文档介绍：光栅光谱仪与光谱分析一、实验目的1、进一步掌握光栅的原理2、D及其在光谱测量中的应用3、学习摄谱、识谱和谱线测量等光谱研究的基本方法4、通过测量氢光谱可见谱线的波长,验证巴尔末公式的正确性,从而对玻尔理论的实验基础有具体的了解。力求准确测定氢的里德伯常数,对近代测量达到的精度有一初步了解。二、实验原理光谱分析是研究原子和分子结构的重要手段,现有关于原子结构的知识,大部分来源于各种原子光谱的研究。通过光谱研究,可以得到所研究物质中含有元素的组分和原子内部的能级结构及相互作用等方面的信息。在光谱分析中,用于分光的光谱仪器和检测光的光探测器对分析结构有着决定性作用1)光栅光谱仪分光原理与参数光栅是光栅光谱仪的核心,其分光原理如下:,它是在玻璃基板上镀上铝层,用特殊刀具刻划出许多平行而且间距相等的槽面而成,如图1所示。大量生产的平面反射光栅每毫米的刻槽数目为600条、1200条、1800条和2400条。铝在近红外区和可见光区的反射系数都较大,而且几乎是常数,在紫外区的反射系数比金和银都大,加上它比较软,易于刻划,所以通常都用铝来刻制反射光栅。我们将看到,在铝层上只要刻划出适当的槽形,就能把光的能量集中到某一极,克服透射光栅光谱线强度微弱的缺点。铝制反射光栅几乎在红外、可见光和紫外区都能用。用一块刻制好的光栅(称原制光栅或母光栅)可以复制出多块光栅。由于这些优点,反射光栅在分光仪器中得到越来越多的应用。在图1中,衍射槽面(宽度为a)与光栅平面的夹角为θ,称为光栅的闪耀角。当平行光束入射到光栅上,由于槽面的衍射及各个槽面衍射光的叠加,不同方向的衍射光束强度不同。考虑槽面之间的干涉,当满足光栅方程(sin sin )d i m? ?? ?(1)时,光强度将出现极大。式中i及?分别是入射光及衍射光与光栅平面法线的夹角(入射角和衍射角)。d为光栅常数,m=±1,±2,±3,…,为干涉级,?是出现极大值的波长。当入射线与衍射线在法线同侧时,公式取正号,异侧取负号。由式(1)可知,当入射角i一定时,不同的波长对应不同的衍射角,因而经光栅衍射后按不同方向排列成光谱,成像于谱面中心的谱线波长称为中心波长。本仪器采用的光路,对中心波长?0而言,入射角与衍射角相等,i=?(图2),这种布置方式称为littrow型,因此对中心波长?0有θi?i?ad图1光栅刻槽断面示意图02 sind i m??(2)从图中可看到,谱面上成像于中心波长?0两侧的谱线,衍射角为i? ?? ?,正负号分别与右侧及左侧对应,因此相应有??sin sind i i m? ?? ??? ?? ?(3)对于我们所使用仪器,/a?的最大值不超过5o。。,入射光束经棱镜分光后,某一波长的单色光能量除了被棱镜表面反射及吸收一部分外,全部集中到某一确定方向,因此光谱比较强。光栅则不同,入射光束中某一波长的单色光,经光栅衍射后能量分配到各级光谱中,而能量分配方式又与光栅的型式及各种几何参数有关。如前所述,能量的分配是单槽衍射与槽间干涉的综合结果。光栅方程只是给出了各级干涉极大的方向,由式(1)可知,光栅方程