实验四光栅单色仪的使用

实验四光栅单色仪的使用

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。【预习提问】

（1）复习光栅衍射的有关原理。

（2）了解WGD-300B光栅单色仪的结构和使用方法。

（3）如何获得校正曲线?

【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】

WGD-300B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】

3.1、光学原理图

WGD-300B型光栅单色仪光路采用低杂散光的 C-T对称式光学系统。如下图所示：

2.2、结构原理

入射狭缝、出射狭缝均为直狭缝，光源发出的光束进入入射狭缝S1，S1位于反射式准光镜 M3 的焦面上，通过 S1 射入的光束经 F 滤光片滤光后，

再经M3 反射成平行光束投向当前工作的平面光栅 G 上，衍射后的平行光束经物镜M4 成象在出射狭缝 S2 上输出。WGD-300B 型多波段光栅单色仪整体光路元件基于同一块底板，可实现光路不变形；入射狭缝、出射狭缝 0-2mm 连续可调；波长驱动结构采用正弦结构，用步进电机带动丝杠轴向平移，推动与光栅台连成一体的光栅台绕旋转中心转动，从而实现波长扫描，系统以组合的形式安装了3块经过调试的光栅，光栅常数分别为1200 l/mm、300 l/mm 、66l/mm，通过面板上的光栅转换键驱动光栅转换电机调换当前工作光栅，可以实现从波长200nm~15μm 的分段扫描，扫描过程中滤光片自动转换，光栅转换机构可以保证新转换的光栅定位准确，不需要再次校准光栅位置。仪器外形（如下页图示）单色仪经常是作为其他光谱仪或光谱装置中产生单色光的一个部件，可将不同波长的复合光按顺序分开。如配合相应的光源及接收系统，可形成相应的分光光度计。此仪器的波长精度高且稳定、可靠。

2.3．光栅单色仪的定标

光栅单色仪是通过转动扫描手轮来改变光栅的角度，从而将分解出来的单色光，依次从出射狭缝照出。所得单色光的波长直接可由波长显示器读出。但光栅单色仪经过运输、长期使用或重新装调后，其波长显示器的读数与实际所测单色光的准确波长值有偏离，通常就需要对光栅单色仪进行重新定标，即用一些已知波长、谱线宽度较窄的光照亮入射狭缝S1，转动扫描手轮让这些光按波长顺序依次从出射狭缝 S2照出，读出波长显示器上相应的指示值R，再利用已知波长的准确值，可以作出光栅单色仪的校准曲线。有了校准曲线，在测量其他光波波长时，就可以利用校准曲线，将波长显示器上的读数作相应的修正，得到所测光波波长的准确值。在实验室中常用高压汞灯作为已知的标准光源，表4-33-l 给出了高压汞灯在可见光波段的主要谱线。

【实验内容】

（1）观察实验仪器，看清各旋钮的作用。

（2）调节光源。点亮高压汞灯，调节光源，使光经凸透镜会聚在单色仪

的入射狭缝S1处。

（3）调节狭缝宽度。

接通单色仪电源开关，将S1 缝宽和S2缝宽调到0.5mm左右。取下光电探测器用眼睛正对S2向单色仪内观察，当转动“手动扫描”手轮时，可以看到单色光。在S2后面加一移测显微镜，将镜筒正对S2，调焦后可观察到单色光谱。（4）辨认谱线。

在正式测量各谱线波长之前，先用眼睛定性观察高压汞灯的全部谱线，即用自动扫描，从红光到紫光，再从紫光到红光进行自动扫描，观察高压汞灯的所有谱线，认准谱线（对照表 4-33-1从谱线的颜色、强弱、谱线间距等方面去辨认）。（5）测量谱线波长。

分别将两种光电探测器安装在单色仪的出射狭缝处，缓慢转动单色仪的“手动扫描”手轮，注意观察光电流（压）放大器的显示表，当指针读数相对最大时从单色仪的波长显示器中读出相应的波长数。高压汞灯的谱线很多，不必全测，只需将表4-33-1 中较强的那些谱线测出即可。

（6）将光源换成钠光源，测出在 590.0nm附近钠光源的波长。

【数据处理】

（1）将用单色仪测出的各谱线的波长值，并与表中的标准值进行比较，求出相对误差，试分析产生误差的原因。

（2）画出波长的校正曲线。

（3）从校正曲线得出钠光源在590.0nm附近的光谱波长值。

【注意事项】

（1）狭缝宽度不能调为零，以免损坏刀口。

（2）如用高压汞灯作光源，在实验过程中不宜随时关掉光源，因为光源关后如需再打。

开，光源不能立即点亮，需要冷却一段时间之后才能重新点亮。

（3）实验完毕，请将仪器罩盖好，以便保护仪器。

（4）光电探测器装卸时动作要轻，不要碰坏元件和线路。

【思考题】

（1）光栅单色仪怎样将复合光分解为单色光?

（2）对单色仪进行定标的目的是什么？

（3）调节入射狭缝S1 和出射狭缝 S2 时应注意什么?