用单色仪测定介质的吸收曲线.docx

1、用单色仪测定介质的吸收曲线用单色仪测定介质的吸收曲线一、实验目的1、了解单色仪的构造原理并掌握其使用；2、加深对介质光谱特性的了解，掌握测量介质的吸收曲线或透射曲线的原理和方法；3、初步了解光电池的工作原理及其应用。二、实验原理当一束光入射到有一定厚度的介质平板上时，有一部分被反射，另有一部分光被介质吸收，剩下的光以介质板透射出来。设有一束波长为，入射光强为的单色平行光垂直入射到一块厚度为d的介质平板上，如图1所示。若从界面1射回的反射光的光强为，从界面1向介质透射的光的光强为，入射到界面2的光的光强为，从界面2出射的透射光的光强为，则定义介质板的光谱外透射率和介质的光谱透射率分别为：这里，都

2、应该是光在界面1和2上以及介质中多次反、透射的总效果。通常，介质对光的反射、透射和吸收不但与介质有关，而且与入射光的波长有关。这里为简单起见，对以上及以后的各个与波长有关的量都省略波长标记，但都应理解为广谱量。光谱透射率与波长的关系曲线称为透射曲线。在介质部（假定部无散射），光谱透射率与介质厚度d有如下关系：式中，称为介质的线性吸收系数，一般也称为吸收系数。它不仅与介质有关，而且与入射光的波长有关。吸收系数与波长的关系曲线称为吸收曲线。设光在单一界面上的反射率为R，则透射光的光强为式中，分别表示光从界面2第一次透射，第二次透射的光的光强。所以通常，介质的光谱透射率和吸收系数是通过测量由同一材料

3、（相同）加工成的、表面性质相同（R相同）但厚度不同的两块试样的光谱外透射率后计算得出的。设两块试样的厚度分别为和，光谱外透射率分别为和，则又一般R和都很小，故上式可近似为所以综合以上本实验中采用光电池和微电流放大器测量光强。合适条件下，光电池输出的光电流与照射到它表面的光的光强成正比。光电流经由微电流放大器后由数字表直接显示其数值，从而计算光谱透射率和吸收系数，即其中，和分别表示式样厚度为和时微电流放大器上数字表的示值。三、实验装置图2是实验装置示意图。本实验中使用单色仪为WDM1型光栅单色仪。它的光学系统由三部分组成：入射狭缝和准直球面反射镜构成入射准直系统，以产生平行光束；反射光栅G为色散

4、元件，以产生各种波长的单色光；聚焦球面反射镜、平面反射镜及出射狭缝构成出射聚光系统，将光栅分出的单色光汇聚在出射狭缝上。图中汞灯P用于单色仪的校准。溴钨灯F用于测量，溴钨灯的工作电流有恒流源控制。自制的微电流放大器由高精度运放与数字显示组成。会聚透镜L将光源F发出的白光会聚到入射狭缝上，然后投射到上。由于处在的焦平面上，因此的反射光成为平行光。此平行光经光栅G衍射后分成一系列衍射方向不同的各种波长的单色平行光。由于光栅装置是与单色仪的传动机构相连的，因此当转动调节手轮K时，可使光栅旋转，让不同波长的单色平行光相继投射到聚焦球面反射镜上，并经平面镜反射后成像于出射狭缝上。如果宽窄合适，不同波长的

5、单色光就相继从射出。波长值可从单色仪的波长读数装置上读出。本实验实际操作过程中，样品插放在入射狭缝前，由2块并排摆放的宽为4mm，厚度为0.8mm、2.8mm的钕玻璃组成。四、实验任务及注意事项（一）单色仪的调节和波长示值的校准1利用汞灯作为光源校准单色仪的波长示值1）波长读数装置转到577.0nm-579.1nm之间，汞灯放入射狭缝前，、宽度调至2mm；2）迎光观察上汞的黄色谱线，用显微镜对准出射狭缝，关小入射狭缝使两谱线分开至较细即可；3）关小出射狭缝，同时微动手轮，是一条谱线在缝中间，使狭缝与谱线同宽，读单色仪示值；4） 转手轮K读下一条谱线；5） 检查测量值与标准值（435.8nm、5

6、46.1nm、577.0nm、579.1nm）之差，即仪器系统偏差（要求）。2调节狭缝宽度1） 按步骤1中1）重新调节狭缝宽度2） 迎光观察上汞的两条黄色谱线，用显微镜对准出射狭缝，调节入射狭缝使两谱线刚好分开，此时入射狭缝宽约0.8mm3）调出射狭缝，转手轮K，使出缝宽度与谱线宽度相同，此时、同宽，约0.8mm3调节溴钨灯光如图3，将光源聚焦成像在狭缝前。聚光镜通过光孔径，焦距，单色仪球面镜（准直镜）的光阑宽度。成像规律遵守高斯公式。此外为使球面镜孔径D充分照明，应使。（二）测量钕玻璃在610.0nm-550.0nm围的吸收曲线 用溴钨灯作光源并进行共轴调节，使外光路光轴与单色仪光轴重合，避

