单色仪的使用
单色仪的使用
实验名称：单色仪的使用实验目的：1）了解单色仪的结构原理，学会使用平面光栅单色仪。
2）测定平面光栅单色仪的分辨能力。
实验仪器：平面光栅单色仪、汞灯、钨灯、聚光镜、测光仪、光电倍增仪、干涉滤光片等实验原理：1：平面光栅单色仪的结构原理：平面光栅单色仪的光学系统如图所示：光学系统主要由以下三部分组成：1：入射准直部分由入射缝S1和抛物凹面镜M1组成，用以产生适于光栅衍射的平行光束。
2：色散系统平面光栅G构成色散系统，达到分光以产生各种波长单色光的要求3：出射聚焦系统由抛物凹面反射镜M1、平面反射镜M2和狭缝S2组成。
由光栅色散系统产生的单色光经由M1和M2反射作用后会聚至出射狭缝S2，产生窄光束的单色光。
显示屏上所显示的值与出射光呈（在可见光范围内）一一对应的关系。
单色仪主机电路主要是步进电动机信号发生器电路，用来控制步进电动机的转以驱动自动扫描机构运行，分为本机控制和计算机控制两种方式。
2：光电倍增管及测光仪光电倍增管是把微弱的输入光转换为电子，并使电子数获得倍增的电真空器件；光电倍增管的阳极电流在一定范围内与入射光功率成线性关系，光电倍增管工作时所需要的高压可调范围为0~1000V，由测光仪前面板的“高压调节”旋钮来控制，测光仪的光强显示数值有一定的限制，即光强显示值不能大于2000。
3：滤光片滤光片对不同波长的光的透射能力不一样。
当波长为λ、光强I0(λ)的单色光垂直入射在滤光片上时，透过滤光片的光强若为I T(λ),我们定义其光谱透射率为：T(λ)=I T(λ)I0(λ)经单色仪后而出射的单色光由光电倍增管接收并转化成电流，相应的光强值由测光仪显示，且有公式：T(λ)=I T(λ)I0(λ)=i T(λ)i0(λ)若测得不同波长的光电流i0(λ)和加滤光片后相应的光电流i T(λ),则可计算出光谱透射率T(λ)；在透射率曲线中，中心波长λ0，通带半宽度Δλ以及峰值透射率T0是滤光片的三个特征量。
型光栅单色仪安全操作及保养规程
型光栅单色仪安全操作及保养规程一、前言型光栅单色仪作为一种常用的精密光学仪器，在分析研究中起着关键作用。
为了确保其长期稳定的工作和安全使用，需要遵守以下的操作规程和保养维护规程。
二、操作规程1. 使用前准备工作在使用型光栅单色仪之前，需要进行以下准备工作：1.系统电源检查：检查仪器电源是否正常稳定；2.系统检测：各电器元件、光路管路是否安装牢固，各导光缆、水晶片是否干净；3.操作环境检查：确保操作环境整洁、无异常杂物及辐射光源；4.人员准备：操作人员应该熟悉仪器的使用方法、工作原理和安全注意事项，并应穿戴合适的个人防护用具。
2. 操作流程1.打开系统电源开关，让型光栅单色仪系统进入工作状态；2.打开软件系统，确保系统正常运行；3.在菜单栏选择对应功能，在采集界面设置参数和样品信息；4.调整样品摆放位置，在样品台上放置待检测的样品；5.采集数据：在仪器确定好初始位置后，开始采集数据，记录数据；6.关闭型光栅单色仪系统电源开关。
3. 安全注意事项1.严禁在操作过程中触碰光路管路或者在光路前同时使用不同人员；2.禁止在低温环境下长时间操作，应适当升温后再进行操作；3.周期性检查并清理尘垢、雾气和污染物；4.建议在操作前先进行简单的维护保养。
三、保养规程1. 保养周期类型光栅单色仪的光路管路和器件表面都非常精细，因此保养周期与使用频率有关，建议经常进行检查和清理。
