用光柵光譜儀測定濾色片的光譜透過率試驗目的：1、了解光柵光譜儀的工作原理；2、把握利用光柵光譜儀進展測量的技術；3、用光柵光譜儀測定濾色片的光譜透過率。試驗儀器：多功能光柵光譜儀、計算機、打印機、待測濾色片〔品紅色、黃色、青色。試驗原理：光柵光譜儀的根本構造光譜儀是指利用折射或衍射產生色散1所示。它由入射狹縫S1、準直球面反射鏡M1、光GM2以及輸出狹縫S2構成。衍射光柵是光柵光譜儀的核心色散器〔可以是平面或凹面〕刻畫出一系列平行、金屬膜或介質膜，就構成一塊反射試驗射光 圖1光柵光譜儀光路柵。相鄰刻線的間距d稱為光柵常數，通常刻線密度為每毫米數百至數十萬條，刻線方向與光譜儀狹縫平行。入射光經光柵衍射后，相鄰刻線產生的光程差：其中sd(sinsin)為衍射角，則可導出光柵方程：d(sinsin)m (1.1)光柵方程將某波長的衍射角和入射角通過光柵常數d聯系起來，為入射光波長，m為衍射級次，取0，±1，±2，…等整數。式中的“”號選取規章為：入射角和衍射角在光柵法線的同側時取正號，在法線兩側時取負號。假設入射光為正入射0，光柵方程變為dsinm。衍射角度隨波長的變化關系，稱為光柵的角色散特性，當入射角給定時，可以由光柵方程導出d md dcos， (1.2)復色入射光進入狹縫S1M2變成復色平行光照耀到光柵G上，經光柵色散后，形成不同波長的平行光束并以不同的衍射角度出射，M2將照耀到它上面的某一波長的光聚焦在出射狹縫S2上，再由S2G安裝在一個轉臺上，當光柵旋轉時，就將不同波長的光信號依次聚焦到出射狹縫上，光電探測器記錄不同光柵旋轉角度〔不同的角度代表不同的波長〕時的輸出光信號強度，即記錄了光譜。這種光譜儀通過輸出狹縫選擇特定的波進步行記錄，稱為光柵單色儀。在使用單色儀時，對波進步行掃描是通過旋轉光柵來實現的。通過光柵方程可以給出出射波長和光柵角度之間的關系〔2所示。2dcossin， (1.3)m12轉臺衍射光光柵2ψ入射光2光柵轉動系統示意圖轉臺衍射光光柵2ψ入射光2光柵轉動系統示意圖光譜儀是指利用折射或衍射產生色散的一類光譜測量儀器。光柵光譜儀是光譜測量中最常用的儀器，根本1S1M1G、聚焦球面反射鏡M2以及輸出狹縫S2構成。測定物質的光密度曲線(1)測量光強的原理常用光電測量的方法來測量光強，它的根本思想是把待測光強，照到某一光電接收元件上，經過肯定的電路后，就顯示出肯定的讀數i，由于i與I有一一對應的Ifi或i(Ii的讀數求得光強I我們常選擇適當的光電元件及工作條件，使得i與I成線性關系，即iaIb，其中a和b為常數。進一步，可選出更抱負的元件，使它的i與I成正比關系．即上式中的b=O，那就更便利了，于是有i∝I，或寫成iS()I 〔2.1〕式中，對波長λ肯定的光，S為確定值，它不隨光強I變化．但Sλ而變化，是波長λ的函數。(2)物質的透光率波長為λ光強為I0的光照耀到某物體上，被物體吸取和散射一局部，透過一局部．設透射光的強度為I，那么定義I／I。為該物體對此波長的光的透光率，即T()I() 〔2.2〕I()0它的值越大，表示該物體對此種波長的光吸取的越少，透射過去的越多。同一物體，對不同波長光的透光率不同，即Tλ的函數。(3)物體的光密度曲線透光率倒數的對數定義為該物體的光密度，記為D()lg 1 〔2.3〕T()D〔λ〕與波長有關，TDλ)吸取得越多。所以，人們用D〔λ〕譜表示物質的光吸取程度。理論證明，均勻物質構成的物體，其光密度值與物體厚度成正比。對稀溶液而言，光密度還與溶液濃度成正比。假設光先后通過兩個物體，這兩個物體總的透光率足兩個物體透光率的乘積。總的光密度是兩個物體光密度之和。由公式(2.2)和(2.3)可得D()lg 1T()

