，通过测量干涉图并对干涉图进行傅里叶积分变换的方法来测定和研究近红外光谱。其基本组成包括五部分：①分析光发生系统，由光源、分束器、样品等组成，用以产生负载了样品信息的分析光；②以传统的麦克尔逊干涉仪为代表的干涉仪，以及以后的各类改进型干涉仪，其作用是使光源发出的光分为两束后，造成一定的光程差，用以产生空间（时间）域中表达的分析光，即干涉光；③检测器，用以检测干涉光；④采
光栅光谱仪实验 一 实验目的 1、了解光栅光谱仪的工作原理 2、掌握利用光栅光谱仪进行测量的技术 二 实验仪器 WDS8A 型组合式多功能光栅光谱仪,计算机, 氘灯、钠灯、汞灯等各种光源 三 实验原理 光谱仪是指利用折射或衍射产生色散的一类光谱测量仪器。光栅光谱仪是光谱测量中最常用的仪器，基本结构如图1所示。它由入射狭缝S1、准直球面反射镜M1、光栅G 、聚焦球面反射镜M2以及输出狭缝S2构成。 衍射光栅是光栅光谱仪的核心色散 器件。它是在一块平整的玻璃或金属材 料表面（可以是平面或凹面）刻画出一 系列平行、等距的刻线，然后在整个表 面镀上高反射的金属膜或介质膜，就构 成一块反射试验射光栅。相邻刻线的间 距d 称为光栅常数，通常刻线密度为每 毫米数百至数十万条，刻线方向与光谱 仪狭缝平行。入射光经光栅衍射后，相 邻刻线产生的光程差 (sin sin )s d αβ?=±，α为入射角， β为衍射角，则可导出光栅方程： (sin sin )d m αβλ±= (0.1) 光栅方程将某波长的衍射角和入射角通过光栅常数d 联系起来，λ为入射光波长，m 为衍射级次，取0,1,2,±±等整数。式中的“±”号选取规则为：入射角和衍射角在光栅法线的同侧时取正号，在法线两侧时取负号。如果入射光为正入射0α=，光栅方程变为sin d m βλ=。衍射角度随波长的变化关系，称为光栅的角色散特性，当入射角给定时，可以由光栅方程导出 cos d m d d βλβ=， (0.2) 复色入射光进入狭缝S1后，经M2变成复色平行光照射到光栅G 上，经光栅色散后，形成不同波长的平行光束并以不同的衍射角度出射，M2将照射到它上面的某一波长的光聚焦在出射狭缝S2上，再由S2后面的电光探测器记录该波长的光强度。光栅G 安装在一个转台上，当光栅旋转时，就将不同波长的光信号依次聚焦到出射狭缝上，光电探测器记录不同光栅旋转角度（不同的角度代表不同的波长）时的输出光信号强度，即记录了光谱。这种光谱仪通过输出狭缝选择特定的波长进行记录，称为光栅单色仪。 在使用单色仪时，对波长进行扫描是通过旋转光栅来实现的。通过光栅方程可以给出出射波长和光栅角度之间的关系（如图2所示） 2cos sin d m λψη=， (0.3) 图1光栅光谱仪示意图
光栅光谱仪的应用 摘要：本实验通过光栅光谱仪，测量并分析不同光源的发射光谱、溶液的吸收光谱、滤光片的透射光谱以及实验条件对光谱的影响。 关键词：光栅光谱仪、光电倍增管、发射光谱、吸收光谱、透射光谱 Abstract：In this experiment, the emission spectra of different light source, the absorption spectra of the solution, the transmission spectra of optical filters with several colours, and the effects caused by experimental conditions are measured and analyzed with the help of the grating spectrometer. Keywords: grating spectrometer, photomultiplier, emission spectrum, absorption spectrum, transmission spectrum.
