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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划光谱仪实验报告光栅光谱仪实验报告09级应用物理学03班肖金龙光栅光谱仪系统(Gratingspectrum-metersystem)光谱分析方法作为一种重要的分析手段，在科研、生产、质控等方面，都发挥着极大的作用。无论是穿透吸收光谱，还是荧光光谱，拉曼光谱，如何获得单波长辐射是不可缺少的手段。由于现代单色仪可具有很宽的光谱范围，高光谱分辨率,自动波长扫描，完整的电脑控制功能极易与其他周边设备融合为高性能自动测试系统，使用电脑自动扫描多光栅单色仪已成为光谱研究的首选。一、实验目的1.掌
2、握发射光谱测试系统，光学元件的透射率光谱,反射率光谱测试系统以及荧光光谱测试系统的搭建2.学习利用电脑自动扫描多光栅单色仪测试各种光源特性谱线，学会分析各种光学元件的反射、透射谱线。3.学习利用组合多光栅单色仪测试物质荧光光谱，分析荧光物质成分。二、光栅光谱仪测试系统组件名称1LHT75溴钨灯光源室+LPT75溴钨灯稳流电源(brominetungsten)2LHM254波长校准汞灯光源(TheHglamphouseforcalibratinggrating,thecharacterwavelengthis254nm)3NFC-532-15陷波滤波装置The532nmwavelengthisb
3、oundwhenlightfromthelamphousecrossingthefilter.4SPBmm光栅光谱仪(thefocusis300nm)5SPBmm光栅光谱仪6SD六挡滤光片轮thelightfilerforsixsteps7SAC三口样品室samplehouse10.DCS102数据采集器dataacquisitionimplement11.PMTH-S1-CR131光电倍增管photomultipliertube12.HVC1005高压稳压电源regulatedpowersupplyinhighvoltage三、光栅基础知识及实验原理图当一束复合光线进入单色仪的入射狭缝，首先
4、由光学准直镜汇聚成平行光，再通过衍射光栅色散为分开的波长。利用每个波长离开光栅的角度不同，由聚焦反射镜再成像出射狭缝。通过电脑控制可精确地改变出射波长。1.光栅基础光栅作为重要的分光器件，它的选择与性能直接影响整个系统性能。光栅分为刻划光栅、复制光栅、全息光栅等。刻划光栅是用钻石刻刀在涂薄金属表面机械刻划而成；复制光栅是用母光栅复制而成。典型刻划光栅和复制光栅的刻槽是三角形。全息光栅是由激光干涉条纹光刻而成。全息光栅通常包括正弦刻槽。刻划光栅具有衍射效率高的特点，全息光栅光谱范围广，杂散光低，且可做到高光谱分辨率。选择光栅主要考虑如下因素：(1)闪耀波长:闪耀波长为光栅最大衍射效率点，因此选择
