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光谱仪实验报告 光栅光谱仪实验报告09 应用物理03 肖金龙 2012.03.28 (Gratingspectrum-metersystem) 光谱分析方法作为一种重要的分析方法，在科研、生产、质量控制等方面发挥着巨大的作用。 无论是渗透吸收光谱、荧光光谱，还是拉曼光谱，如何获得单波长辐射都是必不可少的手段。 由于现代单色仪可以具有宽光谱范围（UV-IR）、高光谱分辨率（至0.001nm）、自动波长扫描和完整的计算机控制功能，因此很容易与其他外围设备集成为高性能的自动测试系统中，采用计算机自动扫描多光栅单色仪成为光谱研究的首选。 掌握光学元件的发射光谱测试系统、透射光谱和反射光谱测试系统学习使用计算机自动扫描多光栅单色仪测试各种光源的特征谱线，学习分析并学习使用结合多光栅单色仪测试物质的荧光光谱，分析荧光物质的成分。 1.LHT75溴钨灯源房+LPT75溴钨灯恒流电源（brominetungsten） 2.LHM254波长校准汞灯光源Hglamphousecalibratinggrating,characterwavelength254nm)3. NFC-532-15 陷波滤波器装置 532nm 波长束缚，当光线从灯箱穿过时 4. SPB300300mm光栅光谱仪（thefocus300nm）5． SPB500500mm光栅光谱仪6． SD 六块滤光轮 thelightfilersixsteps7。 SAC三端口样品室samplehouse10.DCS102数据采集器dataacquisitionimplement11.PMTH-S1-CR131光电倍增管photomultipliertube12.HVC1005高压稳压电源regulatedpowersupplyhighvoltage当一束复合光进入单色仪的入射狭缝时，首先被会聚然后，光学准直器将平行光通过衍射光栅分散成不同的波长（颜色）。

利用离开光栅的每个波长的不同角度，出射狭缝由聚焦镜重新成像。 输出波长可由计算机控制精确改变。 光栅是一种重要的分光器件，其选型和性能直接影响整个系统的性能。 光栅分为刻线光栅、复制光栅、全息光栅等。刻线光栅是用金刚石刀在镀膜的薄金属表面上进行机械刻划； 复制光栅是从主光栅复制而来的。 直纹和复制光栅的典型凹槽是三角形的。 全息光栅是由激光干涉条纹光刻形成的。 全息光栅通常包括正弦槽。 刻线光栅具有衍射效率高的特点，全息光栅具有光谱范围宽、杂散光低、能达到高光谱分辨率的特点。 选择光栅主要考虑以下因素： 闪耀波长：闪耀波长是光栅的最大衍射效率点，所以在选择光栅时，尽量选择闪耀波长在实验所需波长附近。 如果实验在可见光范围内，闪耀波长可选择500nm。 (2)光栅线：光栅上的线数与光谱分辨率直接相关。 线上的线数与光谱分辨率直接相关。 阴影比。 光栅效率越高，信号损失越小。 为了提高这种效率，除了改进光栅制造工艺外，还采用了一种特殊的涂层来提高反射效率。 反射式衍射光栅是在基片上周期性地刻出许多细小的凹槽，一连串平行凹槽的间隔与波长相当，光栅表面镀有一层高反射率的金属薄膜。 从光栅的凹槽表面反射的辐射的相互作用产生衍射和干涉。

对于某一波长，它在大部分方向上都消失，只在某些有限的方向上出现，这些方向决定了衍射级数。 如图所示，光栅槽垂直于辐射的入射面，辐射与光栅法线的入射角为α，衍射角为β，定义衍射级数的一半入射光线与衍射光线之间的夹角，即φ)/2，得到更方便的光栅方程： (1) 对于给定的方向β，可以有几个波长具有相同的衍射角，数量级为600nm 初级辐射、300nm 二级辐射和 200nm 三级辐射。 这就是为什么有必要添加和消除二次光谱滤光轮的重要性。 衍射级 m 可以是正的或负的。 (2) 相同阶数的多个波长分布在不同的β。 (3) 包含多个波长的辐射方向固定，旋转光栅，改变α，则α 3 处有带白色和黄色滤光片的滤光片。光栅光谱焦距为302.5mm，波长重复性好为 0.2nm。 杂散光10-3WGD-3型组合多功能光栅光谱仪，由光栅单色仪、接收单元、扫描系统、电子放大器、A/D采集单元和计算机组成。 该设备集光学、精密机械、电子和计算机技术于一体。 光学系统采用CT型，如图2-1光学原理图M1反射镜、M2S1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0-2.5mm连续可调，光源发出的光束进入入射狭缝S1，S1位于反射式准直器M2的焦平面上，经S1入射的光束经M2反射成平行光束投射到平面光上，衍射平行光束通过物镜M3在S2或S3M2上成像，M3焦距302.5mm光栅G 1200黄片500-800nm/mm2。 点击鼠标或键盘任意键或等待5秒，立即显示工作界面，同时弹出对话框（如图）让用户确认是否当前波长位置是否有效，是否重新初始化。