7、免光线斜入射造成光能损失。1手轮K调到610.0nm，通过观察透镜像，移动透镜，使像位于缝中，缩透镜2左右移动溴钨灯使像全亮。放样品架B，记录无样品及薄、厚样品在狭缝中间时的位置3装探测器，打开微电流放大器，微动溴钨灯，使放大器示值最大4调灯丝电流，使使放大器示值在1700-1900之间5选定厚钕玻璃片，定性观察钕玻璃对不同波长的吸收情况，确定吸收峰大致波长位置。正式测量时，每隔1nm测一次，吸收峰附近测量点应更密一些，每隔进行一次测量。测量围610.0nm-550.0nm6选择薄钕玻璃片，在与厚钕玻璃片波长相对应的位置测量7根据两组数据，求钕玻璃的吸收系数曲线五、数据处理以及误差分析1单色仪

8、的调节和波长示值的校准=_0.35_真值435.8546.1577.0579.1示值436.1546.5577.3579.5偏差0.30.40.30.42. 测量钕玻璃在610.0nm-550.0nm围的吸收曲线实验数据记录如下表：（修正前）（修正后）n1n2a610.00 610.35 1.50 1.33 39.15 608.00 608.35 1.49 1.35 32.87 606.00 606.35 1.48 1.34 33.24 604.00 604.35 1.45 1.28 40.91 602.00 602.35 1.42 1.22 50.80 600.00 600.35 1.38

9、1.16 60.29 598.00 598.35 1.35 1.08 73.95 596.00 596.35 1.28 0.89 121.39 594.00 594.35 1.22 0.75 160.95 592.00 592.35 1.22 0.80 140.91 590.00 590.35 1.19 0.75 154.55 589.50 589.85 1.18 0.71 170.28 589.00 589.35 1.15 0.65 191.14 588.50 588.85 1.12 0.59 216.79 588.00 588.35 1.09 0.53 239.10 587.50 587.

10、85 1.06 0.48 262.32 587.00 587.35 1.04 0.45 283.18 586.50 586.85 1.03 0.42 296.79 586.00 586.35 1.02 0.42 298.81 585.50 585.85 1.03 0.43 290.33 585.00 585.35 1.04 0.46 272.08 584.50 584.85 1.06 0.51 246.21 584.00 584.35 1.08 0.56 216.84 583.50 583.85 1.11 0.63 189.42 583.00 583.35 1.13 0.69 161.50 5

11、82.50 582.85 1.14 0.75 140.46 582.00 582.35 1.15 0.79 127.86 580.00 580.35 1.13 0.76 131.34 578.00 578.35 1.05 0.52 235.51 576.50 576.85 1.02 0.54 214.80 576.00 576.35 1.02 0.53 215.96 575.50 575.85 1.00 0.52 221.88 575.00 575.35 0.98 0.49 231.05 574.50 574.85 0.96 0.45 251.00 574.00 574.35 0.94 0.4

12、1 278.42 573.50 573.85 0.90 0.36 309.33 573.00 573.35 0.88 0.32 338.15 572.50 572.85 0.86 0.30 355.95 572.00 572.35 0.87 0.31 344.21 571.50 571.85 0.89 0.35 307.32 571.00 571.35 0.92 0.43 256.95 570.50 570.85 0.96 0.53 202.22 570.00 570.35 1.01 0.63 157.93 569.50 569.85 1.04 0.73 116.56 569.00 569.3

13、5 1.06 0.82 86.11 568.50 568.85 1.08 0.88 67.20 568.00 568.35 1.09 0.93 51.03 566.00 566.35 1.09 1.01 26.68 564.00 564.35 1.08 1.02 18.38 562.00 562.35 1.06 1.02 14.42 560.00 560.35 1.04 1.01 12.69 558.00 558.35 1.03 0.99 12.59 556.00 556.35 1.00 0.97 10.80 554.00 554.35 0.98 0.95 10.35 552.00 552.35 0.96 0.93 10.57 550.00 550.35 0.94 0.91 10.41 根据以上数据，绘制钕玻璃的吸收曲线，得到下图。通过实验数据以及吸收曲线，我们可以比较明显地发现钕玻璃的两个吸收峰，分别是1 = 572.5nm, 1 = 298.81/m2 = 586.0nm, 2 = 355.95/m六、思考题1、校对单色仪的波长示值为什么要用汞灯？而测量吸收曲线为什么要用溴钨灯？答：校对单色仪波长示值时应当采用有确定辐射可见谱线的光源，汞灯在可见光谱有确定的404.7nm、435.8nm、546.1nm和577.0579.0nm的可见