实验六用光学多道分析仪测钠原子光谱

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1、实验五用光学多道分析仪测钠原子光谱光谱是研究物质微观结构的重要手段，被广泛应用于化学分析、医药、生物、地质、冶金和考占等部门。常用的光谱有吸收光谱、发射光谱和散射光谱，涉及的波段从X射线、紫外线、可见光、红外光，到微波和射频波段。光学多道分析仪是光谱分析中的重要仪器之一，主要用于原子光谱、拉曼光谱、荧光光谱、时间分析谱、微观反应动力学、及天文学等方而的研究。本仪器特点，对微弱信号和瞬变信号检测尤为方便。本实验通过测量钠灯最强谱线，讣人家学会用多道分析仪进行光谱测量的基木方法。实验目的：1.学习并了

2、解光学多道分析仪的构造及工作原理。2.初步掌握光学多道分析仪的使用方法。3.对光学多道分析仪进行定标。实验仪器：钠灯、汞灯、WGD-6型光学多道分析器。实验内容：1.利用Hg灯对光学多道分析仪进行定标。2.能够用木仪器测出Na灯的最强谱线。实验原理：一、光学多通道分析器（OMA）图1是利用现代电子技术接收和处理某一波长范围（山〜九2）内光谱信息的光学多通道检测系统的基本框图。入射光被多色仪色散后在其出射窗口形成山〜入2的谱带。位于岀射窗口处的多通道光电探测器将谱带的强度分布转变为电荷强弱的分仏由信

3、号处理系统扫描、读出、经A/D变换后存贮并显示在计算机上。OMA的优点是所冇的像元(N个)同吋曝光，整个光谱可同吋取得，比一般的单通道光谱系统检测同一段光谱的总时间快N倍。在摄取一段光谱的过程屮不需要光谱仪进行机械扫描，不存在由于机械系统引起的波长不重复的误差；减少了光源强度不稳定引起的谱线相对强度误差；口J测量光谱变化的动态过程。图2是多色仪及光源部分的光路。光源S经透镜L成像于多色仪的入射狭缝入射光经平而反射镜Mi转向90°,经球面镜M?反射后成为平行光射向光栅G。衍射光经球面镜M3和M4成像

4、于观察屏Po由于各波长光的衍射角不同,在P处形成以某一波长入。为中心的一条光谱带，使用者可在P上直观地观察到光谱特征。转动光栅G可改变屮心波长，整条谱带也随之移动。多色仪上有显示中心波长X°的波长计。转开平面镜M4可使M3直接成像于光电探测器CCD上，它测量的谱段与观察屏P上看到的完全一致。图2多色仪及光源部分的光路图图3是CCD结构图。CCD是电荷耦合器件(Charge-CoupledDevice)的简称，是一•种以电荷量表示光强大小，用耦合方式传输电荷量的器件，它具有自扫描、光谱范围宽、动态范

5、围大、体积小、功耗低、寿命长、可靠性高等优点。将CCD—维线阵放在光谱面上，一次曝光就可获得整个光谱。目前，二维面阵CCD已大量用于摄像机和数字照相机。CCD的衬底是P型Si,硅表面是一层二氧化硅薄膜，膜上是一层金属作电极，这样硅和金属之间形成一个小电容。如果金属电极置于高电位，在金属界面积累了一层正电荷，P型半导体屮带正电荷的空穴被排斥，只剩下不能移动的带负电荷的受主朵质离子，形成一耗尽层，受主杂质离子因不能自rt!移动对导电作用没有任何贡献。在耗尽区内或附近，由于光了的作用产生电了-空穴对，电

6、了被吸引到半导体与SiO2绝缘体的界面形成电荷包，这些电子是可以传导的。电荷包中电子的数目与入射光强和曝光时间成正比，很多排列整齐的CCD像元组成一维或二维CCD阵列，曝光后一帧光强分布图将成为一帧电荷分布图。我们采用的是具有2048个像元的CCD一维线阵，其光谱响应范围为200〜lOOOnm,响应峰值在550nm,动态范围大于210。每个像元的尺寸在像元中心距为14

7、im,像敏区总长为28.672mm。多色仪中M2,M3的焦距302mm,光栅常数为1/600mm,在可见光区的线色散△X/A1（光

8、谱面上单位宽度对应的波长范围）约为5.55nm/mm,由此可知CCD—次测量的光谱范围为5.55X28.67约为159mm光谱分辨率即两个像元之间波长相差约0.077nm。在OMA屮每个像元称为一“道”，本实验的系统是2048道OMA。每次采样（曝光）后每个像元内的电荷在吋钟脉冲的控制下顺序输出，经放大，模数（A/D）转换，将电荷即光强顺序存入采集系统（微机）的寄存器，经微机处理后，在显示器上就可看到我们熟悉的光谱图。移动光谱图上的光标，屏上即显示出光标所处的道数和相使用者口J通过屏幕提示來操作采

9、集系统，一•般操作界面主窗口下包括的菜E项有:（1）文件一一主要提供文件打开/关闭、结果打印和程序退出等功能。（2）运行——主要包含一些数据采集子菜单项，如实时采集、背景采集和改变起始波长等。（3）数据处理——主耍提供对采集到的光谱数据进行操作处理的功能，如定标、平滑、扩展、数据读取和两谱图的加减等。定标就是用光标从光谱中找出各已知波长的谱峰所处的道数，并输入相应的波/值，计算机用最小二乘法拟合道与波长的关系，拟合后的横坐标由原来的道数标度变为波长标度。（4）设置——用來修正CCD