摄谱实验讲义

实验名称：棱镜摄谱实验目的：学会用用棱镜摄谱仪摄取谱线，学会用插值法与标准谱线比较，算出未知光源的波长。

实验原理：（一）棱镜摄谱仪的原理棱镜摄谱仪的构造可以平行光管、棱镜、光谱接收三部分；按所用的波长的不同，摄谱仪可分为紫外、可见、红外三大类，它们所用的棱镜材料也不同；对紫外用水晶或萤石，对可见光用玻璃，对红外线用岩盐等材料.摄谱的原理图如下：（二）摄谱准备调节共轴，将光源S置于准直物镜L1的光轴上在光源与狭缝S1之间加入聚光照明透镜L，调节透镜L的位置，使光源成像在入射缝上。

若更换光源，只能调整光源的位置，而透镜L 的位置不应变动，以保证光源始终处在准直物镜L1的光轴上。

（三）调节与观察：毛玻璃放在暗匣的放底板的位置处，移动暗匣，使毛玻璃上现出光谱，取下暗匣，在暗室中装入底板。

用哈特曼光阑控制各光谱。

（四）摄谱：用已在暗箱中装好底片的底片盒换下毛玻璃，曝光时打开小遮板，曝光后关闭小遮板（五）光谱分析对光谱片进行分析：在靠近待测波长λx 的两侧，选两条波长λ1和λ2为已知的谱线，用读数显微镜测出三条谱线在底板上对应位置的数值和，依据线性关系，求出λx 值。

121211121,()x xx x xx a aa l l a l l a aλλλλλλλλ-=-=-=-=+-实验数据记录实验仪器:棱镜摄谱仪 暗箱 底片 显影液 定影液 秒表PART 1 摄谱部分整理试验步骤:1,检查试验仪器,检查电线电源有无老化现象,防止用电危险. 2,取下铁棒,用锉刀锉掉氧化层.使拍摄效果更好.3粗调:使透镜的主光轴于狭缝处于同一直线,在调节电极,使电极高度与透镜的主光轴处于同一直线,这样大致使光源,透镜,狭缝处于同一直线上.4细调:在检查仪器安全后,通电,使电弧发光,调节透镜的位置,是光聚焦.调节光源位置,使光斑正好落在哈德曼光阑的中孔内,则此时光轴调节已完成. 5将透镜前移,使光斑覆盖整个狭缝.6打开光源,在底板处观察光谱,分别调节鼓轮K, 底片盒倾角θ,透镜2L ,底片盒1P 位置使在底板处中间呈现出最清晰的光谱,并且红光较多.7调节氦光源:将氦光源放置于狭缝前,调节光源位置及高度,使成清晰的光谱.8在暗箱中装好底片后,将底片盒装好.先关闭狭缝,再打开底片盒的盖子,使底片可以在暗箱中感光.9摄谱:先使用哈德曼光阑中孔,使用氦光源,曝光90~100秒..再用哈德曼光阑的上下两个孔,使用铁光源,打开狭缝,曝光5~7秒.关闭狭缝10关闭底片盒,取下后在暗室中冲洗底片.显影液中浸泡4分钟,再用水洗5秒,在定影液中浸泡2分钟,直到底片透明为止.11 吹干底片.观察表格课后问题:1为什么先拍氦谱,后拍铁谱?答:因为拍摄氦谱和铁谱之前都要调节光源.而铁谱拍摄时的光源调节相对精确度大一些.相对而言,氦谱拍摄时的氦光源必须要经过肉眼观测调节才可确定位置.但是,底片装上之后就不可以再通过底板观测了.所以必须在调节好氦光源后,装底片盒,然后直接先拍氦谱,再拍铁谱,这样才是科学地操作步骤.否则会氦谱的位置出现偏差.造成拍摄质量不好.2 为什么底片盒要倾斜一个角度?答:因为不是所有波长的光的焦距都是一样的.但是可以考虑为一个线性的分布.将底片盒倾斜一个角度可以使大多数光(实验观测基本上所有)都在胶片上聚焦成清晰的像.3分析你所拍摄的底片,对不理想之处找出原因.答:我所拍摄的底片不理想之处在于曝光太久, 导致底片模糊。