在正常情况下，应该每年至少做一次维护。
2. 保养内容1.检查光路管路是否清洁无尘；2.若有细小灰尘和杂物，可使用温和的洗涤液和纯水慢慢清洗，严禁撕拉或用硬物擦拭；3.所有光学器件表面应用专业仪器进行保养；4.定期检查器件及时更换有问题的部件。
四、总结型光栅单色仪在精密分析应用中发挥着十分重要的作用。
本文介绍了型光栅单色仪的安全操作规程和保养维护规程，以确保其长期的稳定工作和减少故障和事故的可能性。
所有操作人员依照本文规程操作，可有效提高型光栅单色仪使用的安全性，实现更高质量、更高效率的工作。
单色仪-调整及其使用
光栅与棱镜相比
优点
缺点
• 棱镜的工作光谱区受到 材料的限制（光的波长 小于120nm，大于 50m时不能用)
• 光栅的角色散率与波长 无关，棱镜的角色散率 与波长有关。
• 棱镜的尺寸越大分辨率 越高，但制造越困难， 同样分辨率的光栅重量 轻，制造容易。
• 光栅存在光谱重叠问题 而棱镜没有。
• 光栅存在鬼线（由于刻 划误差造成）而棱镜没 有。
透光缝宽:a=0.01mm 光栅周期:d=0.02mm 光栅的总条数:N=4
透光缝宽:a=0.01mm 光栅周期:d=0.03mm 光栅的总条数:N=100
光栅方程式
描述各个干涉因子主极大的位置
d为光栅周期，为入射角，为衍射角，m为衍 射级次，为光的波长。
光栅的色散原理分辨本领
谱线的半角宽度
d Nd cos
589.0nm/589.6nm • 锐线系
616.0nm/615.4nm
• 漫线系 568.3nm/568.86nm 497.78nm/498.2nm
RR ( s) ( p)
R R ( p) ( s)
R R (n ,) ( p) (n d)
s . p . d .
暗电流和噪声特性，还有稳定性及对环境的要求等。 • 注意事项：（1）负高压450伏（光电倍增管加的电压为负高压）
先开电源再开高压（关时一定要相反）。 （2） 一般在半小时后阳极电流达到稳定（暗电流）。 （3）输入光信号不可过强，光阴极面不可直接暴露
在光照下（特别是在加了电压的情况下，否则将烧毁光电倍增 管）。
（4）为了尽可能降低噪声在不使用光电倍增管的时 候要挡住入射光。
单色仪的分光系统—矩形光栅
入射光垂直矩形光栅时衍射光强的分布公式：
14-单色仪的应用
实验十四 单色仪的应用单色仪是将光源发出的复色光用色散元件把它分解为单色光的仪器，这种仪器可用于各种光谱特性的研究：如测量介质的光谱透射率曲线，光源光谱的光强分布、光电探测元件的光谱响应等等。
在实验室中常用到的单色仪基本有二类，一类是透射式单色仪，如图1所示，这种单色仪的入射光和出射光恒成90°夹角。
成像系统由透镜组成，常用于可见光范围，它的优点是聚光本领强；另一类是反射式单色仪，如图2所示，这种单色仪入射光与出射光夹角为 122，成像系统由反射镜组成，它的优点是使用范围大，只要置换不同的棱镜，使用范围可以从紫外光一直到红外光，本实验所用的正是此类单色仪。
【实验目的】1． 了解单色仪的结构和原理，学会正确使用的方法。
2． 以高压汞灯的主要谱线为基准，对单色仪在可见光区域进行定标。
3． 测定汞灯谱线的光强分布。
