使用小型棱鏡攝譜儀半定量分析光譜的簡便方法

1、第20卷第5期2001年5月大學(xué)物理COLLEGEPHYSICSVol.20No.5May.2001使用小型棱鏡攝譜儀半定量分析光譜的簡便方法趙輝1,石恒用1,趙新2,常效奇1(1.鞍山師范學(xué)院物理系,遼寧鞍山114005;2.鞍山廣播電視設(shè)備集團(tuán)公司,遼寧鞍山114012)摘要:介紹了借助CCD工業(yè)攝象機(jī),使用小型棱鏡攝譜儀拍攝光譜及在微型計算機(jī)上制作標(biāo)準(zhǔn)鐵譜和處理光譜的方法.這種方法的采用使我們不必每次都拍攝鐵譜,大大地簡化了樣本的半定量分析.關(guān)鍵詞:棱鏡攝譜儀;光譜分析;CCD中圖分類號:O433.1;O433.4文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1000-0712(2001)05-0029-02

2、每個元素光譜都存在靈敏線.通過對被測樣本光譜的半定量分析,若發(fā)現(xiàn)某一元素的靈敏線存在,就可以斷定樣本中含有該元素.這種半定量分析工作對設(shè)備精度要求不高,可以使用小型棱鏡攝譜儀進(jìn)行.小型棱鏡攝譜儀對環(huán)境要求低,并且價格低、操作方便、便于移動.這些特點使它能夠直接應(yīng)用在工作場所.我們對它作了改進(jìn).改進(jìn)后,不需要每次拍攝鐵譜,不需要洗像等一套設(shè)備,使攝譜的實時性得到改善,對工作場所要求更低,可以用于野外對礦物的定性分析.1測量方法使用小型棱鏡攝譜儀,在拍攝和處理光譜的過程中,為了省去顯影、定影、沖洗、吸干、在光譜投影儀上比對等繁雜的工序,可以采用CCD工業(yè)攝象機(jī)拍攝譜源,并通過圖象卡把拍攝的光譜圖采

3、集到計算機(jī)中,在計算機(jī)中比對處理,或者在計算機(jī)中簡單處理后打印出來,再比對處理.其過程框圖見圖1.2標(biāo)準(zhǔn)譜的制作拍攝某一樣本的光譜時,要把標(biāo)準(zhǔn)譜通常是鐵譜拍攝在同一個圖版上,讓它們有相同的比例,比對工作才能進(jìn)行.鐵譜拍攝很麻煩.若能使用常用光源比對,可使過程大大簡化.但是,因為棱鏡色散的光譜不是均勻排列的.它對紅光色散小,對紫光色散大,而常用光源的譜線又太稀少,不能采用線性插入法計算所拍攝樣本譜線的波長.為了省去以后鐵譜的拍攝,采用如下方法制作標(biāo)準(zhǔn)鐵譜.用圖1所示的方法拍攝鐵譜,同時拍攝汞燈的光譜.汞的623.4nm,579.0nm,577.0nm,546.1nm,496.0nm,435.8n

4、m,407.8nm和404.6nm的譜線很好識別,用它作為標(biāo)記.多次拍攝,直到滿意為止.存入計算機(jī),這就是我們以后要用的標(biāo)準(zhǔn)鐵譜.與其他標(biāo)準(zhǔn)鐵譜相比,帶上了標(biāo)記.制作的汞標(biāo)記標(biāo)準(zhǔn)鐵譜見圖2.注意,標(biāo)準(zhǔn)鐵譜上的標(biāo)記譜線可以選用其他常用光源代替了攝譜箱.看譜時,也不需要看譜管,可以在計算機(jī)顯示器上直接觀察整個譜面.調(diào)整CCD攝象機(jī)的鏡頭的焦距及焦面的方向得到清晰的鐵譜后,固定這個位置.圖1CCD攝譜及微機(jī)處理框圖在圖1中,棱鏡的位置已經(jīng)調(diào)整好.譜源是某一樣本的發(fā)射光線經(jīng)棱鏡色散后的光譜.其中CCD攝象機(jī)圖2汞標(biāo)記標(biāo)準(zhǔn)鐵譜收稿日期:2000-06-19基金項目:遼寧省鞍山市科學(xué)技術(shù)委員會資助項目(9

5、711058)男,.30大學(xué)物理第20卷表1用鐵譜比對氫譜得到的氫波長實測波長/nm理論值/nm486.13486.08434.05434.00410.47410.13的譜線,但是所選光源的譜線至少要有3條,以便比對,并同時確定儀器的調(diào)整是否被破壞.3半定量分析方法介紹有了以上標(biāo)準(zhǔn)鐵譜,拍攝樣本光譜時就不需要同時拍攝鐵譜,只需同時拍攝標(biāo)記光源的光譜即可.在計算機(jī)上,通過放大或縮小樣本光譜,使樣本光譜上的標(biāo)記光譜與標(biāo)準(zhǔn)鐵譜上的標(biāo)記光譜對準(zhǔn),就可以使用鐵譜計算樣本的譜線波長了.以測量氫的光譜為例,介紹分析方法的使用.使用圖1的方法拍攝氫的光譜,同時拍攝汞燈的光譜.在計算機(jī)上使鐵譜和氫譜的標(biāo)記對準(zhǔn).

6、見圖3.然后用鐵譜比對氫譜.數(shù)據(jù)見表1.由表1可知,使用標(biāo)記標(biāo)準(zhǔn)鐵譜比對樣本光譜進(jìn)行半定量分析是一個很好的方法.同時,也可以在計算機(jī)上讀出光譜某一譜線的灰度,從而確定樣本中的某一元素的相對含量.本項目的實驗是在WSL-0.5型小型棱鏡攝譜儀上完成的.參考文獻(xiàn):1劉書聲.現(xiàn)代光學(xué)手冊M.北京:北京出版社,1993.624,643.2吳思誠,王祖銓.近代物理實驗M.北京:北京大學(xué)出版社,1986.87,99.圖3汞標(biāo)記氫譜Asimplewayofsemi-quantitativespectralanalysiswithasmallprismspectrographZHAOHui,SHIHeng-y

7、ong,ZHAOXin,CHANGXiao-qi111(1.DepartmentofPhysics,AnshanTeachersCollege,Anshan,Liaoning,114005,China;2.AnshanBroadcast&TelevisionDeviceGroup,Anshan,Liaoning,114012,China)Abstract:AmethodformakingthestandardironspectraandprocessingthesamplebymeansofaCCDindustrycameraandasmallprismspectrographisin

8、troduced.Usingthisway,wedonotneedtophotographtheironspectraeverytime,sothesemi-quantitativespectralanalysisismuchsimplified.Keywords:prismspectrograph;spectralanalysis;CCD(上接20頁)IstheworkdonebyaconservativeforceequaltothedecreaseofpotentialenergyGAOBing-kun(DepartmentofPhysics,TsinghuaUniversity,Beijing,100084,China)Abstract:Theworkdonebyapareofconservativeforcesisequaltothedecreaseofpotentialener-gyandingeneral,th