单色仪的定标和光谱测量

单色仪定标及分类单色仪定标是借助于波长已知的线光谱以获取对应的鼓轮读数。

为了获得较多的点，必须有一组光源。

通常采用汞灯、氢灯、钠灯、氖灯以及用铜、锌、铁做电极的弧光光源等。

下面小编简单介绍下单色仪其它信息。

一、单色仪分类单色仪有多种，从不同的角度对它有不同的分类，如按物镜的形成可分为透射式单色仪和反射式单色仪，按色散元件可分为棱镜单色仪和光栅单色仪。

棱镜单色仪：棱镜的工作光谱区受到材料的限制(光的波长小于120nm，大于50μm时不能使用)，光栅单色仪的角色散率与波长无关，棱镜单色仪的角色散率与波长有关。

棱镜单色仪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。

光栅单色仪：光栅单色仪存在光谱重叠，棱镜光谱仪没有。

光栅单色仪存在鬼线(由于刻划误差造成)，棱镜单色仪没有。

二、单色仪定标单色仪出厂时，一般都附有定标曲线的数据或图表供查阅，但经过长期使用或重新装调后，数据会发生变化，需重新定标，以对原数据进行修正。

1、观察入射狭缝和出射狭缝的结构，了解缝宽的调节、读数以及狭缝使用时的注意事项，选取适当的缝宽以获取足够的强度及较好的单色性。

2、在入射狭缝前放置汞灯，为了充分利用进入单色仪的光能，光源应放置在入射准直系统(S1和M1)的光轴上。

在单色仪光源与入射缝之间加入聚光透镜，适当选择透镜的焦距和口径，使其相对口径与仪器的相对口径匹配。

这样，可获得最大亮度的出射谱线，同时又减少了单色仪内部的杂散光。

调节聚光透镜的位置，使出射狭缝呈现的谱线最明亮。

3、将低倍显微镜置于出射狭缝处，对出射狭缝进行调焦，使显微镜视场中观察到的汞谱线最清晰。

为使谱线尽量细锐并有足够的亮度，应使入射缝S1尽可能小，出射狭缝可适当大些。

根据可见光区汞灯主要谱线的波长、颜色、相对强度和谱线间距辨认谱线。

4、使显微镜的十字叉丝对准出射狭缝的中心位置，缓慢地转动鼓轮，直到各谱线中心依次对准显微镜的叉丝时，分别记下鼓轮读数(L)与其所对应的波长(λ)。

单 色 仪 的 定 标Prism Monochrometer工作原理从照明系统发出的光束均匀地照亮入射狭缝1S ，1S 位于反射准直镜1M 的焦平面上，通过1S 射入的光束经1M 反射后成为平行光束投向平面反射镜M ，再被反射而进入色散棱镜P 。

如入射光为复色光，则通过棱镜后即按波长分解为不同折射角的单色平行光束，反射物镜2M 将这些单色平行光束汇聚于焦面上构成光谱，位于该焦面的出射狭缝2S 把谱线限制在一个狭窄的区域内，使只对色散棱镜构成最小偏向角的光束能够射出。

色散棱镜与平面反射镜的组合，称为瓦兹渥斯（Wadsworth ）色散系统，转动此系统，即可在出射狭缝2S 后面获得不同波长的单色光束，接收器（本实验用读数显微镜）即放置在出射狭缝的后面。

最小偏向角一束单色平行光，射入三棱镜的AB 面，经折射后由另一面AC 射出。

入射角i ，出射角i '，入射光与出射光的夹角β称为偏向角。

转动三棱镜，当i i '=时，根据折射定律可知，折射角γγ'=，与此相应的入射光和出射光之间的夹角最小，称为最小偏向角mi n β。

A C仪器使用说明1．单色仪的定标：（1）在入射缝前放置汞灯，点亮汞灯以照射入射狭缝1S 。

为了充分利用进入单色仪的光能，光源应放置在入射准直系统1S 和1M 的光轴上。

为此，将如射狭缝和出射狭缝开大，将光源移至1S 前半米以外的位置，从出射狭缝处朝单色仪内观察，可看见光源的清晰像，调节光源的位置，使光源的像正好位于2M 的中央。

