光柵光譜儀實(shí)驗(yàn)ppt.ppt

近代物理實(shí)驗(yàn) 光柵光譜儀實(shí)驗(yàn) 提要 實(shí)驗(yàn)背景實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)原理思考問(wèn)題注意事項(xiàng) 1 光譜 按一定次序排列的彩色光帶 2 光譜分類 1 按照波長(zhǎng)劃分 射線 0 04nm以下 X射線 0 04 5nm 光學(xué)光譜 5nm 600 m 微波波譜 1mm 1m 通常所說(shuō)的光譜僅指光學(xué)光譜 2 按其外形劃分 連續(xù)光譜 帶光譜和線光譜 3 按照電磁輻射的本質(zhì)劃分 分子光譜 原子光譜 X射線能譜和 射線能譜 實(shí)驗(yàn)背景 光譜 發(fā)射光譜 定義 由發(fā)光體直接產(chǎn)生的光譜 連續(xù)光譜 產(chǎn)生條件 熾熱的固體 液體和高壓氣體發(fā)光形成的 光譜的形式 連續(xù)分布 一切波長(zhǎng)的光都有 線狀光譜 產(chǎn)生條件 稀薄氣體發(fā)光形成的光譜 光譜形式 一些不連續(xù)的明線組成 不同元素的明線光譜不同 又叫特征光譜 吸收光譜 定義 連續(xù)光譜中某些波長(zhǎng)的光被物質(zhì)吸收后產(chǎn)生的光譜 產(chǎn)生條件 熾熱的白光通過(guò)溫度較白光低的氣體后 再色散形成的 光譜形式 用分光鏡觀察時(shí) 見(jiàn)到連續(xù)光譜背景上出現(xiàn)一些暗線 與特征譜線相對(duì)應(yīng) 3 光譜的特點(diǎn)及成因 光譜分析 由于每一種元素都有自己的特征譜線 因此可以根據(jù)光譜來(lái)鑒別物質(zhì)和確定它的化學(xué)組成 這種方法叫做光譜分析 光譜儀 光譜儀是指利用折射或衍射產(chǎn)生色散的一類光譜測(cè)量?jī)x器 光柵光譜儀是光譜測(cè)量和分析中最常用的儀器 1 了解光柵光譜儀的工作原理2 掌握利用光柵光譜儀進(jìn)行測(cè)量的技術(shù) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?WDS8A型組合式多功能光柵光譜儀計(jì)算機(jī)氘燈 鈉燈 汞燈等各種光源 實(shí)驗(yàn)儀器 1 光柵光譜儀結(jié)構(gòu)示意圖 由入射狹縫S1 準(zhǔn)直球面反射鏡M1 光柵G 聚焦球面反射鏡M2以及輸出狹縫S2構(gòu)成 實(shí)驗(yàn)原理 衍射光柵是光柵光譜儀的核心色散器件 它是在一塊平整的玻璃或金屬材料表面 可以是平面或凹面 刻畫出一系列平行 等距的刻線 然后在整個(gè)表面鍍上高反射的金屬膜或介質(zhì)膜 就構(gòu)成一塊反射試驗(yàn)射光柵 相鄰刻線的間距d稱為光柵常數(shù) 通?？叹€密度為每毫米數(shù)百至數(shù)十萬(wàn)條 刻線方向與光譜儀狹縫平行 光柵方程 衍射角度隨波長(zhǎng)的變化關(guān)系 稱為光柵的角色散特性 當(dāng)入射角給定時(shí) 可以由光柵方程導(dǎo)出 復(fù)色入射光進(jìn)入狹縫S1后 經(jīng)M2變成復(fù)色平行光照射到光柵G上 經(jīng)光柵色散后 形成不同波長(zhǎng)的平行光束并以不同的衍射角度出射 M2將照射到它上面的某一波長(zhǎng)的光聚焦在出射狹縫S2上 再由S2后面的電光探測(cè)器記錄該波長(zhǎng)的光強(qiáng)度 光柵G安裝在一個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)上 當(dāng)光柵旋轉(zhuǎn)時(shí) 就將不同波長(zhǎng)的光信號(hào)依次聚焦到出射狹縫上 光電探測(cè)器記錄不同光柵旋轉(zhuǎn)角度 不同的角度代表不同的波長(zhǎng) 時(shí)的輸出光信號(hào)強(qiáng)度 即記錄了光譜 這種光譜儀通過(guò)輸出狹縫選擇特定的波長(zhǎng)進(jìn)行記錄 稱為光柵單色儀 在使用單色儀時(shí) 對(duì)波長(zhǎng)進(jìn)行掃描是通過(guò)旋轉(zhuǎn)光柵來(lái)實(shí)現(xiàn)的 通過(guò)光柵方程可以給出出射波長(zhǎng)和光柵角度之間的關(guān)系 如圖所示 其中 為光柵的旋轉(zhuǎn)角度 為入射角和衍射角之和的一半 為一常數(shù) 對(duì)給定的單色儀來(lái)說(shuō) 有三個(gè)部分 1光學(xué)系統(tǒng)2電子系統(tǒng)3軟件系統(tǒng) WDS系列多功能光柵光譜儀結(jié)構(gòu)框圖如圖所示 實(shí)驗(yàn)裝置 