棱镜摄谱仪光谱学是研究各种物质的光谱的产生及其同物质之间相互作用.光谱是电磁波辐射按照波长的有序排列；通过光谱的研究，人们可以得到原子、分子等的能级结构、电子组态、化学键的性质、反应动力学等多方面物质结构的知识.在化学分析中也提供了重要的定性与定量的分析方法.发射光谱可以分为三种不同类别的光谱：线状光谱、带状光谱、连续光谱.线状光谱主要产生于原子，带状光谱主要产生于分子，连续光谱则主要产生于白炽的固体或气体放电.预备知识✧ 分辨本领，仪器分辨本领是指在用摄谱仪摄取波长为λ附近的光谱时，刚刚能分辨出两谱线的波长差。

用R 表示，λλd R = ，式中λd 为能够分辨的两谱线波长差。

显然λd 值越小，摄谱仪分辨光谱的能力越高。

✧ 棱镜的分辨本领λd dn b R =式中的b 是棱镜的底边长，λd dn 是棱镜材料的折射率随波长的变化率；可见，要提高棱镜摄谱仪的光谱分辨本领，必须选用高色散率的材料制作色散棱镜，且底边b 要宽。

棱镜的R 大约可以达到104的数量积.✧ 折射率n 随频率或波长变化，通常我们由柯西公式来表达 +++=42λλC BA n实验原理棱镜摄谱仪的构造可以平行光管、棱镜、光谱接收三部分；按所用的波长的不同，摄谱仪可分为紫外、可见、红外三大类，它们所用的棱镜材料也不同；对紫外用水晶或萤石，对可见光用玻璃，对红外线用岩盐等材料.本次实验所用的是可见光范围内的小型棱镜摄谱仪，S 为光源， L 为透镜，使S 发出的发散光会聚后均匀照亮狭缝，S 1为狭缝，以控制入射光的宽度；L 1的焦距位于S 1，这样可以产生平行光，经棱镜折射后再由L 2和L 3会聚到照相底板F.本次实验中使用铁谱作为已知谱，中间为氦谱作为未知谱.因为铁光谱谱线丰富，而且几乎每一条谱线的波长都被准确地测定，故只要并列拍摄铁光谱与未知样品光谱，并对所摄的底片进行测量，通过计算即可求出未知谱线的波长.我们利用插值法，将12λλ-与12l l d -=近似看成线性关系，则1λ 2λx d d x x =--121λλλλ ⇒ ddx x )(121λλλλ-+= 实验中必须用投影仪将底片上的谱图放大以便识谱和读谱；台式投影仪上有读数装置，可以直接测量各相邻谱线间的距离，而光谱投影仪则需要将底片放到读数显微镜上来测量相邻谱线的距离.实验内容1.摄谱前的准备：调节共轴，将光源S 置于准直物镜1L 的光轴上在光源与狭缝1S 之间加入聚光照明透镜L ，调节透镜L 的位置，使光源成像在入射缝上。

前言光谱学是研究各种物质的光谱的产生及其同物质之间相互作用。

光谱是电磁波辐射按照波长的有序排列；通过光谱的研究，人们可以得到原子、分子等的能级结构、电子组态、化学键的性质、反应动力学等多方面物质结构的知识。

在化学分析中也提供了重要的定性与定量的分析方法。

发射光谱可以分为三种不同类别的光谱：线状光谱、带状光谱、连续光谱。

线状光谱主要产生于原子，带状光谱主要产生于分子，连续光谱则主要产生于白炽的固体或气体放电。

摄谱仪的原理【实验目的】1、 了解小型摄谱仪的结构、原理和使用方法；2、 学习摄谱仪的定标方法及物理量的比较测量方法（线形插值法）；【实验原理】1. 棱镜摄谱仪的工作原理复色光经色散系统（棱镜）分光后，按波长的大小依次排列的图案，称为光谱。

棱镜摄谱仪的构造由准直系统、偏转棱镜、成像系统、光谱接收四部分组成；按所用的波长的不同，摄谱仪可分为紫外、可见、红外三大类，它们所用的棱镜材料也不同；对紫外用水晶或萤石，对可见光用玻璃，对红外线用岩盐等材料。