5、光栅时应尽量选择闪耀波长在实验需要波长附近。如实验为可见光范围，可选择闪耀波长为500nm。(2)光栅刻线:光栅刻线多少直接关系到光谱分辨率，刻线多光谱分辨率高，刻线少光谱覆盖范围宽，两者要根据实验灵活选择。(3)光栅效率:光栅效率是衍射到给定级次的单色光与入射单色光的比值。光栅效率愈高，信号损失愈小。为提高此效率，除提高光栅制作工艺外，还采用特殊镀膜，提高反射效率。2.光栅方程图1反射式衍射光栅反射式衍射光栅是在衬底上周期地刻划很多微细的刻槽，一系列平行刻槽的间隔与波长相当，光栅表面涂上一层高反射率金属膜。光栅沟槽表面反射的辐射相互作用产生衍射和干涉。对某波长，在大多数方向消失，只在一定的有
6、限方向出现，这些方向确定了衍射级次。如图1所示，光栅刻槽垂直辐射入射平面，辐射与光栅法线入射角为，衍射角为，衍射级次为m，d为刻槽间距，在下述条件下得到干涉的极大值：d(sin?sin?)?m?(1)定义为入射光线与衍射光线夹角的一半，即=(-)/2；为相对于零级光谱位置的光栅角，即=(+)/2,得到更方便的光栅方程：2dcos?sin?m?从该光栅方程可看出：(2)对一给定方向，可以有几个波长与级次m相对应满足光栅方程。比如600nm的一级辐射和300nm的二级辐射、200nm的三级辐射有相同的衍射角，这就是为什么要加消二级光谱滤光片轮的意义。衍射级次m可正可负。对相同级次的多波长在不同的分
7、布开。含多波长的辐射方向固定，旋转光栅，改变，则在+不变的方向得到不同的波长。3.不同测试系统实验原理图1.透射/反射光谱光度系统2.荧光光谱系统一、实验目的1.用光栅光谱仪测量白、黄滤光玻璃片的基线、吸光度、与透过率。2.学会并掌握光栅光谱仪的应用。二、实验仪器1.已装载软件的电脑2.有白、黄滤光镜片的滤光片3.光栅光谱仪三、实验原理仪器的规格与主要技术指标：波长范围200800nm焦距相对孔径D/F1/7波长精度波长重复性杂散光103WGD3型组合式多功能光栅光谱仪，由光栅单色仪，接收单元，扫描系统，电子放大器，A/D采集单元，计算机组成。该设备集光学、精密机械、电子学、计算机技术于一体。
8、光学系统采用C-T型，如图2-1图2-1光学原理图M1反射镜、M2准光镜、M3物镜、M4转镜、G平面衍射光栅S1入射狭缝、S2光电倍增管接收、S3CCD接收入射狭缝、出射狭缝均为直狭缝，宽度范围0连续可调，光源发出的光束进入入射狭缝S1，S1位于反射式准光镜M2的焦面上，通过S1射入的光束经M2反射成平行光束投向平面光栅G上，衍射后的平行光束经物镜M3成象在S2上或S3上。M2、M3焦距光栅G每毫米刻线1200条闪耀波长550nm二块滤光片工作区间白片320500nm黄片500800nm四、实验内容1.进入系统后，首先弹出如图的友好界面。2.单击鼠标或键盘上的任意键或等待5秒钟后，马上显示工作
9、界面，同时弹出一个对话框，让用户确认当前的波长位置是否有效、是否重新初始化。如果选择确定，则确认当前的波长位置，不再初始化；如果选择取消，则初始化，波长位置回到200nm处。此时，选择确定即可。3.基线的测量，将信息/视图一栏选为动态方式，左侧的工作模式选为基线，间隔设定为或纳米，安好玻璃片后开始单程扫描，不断调节电压表，使图像的在450-550nm时达到顶峰，然后返回，重新初始化，重新扫描即可，将所得图像与数据保存在寄存器1中。4.将工作模式选为吸光度和透过率后，分别按上述方法测量。将所得图像与数据保存在寄存器2、3中。五、图像采集1.基线A白玻璃2.白玻璃透过率3.白玻璃吸光度B黄玻璃1.