M1準(zhǔn)光鏡 M2物鏡 M3轉(zhuǎn)鏡 G平面衍射光柵 S1入射狹縫 通過(guò)旋轉(zhuǎn)M3選擇出射狹縫S2或S3從而選擇接收器件類型 出射狹縫為S2則為光電倍增管或硫化鉛 鉭酸鋰 TGS等接收器件 出射狹縫為S3則為CCD接收器件 光學(xué)系統(tǒng) 光譜儀光學(xué)系統(tǒng)采用C T型 如圖所示 入射狹縫 出射狹縫均為直狹縫 寬度范圍0 2mm連續(xù)可調(diào) 光源發(fā)出的光束進(jìn)入入射狹縫S1 S1位于反射式準(zhǔn)光鏡M2的焦面上 通過(guò)S1射入的光束經(jīng)M2反射成平行光束投向平面光柵G上 衍射后的平行光束經(jīng)物鏡M2成像在S2上 或經(jīng)物鏡M2和M3平面鏡成像在S3上 光源系統(tǒng)為儀器提供工作光源 可選氘燈 鎢燈 鈉燈 汞燈等各種光源 2020 3 10 17 可編輯 2電子系統(tǒng)電子系統(tǒng)由電源系統(tǒng) 接收系統(tǒng) 信號(hào)放大系統(tǒng) A D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和光源系統(tǒng)等部分組成 電源系統(tǒng)為儀器提供所需的工作電壓 接受系統(tǒng)將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào) 信號(hào)放大器系統(tǒng)包括前置放大器和放大器兩個(gè)部分 A D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào) 以便計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理 3軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)主要功能有 儀器系統(tǒng)復(fù)位 光譜掃描 各種動(dòng)作控制 測(cè)量參數(shù)設(shè)置 光譜采集 光譜數(shù)據(jù)文件管理 光譜數(shù)據(jù)的計(jì)算等 WDS系列多功能光柵光譜儀的控制操作由計(jì)算機(jī)操作和手工操作來(lái)完成 單色儀的入射狹縫寬度 出射狹縫寬度和負(fù)高壓 光電倍增管接收系統(tǒng) 不受計(jì)算機(jī)控制用手工設(shè)置以外 其它的各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置和測(cè)量均由計(jì)算機(jī)來(lái)完成 WDS系列多功能光柵光譜儀器系統(tǒng)操作軟件根據(jù)型號(hào)不同和接收儀器不的同配有PMT操作系統(tǒng)和CCD操作系統(tǒng) 每一系統(tǒng)均可采用快捷鍵和下拉菜單來(lái)進(jìn)行儀器操作 3 1PMT操作系統(tǒng)3 1 1開(kāi)機(jī)與系統(tǒng)復(fù)位確認(rèn)光柵光譜儀已經(jīng)正確連接并打開(kāi)電源 在WONDOWS操作系統(tǒng)中 從 開(kāi)始 程序 WDS系列光柵光譜儀 中執(zhí)行相應(yīng)的PMT可執(zhí)行程序 或雙擊桌面上的快捷方式 啟動(dòng)系統(tǒng)操作程序 在系統(tǒng)初始化過(guò)程后應(yīng)有波長(zhǎng)復(fù)位正確的提示 然后按 確定 進(jìn)入系統(tǒng)操作主界面 軟件系統(tǒng) 參數(shù)設(shè)置即根據(jù)測(cè)量需對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置 光譜掃描根據(jù)當(dāng)前參數(shù)設(shè)置對(duì)當(dāng)前光譜進(jìn)行記錄 數(shù)據(jù)處理 讀取數(shù)據(jù)讀取當(dāng)前圖譜的橫 縱坐標(biāo)數(shù)據(jù) 可選擇列表方式或光標(biāo)讀取方式 3 1 4退出系統(tǒng)與關(guān)機(jī)當(dāng)系統(tǒng)測(cè)試結(jié)束后 將出射 入射狹縫調(diào)節(jié)至0 1mm左右 若有負(fù)高壓系統(tǒng) 則將負(fù)高壓調(diào)節(jié)至零 點(diǎn)擊菜單欄中 文件 退出系統(tǒng) 按照提示關(guān)閉電源退出儀器操作系統(tǒng) 五實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟 1 開(kāi)機(jī)之前請(qǐng)認(rèn)真檢查光柵光譜儀的各個(gè)部分 單色儀主機(jī) 