一、引言 光栅光谱仪，是将成分复杂的光分解为光谱线的科学仪器。本实验利用定标后的光栅光谱仪，测量不同光源的发射光谱、物质吸收光谱以及透射光谱，并研究分析实验条件对光谱的影响，了解光谱特性。 二、实验原理 1.发射光谱： 物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱1。处于高能级的原子或分子在向较低能级跃迁时产生辐射，将多余的能量发射出去形成的光谱。 由于产生的情况不同，发射光谱又可分为连续光谱和明线光谱。 稀薄气体发光是由不连续的亮线组成（实际由于光线通过时会产生吸收光谱，特定频率的光被吸收后形成暗线或暗带，剩下的就是光谱中的明线），这种发射光谱又叫做明线光谱，原子产生的明线光谱也叫做原子光谱。 固体或液体及高压气体的发射光谱，是由连续分布的波长的光组成的，这种光谱叫做连续光谱。 白炽灯与汞灯的发射光谱区别就在于，前者是连续光谱而后者是明线光谱。 2.吸收光谱： 物质吸收电磁辐射后，以吸收波长或波长的其他函数所描绘出来的曲线即吸收光谱。是物质分子对不同波长的光选择吸收的结果，是对物质进行分光光度研究的主要依据2。 吸光度是指光线通过溶液或某一物质前的入射光强度与该光线通过溶液或物质后的透射光强度比值的以10为底的对数（即lg(Iin/Iout)）3。 吸光度与物质的浓度、温度、本身性质等有关。 在多组分体系中，如果各组分的吸光质点彼此不发生作用，那么吸光度便等于各组分吸光度之和，这一规律称吸光度的加和性。 [I0为入射光强，I为出射光强] (1) 吸光度公式：Aλ=log I0 I 对较稀溶液，有比尔—朗伯定律： A=αlc [α是吸收系数，l是光在样本中经过距离，c是浓度] (2) 3.光栅单色仪： 1引自《百度百科·发射光谱》； 2引自《百度百科·吸收光谱》； 3
光栅光谱仪的使用 学号 2015212822 学生姓名张家梁 专业名称应用物理学（通信基础科学） 所在系（院）理学院 2017 年 3 月 14 日
光栅光谱仪的使用 张家梁 1 实验目的 1.了解光栅光谱仪的工作原理。 2.学会使用光栅光谱仪。 2实验原理 1. 光栅光谱仪 光栅光谱仪结构如图所示。光栅光谱仪的色散元件为闪耀光栅。入射狭缝和出射狭缝分别在两个球面镜的焦平面上，因此入射狭缝的光经过球面镜后成为平行光入射到光栅上，衍射光经后球面镜后聚焦在出射狭缝上。光栅可在步进电机控制下旋转，从而改变入射角度和终聚焦到出射狭缝处光线的波长。控制入射光源的波长范围，确保衍射光无级次重叠，可通过控制光栅的角度唯一确定出射光的波长。 光谱仪的光探测器可以有光电管、光电倍增管、硅光电管、热释电器件和CCCD 等多种，经过光栅衍射后，到达出射狭缝的光强一般都比较弱，因此本仪器采用光电倍增管和CCD 来接收出射光。 2. 光探测器 光电倍增管是一种常用的灵敏度很高的光探测器，它由光阴极、电子光学输入系统、倍增系统及阳极组成，并且通过高压电源及一组串联的电阻分压器在阴极──打拿极(又称“倍增极”) ──阳极之间建立一个电位分布。光辐射照射到阴极时，由于光电效应，阴极发射电子，把微弱的光输入转换成光电子；这些光电子受到各电极间电场的加速和聚焦，光电子在电子光学输入系统的电场作用下到达第一倍增极，产生二次电子，由于二次发射系数大于1，电子数得到倍增。以后，电子再经倍增系统逐级倍增，阳极收集倍增后的电子流并输出光电流信号，在负载电阻上以电压信号的形式输出。
CCD 是电荷耦合器件的简称，是一种金属—氧化物—半导体结构的新型器件，在电路中常作为信号处理单元。对光敏感的CCD 常用作图象传感和光学测量。由于CCD 能同时探测一定波长范围内的所有谱线，因此在新型的光谱仪中得到广泛的应用。 3. 闪耀光栅 在光栅衍射实验中，我们了解了垂直入射时（Φ=90°）光栅衍射的一般特性。当入射角Φ=90°时，衍射强度公式为 光栅衍射强度仍然由单缝衍射因子和多缝衍射因子共同决定，只不过此时 当衍射光与入射光在光栅平面法线同侧时，衍射角θ取＋号，异侧时取－号。单缝衍射中央主极大的条件是u=0，即sinΦ=-sinθ或Φ=θ。将此条件代入到多缝干涉因子中，恰好满足v＝0，即0 级干涉大条件。这表明单缝衍射中央极大与多缝衍射0 级大位置是重合的（图9.1a），光栅衍射强度大的峰是个波长均不发生散射的0 级衍射峰，没有实用价值。而含有丰富信息的高级衍射峰的强度却非常低。 为了提高信噪比，可以采用锯齿型的反射光栅（又称闪耀光栅）。闪耀光栅的锯齿相当于平面光栅的“缝”。与平面光栅一样，多缝干涉条件只取决于光栅常数，与锯齿角度、形状