减小入射缝宽到50m ，再在光源与入射缝之间加入聚光透镜，移动聚光透镜，使光源成像于狭缝1S 上。

至此，光源调整完毕。

（2）将低倍显微镜置于出射狭缝处，对出射狭缝2S 的刀口进行调焦，使显微镜视场中观察到的汞谱线最清晰。

为使谱线尽量细锐并有足够的亮度，应使入射缝1S 尽可能小，出射缝2S 可适当大些。

转动单色仪鼓轮，根据可见光区汞灯主要谱线的波长和相对强度辨认谱线。

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。

光谱仪定标
光谱仪定标是将光谱仪的测量结果与已知的标准值进行比对和校准的过程。

这个过程通常需要使用到一个或多个标准样品，这些样品已经被测量并确认了其光谱特性。

定标可以减小仪器误差或系统漂移对测量结果的影响，从而提高光谱仪的精度和可信度。

光谱仪定标有多种方法，包括单点标定、线性标定和非线性标定等。

其中，单点标定是通过测量一个已知浓度的样品，确定该样品的吸光度或辐射度与仪器的输出信号之间的关系；线性标定则是通过测量两个或更多已知浓度的样品，确定这些样品与仪器输出信号之间的线性关系；非线性标定则是采用更复杂的算法和数据处理方法，以消除不同光谱仪之间的差异和校正仪器的非线性影响。

光谱仪定标的目的是确保测量结果的准确性和可重复性，因此在实验研究、产品质量控制等领域中都非常重要。

首先是实验报告中的记录表格，那本书上并没有给出完整表格，只给了一个表头，我们画表格的时候则要画至少19行（推荐20行乃至21行会更好些），老师在检查完实验报告后说许多人的表格画的不合格，大都是因为行数画少了。

其次就是实验前预习，老师讲解的时候真的会提问的，不过没有扣分就是了。

问的问题大致是六个，分别是：1.单色仪的结构原理2.单色仪定标的原理3.单色仪定标的意义4.如何识别谱图5.单色仪鼓轮读数怎么读6.显微镜的使用方法前3个问题在书中都能找到，后三个问题稍后我会说明，这6个问题也就是整个实验的核心内容，弄懂了这6个问题整个实验操作就不会犯太大的错误。

进教室并将书包放好之后，老师会将实验报告收上来，然后让我们看一段幻灯片（自动播放的），同时她在那检查实验报告，幻灯片的内容就是上述的6个问题的答案，所以万一课前没来得及预习，将幻灯片里的内容记下来也可以。

幻灯片结束之后就是老师讲解了，这里我们略过，直接看实验过程吧。

注：单色仪的两狭缝宽度千万不要调！光谱、读数显微镜与单色仪透镜和汞灯以上就是我们实验时用到的仪器。

首先打开汞灯，刚开始不要急着观察，汞灯需要点亮一段时间才能达到最大亮度。

接着是调整单色仪鼓轮的位置注意：单色仪的鼓轮是配有一个反射镜的（让我拿下去了），单色仪鼓轮上主尺的读数是左大右小（老师可能会问到），和读数显微镜的主尺标示不一样，如上图所示。

而在实验时我们观察单色仪鼓轮读数是通过反射镜来观察，如下图：从反射镜中看主尺读数就是左小右大了，如此时的读数应为18.311mm左右（主尺上一个格1mm，测微鼓轮一个格0.01mm）。

我们通过拧动上图的杆来旋动鼓轮，鼓轮随着杆的转动而转动，不要把手伸到单色仪下方转鼓轮，拧动杆使得鼓轮的读数在18.000mm处，鼓轮的位置就调节好了。

然后是调整透镜的位置注意入射缝那有一个较亮的原点，那个原点就是入射光线，我们需要调节原点的亮度达到最大，前后移动透镜，观察原点的变化趋势，在原点达到最亮的时候停止，之后的实验中就不要动透镜了。

光谱仪定标光谱仪是一种测量物质光谱的仪器，用于确定物质的成分和浓度。

理论上，光谱仪应当能够准确地测量各种光谱，但是在实际应用中，由于各种原因，光谱仪可能会发生误差。

因此，针对光谱仪的定标是必不可少的过程，下面我们来详细介绍光谱仪定标的相关知识。

一、光谱仪及其应用光谱仪是一种测量物质光谱的仪器，主要包括可见光谱仪、紫外光谱仪、红外光谱仪、质谱仪等。

光谱仪通过分析物质吸收、发射或散射光的能量，得到物质的精确光谱图，并根据光谱图分析物质的组成、结构和浓度等信息。

光谱仪在化学、物理、生物、医学、地质等领域都有广泛的应用。

二、光谱仪定标由于光谱仪的精度和稳定性随时间的推移而降低，因此需要对光谱仪进行定标，以确保光谱仪的测量结果精确可靠。

光谱仪定标的目的是确定测量系统的准确性和可靠性，通常包括对标准物质的测量和系统参数的校准两个方面。

其中，对标准物质的测量是通过对标准物质的光谱进行测量，验证光谱仪的测量结果是否正确；而系统参数的校准则是通过对光源、检测器和光栅等关键组件的校准来保证光谱仪的稳定性和精准度。

