物理試驗光柵光譜儀的使用

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光柵光譜儀的使用

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——比較兩種眼鏡片的優(yōu)劣

光柵光譜儀的使用

——比較兩種眼鏡片的優(yōu)劣

：在本次試驗中，我用已校準的WGD-3型組合式多功能光柵光譜儀，測量了兩種鏡片：溴化銀鏡片、pc加強樹脂鏡片的透過率和吸光度的光譜曲線，并分析比較了兩種鏡片在透過率和吸光度角度上的優(yōu)劣。

：光譜儀；鏡片；透過率；吸光度

1引言：

光譜分析是根據(jù)物質的光譜來鑒別物質及確定它的化學組成和相對含量的方法,是研究原子和分子結構的主要手段，現(xiàn)有關于原子結構的知識，大部分來自對各原子的光譜研究。通過光譜研究，可以得到所研究物質中所含元素的組分和原子內部的能級結構及相互作用等方面的信息。在光譜測量中，用于分光的光譜儀器和檢測光的光探測器對分析結構有決定性作用。

2多功能光柵光譜儀：

光譜儀是指利用折射或顏衍射產(chǎn)生色散的一類本光譜測量儀器。光柵光譜儀是光譜測量中最常用的儀器。光柵光譜儀有著很大的應用前景，在好多科學領域以及工業(yè)領域都有著舉足輕重的地位：

1、在工業(yè)中的應用

在地質采礦中需要應用光柵光譜儀進行快速的光譜分析以分辯土地中金屬以及稀土元素的類別。在冶金工業(yè)中其應用更加廣泛，各種型號、大小、功率的光柵光譜儀運用在生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，其主要是在爐前分析所需要元素的類別和含量。在制造工業(yè)中則是用它來進行原料和產(chǎn)品的分析和檢驗。在輕工業(yè)、農(nóng)業(yè)和食品工業(yè)中光柵光譜儀都充當著不同但都很重要的角色。

2、在生物學和醫(yī)學中的應用人體中含有少量的微量元素，但是它們在身體中扮演著十分重要的角色，分析這些元素，各種光譜儀器是必不可少的，另外在生物細胞和各種維生素的研究過程中也經(jīng)常用到此類儀器，有時經(jīng)常用到此類儀器分析大分子的結構，對于解決生物學和醫(yī)學的一些基本問題有著積極的推動作用。不可否認在制藥工業(yè)中光譜儀都是很受用的。

3、在物理學和化學中的應用

其主要作用是研究物質的輻射、結構，以及光和物質之間的相互作用。光譜儀器可以研究原子和分子的能級分布、精細結構甚至是超精細結構，同時原子、核子物理學的發(fā)展也促進了高分辯率光譜儀器的發(fā)展

4、在天文學以及天體物理學中的應用

光譜儀器的出現(xiàn)促使天文學產(chǎn)生了巨大的飛躍，從而誕生了天體物理學，使我們能夠更加詳細的了解各種星體的大小、成分、重量以及溫度等重要的信息。

試驗中使用的是WGD-3型組合式多功能光柵光譜儀。WGD-3型組合式多功能光柵光譜儀由光柵單色儀，接收單元，掃描系統(tǒng)，電子放大器，A/D采集單元，計算機組成。該設備機集光學、縝密機械、電子學、計算機技術于一體。光學系統(tǒng)采用C-T型，如圖1

圖1光學原理圖

M1反射鏡、M2準光鏡、M3物鏡、M4轉鏡、G平面衍射光柵

S1入射狹縫、S2光電倍增管吸收、S3CCD接收

入射狹縫、出射狹縫均為直狹縫，寬度范圍0-2.5mm連續(xù)可調，光源發(fā)出的光束進入入射狹縫S1，S1位于反射式準光鏡M2的焦面上，通過S1射入的光束經(jīng)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(jīng)物鏡M3成像在S2或S3上。

M2、M3焦距302.5mm

光柵G每毫米刻線1200條閃爍波長550nm二塊濾光片工作區(qū)間白片320-500nm黃片500-800nm、

3透過率和吸光度：

在入射光通量自被照面或介質入射面至另外一面離開的過程中，投射并透過物體的輻射能與投射到物體上的總輻射能之比，稱為該物體的透過率（transmittance）。在光譜學，透光率是出射光和入射光強度的比：