分光计实验报告 【实验目的】 1、了解分光计的结构和工作原理 2、掌握分光计的调整要求和调整方法，并用它来测量三棱镜的顶角和最小偏向角。 3、学会用最小偏向角法测棱镜材料折射率 【实验仪器】 分光计，双面平面镜，汞灯光源、读数用放大镜等。 【实验原理】 1、调整分光计： (1)调整望远镜： ａ目镜调焦：清楚的看到分划板刻度线。 ｂ调整望远镜对平行光聚焦：分划板调到物镜焦平面上。 ｃ调整望远镜光轴垂直主轴：当镜面与望远镜光轴垂直时，反射象落在上十字线中心，平面镜旋转180°后，另一镜面的反射象仍落在原处。 (2)调整平行光管发出平行光并垂直仪器主轴：将被照明的狭缝调到平行光管物镜焦面上，物镜将出射平行光。 2、三棱镜最小偏向角原理 介质的折射率可以用很多方法测定，在分光计上 用最小偏向角法测定玻璃的折射率，可以达到较高的 精度。这种方法需要将待测材料磨成一个三棱镜。如 果测液体的折射率，可用表面平行的玻璃板做一个中 间空的三棱镜，充入待测的液体，可用类似的方法进 行测量。 当平行的单色光，入射到三棱镜的AB面，经折射 后由另一面AC射出，如图7.1.2-8所示。入射光线LD 和AB面法线的夹角i称为入射角，出射光ER和AC 面法线的夹角i’称为出射角，入射光和出射光的夹角 δ称为偏向角。 可以证明，当光线对称通过三棱镜，即入射角i0等于出射角i0’时，入射光和出射光之间的夹角最小，称为最小偏向角δmin。由图7.1.2-8可知： δ=（i-r）+（i’-r’）（6-2） A=r+r’（6-3） 可得：δ=（i+i’）-A （6-4）
三棱镜顶角A 是固定的，δ随i 和i’而变化，此外出射角i’也随入射角i 而变化，所以偏向角δ仅是i 的函数．在实验中可观察到，当i 变化时，δ有一极小值，称为最小偏向角． 令 0=di d δ ，由式(6-4)得 1' -=di di （6-5） 再利用式（6-3）和折射定律 ,sin sin r n i = 's i n 's i n r n i = （6-6） 得到 r n i i r n di dr dr dr dr di di di cos cos )1('cos 'cos ''''? -?=??= ' 'csc csc 'sin 1cos sin 1'cos 2 2 2 2222 2 22r tg n r r tg n r r n r r n r --= --- = ' )1(1)1(12 2 22r tg n r tg n -+-+- = (6-7) 由式（6-5）可得：')1(1)1(12 22 2 r tg n r tg n -+=-+ 'tgr tgr = 因为r 和r’都小于90°，所以有r =r ’ 代入式（5）可得i =i'。 因此，偏向角δ取极小值极值的条件为： r =r ’ 或 i =i' （6-8） 显然，这时单色光线对称通过三棱镜，最小偏向角为δ min ，这时由式（6-4）可得： δ min =2i –A )(21 min A i += δ 由式（6-3）可得： A =2r 2 A r = 由折射定律式（6-6），可得三棱镜对该单色光的折射率n 为 2 sin )(21 sin sin sin min A A r i n += =δ （6-9） 由式（6-9）可知，只要测出三棱镜顶角A 和对该波长的入射光的最小偏向角δmin ，就可以计 算出三棱镜玻璃对该波长的入射光的折射率。顶角A 和对该波长的最小偏向角δ min 用分光计测定。 折射率是光波波长的函数，对棱镜来说，随着波长的增大，折射率n 则减少，如果是复色光入射，由于三棱镜的作用，入射光中不同颜色的光射出时将沿不同的方向传播，这就是棱镜的色散现象。 【实验内容】