電控箱 接受單元 計(jì)算機(jī) 連線是否正確 保證準(zhǔn)確無(wú)誤 為了保證儀器的性能指標(biāo)和壽命 在每次使用完畢 將入射狹縫寬度 出射狹縫寬度分別調(diào)節(jié)到0 1mm左右 在儀器系統(tǒng)復(fù)位完畢后 根據(jù)測(cè)試和實(shí)驗(yàn)的要求分別調(diào)節(jié)入射狹縫寬度 出射狹縫寬度到合適的寬度 2 接收單元WDS系列多功能光柵光譜儀根據(jù)儀器型號(hào)的不同配有光電倍增管 CCD 硫化鉛 鉭酸鋰 TGS等不同接收單元 注意 若采用光電倍增管作為接收單元 不一定要在光電倍增管加有負(fù)高壓的情況下 使其暴露在強(qiáng)光下 包括自然光 在使用結(jié)束后 一定要注意調(diào)節(jié)負(fù)高壓旋鈕使負(fù)高壓歸零 然后再關(guān)閉電控箱 3 狹縫調(diào)節(jié)儀器的入射狹縫和出射狹縫均為直狹縫 寬度范圍0 2mm連續(xù)可調(diào) 順時(shí)針旋轉(zhuǎn)為狹縫寬度加大 反之減小 每旋轉(zhuǎn)一周狹縫寬度變化0 5mm 最大調(diào)節(jié)寬度為2mm 為延長(zhǎng)使用壽命 狹縫寬度調(diào)節(jié)時(shí)應(yīng)注意最大不要超過(guò)2mm 儀器測(cè)量完畢或平常不使用時(shí) 狹縫最好調(diào)節(jié)到0 1mm05mm左右 4 電控箱的使用電控箱包括電源 信號(hào)放大 控制系統(tǒng)和光源系統(tǒng) 氘燈和鎢燈可選件 不包括在光譜儀器的標(biāo)準(zhǔn)配置中 在運(yùn)行儀器操作軟件前一定要確認(rèn)所有的連接線正確連接且已經(jīng)打開(kāi)電控箱的開(kāi)關(guān) 5 采用標(biāo)準(zhǔn)光譜燈進(jìn)行波長(zhǎng)校準(zhǔn)光柵光譜儀由于運(yùn)輸過(guò)程中震動(dòng)等各種原因 可能會(huì)使波長(zhǎng)準(zhǔn)確度產(chǎn)生偏差 因此在第一次使用前用已知的光譜線來(lái)校準(zhǔn)儀器的波長(zhǎng)準(zhǔn)確度在平常使用中 當(dāng)對(duì)光柵光譜儀器系統(tǒng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)波長(zhǎng)值與準(zhǔn)確波長(zhǎng)不對(duì)應(yīng)時(shí) 可通過(guò)此項(xiàng)對(duì)系統(tǒng)波長(zhǎng)進(jìn)行校正 在對(duì)話框中輸入系統(tǒng)值與實(shí)際波長(zhǎng)值的差值 點(diǎn)擊確定即可 零點(diǎn)波長(zhǎng)校正檢查儀器波長(zhǎng)準(zhǔn)確度可用氘燈 標(biāo)準(zhǔn)值為486 0nm和656 1nm 鈉燈 標(biāo)準(zhǔn)值為589 0nm和589 6nm 汞燈 標(biāo)準(zhǔn)值為404 7nm 435 8nm 546 1nm 577 0nm 579 0nm 以及其它已知光譜線的來(lái)源來(lái)進(jìn)行 例 用氘燈譜線校準(zhǔn)利用氘燈的兩根譜線的波長(zhǎng)值 標(biāo)準(zhǔn)值為486 0nm和656 0nm 來(lái)進(jìn)行校準(zhǔn)儀器 根據(jù)能量信號(hào)大小手工調(diào)節(jié)入射狹縫和出射狹縫 掃描氘燈光譜 如果波長(zhǎng)有偏差 用 零點(diǎn)波長(zhǎng)校正 功能進(jìn)行校正 6 分別掃描不同光源的光譜調(diào)節(jié)光源 使其在單色義的波長(zhǎng)范圍內(nèi)有最大的輸出 根據(jù)測(cè)量對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置 根據(jù)測(cè)量學(xué)要對(duì)出射 入射狹縫寬度進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置 按 3軟件系統(tǒng) 進(jìn)行操作 思考題 簡(jiǎn)述WDS8A型多功能光柵光譜儀的組成 簡(jiǎn)述WDS8A型多功能光柵光譜儀電子系統(tǒng)的組成和各部分的作用 簡(jiǎn)述WDS8A型多功能光柵光譜儀軟件系統(tǒng)的主要功能 思考題 WDS系列多功能光柵光譜儀 由光柵單色儀主機(jī) 掃描系統(tǒng) 接收單元 信號(hào)放大系統(tǒng) A D采集單元和計(jì)算機(jī)組成 實(shí)驗(yàn)儀器各部分名稱和作用本實(shí)驗(yàn)