棱镜把平行混合光束分解成不同波长的单色光是根据折射光的色散原理。

各向同性的透明物质的折射率与光的波长有关，短波长光的折射率要大些，例如一束平行入射光由1λ、2λ、3λ三色光组成，并且123λλλ<<，通过棱镜后分解成三束不同方向的光，具有不同的偏向角δ，如图1所示。

小型摄谱仪常用阿贝(Abbe)复合棱镜。

它是由两个30︒角折射棱镜和一个45︒角全反射棱镜组成，如图2所示。

本实验系统就是利用了棱镜的色散功能进行工作的摄谱仪。

在摄谱仪中棱镜的主要作用是用来分光，即利用棱镜对不同波长的光有不同折射率的性质来分析光谱。

折射率n 与光的波长λ有关，这一现象叫做色散。

当一束白光或其它非单色光入射棱镜时，由于折射率不同，不同波长（颜色）的光具有不同的偏向角σ，从而出射线方向不同。

通常棱镜的折射率n 是随波长λ的减小而增加的（正常色散），所以可见光中紫光偏折最大，红光偏折最小。

实验报告读谱与摄谱82/86梁敏强PB07203250摄谱：一．填写观察表格二．思考题1.为什么在摄谱中要先拍摄氦谱而不能先拍铁谱？答：因为此时铁谱已经在目镜中能看到了，而且位置固定不变，而氦谱必须先确定位置，位置不固定，如果先拍铁谱的话，在拍氦谱时，还要移动位置，这样就不能确定一定能拍到氦的光谱。

2.为什么底片匣子要倾斜一个θ角？答：因为不同色的光的在介质中折射率不同，造成对不同光的焦距不同，只有倾斜一个θ角才能恰好让不同的光正好都聚焦到一个平面上来。

3.分析你所拍摄的底片，对不理想之处找出原因。

答：我所拍摄的底片谱线并不在底片的中央，而是到底片的上沿了，甚至有一部分超出了底片！！究其原因，应该是因为我在装底片的时候没有弄好，没有把底片放好在中间，这样在拍摄时就会导致谱线不能位于底片的正中间。

另外底片背景较暗，不透明，这就是因为显影的时间短了。

但总体的拍摄效果还是不错的，谱线都很清晰。

读谱实验数据：第一条谱线：1λ=4017.153oA 2λ=4021.850oA第二条谱线：1λ=3956.460o A 2λ=3966.629oA数据处理（1）对于第一条谱线，1λ=4017.153oA ，2λ=4021.850oA ，对实验数据数据进行初步的处理可得其中a =d 2-d 1,x a =d x -d 1，∑==6161n i x x ，∑=--=612)1/()(i in x xσ。

把对应数据代入公式 aa xx )(121λλλλ-+= 得x λ=4017.153o A +(4021.850o A -4017.153oA )×0.1997÷0.3973=4019.5134oA下面对该数据进行误差分析对于a ，其A 类标准不确定度为0029.0mm 60071.0===nu aA σmm 而其B 类标准不确定度为 （取mm 001.0=∆估，而0.004m m=∆仪＞估∆31，所以可以取B ∆=0.004mm =∆仪） mm 0013.0mm 3004.0/=÷=∆=C u B B （置信系数C=3） 所以其合成标准不确定度为 ()2268.0BA pu u tU += mm 0013.0)0029.011.1(22+⨯=mm 0035.0= 所以a 的最终表达式为 mm )0035.03973.0(±=a ， P=0.68对于x a ，其A 类标准不确定度为0025.0mm 60062.0===nu xaA σmm 而B 类标准不确定度为mm 0013.0mm 3004.0/=÷=∆=C u B B （与a 的一样） 所以其合成标准不确定度为 ()2268.0BA pu u tU += mm 0013.0)0025.011.1(22+⨯=mm 0031.0= 所以x a 的最终表达式为mm )0031.01997.0(±=a ， P=0.68下面导出x λ的不确定度表达式对公式aa xx )(121λλλλ-+=两边求对数后求全微分，得adaa da d x xx-=λλ 系数取绝对值后并改成不确定度符号，aU a U U aa xx+=λλ 最后写成不确定度合成公式222⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛a U a U U a a x xλλ 把前面已得数据代入上式，得0003707.01997.00031.03073.00035.0222=⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛xxU λλ 所以%9.1019.00003707.0===xxU λλ （相对误差）ox A U x 3708.76019.0==λλ， P=0.68 展伸不确定度由标准不确定度乘以展伸系数K=2得到oo A A U x 7416.15223708.76=⨯=λ， P=0.95 故x λ的最终表达式为ox A )3708.765134.4019(±=λ， P=0.68 ox A )7416.1525134.4019(±=λ， P=0.95 （2）对于第二条谱线，1λ=3956.460oA ，2λ=3966.629oA ，对实验数据数据进行初步的处理可得其中a =d 2-d 1,x a =d x -d 1，∑==6161n i x x ，∑=--=612)1/()(i in x xσ。