实验报告 课程名称： 材料科学基础实验 指导老师： 乔旭升 成绩： 实验名称： 光谱分析 实验类型： 同组学生姓名： 一、实验目的和要求（必填） 三、主要仪器设备（必填） 五、实验数据记录和处理 七、讨论、心得 二、实验内容和原理（必填） 四、操作方法和实验步骤 六、实验结果与分析（必填）一、实验目的 通过本实验了解紫光/可见光光度计、傅里叶变换红外光谱仪（FTIR ）和荧光光谱仪的基本原理、主要用途和实际操作过程。掌握玻璃透光率、薄膜吸收光谱、固体粉末红外光谱和固体发光材料荧光光谱的测试方法。学习分析影响测试结果的主要因素。 二、实验原理 电磁波可与多种物质相互作用。如果这种作用导致能量从电磁波转移至物质，就称为吸收。当光波与某一受体作用时，光子和接受体之间就存在碰撞。光子的能量可被传递给接受体而被吸收，由此产生吸收光谱。通常紫外和可见光的能量接近于某两个电子能级地能量差，故紫外与可见光吸收光谱起源于价电子在电子能级之间的跃迁，又称为电子光谱。 当一束平行单色光照射到非散射的均匀介质时，光的一部分将被介质所反射，一部分被介质吸收，一部分透过介质。如果入射光强度为I0.反射光强度为Ir ，吸收光强度为Ia ，透过光强度为It ，则有I0=Ir+Ia+It 投射光强度与入射光强度之比称为透光率 T=It/I0 当一束具有连续波长的红外光照射某化合物时，其分子要吸收一部分光能转变为分子的震动能量或转动能量。此时若将其透过的光用单色器进行色散，就可得到一带暗条的谱带。以红外光的波长或波数为横坐标，以吸收率或者透过率百分数为纵坐标，把该谱带记录下来，就可得到该化合物的红外吸收光谱图。不同的化合物均有标准特征谱，将实验所得的光谱与标准谱对照，就可进行分子结构的基础研究和化合组成的分析。可由吸收峰的位置和形状来推知被测物的结构，按照特征峰的强度来测定混合物中各组分的含量。 当分子吸收来自光辐射的能量后，其本身就由处于稳定的基态跃迁至不稳定的激发态： M+h ν→。激发态是不稳定的，寿命极短，激发态分子会迅速以向周围散热或再发射电磁波（荧光或磷光）的方式回到基态： →M+荧光（或磷光）。任何能产生荧光（或磷光）的物质都具有两个特征光谱：激发光谱和发射光谱。 激发光谱：荧光（或磷光）为光致发光，因此必须选择合适的激发光波长，这可通过激发
实验六 激光拉曼光谱仪 【目的要求】 1.学习和了解拉曼散射的基本原理； 2.学习使用激光拉曼光谱仪测量CCL 4的谱线； 【仪器用具】 LRS-3型激光拉曼光谱仪、CCL 4、计算机、打印机 【原 理】 1. 拉曼散射 当平行光投射于气体、液体或透明晶体的样品上，大部分按原来的方向透射 而过，小部分按照不同的角度散射开来，这种现象称为光的散射。散射是光子与物质分子相互碰撞的结果。由于碰撞方式不同，光子和分子之间会有多种散射形式。 ⑴ 弹性碰撞 弹性碰撞是光子和分子之间没有能量交换，只是改变了光子的运动方向，使得散射光的频率与入射光的频率基本相同，频率变化小于3×105HZ ，在光谱上称为瑞利散射。瑞利散射在光谱上给出了一条与入射光的频率相同的很强的散射谱线，就是瑞利线。 ⑵ 非弹性碰撞 光子和分子之间在碰撞时发生了能量交换，这不仅使光子改变了其运动方向，也改变了其能量，使散射光频率与入射光频率不同，这种散射在光谱上称为拉曼散射，强度很弱，大约只有入射线的10-6。 由于散射线的强度很低，所以为了排除入射光的干扰，拉曼散射一般在入射线的垂直方向检测。散射谱线的排列方式是围绕瑞利线而对称的。在拉曼散射中散射光频率小于入射光频率的散射线被称为斯托克斯线；而散射光频率大于入射光频率的散射线被称为反斯托克斯线。斯托克斯线和反斯托克斯线是如何形成的呢？在非弹性碰撞过程中，光子与分子有能量交换, 光子转移一部分能量给分子, 或者从分子中吸收一部分能量，从而使它的频率改变，它取自或给予散射分子的能量只能是分子两定态之间的差值21E E E -=?。在光子与分子发生非弹性碰撞过程中，光子把一部分能量交给分子时，光子则以较小的频率散射出去，称为频率较低的光(即斯托克斯线)，散射分子接受的能量转变成为分子的振动或转动能
光栅光谱仪的使用实验报告 一、实验目的与实验仪器 1.实验目的 （1）了解平面反射式闪耀光栅的分光原理及主要特性； （2）了解光栅光谱仪的结构，学习使用光栅光谱仪； （3）测量钨灯和汞灯在可见光范围的光谱； （4）测定光栅光谱仪的色分辨能力； （5）测定干涉滤光片的光谱透射率曲线。 2.实验仪器 WDS-3平面光栅光谱仪（200~800nm），汞灯，钨灯&氘灯组件，干涉滤光片。 二、实验原理 （要求与提示：限400字以内，实验原理图须用手绘后贴图的方式） 1.平面反射式闪耀光栅原理 （1）θ方向的光强：I θ=(sinα α )2(sinNβ sinβ )2 （2）光栅方程：d（sinθ+sin i）= kλ （3）闪耀光栅：光强最大的方向就是槽面反射定律所规定的方向，0级谱线出现在光栅平面反射的方向，闪耀光栅能够把能量集中在需要的光谱级里。 （4）闪耀波长的计算：λ=2dsinγ k 2.平面光栅光谱仪的结构与组成 （1）光学系统结构：