三、光谱仪定标的方法1、线性回归法线性回归法是一种基于拟合曲线的光谱仪校准方法。

这种方法需要根据实验数据建立一条适当的回归线，然后根据回归线来计算被测量物质的浓度。

此方法简单易行，但需要适当的数据处理和分析，以建立准确的回归线。

2、内标法内标法是一种通过引入内标物质来校准光谱仪的方法。

内标物质与目标物质具有类似的光谱，可以作为对目标物质的测量结果进行校准。

内标法能够降低测量误差，提高测量精度，但需要事先选择合适的内标物质。

3、样品配制法样品配制法是一种将标准物质与被测物质共同测试的方法。

它通过调整标准物质的浓度和比例，来验证被测物质的浓度。

此方法的优点是简单方便，但是需要高纯度的标准物质，并且需要测量样品平均化。

四、结论光谱仪定标是确保光谱仪精度和稳定性的重要步骤。

各种定标方法的选择需要根据实际需求和可用资源来确定。

如何利用单色光源进行光谱特性测量单色光是指波长、频率相同，颜色单一的光线。

利用单色光源进行光谱特性测量在科学研究和工程应用中起着重要作用。

本文将探讨如何利用单色光源进行光谱特性测量，以及其在不同领域的应用。

首先，我们需要了解光谱特性的测量方法。

常用的光谱测量方法包括光栅光谱仪、干涉光谱仪和偏振光谱仪等。

光栅光谱仪是通过光栅将入射光分解为不同波长的光束，然后通过检测器进行测量和分析。

干涉光谱仪利用干涉原理，测量入射光与参考光的干涉图样，从而获得光谱信息。

偏振光谱仪则用于测量光的偏振态及其对物质的相互作用。

利用单色光源进行光谱特性测量的关键在于选择合适的单色光源。

单色光源广泛应用于光谱分析、光学成像、光学通信等领域。

常见的单色光源有氢气放电灯、氦氖激光器、半导体激光器等。

不同的单色光源具有不同的特性，可以根据需要选择适合的光源。

在光谱测量中，除了选择合适的单色光源，还需要注意测量环境的条件。

光谱测量对于环境的要求相对较高，需要避光、减小噪声等。

此外，还需要注意光路的设计和校准，以获得准确可靠的测量结果。

利用单色光源进行光谱特性测量在许多领域有着广泛的应用。

例如，在材料科学中，光谱测量可以用于研究材料的光学性质、能带结构等，为材料的设计和制备提供重要参考。

在生物医学领域，光谱测量可用于研究生物分子的结构和功能，促进药物研发和疾病诊断。

在环境监测中，光谱测量可用于分析大气污染物、水质污染物等，为环境保护提供数据支持。

除了以上应用，利用单色光源进行光谱特性测量还可以在光学通信、光谱成像和天文学等领域发挥重要作用。

在光学通信中，光谱测量用于评估光纤传输系统的性能和优化信号传输。

在光谱成像中，利用单色光源可以实现高分辨率的光学显微成像，为医学影像等领域提供帮助。

在天文学中，光谱测量可用于研究天体的成分、温度、速度等，深入了解宇宙的奥秘。

综上所述，利用单色光源进行光谱特性测量在科学研究和工程应用中具有重要意义。

首先是实验报告中的记录表格，那本书上并没有给出完整表格，只给了一个表头，我们画表格的时候则要画至少19行（推荐20行乃至21行会更好些），老师在检查完实验报告后说许多人的表格画的不合格，大都是因为行数画少了。

其次就是实验前预习，老师讲解的时候真的会提问的，不过没有扣分就是了。

问的问题大致是六个，分别是：1.单色仪的结构原理2.单色仪定标的原理3.单色仪定标的意义4.如何识别谱图5.单色仪鼓轮读数怎么读6.显微镜的使用方法前3个问题在书中都能找到，后三个问题稍后我会说明，这6个问题也就是整个实验的核心内容，弄懂了这6个问题整个实验操作就不会犯太大的错误。

进教室并将书包放好之后，老师会将实验报告收上来，然后让我们看一段幻灯片（自动播放的），同时她在那检查实验报告，幻灯片的内容就是上述的6个问题的答案，所以万一课前没来得及预习，将幻灯片里的内容记下来也可以。

幻灯片结束之后就是老师讲解了，这里我们略过，直接看实验过程吧。

注：单色仪的两狭缝宽度千万不要调！光谱、读数显微镜与单色仪透镜和汞灯以上就是我们实验时用到的仪器。

首先打开汞灯，刚开始不要急着观察，汞灯需要点亮一段时间才能达到最大亮度。

接着是调整单色仪鼓轮的位置注意：单色仪的鼓轮是配有一个反射镜的（让我拿下去了），单色仪鼓轮上主尺的读数是左大右小（老师可能会问到），和读数显微镜的主尺标示不一样，如上图所示。

而在实验时我们观察单色仪鼓轮读数是通过反射镜来观察，如下图：从反射镜中看主尺读数就是左小右大了，如此时的读数应为18.311mm左右（主尺上一个格1mm，测微鼓轮一个格0.01mm）。