实验1 棱镜光谱实验光谱学研究的是各物质的光谱的产生及其同物质之间的相互作用。

光谱是电磁波辐射按照波长的有序排列，通过光谱的研究，人们可以得到原子、分子等的能级结构、电子组态、化学键的性质、反应动力学等多方面物质结构的知识，在化学分析中也提供了重要的定性与定量的分析方法。

发射光谱可以分为三种不同类别的光谱：线状光谱、带状光谱、连续光谱。

线状光谱主要产生于原子，带状光谱主要产生于分子，连续光谱则主要产生于白炽的固体或气体放电。

随着科技的进步，当今先进的光谱实验室已不再使用照相干版法获得光谱图形，所使用的都是以CCD 器件为核心构成的各种光学测量仪器。

PSP05型CCD 微机棱镜摄谱仪测量系统采用线阵CCD 器件接收光谱图形和光强分布，利用计算机的强大数据处理能力对采集到的数据进行分析处理，通过直观的方式得到我们需要的结果。

与其他产品相比，PSP05型摄谱仪具有分辨率高（微米级），实时采集、实时处理和实时观测，观察方式多样，物理现象显著，物理内涵丰富，软件功能强大等明显的优点，是传统棱镜摄谱仪的升级换代产品。

【实验目的】1.了解小型摄谱仪的结构、原理和使用方法。

2.学习摄谱仪的定标方法及物理量的比较测量方法（线形插值法）。

【实验原理】1．光谱和物质结构的关系每种物质的原子都有自己的能级结构，原子通常处于基态，当受到外部激励后，可由基态跃迁到能量较高的激发态。

由于激发态不稳定，处于高能级的原子很快就返回基态，此时发射出一定能量的光子，光子的波长（或频率）由对应两能级之间的能量差i E ∆决定。

0i i E E E ∆=-，i E 和0E 分别表示原子处于对应的激发态和基态的能量，即：i i icE h hνλ∆== （1-1）得：i ihcE λ=∆，式中，i = 1，2，3，…，h 为普朗克常数，c 为光速。