I i /S i lg 0 lg0 lg0 I i/S i因此．從i0i可以求出D值。D—λ關系曲線稱作該物體的光密度譜。需指出的是，這種關系是在i與I成正比的前提下得到的，所選擇的接收系統應滿足這個條件。試驗內容和步驟 ：開機之前，請認真檢查光柵光譜儀的各個局部〔單色儀主機、電控箱、承受單元、計算機〕連線是否正確，保證準確無誤。0.1mm左右。接收單元光柵光譜儀依據使用要求配有光電倍增管接收單元。留意：假設承受光電倍增管作為接收單元，不能在光電倍增管加有負高壓的狀況下，使其暴露在強光下〔包括自然光。在使用完畢后，肯定要留意調整負高壓旋鈕使負高壓歸零，然后再關閉電控箱。狹縫調整儀器的入射狹縫和出射狹縫均為直狹縫，寬度范圍0~2mm連續可調，順時針旋轉為狹縫寬度加大，反之減小。每旋轉一周狹縫寬度變化0.5mm，最大調整寬度為2mm。為延長使用壽命，狹縫寬度調整時應2mm。儀器測量完畢或尋常不使用時，狹縫最好調整到0.1~0.5mm左右。電控箱的使用電控箱包括電源、信號放大、掌握系統和光源系統〔氘燈和鎢燈可選件。在運行儀器操作軟件前肯定要確認全部的連接線正確連接且已經翻開電控箱的開關。程序安裝〔如已安裝好，則跳過〕儀器的參數設置和測量均由計算機來完成。因此在使用前必需先安裝WDS系列多功能光柵光譜儀器中文操作軟件。承受標準光譜燈進展波長校準光柵光譜儀由于運輸過程中震驚等各種緣由，可能會使波長準確度產生偏差，因此在第一次使用前用的光譜線來校準儀器的波長準確度。在尋常使用中，也應定期檢查儀器的波長準確度。用氘燈譜線校準利用氘燈的兩根譜線的波長值〔486.0nm和656.0nm〕來進展校準儀器。依據能量信號大小手工調整入射狹縫和出射狹縫，掃描氘燈光譜。假設波長有偏差，用“零點波長校正”功能進展校正。分別掃描不同光源的光譜調整光源，使其在單色儀的波長范圍內有最大的輸出。依據測量對系統參數進展相應的設置。依據測量的要求對出射、入射狹縫寬度進展相應的設置。試驗內容〔補充：翻開計算機電源，光源〔氘燈〕電源與光電倍增管高壓電源。執行屏幕上PMT光柵光譜儀操作程序。按“確定”按鍵，進展系統復位〔波長復位。波長校正進入“參數設置”菜單，將“掃描速率”改為“中速480n，終止波長改為按“光譜掃描”至完成“峰值檢測”填入100，回車。程序列出譜線波長。其中一條為486.0nm。有認即可，重按“光譜掃描”予以確認。基線掃描〔關氘燈電源，開鎢燈電源，按“測量方式”中“基線掃描〔留意A/D超過4000，在“參數設置”中“測量模式”改為透過率350nm~800nm。測量三種濾色片透過率，以及相互重疊后的透過率。登記峰值波長和半寬度范圍。將數據拷貝入Excel，畫出曲線。在每條透過率曲線上標明編號，并輸出打印。表一、試驗數據記錄濾色片顏色濾色片顏色峰值波長(nm)峰值透過率(T/%)起始波長(nm)最大透過率(T/%)思考題：1．如何承受標準光譜燈對光柵光譜儀進展波長校準？2．說明每條透過率曲線的峰值波長和對應的顏色，以及二種濾色片重疊后的透過率曲線與它們原來的透過率曲線之間的關系。附錄：試驗裝置：WDS系列多功能光柵光譜儀的操作由計算機操作和手工操作來完成。單色儀的入射狹縫寬度、出射狹縫寬度和負高壓〔光電倍增管接收系統〕不受計算機掌握用手工設置外，其它的各項參數設置和測量均由計算機來完成。