物理实验（下）——光谱仪的应用

岑剡

“ 对有些事情，人类一定永远茫然无知，各天体的化学构造组成就是一个好例子。” —— 康德

太阳光谱

1802 年，英国化学家沃拉斯顿 (Wollaston ）发现太阳光谱不是一道完美无缺的彩虹，而是被一些黑线所割裂。1814 年，德国光学仪器专家，也是物理学家的夫琅和费 (Fraunhofer) 继续的细心地研究了这些割裂太阳光谱彩虹的黑线，研究了这些主要黑线的相对位置，并绘出光讲图，按英文字母顺序取名为， A 、 B 、 C 、 D 、 E 、 F 、 G 、 H 、 K…… 等，后人称之为夫琅和费线。

名称 元素 波长 (nm) 名称 元素 波长 (nm)

y 氧(O2) 898.765 c 铁 (Fe) 495.761

Z 氧 (O2) 822.696 F H β 486.134

A 氧 (O2) 759.370 d 铁 (Fe) 466.814

B 氧 (O2) 686.719 e 铁 (Fe) 438.355

C H α 656.281 G' H γ 434.047

a 氧 (O2) 627.661 G 铁 (Fe) 430.790

D1 钠(Na) 589.592 G 钙(Ca) 430.774

D2 钠 (Na) 588.995 h H δ 410.175

D3 (or d) 氦(He) 587.5618 H 钙 (Ca+) 396.847

e 汞(Hg) 546.073 K Ca+ 393.368

E2 铁(Fe) 527.039 L 铁 (Fe) 382.044

b1 镁(Mg) 518.362 N 铁 (Fe) 358.121

b2镁(Mg)

517.270 P 钛(Ti)+ 336.112

b3 铁 (Fe) 516.891 T 铁 (Fe) 302.108

b4 铁 (Fe) 516.751 t 镍(Ni) 299.444

b4镁(Mg)

516.733

蝙蝠其实不是瞎子

蛾子

华东师范大学生科院分子生态与进化实验室张树义教授带领课题组，与英国、爱尔兰学者合作研究发现：已经在黑暗中生活了 5200万年的蝙蝠，其实不是瞎子，它们的眼睛至少能看见两种颜色——紫外光和红光。挑战了“弱光环境促使动物视觉退化”的经典理论，揭示了“感觉代偿”的感官进化新机制。蝙蝠中回声定位能力最强的恒频蝙蝠明视觉有所退化。

蝙蝠

单色仪内部结构

单色仪光学原理图M1 反射镜、 M2 准光镜、 M3 物镜、 G 平面衍射光栅S1 入射狭缝、 S2 观察口 1 、 S3 观察口 2

单色仪内部结构

多功能光栅光谱仪内部结构 光栅及反射镜

准光镜和物镜

光源和探测器

光电倍增管工作原理图

卤素灯—标准光源 本光谱采用滨松公司生产的 CR114型光电倍增管

光谱仪的响应函数

单位表面积光源单位立体角内的辐射率：焦耳 ·秒 -1·米 -2·球面度 - 1·米 -1

2800K 标准光源的发射光谱2800K 标准光源的发射光谱（含响应函数）

响应函数

溴钨灯温度的计算

溴钨灯发射光谱（含响应函数）

溴钨灯发射光谱

T=(2991±1)K

实验内容1. 光谱仪调节和定标，包括出入射缝零点、波长定标以及光谱仪响应函数的确定。

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. 测量不同光源光谱的发射光谱，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. 测量硫酸铜溶液吸收光谱，并算出其最大吸收波长及其对应的物质吸收系数。5. 测量混合溶液（包含一定比例的高锰酸钾和铁氰化钾）的吸收光谱，并分别算出高锰酸钾和铁氰化钾浓度。6. 测量不同波长滤色片的透射光谱。7. 测量太阳光光谱。

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