光栅：1200/mm；闪 耀波长250nm；M1 和M2凹面镜焦距 为300mm；狭缝0- 2mm连续可调。 电子系统：电源系统、光接收系统、步进电动机系统组成。 光学接收系统：光电倍增管及其放大电路组成。 光电倍增管：光信号转变成电信号。是测光仪器和光电自动化设备中的主要探测元件。 目前测量光信号最灵敏的器件之一。 结构： 3.色分辨率 光栅光谱仪的色分辨率是分开两条邻近谱线能力的量度。 以汞灯的两条黄谱线（波长为 577.0nm和579.1nm）为例测出谱 线λ1和λ2峰间的间隔a以及峰 的半宽度b，则色分辨能力为： Δλ =b α δλ δλ=λ 2-λ 1 =2.10nm 4.滤光片光谱特性
实验报告 题目: 光栅光谱仪的使用 姓名董芊宇 学院理学院 专业应用物理学 班级2013214103 学号2013212835 班内序号22 2015年9 月
一． 实验目的 1. 了解光栅光谱仪的工作原理。 2. 学会使用光栅光谱仪。 二． 实验原理 1.闪耀光栅 在光栅衍射实验中，我们了解了垂直入射时（φ=90?）光栅衍射的一般特性。当入射角φ=90?时，衍射强度公式为 22 2 sin sin sin I u Nv A u v = ???? ? ????? (9.1) 光栅衍射强度仍然由单缝衍射因子和多缝干涉因子共同决定。只不过此时 ()sin sin a u π φθλ= + (9.2) ()sin sin d v πφθλ =+ (9.3) 当衍射光与入射光在光栅平面法线同侧时，衍射角θ取+号，异侧时取-号，单缝衍射中央主 极大的条件是0u =，即sin sin φθ=-或?θ=-。将此条件代入到多缝干涉因子中，恰好满足0v =，即0级干涉最大条件。这表明单缝衍射中央极大与多缝衍射0级最大位置是重合的，光栅衍射强度最大的峰是个波长均不发生散射的0级衍射峰，没有实用价值。而含有丰富信息的高级衍射峰的强度却非常低。 为了提高信噪比，可以采用锯齿形的反射光栅（又称闪耀光栅）。闪耀光栅的锯齿相当于平面光栅的“缝”，与平面光栅一样，多缝干涉条件只取决于光栅常数，与锯齿角度、形状无关。所以当光栅常数及入射角与平面光栅一样时，两者0级极大的角度也一样。闪耀光栅的沟槽斜面相当于单缝，衍射条件与锯齿面法线有关。中央极大的衍射方向与入射线对称于齿面法线N ，于是造成衍射极大与0级干涉极大方向不一致。适当调整光栅参数，可以使光栅衍射的某一波长最强峰发生在1级或其他高级干涉极大的位置。 2.非平衡光辐射（发光） 处于激发态上的电子处于非平衡态。它向低能级跃迁时就会发光。设电子跃迁1 E 和0E ，发 射光子的能量为 10hc hv E E E λ ==-=? (9.4) 电子受光辐射激发到高能态上导致的发光成为光致发光。光致发光时，电子在不同能级间跃迁常见如下情况。 (1) 电子受光辐射激发，然后以无辐射情况跃迁到低能级。（无发射跃迁释放的能量转化成热能
光栅光谱仪的使用 学号2015212822 学生姓名张家梁 专业名称应用物理学（通信基础科学）所在系（院）理学院 2017 年3 月14 日
光栅光谱仪的使用 张家梁 1 实验目的 1. 了解光栅光谱仪的工作原理。 2. 学会使用光栅光谱仪。 2实验原理 1. 光栅光谱仪 光栅光谱仪结构如图所示。光栅光谱仪的色散元件为闪耀光栅。入射狭缝和出射狭缝分别在两个球面镜的焦平面上，因此入射狭缝的光经过球面镜后成为平行光入射到光栅上，衍射光经后球面镜后聚焦在出射狭缝上。光栅可在步进电机控制下旋转，从而改变入射角度和终聚焦到出射狭缝处光线的波长。控制入射光源的波长范围，确保衍射光无级次重叠，可通过控制光栅的角度唯一确定出射光的波长。 光谱仪的光探测器可以有光电管、光电倍增管、硅光电管、热释电器件和CCCD 等多种，经过光栅衍射后，到达出射狭缝的光强一般都比较弱，因此本仪器采用光电倍增管和CCD 来接收出射光。