每一种元素的原子，经激发后再向低能级跃迁时，可发出包含不同频率（波长）的光，这些光经色散元件即可得到一对应的光谱。

摄谱实验报告摄谱实验报告摄谱实验是一种通过光谱分析物质成分和结构的方法。

在这个实验中，我们使用了一台高精度的光谱仪，通过测量和分析样品所发射或吸收的光谱，来推测样品的成分和性质。

本篇实验报告将详细介绍我们的实验步骤、结果和讨论。

实验步骤首先，我们准备了三个样品：纯净水、氯化钠溶液和未知溶液。

我们将这三个样品分别放入光谱仪中进行测量。

在测量之前，我们需要对光谱仪进行校准，以确保测量结果的准确性。

接下来，我们将纯净水放入光谱仪中进行测量。

通过观察光谱图，我们可以看到水的光谱主要集中在可见光的蓝色和绿色区域。

这是因为水分子对这些波长的光吸收较强。

光谱图的形状和峰值位置可以提供关于水分子结构和键合情况的信息。

然后，我们将氯化钠溶液放入光谱仪中进行测量。

氯化钠是一种常见的盐类化合物，它的光谱特征主要集中在可见光的黄色区域。

这是因为氯化钠溶液对黄色光的吸收较强，而对其他波长的光的吸收较弱。

这个实验结果与我们平时所见到的盐类溶液呈现出的黄色颜色是一致的。

最后，我们对未知溶液进行了测量。

通过比较未知溶液的光谱图与已知样品的光谱图，我们可以初步推测未知溶液的成分和性质。

例如，如果未知溶液的光谱特征与氯化钠溶液的光谱特征相似，我们可以初步判断未知溶液中可能含有盐类化合物。

实验结果根据我们的实验结果，纯净水的光谱主要集中在蓝色和绿色区域，氯化钠溶液的光谱主要集中在黄色区域。

而未知溶液的光谱特征与氯化钠溶液的光谱特征非常相似。

因此，我们初步推测未知溶液中可能含有盐类化合物。

讨论在实验中，我们使用了光谱仪这一高精度的仪器来进行摄谱分析。

通过观察和分析样品的光谱图，我们可以推测样品的成分和性质。

然而，光谱分析并不是一种绝对准确的方法，它只能提供一些初步的推测。

为了得到更精确的结果，我们需要结合其他分析方法和实验数据进行综合分析。

此外，光谱分析在科学研究和工业生产中有着广泛的应用。

通过光谱分析，我们可以研究物质的结构和性质，了解其在不同条件下的变化规律。

实验17-1 光谱的拍摄（观测）与测量实验目的1、了解小型棱镜摄（读）谱仪的结构和使用。

2、初步掌握用摄（读）谱、测量波长的方法。

实验仪器小型棱镜摄（读）谱仪、低压汞灯、钠灯、读数显微镜、光谱干版及冲设备 实验原理⒈ 光谱和物质结构的关系每种物质的原子都有自己的能级结构，原子通常处于基态，当受到外部激励后，可由基态迁到能量较高的激发态。

由于激发态的不稳定，处于高能级的原子很快就返回基态，此时发射出一定能量的光子的波长（或频率）由对应两能级之间的能量差i E ∆决定。

00,E E E E E i i i 和-=∆分表示原子处于对应的激发态和基态的能量。

即i i ii i E hc chhv E ∆===∆λλ或式中， i =1，2，3，…，h 为普朗克常数，c 为光速。

每一种元素的原子，经激发后再向低能级跃迁时，可发出包含不同频率（波长）的光，这些光经色散元件即可得到一对应光谱，就可对物质的组成和结构进行分析。

⒉ 光谱的观察与拍摄——小型棱镜摄（读）谱仪的结构和使用棱镜摄（读）谱仪是用棱镜进行分光，用直读法或照相法记录光谱的光学仪器。

它主要由摄（读）谱仪主体和光源（交流电弧发生器及电极）两大 部分组成，下面主要介绍摄（读） 谱仪主体。

（1）基本光路图17-1是摄（读）谱仪的示 意光路图，它分三部分，狭缝D 和准直镜（平行光管）O 1组成准直系统，将待测光变成平行光， 图17-1 摄（读）谱仪的光路图 透经L 是把待测光先行会聚到狭逢上，以增加光强；棱镜P作为色散元件，把投射到第一折射面的不同波长的平行光，经折射后分成沿不同方向的平行光（因为物质的折射率因波长而变）；照相物镜O2和焦平面E处的记录材料组成光谱的接收系统。

由于物镜O2将不同方向的平行光依次会聚在焦平面上，故形成光谱，为使整个光谱都清晰，焦平面E的方位必须细心调节。

（2）小型棱镜摄谱仪的基本结构图17-2是摄谱仪的基本构图（注：只要把图17-2的“6”底片盒换成读谱装置该仪器就能直接测量出各谱线的相对位置，故称“读谱仪”）。

棱镜摄谱和光谱分析PB05204044 张雯实验组别：20 实验台：实验目的：(1)熟悉摄谱仪的主要结构，了解电极架结构及使用方法(2)熟悉使用电弧发生器激发铁电弧(3)学会使用哈德曼光阑，用棱镜摄谱仪摄取光谱线(4)学会对光谱片作定性分析实验仪器：棱镜摄谱仪，电弧，哈德曼光阑，毛玻璃，氦光谱管，底片盒，谱板，读数显微镜实验原理：(1)棱镜摄谱仪本次实验所用的是可见光范围内的小型棱镜摄谱仪，S为光源， L为透镜，使S 发出的发散光会聚后均匀照亮狭缝，S1为狭缝，以控制入射光的宽度；L1的焦距位于S1，这样可以产生平行光，经棱镜折射后再由L2和L3会聚到照相底板F.(2)光谱的定性分析本次实验中使用铁谱作为已知谱，中间为氦谱作为未知谱.因为铁光谱谱线丰富，而且几乎每一条谱线的波长都被准确地测定，故只要并列拍摄铁光谱与未知样品光谱，并对所摄的底片进行测量，通过计算即可求出未知谱线的波长.如下图所示：λ1，λ2为已知的两条铁谱谱线。