【实验原理】反射式棱镜单色仪外形为一圆盘（如图2）它主要有三部分组成：①入射缝1S 和凹面镜1M ，组成了入射系统，以产生平行光；②平面镜2M 和棱镜P 组成色散系统； ③凹面镜3M 和出射缝2S 组成聚光出射系统 ，它将棱镜分出的单色平行光由3M 汇聚在出射缝2S 上。
图中平面镜2M 和棱镜P 所放的位置，对以最小偏向角通过棱镜的平行光束而言，可使入射到2M 的光束与从棱镜出射的光束平行。
这样，以最小偏向角通过棱镜某波长的光，经3M 反射后恰恰成像在出射缝处。
因此，只要1S 和1M 保持不变的情况下，当棱镜P 和反射镜2M 同步转动时，对应于最小偏向角的光的波长也跟着改变，出射缝2S 就有不同波长的单色光射出。
由于光束以最小偏向角通过棱镜，所以光缝单色像的像差最小。
出射的光束单色性好。
而棱镜P 和平面镜2M 的转动机构与仪器下部的转动轴杆鼓轮相连，鼓轮上刻有均匀的分度线，因而出射波长 与鼓轮读数R 相对应。
单色仪出厂时有对应（定标）曲线的数据。
但经过一段时间使用后，定标会有所漂移。
实验33光栅单色仪的使用
实验33 光栅单色仪的使用光栅单色仪是用光栅衍射的方法获得单色光的仪器，它可以把紫外、可见及红外三个光谱区的复合光分解为单色光，如配备电子束激发器、X射线激发器、光子激发器和高频等离子、辉光放电等稳定光源；可以进行光谱化学分析，如原子吸收光谱、萤光光谱、拉曼光谱、激光光谱的定性及定量分析。
同时还可以测定接收元件的灵敏特性、滤光片吸收特性、光源的能谱分析、光栅的集光效率等。
【预习提要】（1）复习光栅衍射的有关原理。
（2）了解WDP500-2A型平面光栅单色仪的结构和使用方法。
（3）光电转换有哪些方式?【实验要求】（1）学习光栅单色仪的原理。
（2）了解如何获得校正曲线。
（3）了解光电式传感器的工作原理。
【实验目的】（1）用光栅单色仪测波长。
（2）学会光栅单色仪的定标方法。
【实验器材】WDP500-2A型平面光栅单色仪，高压汞灯或低压汞灯，凸透镜，移测显微镜，光探测器，光电流（压）放大器。
【实验原理】（一）光栅单色仪工作原理1．光学系统如图4-33-l所示，光源或照明系统发出的光束均匀地照亮在入射狭缝S1上。
S1位于离轴抛物镜M1的焦平面上。
光经过M1平行照射到光栅G上，经过光栅衍射回到M1，再经反光镜M2会聚到出射狭缝S2上。
由于光栅的分光作用，从出射狭缝出来的光线为单色光。
当光栅转动时，从出射狭缝将依次出现由短波长到长波长的单色光。
·286·2．光栅单色仪的结构WDP500-2A型平面光栅单色仪的结构如图4-33-2所示。
光栅单色仪内光栅角度的改变是由扫描手轮来完成的。
扫描分手动扫描和自动扫描两种。
当需要用手动扫描时，将手轮向里推，然后转动手轮寻找到需要的波长；当需要自动图4-33-1 光学系统图S1—入射狭缝；S2—出射狭缝；M1—离轴抛物镜；G1—光栅；M2—反光镜；M3—滤光片图4-33-2 仪器结构图1—入射狭缝；2—出射狭缝；3—出射狭缝前后调节螺钉；4—波长显示器；5—手动扫描手轮；6—仪器铭牌；7—扫描速度旋钮；8—扫描方向开关；9—扫描启停开关；10—电源指示灯；11—报警灯；12—电源开关；13—本机/计算机转换开关；14—前置系统扫描时，将手轮向外拉出，将“本机／计算机”转换开关置“本机”位，将“扫描启停”开关扳至“启”位，自动扫描即开始工作。
光谱仪单色仪安全操作及保养规程