2. 光探测器 光电倍增管是一种常用的灵敏度很高的光探测器，它由光阴极、电子光学输入系统、倍增系统及阳极组成，并且通过高压电源及一组串联的电阻分压器在阴极──打拿极(又称“倍增极”) ──阳极之间建立一个电位分布。光辐射照射到阴极时，由于光电效应，阴极发射电子，把微弱的光输入转换成光电子；这些光电子受到各电极间电场的加速和聚焦，光电子在电子光学输入系统的电场作用下到达第一倍增极，产生二次电子，由于二次发射系数大于1，电子数得到倍增。以后，电子再经倍增系统逐级倍增，阳极收集倍增后的电子流并输出光电流信号，在负载电阻上以电压信号的形式输出。 CCD 是电荷耦合器件的简称，是一种金属—氧化物—半导体结构的新型器件，在电路中常作为信号处理单元。对光敏感的CCD 常用作图象传感和光学测量。由于CCD 能同时探测一定波长范围内的所有谱线，因此在新型的光谱仪中得到广泛的应用。 3. 闪耀光栅 在光栅衍射实验中，我们了解了垂直入射时（Φ=90°）光栅衍射的一般特性。当入射角
KBr压片法测定固体样品的红外光谱 一、实验目的 1、掌握红外光谱分析法的基本原理。 2、掌握Nicolet5700智能傅立叶红外光谱仪的操作方法。 3、掌握用KBr压片法制备固体样品进行红外光谱测定的技术和方法。 4、了解基本且常用的KBr压片制样技术在红外光谱测定中的应用。 5、通过谱图解析及标准谱图的检索，了解由红外光谱鉴定未知物的一般过程。 二、仪器及试剂 1 仪器：美国热电公司Nicolet5700智能傅立叶红外光谱仪；HY-12型手动液压式红外压片机及配套压片模具；磁性样品架；红外灯干燥器；玛瑙研钵。 2 试剂：苯甲酸样品（AR）；KBr（光谱纯）；无水丙酮；无水乙醇。 三、实验原理 红外吸收光谱法是通过研究物质结构与红外吸收光谱间的关系，来对物质进行分析的，红外光谱可以用吸收峰谱带的位置和峰的强度加以表征。测定未知物结构是红外光谱定性分析的一个重要用途。根据实验所测绘的红外光谱图的吸收峰位置、强度和形状，利用基团振动频率与分子结构的关系，来确定吸收带的归属，确认分子中所含的基团或键，并推断分子的结构，鉴定的步骤如下： (1)对样品做初步了解，如样品的纯度、外观、来源及元素分析结果，及物理性质(分子量、沸点、熔点)。 (2)确定未知物不饱和度，以推测化合物可能的结构； (3)图谱解析 ①首先在官能团区(4000～1300cm-1)搜寻官能团的特征伸缩振动； ②再根据“指纹区”(1300～400cm-1)的吸收情况，进一步确认该基团的存在以及与其它基团的结合方式。
图1 仪器的基本结构 四、实验步骤 1. 红外光谱仪的准备 （1）打开红外光谱仪电源开关，待仪器稳定30 分钟以上，方可测定； （2）打开电脑，选择win98系统，打开OMNIC E.S.P软件；在Collect菜单下的Experiment Set-up 中设置实验参数； （3）实验参数设置：分辨率 4 cm-1，扫描次数32，扫描范围4000-400 cm-1；纵坐标为Transmittance 2．固体样品的制备 （1）取干燥的苯甲酸试样约1mg于干净的玛瑙研钵中，在红外灯下研磨成细粉，再加入约150mg干燥且已研磨成细粉的KBr一起研磨至二者完全混合均匀，混合物粒度约为2μm以下（样品与KBr的比例为1:100~1:200）。 （2）取适量的混合样品于干净的压片模具中，堆积均匀，用手压式压片机用力加压约30s，制成透明试样薄片。 3．样品的红外光谱测定 （3）小心取出试样薄片，装在磁性样品架上，放入Nicolet5700智能傅立叶红外光谱仪的样品室中，在选择的仪器程序下进行测定，通常先测KBr的空白
红外光谱实验报告 一、实验原理： 1、红外光谱法特点： 由于许多化合物在红外区域产生特征光谱，因此红外光谱法广 泛应用于这些物质的定性和定量分析，特别是对聚合物的定性 分析，用其他化学和物理方法较为困难，而红外光谱法简便易 行，特别适用于聚合物分析。 2、红外光谱的产生和表示 红外光谱定义：分子吸收红外光引起的振动能级跃迁和转动能级跃 迁而产生的吸收信号。 分子发生振动能级跃迁需要的能量对应光波的红外区域分类为： i.近红外区：10000-4000cm-1 ⅱ.中红外区：4000-400cm-1——最为常用，大多数化合物的化键振 动能级的跃迁发生在这一区域。 ⅲ.远红外区：400-10cm-1 产生红外吸收光谱的必要条件： 1）分子振动：只有在振动过程中产生偶极矩变化时才能吸收红外辐射。 ⅰ.双原子分子的振动：（一种振动方式）理想状态模型——把两个 原子看做由弹簧连接的两个质点，用此来 描述即伸缩振动；