10、黄玻璃基线2.黄玻璃透过率3.黄玻璃吸光度近代物理实验报告实验4-1荧光光谱【摘要】激发态分子返回基态而产生光辐射的跃迁，称为辐射跃迁，即荧光。本实验利用RF-5301PC荧光分光光度计测量了不同浓度的维生素B2溶液的光谱特性。固定激发光波长，扫描发射光波长，得到荧光发射光谱；固定发射光波长，扫描激发光波长，得到荧光激发光谱。【关键词】荧光，光谱，激发，发射原子外层电子吸收光子后，由基态跃迁到激发态，再回到较低能级或者基态时，发射出一定波长的辐射，称为原子荧光。对于分子的能级激发态称为分子荧光，平时所说的荧光指分子荧光。以物质发射的荧光强度与浓度之间的线性关系为依据进行定量分析及以荧光光谱的形
11、状和荧光峰对应的波长进行定性分析的方法称为荧光分析法。在荧光分析中，将荧光分为自然荧光和人工荧光，本实验所述荧光为自然荧光，即无须经过处理，当受到激发光照射时就能产生荧光的现象。一、实验目的?理解并掌握荧光产生的机理。?学会测定不同浓度物质溶液的荧光激发光谱和发荧光射光谱。?了解影响荧光产生的几个主要因素。二、实验原理原子外层电子吸收光子后，由基态跃迁到激发态，再回到较低能级或者基态时，发射出一定波长的辐射，称为原子荧光。对于分子的能级激发态称为分子荧光，平时所说的荧光指分子荧光。1.产生过程?光吸收：荧光物质从基态跃迁到激发态。此时，荧光分子处于激发态。?内转换：处于电子激发态的分子由于内部
12、的作用，以无辐射跃迁过渡到低的能级。?外转换：处于电子激发态的分子由于和溶剂以及其他分子的作用，以及能量转移，过渡到低的能级?荧光发射：如果不以内转换的方式回到基态，处于第一电子激发态最低振动能级的分子将以辐射的方式回到基态，平均寿命约为10ns左右。?系间转换：不同多重态,有重叠的转动能级间的非辐射跃迁。?振动驰豫：高振动能级至低相邻振动能级间的跃迁。发生振动弛豫的时间。图12.光谱特性?激发谱：固定测量波长(选最大发射波长),化合物发射的荧光强度与激发光波长的关系曲线。激发光谱曲线的最高处，处于激发态的分子最多，荧光强度最大。?发射谱：固定激发波长，发射强度与发射波长的关系。1)Stoke
13、s位移：激发光谱与发射光谱之间的波长差值。发射光谱的波长比激发光谱的长，振动弛豫消耗了能量。2)发射光谱的形状与激发波长无关：电子跃迁到不同激发态能级，吸收不同波长的能量，产生不同吸收带，但均回到第一激发单重态的最低振动能级再跃迁回到基态，产生波长一定的荧光。3)镜像规则：通常荧光发射光谱与它的吸收光谱成镜像对称关系。4)荧光寿命和荧光量子产率。去掉激发光以后，荧光强度并不是立即消失，而是以指数形式衰减。定义荧光强度降低到激发状态最大荧光强度的1/e所需要的时间称为荧光寿命。荧光寿命是个很重要的参数，可以不再对荧光的绝对强度进行测量。荧光寿命方程：Q为量子产率，为荧光发射速率，k为非辐射转移速
14、率,n为荧光自然寿命.通常量子效率和波长相关，但生化的荧光通常和波长无关。3.影响荧光分析的几个主要因素：?样品温度的影响：降低体系温度可以提高荧光量子产额。样品的光化反应：光化反应使荧光强度降低。杂散光干扰：散射光来自激发光溶剂分子的散射或被小颗粒或气泡的散射。通过在发射单色仪前和激发单色仪后插入相应的短波截止滤光片来消除。溶剂的影响：增加溶剂的极性，有利于荧光的产生。溶剂的拉曼散射光：当溶剂具有拉曼活性时，在激发光长波边会出现类似荧光的拉曼散射峰。样品浓度效应：浓度高时荧光强度下降，需要校正。样品污染的影响：轻微的污染都会影响测量的准确度。溶解氧的影响：溶解氧对一定样品有明显的荧光消光效应。pH值的影响：弱酸或弱碱分子和它们的离子在电子构型上不同，是不同的型体，各具有特殊的荧光量子产额和荧光光谱三、实验内容和装置实验装置如图2。图2图3激发单色仪将氙灯输入的连续光谱分理出单色光输出，作为激发光。激发光照射到样品上，样品发射的荧光则由发射单色仪进一步分光并被光电倍增管PM2接收。PM1用于监控氙灯光源光强起伏。通过分束器获得激发光强起伏信号，并反馈到PM2电路中，这被称为光源补偿系统。RF-5301PC型分光光度计的光学系