我们通过拧动上图的杆来旋动鼓轮，鼓轮随着杆的转动而转动，不要把手伸到单色仪下方转鼓轮，拧动杆使得鼓轮的读数在18.000mm处，鼓轮的位置就调节好了。

然后是调整透镜的位置注意入射缝那有一个较亮的原点，那个原点就是入射光线，我们需要调节原点的亮度达到最大，前后移动透镜，观察原点的变化趋势，在原点达到最亮的时候停止，之后的实验中就不要动透镜了。

棱镜单色仪的定标【实验目的】1、了解单色仪的结构，分光原理和使用方法；2、做出单色仪的定标曲线。

【实验仪器】反射式棱镜单色仪，高压汞灯、读数显微镜、会聚透镜仪器介绍：单色仪----能够从复合光源中分解出独立的、足够狭窄的、波长连续可调的单色光的仪器。

按波长来分，有红外单色仪、紫外单色仪、可见光单色仪；按分光元件来分，有光栅单色仪和棱镜单色仪；在棱镜单色仪中按物镜的形式来分，有透射式单色仪和反射式单色仪。

我们这个实验用的是：反射式玻璃棱镜单色仪，分光波段在可见光范围内。

反射式玻璃棱镜单色仪反射式玻璃棱镜单色仪的光学系统由三部分组成：1、入射准直系统-----狭缝1S 和凹面镜1M ，1S 恰好处在2M 的焦平面上。

其作用是将进入狭缝1S 的光变为平行光。

2、色散系统----平面镜M 和三棱镜P ，二者作为一个整体安装在转台上。

平行入射的复合光经过平面镜M 反射到三棱镜P 上，分解成按波长排列向不同方向偏折的单色光。

随着棱镜的转动，只有满足最小偏向角条件的入射光，才能从出射狭缝射出。

棱镜转了，出射光的波长也就发生了变化。

3、出射聚光系统----出射狭缝2S 和聚焦凹面镜2M 。

2S 恰好处在2M 的焦平面上。

将棱镜P 分解出的不同方向的单色光中的一束（哪一束？）汇聚到狭缝2S 上。

单色仪的机械部分包括狭缝和读数鼓轮。

狭缝的调节要仔细，不要挤坏。

读数鼓轮与万向接头转动杆及把手相连。

转动把手，棱镜就转，输出光的波长就在变。

读数鼓轮的数值与棱镜的位置相对应，也就是与出射光的波长相对应。

【实验原理】三色仪不是直接用波长分度定标而是用鼓轮读数来表示，因在使用单色仪之前要定 标：利用已知波长的光谱线标定鼓轮的读数，做出鼓轮读数与波长之间的关系曲线。

这 个过程称之为单色仪的定标。

单色仪的定标要借助于已知波长的线光谱光源来进行。

本实验选用的光源为高压汞灯。

在可见光波段内，用读数显微镜可以观察到30多条谱线。

其相对强度和波长参考 P323和P324。

单色仪的调整和使用实验目的1.了解单色仪的结构原理，掌握标定单色仪的方法；2.利用单色仪测定滤色片的透射曲线。

实验原理与方法单色仪是一种常用的分仪器，适用于单色光的产生、光谱分析和光谱特性测量等方面。

仪器原理如图1 ，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。

图1 光栅单色仪的结构和原理本仪器光学系统为李特洛式光学系统，这种系统结构简单、尺寸小、象差小、分辨率高。

更换光栅方便。

光栅单色仪的核心部件是闪耀光栅，闪耀光栅是以磨光的金属板或镀上金属膜的玻璃板为坯子，用劈形钻石尖刀在其上面刻画出一系列锯齿状的槽面形成的光栅（注1：由于光栅的机械加工要求很高，所以一般使用的光栅是由该光栅复制的光栅），它可以将单缝衍射因子的中央主极大移至多缝干涉因子的较高级位置上去。

因为多缝干涉因子的高级项（零级无色散）是有色散的，而单缝衍射因子的中央主极大集中了光的大部分能量，这样做可以大大提高光栅的衍射效率，从而提高了测量的信噪比图2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，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(sinϕ＋sinθ)= 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。

本次实验所用光栅（2号光栅，每毫米1200条刻痕，一级光谱范围为380nm—1000nm, 刻划尺寸为64⨯64mm2）。

当光栅面与入射平行光垂直时，闪耀波长为570nm。

由此可以求出此光栅的闪耀角为21.58︒。

当光栅在步进电机的带动下旋转时可以让不同波长以现对最强的光强进入出射狭缝，从而测出该光波的波长和强度值。

（注意计算时角度的符号规定和几何光学方向为闪耀波长的方向）实验内容首先了解光栅单色仪的原理、结构和使用方法。