WDS系列多功能光柵光譜儀構造框圖如圖3所示。3WDS系列多功能光柵光譜儀構造框圖光學系統光譜儀光學系統，如圖1所示：M1準光鏡、M2物鏡、M3轉鏡、G平面衍射光柵、S1入射狹縫、通M3S2S3從而選擇接收器件類型，出射狹縫為S2則為光電倍增管或硫化鉛、鉭酸鋰、TGS等接收器件；出射狹縫為S3則為CCD承受器件。入射狹縫、出射狹縫均為直狹縫，寬度范圍0~2mm連續可調，光源發出的光束進入入射狹縫S1，S1M2S1射入M2反射成平行光束投向平面光柵G上，衍射后的平行光束經物鏡M2S2上，或經物鏡M2M3平面成像在S3上。光源系統為儀器供給工作光源，可選氘燈、鎢燈、鈉燈、汞燈等各種光源。電子系統電子系統由電源系統、接收系統、信號放大系統、A/D轉換系統和光源系統等局部組成。電源系統為儀器供給所需的工作電壓；承受系統將光信號轉換成電信號；信號放大器系統包括前置放大器和放大器兩個局部；A/D轉換系統將模擬信號轉換成數字信號，以便計算機進展處理。軟件系統WDS系列多功能光柵光譜儀的掌握和光譜數據處理操作均由計算機來完成。軟件系統主要功能有：儀器系統復位、光譜掃描、各種動作掌握、測量參數設置、光譜采集、光譜數據文件治理、光譜數據的計算等。WDS系列多功能光柵光譜儀器系統操作軟件依據型號不同和接收儀器不的同配有PMT操作系統和CCD操作系統。每一系統均可承受快捷鍵和下拉菜單來進展儀器操作，下面分別進展說明。PMT操作系統開機與系統復位確認光柵光譜儀已經正確連接并翻開電源。在WONDOWS操作系統中，從“開頭”——“程序”——“WDS系列光柵光譜儀”中執行相應的PMT可執行程序，或雙擊桌面上的快捷方式，啟動系統操作程序。在系統初始化過程后應有波長復位正確的提示，然后按“確定”進入系統操作主界面。菜單欄的使用系統菜單欄包括文件、測量方式、數據處理、系統操作和幫助五項內容。文件文件菜單中包括建、翻開、存盤、參數設置、打印和退出系統等項。其中，建，即去除當前圖譜文件并重建立一個圖譜文件。56翻開，即翻開已存圖譜文件，可依據系統提示選擇文件所在路徑。存盤，即保存當前圖譜文件，可依據系統提示選擇文件保存路徑。參數設置，即依據測量需對系統參數進展相應的參數設置。在測量模式一欄中，可選擇能量或透過率測量，并在系統允許的范圍內，對起始刻度和終止刻度進展設置。能量〔~409，透過率0~10。在掃描速度一欄中，可對掃描記錄數據的速度進展相應的設置，當樣品未知時，一般可選擇快速或中速，對于不同的儀器型號會稍有所不同。在掃描方式一欄中，可選擇測量為連續方式或重復方式，或在當前波長對時間進展記錄。在波長范圍一欄中，可依據需要在系統允許的波長范圍內對其進展相應的設置。系統允許的波長范圍依據儀器型號的不同有所不同。在光譜帶寬一欄中，系統設置為手動，即依據測量需要對出射、入射狹縫寬度進展相應的設置。系統默認增益為1，假設信號較弱，可適中選擇增益1~。打印，即依據提示對話框，打印當前圖譜。退出系統，當完畢系統測量，選擇此項，依據提示退出光柵光譜儀操作系統。測量方式測量方式菜單中包括光譜掃描、基線掃描和時間掃描等項。其中，光譜掃描，即依據當前參數設置對當前光譜進展記錄。基線掃描，中選擇了透過率測量方式時，在光譜掃描之前首先要對系統進展基線掃描以記錄系統當前狀態，在進展基線掃描時，狀態欄顯示值一般應在0~4095之間。時間掃描，即在當前參數設置狀況下，對當前波進步行時間記錄。數據處理在數據處理菜單中包括刻度擴展、局部放大、峰值檢索、峰值顯示、讀取數據、光譜平滑、光譜微分和光譜運算等項。