光谱仪单色仪安全操作及保养规程简介光谱仪单色仪是一种用于测量光谱的仪器。
在操作和维护光谱仪单色仪时，必须完全理解如何使用该设备以及如何保养它以确保准确、安全的操作和测试结果。
本文将介绍光谱仪单色仪的操作规程和注意事项，包括常见操作错误、常见故障以及保养维护方法。
操作规程光谱仪单色仪的接线1.接好电源和地线。
注意：电压波动不得超过正负10%。
2.将检测仪上的信号线通过放大器传递到示波器或记录仪中。
3.请务必检查所有电缆的连接，确保它们拧紧并牢固。
光谱仪单色仪的预热1.在打开光谱仪单色仪之前，应预热具有较高标称比功率的灯光源，通常为5-10分钟。
2.必须缓慢预热单色仪，以允许仪器内的所有部件适应温度变化。
3.在预热过程中，禁止任何操作。
即使想观察，最好也避免去看灯光源。
光谱仪单色仪的样品制备1.样品制备时，必须严格按照实验室要求和实验室规定进行，按照实验要求严格进行样品的制备流程。
2.样品制备好了后，必须先用通气器将空气通入样品室，防止产生气泡影响测试结果。
光谱仪单色仪的校准1.在任何测试之前，必须校准光谱仪单色仪。
校准可以使用空气或其他常见标准做参照标准。
2.每次校准都需要更新仪器数据，并确保数据与仪器的标准值相符。
光谱仪单色仪的使用1.在测量前，必须设置单色仪的波长，并将波长设置为所需的精度。
2.如果需要，可以使用狭缝来限制波长的范围。
3.确保样品与灯光源之间的距离恒定以获得准确的读数。
光谱仪单色仪的关闭1.将单色仪中的灯光源切断。
2.将检测仪和放大器上的所有控制器调节到零。
常见操作错误以下是光谱仪单色仪常见的操作错误：1.未校准仪器：未校准仪器会导致不准确的读数。
2.未正确设置并固定波长：未正确设置并固定波长会导致不准确的测量结果。
3.未正确处理样品：未正确处理样品会导致不准确的测量结果和污染设备。
4.未预热灯光源：未预热灯光源会导致不准确的读数和设备损坏。
5.操作灯光源时，未使用手套或者未戴面罩：这也是一种危险的行为，可能会导致身体受伤。
单色仪说明
钠原子的光谱
• 光谱公式（里德堡常数R） • 主线系
589.0nm/589.6nm • 锐线系
616.0nm/615.4nm
• 漫线系 568.3nm/568.86nm 497.78nm/498.2nm
RR ( s) ( p)
R
R
( p) ( s)
R
R
(n ,)
( p) (n d)
s . p . d .
a为光栅透光部分的宽度，N为光栅的总周期数
d为光栅的周期，为衍射角
单色光的光栅光强分布的曲线
透光缝宽:a=0.01mm 光栅周期:d=0.02mm 光栅的总条数:N=4
透光缝宽:a=0.01mm 光栅周期:d=0.03mm 光栅的总条数:N=100
光栅方程式
描述各个干涉因子主极大的位置
d为光栅周期，为入射角，为衍射角，m为衍 射级次，为光的波长。
单色仪的调整和使用
单色仪的用途 光谱学发展史 单色仪的结构和原理 闪耀光栅的工作原理 单色仪的入射和出射狭缝 钠原子的量子亏损和里德堡常数
单色仪的用途
• 从复色光源中提取单色光 • 测量复色光源的光谱：
研究目的—物质的辐射特性，光与物质的相 互作用，物质的结构（原子分子能级结构）， 遥远星体的温度、质量、运动速度和方向。
b 光栅的闪耀角
角度的符号规定（顺 时针为正）
入射角与闪耀波长的关系
b nm, ,b .
