单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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：,争论目的物质的辐射特性，光与物质的相互作用，物质的构造原子分子能级构造，遥远星体的温度、质量、运动速度和方向。,应用范围采矿、冶金、石油、燃化、机器制造、纺织、农业、食品、生物、医学、天体与空间物理卫星观测等等。,光谱学进展史,1、形成阶段：1666年牛顿在争论三棱镜时觉察将太阳光通过三棱镜太阳光分解为七色光。1814年夫琅和费设计了包括狭缝、棱镜和视窗的光学系统并觉察了太阳光谱中的吸取谱线夫琅和费谱线。,2、争论室和应用阶段：1860年克希霍夫和本生为争论金属光谱设计成较完善的现代光谱仪光谱学诞生。由于棱镜光谱是非线性的，人们开头争论光栅光谱仪。,光栅与棱镜相比,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。,棱镜的尺寸越大区分率越高，但制造越困难，同样区分率的光栅重量轻，制造简洁。,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。,优点,缺点,单色仪的构造和原理,PMT,M2,G,M1,S1：入射狭缝 S2：出射狭缝 M1：离轴抛物镜,G：闪烁光栅 M2：反光镜 PMT：光电倍增管,S1,S2,图,1,三局部光源和照明系统、分光系统和接收系统,单色仪的照明系统,光源：火焰燃烧气体：乙炔、甲烷、氢气,电火花、电弧电火花发生器、激光、凹凸压气体灯钠灯、汞灯等、星体、太阳,单色仪的接收系统,光电倍增管,光电倍增管的工作原理和使用留意事项,利用光电子放射效应和二次电子放射效应制成的光电器件。光电倍增管是电流放大元件，具有很高的电流增益，因而最适合于微弱信号的检测。,优点是灵敏度高、稳定性好、响应速度快和噪音低。,缺点是构造简单、工作电压高、体积大。,使用光电倍增管应当了解它的特性，如它的频率特性、时间特性、暗电流和噪声特性，还有稳定性及对环境的要求等。,留意事项：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肯定要相反。,2 一般在半小时后阳极电流到达稳定暗电流。,3输入光信号不行过强，光阴极面不行直接暴露在光照下特殊是在加了电压的状况下，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拦住入射光。,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：,a为光栅透光局部的宽度，N为光栅的总周期数,d,为光栅的周期，,为衍射角,单缝衍射因子干预因子,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,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。,描述各个干预因子主极大的位置,光栅的色散原理区分本事,谱线的半角宽度,光栅的角色散本事,光栅的光谱区分本事,理论区分本事计算实例：m=1,N=64mm 1200/mm=76800,闪烁光栅的原理,-,n,N,b,n,为刻槽面法线方向,N,为光栅面法线方向,为光线的入射角,为光线的衍射角,b,光栅的闪耀角,-,b,角度的符号规定（顺时针为正）,入射角与闪烁波长的关系,几何光学的方向能量最大：,m=1,一级闪烁波长为,5,o,，,10,o,30,o,587,，,600.5,，,606.3(nm,),d=1/1200mm,光强曲线,单色仪狭缝宽度的争论,1、设照明狭缝的光是完全非相干的即每一点为独立的点光源。,2、设狭缝为无限细，由衍射理论可知谱线的半宽度为：,3、当狭缝a渐渐变宽时的变化如以下图所示：,a/a,n,w,0,狭缝的最正确宽度,狭缝宽度与区分率、谱线强度的关系,由上图可见缝宽过大时实际区分率下降，缝宽过小时出射狭缝上得到光强太小，取a=an最好。,a/a,n,R,I,1,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,单色仪实际区分率的测量,波峰,波的半高宽度,区分率,