其中，刻度擴展，指對當前橫、縱坐標的起始、終止刻度在系統允許的范圍內進展相應的放大或縮小。點擊6所示對話框。局部放大，指對當前圖譜文件進展局部放大。峰值檢索，指讀當前圖譜文件中肯定范圍內的峰值進展檢索并將結果顯示出來。點擊此項彈出如圖7所示對話框，提示輸入峰值高度，輸入峰值高度后，點擊確定即可。讀取數據，即讀取當前圖譜的橫、縱坐標數據，可選擇列表方式或光標讀取方式。光譜平滑，點擊此項系統將對當前圖譜文件進展平滑處理，以去掉噪聲或過小的峰值，來便利圖譜的讀取或區分。光譜微分，點擊此項功能可對當前圖譜進展一至四次微分。系統操作系統操作菜單中主要包括波長檢索、波長校正、系統復位和系統設置等項。其中，波長檢索，點擊此項系統彈出如圖8所示波長檢索對話框，提示輸入目的波長，波長范圍為系統允許波長范圍內的任意波長值。波長線性校正，當對光柵光譜議儀器系統檢測覺察系統波長值與準確波長不對應時，可通過此項對系統波進步行校正，在對話框中輸入系統值與實際波長值的差值，點擊確定即可。系統復位，當儀器在運行過程中覺察有不正常現象消滅時，可點擊此項對系統進展重復位，以消退影響。系統設置，即系統調試時用到的一些數據，用戶不行更改。幫助幫助菜單中供給了廠商及儀器版本信息。工具欄的使用工具欄中主要包括建、翻開、保存、打印、光譜掃描、參數設置、波長檢索、讀取數據、峰值檢索、刻度擴展、屏幕刷和停頓等項。其中：建、翻開、保存、打印、和參數設置等項包含于菜單欄的“文件”菜單中；光譜掃描包含于菜單欄的“測量方式”菜單中；波長檢索包含于菜單欄中的“系統操作”菜單中；讀取數據、峰值檢索和刻度擴展包含于菜單欄中的“數據處理”菜單中。屏幕刷，即刷當前圖譜屏幕顯示以去除數據標注的字符。停頓，點擊此項，系統將停頓當前操作。退出系統與關機當系統測試完畢后，將出射、入射狹縫調整至0.1mm左右，假設有負高壓系統，則將負高壓調整至零。CCD操作系統開機于系統復位確認光柵光譜儀已經正確連接并翻開電源。WINDOWSWDSCCD可執行程序，或雙擊桌面上的快捷方式，啟動系統操作程序。在系統初始化過程后應有波長復位正確的提示，然后按“確定”進入系統操作主界面。菜單欄中使用系統菜單欄中包括文件、采集、數據處理、系統操作和幫助五項內容。下面分別進展介紹。文件文件菜單中包括建、翻開、存盤、測量參數、打印和退出系統等項。其中，建，即去除當前圖譜文件并重建立一個圖譜文件。翻開，即翻開已存圖譜文件，可依據系統提示選擇文件所在路徑。存盤，即保存當前圖譜文件，可依據系統提示選擇文件保存路徑。測量參數，即依據測量需對系統參數進展相應的設置，通常狀況下實行默認值即可。打印，即依據提示對話框，打印當前圖譜。退出系統，當完畢系統測量，選擇此項，依據提示退出光柵光譜儀操作系統。采集采集菜單中包括一次采集、連續采集和門值設置等項。其中，一次采集，即在當前中心波長對當前光譜進展一次性記錄。連續采集，即在當前中心波長對當前光譜進展連續性記錄，時時刷。門值設置，系統默認門值設置為-1，當要去除較小的峰值時，可通過設置門值來進展限制。數據數理數據處理菜單中包括讀取數據、光譜平滑、峰值檢索、刻度擴展、顯示光譜參數、像元波長轉換和譜線運算等項。其中，讀取數據，即讀取當前圖譜的橫、縱坐標數據，可選擇列表方式或光標讀取方式。光譜平滑，點擊此項系統將對當前圖譜文件進展平滑處理，以去掉噪聲火過小的峰值，來便利圖譜的讀取或區分。提示輸入峰值高度，輸入峰值高度后，點擊確定即可。刻度擴展，指對