近代物理实验（中国石油大学）实验3-2光谱法测量透明介质的吸收曲线

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1、实验3・2光谱法测量透明介质的吸收曲线介质对光的吸收不但与介质的材料有关，而且与入射光的波长有关。研究介质对光的吸收规律，不仅可以获得关于介质的信息，如成分、浓度、厚度等，还可以获得关于光源的信息。作为光谱分析技术的基本内容，通过实验掌握相应的研究方法，具有重要的现实意义。【实验目的】1、了解光栅光谱仪的构造原理及其使用方法。2、加深对介质光谱特性的了解。3、掌握测量介质的吸收曲线或透射曲线的原理和方法。【实验原理】当一束光穿过有一定厚度的透明介质平板吋，有一部分光被反射，另有一部分光被介质吸收，剩下的光从介质平

2、板透射出来。设有一束波长为入、入射光强为10的单色平行光垂直入射到一块厚度为d的透明介质平板上，如图3-2-1所示。如果从界面1反射的光强为Ir,从界面1向介质透射光的光强为11，在界面2处的入射光强为12，从界面2射出的透射光的光强为IT，则定义介质板的光谱外透射率T和介质的光谱透射率Ti分别为(3-2-1)(3-2-2)*以上提到的I］、【2、Ir和It是指光在界面1和2上，以及在介质中多次反射和透射的总效果。_一般来说，介质对光的反射、透射和吸收不但与介质的材料有关，而且与入射光的波长有关。我们将光谱透射率

3、0与波长入的关系曲线称为透射曲线。依据朗伯•比耳定律，在均匀介质内部光谱透射率h与介质厚度d有如下关系(3-2-3)式中a称为介质的线性吸收系数，一般也称为吸收系数。吸收系数不仅与介质的材料有关,而且与入射光的波长有关。吸收系数a与波长X的关系曲线称为吸收曲线。设光垂直入射到厚度为d的介质上，光要从介质前后表面发生反射。如果a值很小，反射可以进行多次。若介质表而的反射系数为R，则透过样品的光强为=厶(1一R)2严+/0(1-町R2e'3ad+/0(l-R)2R4e'5ad+…(3-2-4)人（1一/?）讣"式中5

4、、It2、Its…分别表示从界面2第一次透射、第二次透射、第三次透射…的光的光强。所以(3-2-5)厶=(1_/?)仏5/0-R2e~2ad通常介质的光谱透射率廿和吸收系数a是通过测试由同一材料加工成的（a相同），表面性质相同（R相同），但厚度不同的两块试样的光谱外透射率后计算得出的。设两块试样的厚度分别为山和d2,d2>dP光谱外透射分别为T】和T2。由（3-2-5）式可得T2__e~^2^-R2e'2^)-般R和a都很小，故上式可近似为(3-2-6)(3-2-7)比较（3-2-6）式和（3-2-3）式，可得

5、(3-2-8)实验中的WGD-8A型光栅光谱仪采用光电倍增管（附录3-2-1）测量光谱的光强。在合适的条件下，光电倍增管输出的光电流与入射光的光强成正比，因而利用光电流的输出值,就可由下式计算光谱透射率和吸收系数Inz,-Ini2(3-2-10)(3-2-9)式中ii和i2分别表示试样厚度为山和①时光电流的大小。【实验仪器】WGD-8A型组合式光栅光谱仪（附录3-2-2）；汞灯及汞灯电源；漠鹄灯及漠鹄灯电源;错敛玻璃3片（厚度分别为1mm和2mm）【实验内容】1、光谱仪的调节和波长示值的修正（1）调光谱仪的底脚螺

6、钉，以保证光谱仪水平放置（2）以汞灯作为光源，校对光谱仪波长示值的准确度，并做修正校正时，首先调好狭缝J和S2宽度（1〜2mm）,然后点燃汞灯，打开光谱仪电控箱电源,调整光电倍增管工作电压约500V左右，启动WGD—8A光谱仪的控制软件（光电倍增管部分），待准备状态结束后，测量汞灯的能量谱。如果能量谱高度超出显示范围或太小，可适当改变狭缝S］和S2宽度，以及光电倍增管工作电压，使能量谱显示适中。将计算机给出的汞的四条谱线的标称值与标准波长值（435.8nm、546.1nm、577.0nm、579.lnm）对比，若

7、出现偏差，则应将修正值输入计算机屮。有关光谱仪控制软件的具体使用说明请阅读提供的手册。2、观察和测量错做玻璃的典型吸收峰（300nm〜660nm）关闭汞灯，用漠餌灯换下汞灯，将漠鹄灯直接安装在光谱仪入口狭缝（SJ前，并将待测的较薄的一片错钱玻璃垂直放入样品室内，保持原有狭缝宽度不变，测量此时的介质透射能量谱，并根据实测曲线的信号强度来调节光电倍增管的电压参数，使所测信号具有适当强度。待调整完毕，重新扫描一次，观察各吸收峰，记录它们的波长和能量。3、测量错做玻璃在500〜660nm之间的吸收曲线分别测量1mm和2m

8、m厚的错釵玻璃片在500〜660nm之间透射能量谱i

9、（入）和i2（入）,并根据（3-2-9）式和（3・2・10）式做出铿做玻璃在500〜660nm之间的吸收曲线a（X）—九。为了减小电源及光电倍增管不稳定的影响，可对每块玻璃的能量谱进行多次测量。分布数据点时要合理。4、测量吸光度与介质厚度之间的关系曲线用提供的三块错钱玻璃组织四个厚度，选择某个吸收峰，测绘吸光度A与介质