λx为λ1，λ2所夹的未知谱线的波长。

l1，l2，lx 分别为λ1，λ2，λx处的读数。

当λ1与λ2很近时，∆l=α∆λ 成立（α为棱镜的色散率）因此可以用插入法得aλx-λ1ax= 其中a=l2-l1，ax=lx-l1即λx=λ1+(λ2-λ1)x aλ2-λ1a实验中必须用投影仪将底片上的谱图放大以便识谱和读谱；台式投影仪上有读数装置，可以直接测量各相邻谱线间的距离，而光谱投影仪则需要将底片放到读数显微镜上来测量相邻谱线的距离.实验中最后确定的仪器各项数据：数据处理：实验中，测量的是一条氦谱谱线及其左边的两条铁谱谱线的相应位置lx，l1，l2。

如图：依据实验原理，有λx-λ1axa= ，则λx=λ1+(λ1-λ2)x，aλ1-λ2a其中a=l2-l1 ax=l1-lx铁谱的疏密和清晰程度各不相同，有的地方稀疏一些，有的地方稠密一些，每条谱线的粗细不同，相邻两条谱线的间距也有很大差别。

实验报告系别:011 姓名:张弢学号:PB06210013实验题目:摄谱实验目的:用棱镜摄谱仪摄取光谱线，对待测物质所产生的光谱线进行测定，可知道该物质的化学成分。

实验内容:一、摄谱前的准备：调节共轴，将光源S置于准直物镜L1的光轴上在光源与狭缝S1之间加入聚光照明透镜L，调节透镜L的位置，使光源成像在入射缝上。

若更换光源，只能调整光源的位置，而透镜L的位置不应变动，以保证光源始终处在准直物镜L1的光轴上。

二、调节与观察：毛玻璃放在暗匣的放底板的位置处，移动暗匣，使毛玻璃上现出光谱。

填写下面的观察表格：三、摄谱：用已在暗箱中装好底片的底片盒换下毛玻璃，曝光时打开小遮板，曝光5.5 16.0后关闭小遮板。

然后在暗室中洗出底片。

实验分析：本实验第一张底片所得谱线边缘有重影，说明最后光线并没有真正聚焦在底片上。

原因是共轴不好，由于2L 在调节时，目光没有垂直读数，导致2L 值不够精确，从而导致光线没有很好的聚焦到底片上。

此外两列铁谱线中的一列在底片上靠边缘部分曝光不足，说明底片盒的位置没有调好。

第二次在第一次实验基础上进行了改进，对各个数据提高了精度。

但由于曝光时间没有控制好,造成曝光不足。

思考题：1.为什么在摄谱中要先摄氦谱而不能先摄铁谱？答：在拍摄前,要先调整氦谱管,使氦光谱清晰可见.氦谱管是在铁弧光源调好后再放入透镜和狭缝中间进行调节的。

若先摄铁谱，则由于底片已经放上，无法对氦光谱管的位置进行调节，易造成成功的失败。

所以要先调节铁弧光源，然后固定好，再调氦光谱管，然后放上底片，先摄氦光谱再摄铁光谱。

2.为什么底片匣子要倾斜一个 角？答：不同光线射出角度不同,故对透镜的焦点不相同，因此要通过倾斜底片使不同光线都能聚焦在底片上，从而得到清晰的谱线。

3．分析底片，对不理想之处找出原因。

答：第一张：所得谱线边缘有重影，两列铁谱线中的一列在底片上靠边缘部分曝光不足。

说明最后光线并没有真正聚焦在底片上。

原因是共轴不好，由于2L 在调节时，目光没有垂直读数，导致2L 值不够精确，从而导致光线没有很好的聚焦到底片上。