实验31　原子发射光谱与吸收光谱的观测与分析

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1、实验31　原子发射光谱与吸收光谱的观测与分析院系：理工学院光信息3班　　　4号参加人　　实验人：和河向　　05323086　2007.4.12〔实验目的〕1、学会使用光学多通道分析器的方法。2、通过对钠原子光谱的研究了解钠原子光谱的一般规律。3、加深对钠金属原子中外层电子与原子核相互作用以及自旋与轨道运动相互作用的了解。4、了解紫外――可见吸收光谱的基本规律。5、初步学会测量物质的吸收光谱。〔实验仪器〕光学多通道分析器（WGD-6型）、光学平台（GSZ-II型）、汞灯、钠灯、溴钨灯光源、计算机等。〔实验原理〕一、原子发射光谱1、发射谱线钠原子与氢原子相似，只有

2、一个价电子，内层电子与原子核构成原子实。因此价电子在原子实的力场中运动，情况又与氢原子不同。由实验可知钠原子的光谱线公式为：　　其中为光谱线的波数；R为里德伯常数；和n为原始态和终态的主量子数；和分别为始态和终态的轨道量子数；和分别为该量子数决定的能级的轨道量子数。对于钠原子的光谱，可分为一下四个系：　　主线系：　np－>3sn=2,3,4…　锐线系：　ns－>3pn=4,5,6…　　漫线系：　nd－>3pn=3,4,5…　　基线系：　nf－>3dn=4,5,6…这些谱线中，各线系所在光谱区域不同。主线系只有3p－>3s的两条谱线在可见区，其余在紫外区。钠原子

3、的主线系的第一组线就是有名的双黄线。2、吸收谱线光在一定波长范围内，若物质对光的吸收不随波长而改变，叫做一般吸收；相应的，若吸收随波长而变，叫选择吸收。任一介质都是在一个波段范围内表现为一般吸收，在另一个波段范围内将可能表现为选择吸收。紫外和可见光区的吸收光谱实质是在电磁辐射的作用下，多原子分子的价电子发生跃迁而产生的分子吸收光谱（又称为电子光谱）。　　媒介对光的吸收由朗伯定理和比尔定理描述。朗伯定理：设由一平面光波在一各向同性的均匀媒质中传播，经厚度为的平行薄层后，光强从I变化到I+dI，则dI/I与成正比，即有，则　，是＝0时的光强，为常数，叫吸收系数。-

4、7-在较多情况下，当气体的分子或溶解在溶剂中的某些物质的分子吸收光时，吸收系数与光波通过的路程上单位长度的内吸收光的分子数也就是浓度c成正比，即，则朗伯定理变为。若以为透过率，以表示吸光率，则可得到比尔定律的数学形式：或（）　　因此，得到的吸收谱线中的峰值表示介质对这部分的光吸收较为强烈。1、色散系统因为测量中的谱线通常很接近，因此要用到，色散系统将光谱分开以便观察。本实验中利用的是光栅摄谱仪。通过光栅对光线进行分光。分光原理在这里就不赘述了。〔实验步骤〕1、原子发射光谱的观测。（1）打开实验装置，对汞灯和钠灯进行预热。（2）用光学多通道分析器对汞灯发射光谱进

5、行拍摄，从440nm开始至540nm，每隔20nm，对所摄谱线进行定标；每次定标完成后，换上钠灯进行双黄线的测量。2、原子吸收光谱的观测。（1）打开机器进行预热。（2）用汞灯对440nm的光谱线进行定标，误差是nm。换上溴钨灯，观测以水为本底的透射率曲线，并记录保存。（3）观测以溴钨灯通过不同浓度的高锰酸钾溶液后的透射曲线，并参照以水为本底的溴钨灯的透射率。定出高锰酸钾溶液每条吸收期限的吸收峰波长并验证比尔定律。〔实验注意事项〕1、调整光学多通道分析器的刀口时，要缓慢避免拧得太紧损坏刀口。2、用汞灯或钠灯测量时要避免别的光源的干扰。3、拿比色皿时要拿有毛玻璃的

6、面，测量的过程要保证溴钨灯在同一位置上。测量不同浓度的吸收谱线时尽量把比色皿放在同一位置。〔实验数据处理〕一、钠原子发射光谱的观测。放上汞灯，调整出合适的三个峰值，对其发射光谱的三条标准谱线波长值进行定标。它们分别是：绿色546.07nm黄色　576.96nm黄色　578.97nm。-7-图4图3图2图1定标过程包括手动定标（图1），曲线拟合（图2），得到定标坐标（图3），对钠灯双黄线的光谱进行测量（图4）。　得到不同定标下对钠双黄线波长的测量值如表1所示。表1　钠双黄线的测量123456汞灯定标/nm440.1459.3479.7500.2520.2540.

7、6钠双黄线1/nm588.360588.568588.660588.702588.712588.774钠双黄线2/nm588.939589.145589.167589.206589.218589.278可知钠双黄线的波长为：标准误差为：-7-　　＝0.06nm所以　＝588.620.06（nm）同理：标准误差为：0.05nm所以＝589.160.05nm　可见，钠的双黄线的波长分别为588.62nm和589.16nm，测量所得结果误差较小，在误差允许范围内基本达到实验要求。可以从不同的定标所测的结果看到：随着定标波长的增大，所测得的双黄线的波长也会不断的增大。

8、为什么会出现这样的情况，我是不能解析的