用单色仪测定介质的吸收曲线.doc

5.2 用单色仪测定介质的吸收曲线【实验目的】（1） 了解单色仪的构造原理并掌握其使用。（2） 加深对介质光谱特性的了解，掌握测量介质的吸收曲线或透射曲线的原理和方法。（3） 初步了解光电池的工作原理及其应用。【实验原理】设有一束波长为，入射光强为的单色平行光，垂直入射到一块厚度为d的介质平板上，如图，介质板光谱外透射率，介质的光谱透射率， 与的关系为透射曲线，在介质内部，称为介质的线性吸收系数，与介质和入射光的波长都有关，与波长的关系称为吸收曲线。设在单一界面上的反射率为R，则：用两块厚度分别为d1和d2，d2d1的试样，光谱外透射率分别为T1和T2，实验用光电池和微电流放大器测光强，。【实验内容和步骤】【单色仪的调节和波长示值的校准】利用汞灯作光源校准单色仪波长示值校准时，将单色仪的波长读数装置转到示值在577.0nm579.1nm之间的某一位置。将汞灯放在入射狭缝前，狭缝S1、S2的宽度暂时调至约2mm。用眼睛迎着出射光方向观察S2上汞的黄色谱线（577.0nm和579.1nm），用显微镜对准出射狭缝，关小入射狭缝使两条谱线分开且直至谱线达到最细。关小出射狭缝，同时微动手轮，使其中一条谱线始终在出射狭缝中间，使狭缝与谱线同宽，读出此时单色仪的示值。转动手轮K读下一条谱线，侧完汞灯谱线，检查测量值与标准值（435.8nm、546.1nm、577.0nm、579.1nm）之差，即仪器的系统误差，要求此偏差小于0.2nm调节狭缝宽度将单色仪的波长股轮转到示值在577.0nm579.1nm之间的某一位置。将出射缝S2的宽度暂时调至约2mm。用眼睛迎着出射光方向观察S2上汞的两条黄谱线（577.0nm和579.1nm），用显微镜对准出射狭缝。调节入射狭缝S1的宽度，直到两条黄谱线的像刚好被分开为止，此时入射狭缝宽度约0.8nm。再调节出射狭缝S2 的宽度，同时微调手轮K，使出缝宽度与谱线宽度相同，此时出缝与入缝同宽，约0.8mm，显微镜的读数每大隔0.5mm。溴钨灯光路调节如图为单色仪聚光镜系统光路图，将光源聚焦成像在狭缝前。聚光灯的通光孔径d=30mm，焦距f=60mm，单色仪球面镜的光阑宽度D=50mm。成像规律遵守高斯公式。为使球面镜的孔径D充分照明，两个相似三角形应有关系d/D=a/b。【测量钕玻璃在610.0nm508.0nm范围内的吸收曲线】用溴钨灯作光源并进行共轴调节，使外光路光轴与单色仪光轴重合，避免光线写入射造成光能损失。手轮K调到610.0nm，用眼睛直接通过出缝S2观察溴镜像，在计算出的位置左右移动透镜，使透镜像位于狭缝中间，锁定透镜。左右移动溴钨灯使透镜像全部变亮。放上样品架B，即准无样品及薄、厚样品处于狭缝中间时的位置。装上探测器，打开微电流放大器，微动溴钨灯，使微电流放大器显示值在170.0190.0之间。数据测量：选定一片厚的钕玻璃片。然后定性观察钕玻璃对不同波长的吸收情况，确定吸收峰的大致波长范围。然后进行正式测量。每隔1nm测一次，在吸收峰附近测量点应更密一些。测量范围610.0nm508.0nm选择另一薄的钕玻璃片，在与厚玻璃片波长相对应的位置进行测量。根据两组数据，求出钕玻璃的的吸收系数曲线。实验时应注意：（1） 当波长读数装置出现99999时应停止转动调节手轮，否则会损坏仪器。（2） 两狭缝S1和S2的宽度最大不得超过3mm，也不得完全闭合，否则会损坏狭缝机构。【实验预习数据计算】由成像关系，有计算得【实验记录与误差分析】1.单色仪的调节和波长示值的校准标准值435.8nm546.1nm577.0nm579.1nm测量值432.9nm545.2nm575.7nm577.8nm436.7nm547.2nm578.5nm580.4nm平均值435.9nm546.2nm577.1nm579.2nm故仪器系统偏差为0.1nm。1 测量钕玻璃在610.0nm508.0nm范围内的吸收曲线为波长，n1为0.8mm玻璃板光强，n2为3.8mm玻璃板光强。无玻璃时微电流放大器示值=181.4/ nmN1N2/ nmN1N2/ nmN1N2/ nmN1N2508.055.9 53.3534.073.061.2560.094.894.5586.082.630.6509.056.453.2535.073.663.4561.095.394.7587.085.033.5510.056.952.5536.074.466.4562.096.095.6588.088.438.5511.057.152.2537.075.969.9563.097.196.2589.091.243.6512.057.551.6538.077.172.2564.098.396.2590.093.847.9513.059.052.3539.078.474.3565.097.694.3591.095.250.6514.060.053.1540.079.376.4566.097.192.3592.096.552.6515.060.353.4541.080.878.3567.096.989.1593.099.456.2516.060.754.4542.081.380.8568.095.482.8594.0102.361.4517.061.356.1543.083.282.4569.092.670.5595.0104.866.9518.062.657.3544.084.483.8570.087.955.5596.0106.973.4519.063.458.6545.084.584.0571.082.841.4597.0109.680.7520.064.059.3546.084.884.8572.079.434.7598.0111.085.9521.064.459.4547.085.686.0573.080.834.4599.0112.989.9522.064.759.1548.086.686.9574.082.936.9600.0114.293.3523.066.057.8549.087.287.8575.083.939.0601.0115.497.0524.066.656.9550.087.988.6576.084.640.2602.0116.8101.5525.066.355.6551.088.889.3577.085.941.8603.0119.3105.9526.066.555.6552.089.690.0578.087.844.9604.0121.0109.0527.066.955.8553.090.991.2579.089.948.9605.0121.4110.0528.067.355.6554.091.992.3580.091.451.3606.0121.9111.0529.068.255.3555.091.991.8581.091.251.2607.0122.8112.4530.068.855.5556.091.992.3582.089.846.7608.0123.5113.4531.069.356.8557.092.693.0583.087.039.9609.0124.2114.4532.070.157.3558.093.593.6584.084.033.8610.0125.3115.5533.071.059.3559.094.194.3585.082.330.6由关系求得，并作吸收曲线如下图吸收曲线图由图可求得两个峰值分别为573nm和585nm，考虑到系统误差，峰值应分别为573.1nm和585.1nm。【思考题选答】为什么要进行光源系统与单色仪光学系统共轴的调节？答：用溴钨灯作光源并进行共轴调节，使外光路光轴与单色仪光轴重合，避免光线斜入射造成光能损失。