几何光学的方向能量最大： b (b ) b
m=1
一级闪耀波长为
b
d(sin
sin( b
)
d=1/1200mm
5o， 10 o, 30o
b 587， 600.5， 606.3 (nm)
单色仪的调节和使用
单色仪的调节和使用院系：07023 姓名：王曦泽学号：PB07210077实验目的：了解光栅单色仪的原理、结构和使用方法，通过测量钨灯、钠灯和汞灯的光谱了解单色仪的特点。
实验原理：一、光栅单色仪的结构和原理图1 光栅单色仪的分光系统光栅单色仪的分光系统如图1所示，光源或照明系统发出的光束均匀地照亮在入射狭缝S1上，S1位于离轴抛物镜M1的焦平面上，光通过M1变成平行光照射到光栅上，再经过光栅衍射返回到M1，经过M2会聚到出射狭缝S2，由于光栅的分光作用，从S2出射的光为单色光。
当光栅转动时，从S2出射的光由短波到长波依次出现。
当入射光与光栅面的法线N 的方向的夹角为φ（见图2）时，光栅的闪耀角为θb （光栅面和光栅刻槽面的夹角，因此也是刻槽面法线和光栅面法线N 和n 之间的夹角）。
取一级衍射项时，对于入射角为φ，而衍射角为θ时，光栅方程式为：d(sin φ＋sin θ)= λ因此当光栅位于某一个角度时（φ、θ一定），波长λ与d 成正比，角度的符号规定由法线方向向光线方向旋转顺时针为正，逆时针为负。
几何光学的方向为闪耀方向，所以可以算出不同入射角时的闪耀波长，由于几何光学方向为入射角等于反射角的方向，即，)(b b θθθφ---=-，所以有，φθθ-=b 2，光栅方程式改为，λφθφ=-+))2sin((sin b d本次实验所用光栅，为每毫米1200条刻痕，一级光谱范围为380nm —1000nm, 刻划尺寸为64⨯64mm 2。
当光栅面与入射平行光垂直时，闪耀波长为570nm 。
由于此时入射角φ＝0，求得 58.21=b θ，再代入光栅方程式可以求得当入射角改变时实现不同波长光的闪耀，如 30,10,5=φ时，λ＝587nm ，600.5nm ，606.3 nm 。
3 狭缝是单色仪的关键部件，它的宽度范围是0—3mm ，每格为0.005mm仪器不工作时狭缝开启宽度应放在最小的位置。
在调节狭缝宽度时切记不要用力过猛和过快，要仔细缓慢的调到所要求的值。
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数据处理：
汞灯原始数据记录表格：
钨灯数据如下：
分析讨论与结论：
目前的分光系统主要有三类， 分别是棱镜分光系统、此次实验中所用到的光栅分 光系统以及滤光片分光系统； 最常用的便是光栅分光系统。对于棱镜分光系统而 言，棱镜的分辨率随波长变化而变化，在短波部分分辨率较大，但棱镜分光具有 “非匀排性”，色谱的光谱为“非匀排光谱”。这是棱镜分光系统最大的不足。 对于滤光片分光系统，优点是采用这种分光系统的仪器体积小，可以作为专用的 便携仪器； 制造成本低， 适于大面积推广。 但该系统的缺点是单色光的谱带较宽， 波长分辨率差；对温湿度较为敏感；得不到连续光谱；不能对谱图进行预处理， 得到的信息量少。故以此系统为原理所制成的仪器只能作为较低档的专用仪器。 而对于光栅分光系统而言，它除具有分光作用外，也具有聚焦作用，因此分光系 统中不需要会聚透镜等光学部件，光能损失小,节省费用。在试验中，由于光学 系统的像差和调整误差，以及周围所存在的杂散光（环境灯光）的影响，给实验 的结果会带来误差，它会使实验的进光量增大，从而在测定分辨率时使得 b 值 偏小，进而使测得的数据偏小，可在公式中给予适当的修正。实验中扫描的速度 不宜太快，应当等到读数稳定之后再记录数据。 结论： 通过本次实验， 了解了单色仪的构造原理， 并学会了使用平面光栅单色仪； 利用单色仪测出汞灯光强与波长的关系并进一步计算得出所用单色仪的分辨能 力为 0.42nm； 利用单色仪测定了干涉滤光片的光谱透射率， 描绘出相关的曲线， 并求出滤光片的中心波长为 404nm， 峰值透射率为 83%， 通带半宽度为 103nm。