图1 双原子分子的振动模型 ⅱ.多原子分子的振动：（简正振动，依据键长和键角变化分两大类） 伸缩振动：对称伸缩振动 反对称伸缩振动 弯曲振动：面内弯曲：剪切式振动 （变形振动）平面摇摆振动 面外弯曲振动：扭曲振动 非平面摇摆振动 ※同一种键型，不对称伸缩振动频率大于对称伸缩振动频率，伸缩振动频率大于弯曲振动频率。 ※当振动频率和入射光的频率一致时，入射光就被吸收，因而同一基团基本上总是相对稳定地在某一特定范围内出现吸收峰。ⅲ.分子振动频率： 基频吸收（强吸收峰）：基态到第一激发态所产生分子振动 的振动频率。 倍频吸收（弱吸收峰）：基态到第二激发态，比基频高一倍 处弱吸收，振动频率约为基频两倍。 组频吸收（复合频吸收）：多分子振动间相互作用，2个或2
一、实验目的 1、掌握溴化钾压片法制备固体样品的方法； 2、学习并掌握美国尼高立IR-6700型红外光谱仪的使用方法； 3、初步学会对红外吸收光谱图的解析。 二、实验原理 红外光是一种波长介于可见光区和微波区之间的电磁波谱。波长在～1000μm。通常又把这个波段分成三个区域，即近红外区：波长在～μm（波数在13300～4000cm-1），又称泛频区；中红外区：波长在～50μm（波数在4000～200cm-1），又称振动区；远红外区：波长在50～1000μm（波数在200～10cm-1），又称转动区。其中中红外区是研究、应用最多的区域。 红外区的光谱除用波长λ表征外，更常用波数σ表征。波数是波长的倒数，表示单位厘米波长内所含波的数目。其关系式为： 三、仪器和试剂 1、仪器：美国尼高立IR-6700 2、试剂：溴化钾，聚乙烯，苯甲酸 3、傅立叶红外光谱仪(FTIR)的构造及工作原理 四、实验步骤
1、波数检验：将聚苯乙烯薄膜插入红外光谱仪的样品池处，从4000-650cm-1进行波数扫描，得到吸收光谱。 2、测绘苯甲酸的红外吸收光谱——溴化钾压片法 取1-2mg苯甲酸，加入在红外灯下烘干的100-200mg溴化钾粉末，在玛瑙研钵中充分磨细（颗粒约2μm），使之混合均匀。取出约80mg混合物均匀铺洒在干净的压模内，于压片机上制成直径透明薄片。将此片装于固体样品架上，样品架插入红外光谱仪的样品池处，从4000-400cm-1进行波数扫描，得到吸收光谱。 五、注意事项 1、实验室环境应该保持干燥； 2、确保样品与药品的纯度与干燥度； 3、在制备样品的时候要迅速以防止其吸收过多的水分，影响实验结果； 4、试样放入仪器的时候动作要迅速，避免当中的空气流动，影响实验的准确性。 5、溴化钾压片的过程中，粉末要在研钵中充分磨细，且于压片机上制得的透明薄片厚度要适当。 六、数据处理 该图中在波数700~800、1500~1600、2800~2975左右有峰形，证明了该物质中可能有烯烃的C-H变形振动，C-C间的伸缩振动，同时也拥有烷烃的C-H伸缩振动，推测为聚乙烯的红外谱图。 谱带位置/cm-1吸收基团的振动形式 )n—C— n≥4） （—C—(CH 2
光栅光谱仪 实验仪器 WGD-5型组合式多功能光栅光谱仪，滤色片一组（红绿蓝），汞灯，溴钨灯，水，玻璃片。 预习思考题 1．简述工作原理（不可照抄课本），在此基础上画出光栅光谱仪的光路图，。 2．改变光谱仪入射或出射狭缝的大小会对测量结果有什么影响？ 3．测量透过率曲线对光源有什么要求？汞灯是合适的光源吗？ 4．水和玻璃是什么颜色的？为什么？ 实验内容 一. 测量前的准备（自带U 盘） (1) 记录螺旋尺旋转方向与缝宽变化的关系。 (2) 打开单色仪的电源开关，打开汞灯、溴钨灯电源，预热5min。 (3) 将倍增管的高压调至400V(不得超过600V)。 (4) 打开计算机，进入win98 后，双击“WGD-5 倍增管”图标进入工作界面。待系统和波长初始化完成后便可以工作。 二. 单色仪波长校准 探测器选用光电倍增管，高压加到400伏。在能量模式下测量汞灯光谱。扫描范围300-750nm，扫描步长选1nm。用“自动寻峰”测量谱线波长，与标准值比较，如果波长差大于1nm，进行波长修正。 说明：光源：汞灯 参数设置：工作方式：模式“能量”，间隔“1nm”；工作范围：300—750nm。 狭缝宽度调节，使入射缝与出射缝相匹配。 点击“单程”，单色仪开始扫描。 扫描完成根据谱线强度重新调整入射和出射狭缝，使谱线尽量增高，并使黄线 576.9nm、579.0nm 分开 (以划线谱线作为参照) （汞灯谱线：波长(nm)365.02、404.66、407.78、435.83、546.07、576.96、579.07、623.4） 三. 测量滤色片透过率曲线 光源：取下高压汞灯，换上溴钨灯 １. 扫描基线 工作方式：模式“基线”。 点击“单程”，单色仪开始扫描。调节入射缝的缝宽使基线的峰值达到900以上； 扫描结束后，点击“当前寄存器”列表框右侧“---”，在弹出的“环境信息”填入信息，然后关闭。保存该寄存器的数据，选用“txt”的文本格式。 ２. 扫描透过率曲线 打开样品池顶盖，将一个滤色片放在入射狭缝的前面，盖上顶盖。