如果选择OK，则确认当前波长位置，不再初始化； 如果选择取消，初始化，波长位置回到200nm。 此时，选择确定。 3、基线的测量，选择信息/视图栏为动态模式，选择左边的工作模式为基线，间隔设置为0.1或0.2纳米。 图像在450-550nm处达到峰值，然后返回，重新初始化，重新扫描，将得到的图像和数据保存在Ji 4中。选择工作模式为吸光度和透射率后，按照上述方法进行测量。 所得图像与实验4-1 荧光光谱[重点]激发态分子回到基态产生光辐射的跃迁称为辐射跃迁，即荧光。 本实验采用RF-5301PC荧光分光光度计测量不同浓度维生素B2溶液的光谱特性。 激发光波长固定，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。 原子外层的电子吸收光子后，由基态跃迁到激发态，再回到较低的能级或基态，发出一定波长的辐射，称为原子荧光。 分子能级的激发态称为分子荧光，通常所说的荧光是指分子荧光。 根据物质发出的荧光强度与浓度呈线性关系进行定量分析光纤光谱仪可以测单波长，根据荧光光谱的形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。 在荧光分析中，荧光分为自然荧光和人工荧光。 本实验所描述的荧光为自然荧光，即未经任何处理在激发光照射下即可产生荧光。

原子外层的电子吸收光子后，由基态跃迁到激发态，再回到较低的能级或基态，发出一定波长的辐射，称为原子荧光。 分子能级的激发态称为分子荧光，通常所说的荧光是指分子荧光。 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。 内部转换：由于内部效应，处于电子激发态的分子以非辐射跃迁跃迁到较低能级。 外转换：处于电子激发态的分子由于与溶剂和其他分子的相互作用，以及能量转移而跃迁到低能级荧光发射：如果不通过内转换回到基态，则处于第一电子激发态能级分子的最低振动能量会通过辐射回到基态，平均寿命约为10ns。 振动弛豫：从较高振动能级到较低相邻振动能级的过渡。 发生振动松弛的时间。 激发光谱：固定测量波长（选择最大发射波长），化合物发射的荧光强度与激发光波长的关系。 在激发光谱曲线的最高点处，处于激发态的分子数最多，荧光强度也最大。 斯托克斯位移：激发光谱和发射光谱之间的波长差异。 发射光谱与激发光谱的波长比 发射光谱的形状与激发波长无关：电子跃迁到不同的激发态能级，吸收不同波长的能量，产生不同的吸收带，但都返回到第一激发单重态的最低振动能级光纤光谱仪可以测单波长，然后跃迁回基态，产生具有一定波长的荧光。 镜像规则：通常荧光发射光谱与其吸收光谱（与激发光谱形状相同）呈镜像对称。 去除激发光后，荧光强度不会立即消失，而是呈指数衰减。

荧光强度降低到激发态最大荧光强度所需的时间定义为荧光寿命。 荧光寿命是一个非常重要的参数，荧光的绝对强度已经无法测量。 是量子产率，是荧光发射率，k是非辐射传输率，τ是光的自然寿命。 通常量子效率与波长有关，但生化荧光通常与波长无关。 产品的光化学反应：光化学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（瑞利散射）或来自小颗粒或气泡。 通过在发射单色器之前和激发单色器之后插入相应的短波截止滤波器来消除。 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，在激发光的长波长边缘会出现类荧光的拉曼散射峰。 样品浓度影响：浓度高时荧光强度降低，需要校正。 样品污染的影响：轻微的污染会影响测量的准确性。 溶解氧的影响：溶解氧对某些样品有明显的荧光消光作用。 pH值的影响：弱酸或弱碱分子及其离子的电子排布不同，类型不同。 每个激发单色器都是用氙灯输入的连续光谱分离成单色光输出作为激发光。 激发光照射在样品上，样品发出的荧光经发射单色器进一步分光，由光电倍增管PM2接收。 PM1用于监测氙光源的强度波动。 激发光强度波动信号通过分束器得到，反馈给PM2电路，称为光源补偿系统。

RF-5301PC分光光度计的光学系统如图3所示。 样品制备：制备不同浓度的维生素B2溶液：5μg/ml、10μg/ml、15μg/ml、20μg/ml、25μg/ml各10ml； 样品激发光谱特性：选择400nm激发波长，照射样品，然后扫描荧光发射波长，检测荧光发射峰波长。 然后将单色仪固定在峰值波长上，扫描激发波长，得到激发光谱图像； 样品的发射光谱特性：将激发光波长设置在激发光谱的峰值波长处，照射待测样品，扫描维生素B2溶液维生素B2溶液的浓度为5μ，维生素B2溶液的浓度为10μg/ml，维生素B2溶液浓度为15μ，维生素B2溶液浓度为20μ