经单色仪后而出射的单色光由光电倍增管接收并转化成电流， 相应的光强值由测 光仪显示，且有公式： T λ = ������������ ������ ������ ������ (������) = ������0 (������) ������0 (������)
若测得不同波长的光电流������0 (������)和加滤光片后相应的光电流������ ������ (������),则可计算出光谱 透射率 T(λ)；在透射率曲线中，中心波长������0 ，通带半宽度Δλ以及峰值透射率������0 是 滤光片的三个特征量。 干涉滤光片是利用干涉现象而不是吸收或散射来消除那些 不需要的光波的， 它除了具有吸收滤光片的大部分光谱特征外，还能透射很窄的 波段。 实验内容与测量： （1） 分辨能力的测量： 1： 调节入射缝、 出射缝的宽度。 将入射缝、 出射缝的宽度均调为 0.015mm， 入射缝高调为 5mm；打开汞灯，待其稳定后，调节聚光镜使光汇聚在狭 缝上，光斑直径与逢高的高度相近；在一个倍增管是把微弱的输入光转换为电子，并使电子数获得倍增的电真空器件； 光电倍增管的阳极电流在一定范围内与入射光功率成线性关系， 光电倍增管工作 时所需要的高压可调范围为 0~1000V，由测光仪前面板的“高压调节”旋钮来 控制，测光仪的光强显示数值有一定的限制，即光强显示值不能大于 2000。 3：滤光片 滤光片对不同波长的光的透射能力不一样。当波长为λ、光强������0 (������)的单色光垂 直入射在滤光片上时，透过滤光片的光强若为������������ (������),我们定义其光谱透射率为： T λ = ������������ ������ ������0 (������)
实验名称：单色仪的使用
实验目的： 1） 了解单色仪的结构原理，学会使用平面光栅单色仪。 2） 测定平面光栅单色仪的分辨能力。 实验仪器： 平面光栅单色仪、汞灯、钨灯、聚光镜、测光仪、光电倍增仪、干涉滤光片等 实验原理： 1：平面光栅单色仪的结构原理： 平面光栅单色仪的光学系统如图所 示： 光学系统主要由以下三部分组成： 1： 入射准直部分由入射缝������1 和抛物 凹面镜������1 组成，用以产生适于光栅 衍射的平行光束。 2：色散系统平面光栅 G 构成色散系统，达到分光以产生各种波长单色光的要求 3：出射聚焦系统 由抛物凹面反射镜������1 、平面反射镜������2 和狭缝������2 组成。由光栅
始， 自动扫描至 590nm， 在扫描的过程中应注意观察在相距 2.1nm 左右 的两个位置应该存在光强极大值，找到两谱线后，定位于其中之一峰值的 准确位置，观察该极大值的光强值，调节使其值在数百左右 2：开启扫描开关，自动扫描至某一谱线外侧附近，然后停止自动扫描。 转动手动扫描旋钮，每增加（或减少）0.1nm，记下相应的光强显示值， 直至另一谱线的外侧， 特别的要记下光强极大值的准确位置，该值一般需 要估读，不会正好位于 0.1nm 的整数倍处 (2)测量滤光片的透射率 1：按下钨灯开关，使其不再弹起，则钨灯点亮。调节聚光镜使光汇聚在 入射狭缝上，光斑直径最好与逢高的高度相同。不加滤光片，开启扫描开 关，从 280nm（或 660nm）开始正向（或反向）自动扫描至 660nm（或 280nm）为止。观察光强的最大值在那一波长附近，大小如何，并进行 适当的调节，是光强的最大值接近 100 2：从 280nm（或 660nm）开始正向（或反向）自动扫描，至 660nm （或 280nm）止，每隔 20nm 记录一个光强值； 3：加上滤光片，重复步骤 2.
色散系统产生的单色光经由������1 和������2 反射作用后会聚至出射狭缝������2 ，产生窄光束 的单色光。 显示屏上所显示的值与出射光呈（在可见光范围内）一一对应的关系。单色仪主 机电路主要是步进电动机信号发生器电路， 用来控制步进电动机的转以驱动自动 扫描机构运行，分为本机控制和计算机控制两种方式。