分子荧光光谱实验报告 篇一：分子荧光光谱实验报告 分子荧光光谱实验报告 一、实验目的： 1.掌握荧光光度法的基本原理及激发光谱、发射光谱的测定方法；学会运用分子荧光光谱法对物质进行定性分析。 2.了解荧光分光光度计的构造和各组成部分的作用。 3.了解影响荧光产生的几个主要因素。二、实验内容：测定荧光黄/水体系的激发光谱和发射光谱； 首先根据已知的激发波长（如果未知，则用紫外分光光度计进行测量，以最大吸收波长为激发波长）测定发射光谱，得到最大发射波长；然后根据最大发射波长测定激发光谱，得到最大激发波长；然后在根据最大激发波长测定测定发射光谱； 根据所得数据，用origin软件做出光谱图。三、实验原理： 某些物质吸收光子后，外层电子从基态跃迁至激发态，然后经辐射跃迁的方式返回基态，发射出一定波长的光辐射，此即光致发光。光致发光现象分荧光、磷光两种，分别对应单重激发态、三重激发态的辐射跃迁过程。本实验为荧光光谱的测定。 激发光谱：在发射波长一定的条件下，被测物吸收的荧
光强度随激发波长的变化图。 发射光谱：在激发波长一定的条件下，被测物发射的荧光强度随发射波长的变化图。 各种物质均有其特征的最大激发波长和最大发射波长，因此，根据最大激发波长和最大发射波长，可以对某种物质进行定性的测定。 四、荧光光谱仪的基本机构 五、实验结果与讨论： XX00 S1 / R1 (CPS / MicroAmps) 150000 100000 50000 0Wavelength (nm) 400000 S1 / R1 (CPS / MicroAmps) 300000 XX00 100000 Wavelength (nm) 400000 荧光黄/水体系第二次发射光谱S1 / R1 (CPS /
光栅光谱仪实验报告公司内部档案编码：[OPPTR-OPPT28-OPPTL98-OPPNN08]
光栅光谱仪的使用 学号 22 学生姓名张家梁 专业名称应用物理学（通信基础科学）所在系（院）理学院 2017 年 3 月 14 日
光栅光谱仪的使用 张家梁 1 实验目的 1. 了解光栅光谱仪的工作原理。 2. 学会使用光栅光谱仪。 2实验原理 1. 光栅光谱仪 光栅光谱仪结构如图所示。光栅光谱仪的色散元件为闪耀光栅。入射狭缝和出射狭缝分别在两个球面镜的焦平面上，因此入射狭缝的光经过球面镜后成为平行光入射到光栅上，衍射光经后球面镜后聚焦在出射狭缝上。光栅可在步进电机控制下旋转，从而改变入射角度和终聚焦到出射狭缝处光线的波长。控制入射光源的波长范围，确保衍射光无级次重叠，可通过控制光栅的角度唯一确定出射光的波长。 光谱仪的光探测器可以有光电管、光电倍增管、硅光电管、热释电器件和 CCCD 等多种，经过光栅衍射后，到达出射狭缝的光强一般都比较弱，因此本仪器采用光电倍增管和 CCD 来接收出射光。 2. 光探测器
光电倍增管是一种常用的灵敏度很高的光探测器，它由光阴极、电子光学输入系统、倍增系统及阳极组成，并且通过高压电源及一组串联的电阻分压器在阴极──打拿极(又称“倍增极”) ──阳极之间建立一个电位分布。光辐射照射到阴极时，由于光电效应，阴极发射电子，把微弱的光输入转换成光电子；这些光电子受到各电极间电场的加速和聚焦，光电子在电子光学输入系统的电场作用下到达第一倍增极，产生二次电子，由于二次发射系数大于 1，电子数得到倍增。以后，电子再经倍增系统逐级倍增，阳极收集倍增后的电子流并输出光电流信号，在负载电阻上以电压信号的形式输出。 CCD 是电荷耦合器件的简称，是一种金属—氧化物—半导体结构的新型器件，在电路中常作为信号处理单元。对光敏感的 CCD 常用作图象传感和光学测量。由于 CCD 能同时探测一定波长范围内的所有谱线，因此在新型的光谱仪中得到广泛的应用。 3. 闪耀光栅 在光栅衍射实验中，我们了解了垂直入射时（Φ=90°）光栅衍射的一般特性。当入射角Φ=90°时，衍射强度公式为 光栅衍射强度仍然由单缝衍射因子和多缝衍射因子共同决定，只不过此时