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光栅光谱仪的特性研究

  1. 本实验要求学生了解光栅光谱仪的结构和测量光谱的原理,学会对光栅光谱仪进行定标以及利用单色仪测量光谱,了解各种光源光谱特性。
  2. 建立合适模型,定量研究缝宽对光谱分辨率的影响。
  3. 学会分辨光谱中的信号和噪声。
  4. 设计实验来判断测量得到的光谱中是否包含次级光谱。

关于原理

  1. 光栅的分光原理。
  2. 闪耀光栅方程的推导。
  3. 光谱是如何测量得到的?
  4. 什么是光谱的分辨率?
  5. 如何提高光谱分辨率?

关于实验

  1. 光源如何调节到光谱仪系统的的光轴上?
  2. 实验中所用的凸透镜的作用?
  3. 出入射缝如何对光谱的分辨率进行影响?
  1. 光谱信号和卷积的关系。
  2. 如何通过反卷积得到高分辨率光谱。

WGD-3型组合式多功能光栅光谱仪、溴钨灯、高压汞灯、汞灯、氢灯、钠灯、LED、白炽灯、日光灯、不同波长的滤色片。

  • WGD-3型组合式多功能光栅光谱仪采用Czemy-Turne(C-T)对称式光路架构,每毫米1200条光栅,其仪器参数如下:
  1. 波长范围: 200nm~800nm
  2. 波长重复性:≤0.2nm
  3. 相对孔径:D/F=1/7
  4. 波长精度:±0.4nm
  5. 焦 距:300mm

光谱仪采用的探测器为滨松公司生产的CR114型光电倍增管(photomultiplier tubes or PMT) 参数如下:

  1. 光谱响应范围 185~870nm
  2. 最大响应波长 400nm
  3. 光阴极(不透明) 双碱光阴极
  4. 阴极最小有效尺寸 8×24mm
  5. 倍增极系统结构 环形聚焦(9级)
  6. 管壳(窗)材料 透紫玻璃
  7. 极间电容(参考值) 阳极与最末倍增极间 4pf
  8. 阳极与所有其他电极间 6pf
  9. 阳极脉冲上升时间 2.2ns
  10. 电子渡越时间 22ns

更多光电倍增管的信息可参考http://www.bhphoton.com/product/cr114.html

  1. 光谱仪调节和定标,包括出入射缝零点、波长定标。具体定标方法见光栅光谱仪的定标
  2. 光谱仪中的光电倍增管的负高压和信号强度有何关系。
  3. 比较研究不同入射缝和出射缝大小时对光谱谱线的影响,定量分析缝宽和信号强度以及光谱半高宽的关系。
  4. 测量不同波长滤色片的透射光谱。
  5. 设计实验辨别出不同级次光谱。
  1. 光谱仪如何定标?定标时选择什么样的光源?
  2. 如何正确测量谱线?
  3. 确定合适的出射缝和入射缝的大小。

1.画出实验测量装置草图,草图中应包含光源、单色仪、探测器以及是透镜(部分测量会用到)。

2.具体写出每部分测量内容名称,以及用到的实验装置名称。以下举例说明:


1.光谱仪波长定标 以高压汞灯作为光源进行波长定标,光源和入射缝之间加入凸透镜用以会聚汞灯发出的光,使得入射到单色仪中的光通量最大。 探测器使用的是CR114型光电倍增管。光谱仪可测量波长范围为200-800nm。

(此处画出装置草图,标明各部分元器件名称)

思考:如果使用不同焦距,口径的凸透镜可能会对入射到单色仪中的光通量有影响?

波长定标扫描范围方案

I.精确定标,需要扫描较大波长范围,可从400扫描到650(对应汞灯可见光范围),扫描间隔0.1nm。

II.粗略定标,只需扫描双黄线的所处范围,可从550扫描到600,扫描间隔0.1nm,该方案的优点是效率高。

考虑到后续实验要求精度不高,为了提高效率,采用方案II进行定标。

第一次扫描,得到双黄线的波长值为XX和XX。 第二次扫描,得到双黄线的波长值为XX和XX(检验波长重复性,如不同需多次扫描确定其不确定度)。


  1. 简要叙述本实验的基本原理。
  2. 记录实验中出现的各种实验现象,对其进行分析、讨论。
  3. 实验数据的处理,及对结果的分析、讨论。
  1. 当样品中有胶体、乳状液或悬浮物存在时,会对吸光度产生什么影响?为什么?
  2. 分光光度计的光源经单色器分光,为了获得足够的光强,狭缝必须有一定宽度,因此,经过单色器后的光并非理论上的单色光,那么其对吸光度有何影响?
  3. 在稀溶液中浓度与吸光度有何关系?浓溶液(大于0.01mol/L)中这种关系还成立吗?不成立的话,将会发生什么变化?
  1. 如果大家对于上网址感到头晕眼花,我来推荐一个精简易懂的:http://www.camdb.ac.cn/nsdc/a_spectra2.asp 希望大家能做好实验:)
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  • 最后更改: 2022/05/13 18:30
  • 由 cenyan