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1、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-300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
2、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-300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：S1:入罪狭缝S2:出肘狭缝 Ml, M2:平面反駅统M3. M4: 球更反耒镜 F:滤光片绘 G:光栅组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
3、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、661/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 200nm1如m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
4、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
5、，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4-33-1给出了高压汞灯在可见光波段的主要谱线。ft 43-1逋快与相珂強度的河靈联範色波长（nm）相对强度颇色谑长（nm）相对强度红690.75扱弱强536.51535.41弱弱671.65弱青496.03弱625.44491.60 V61233 V强度柑近435.S4 V强607.26蓝43475弱588.96弱433.92587.20弱黄585.94弱紫407.78 J次强579.07 7强404.66 V576.96 J强398.4
6、0绿567.59546.07 V弱强紫外390.64389.39几乎層不见【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
7、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？