吸光度（absorbance）：是指光線通過溶液或某一物質前的入射光強度與該光線通過溶液或物質后的透射光強度比值的以10為底的對數(shù)（即lg(Iin/Iout)），影響它的因素有溶劑、濃度、溫度等等：

對于不同波長（λ）的光，樣本的吸光度未必一樣。

4試驗問題的提出與分析：

什么樣的鏡片是好鏡片？

在平常在室內工作學習的時候我們希望我們的眼鏡能夠明了，敞亮。這時我們應選中擇透過率高的鏡片。

而當光線猛烈時，鏡片對眼睛的保護就顯得尤為重要，我們一般認為深色的鏡片效果比較好，由于鏡片的顏色深，透過的光線少，對眼睛的刺激小。這是原因之一，而鏡片對紫外線的吸收效果也是很重要的。接下來我們就通過試驗從透過率與吸光度的角度分析兩種鏡片：溴化銀鏡片與pc加強樹脂鏡片的優(yōu)劣。

在此之前，我們先了解一下紫外線的知識：

紫外線是電磁波譜中波長從10nm到400nm輻射的總稱，不能引起人們的視覺。1801年德國物理學家里特發(fā)現(xiàn)在日光光譜的紫端外側一段能夠使含有溴化銀的照相底片感光，因而發(fā)現(xiàn)了紫外線的存在。紫外線根據(jù)波長分為：長波紫外線UVA（波長320——400nm），中波紫外線UVB（波長280——320nm）和短波紫外線UVC（波長200——280nm）。

紫外線的波長愈短，對人類皮膚危害越大。短波紫外線可穿過真皮，中波則可進入真皮。紫外線照射時，眼睛受傷的程度和時間成正比，與照射源的距離平方成反比，并和光線的投射角度有關。紫外線猛烈作用于皮膚時，可發(fā)生光照性皮炎，皮膚上出現(xiàn)紅斑、癢、水皰、水腫、眼痛、流淚等；嚴重的還可引起皮膚癌。紫外線作用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，可出現(xiàn)頭痛、頭暈、體溫升高等。作用于眼部，可引起結膜炎、角膜炎，稱為光照性眼炎，還有可能誘發(fā)白內障，在焊接過程中產(chǎn)生的紫外線會使焊工患上電光性眼炎（可以治愈）。紫外線對健康的危害可歸納如下:

1、免疫功能下降2、對遺傳因子的深度傷害3、皮膚癌、白內障發(fā)病幾率增加4、背后和手腳的色斑癌的發(fā)病率增加5、造成皮膚暗沉、老化、斑點、皺紋6、癌前病變狀態(tài)的日光角化癥的增加7：長期照射短波的紫外線可能會引起牙齒痛

5測量汞燈的光譜圖定為基線：

光源定為汞燈，需先預熱10分鐘。調理電壓到300V左右。進入系統(tǒng)后首先開始初始化，使波長位置來到200nm處。工作方式選擇基線。工作范圍200nm——800nm。然后點擊單程掃描開始測量，觀測波長變化，使波長的峰值在800nm到1000nm之間。若發(fā)現(xiàn)峰值不在這一區(qū)間內，則需重新初始化，并且把電壓適量調大或調小后再單程掃描觀測波形變化。屢屢調整測量，直到波峰值在800nm到1000nm之間。波形測好之后，將寄放器中的數(shù)據(jù)保存成文件。波形如下圖：

6測量pc加強樹脂鏡片的透過率和吸光度：

①透過率：

其他設置不變，選擇數(shù)據(jù)存放在寄放器2，選擇測量方式為透過率，重新初始化，點擊單程掃描，就能得到pc加強樹脂鏡片透過率的譜線。譜線測好之后，將寄放器中的數(shù)據(jù)保存成文件。譜線如下圖：

②吸光度：

其他設置不變，選擇數(shù)據(jù)存放在寄放器3，選擇測量方式為吸光度，重新初始化，點擊單程掃描，就能得到pc加強樹脂鏡片吸光度的譜線。譜線測好之后，將寄放器中的數(shù)據(jù)保存成文件。

譜線如下圖：

7測量AgBr（變色）鏡片的透過率和吸光度：

①透過率：

其他設置不變，選擇數(shù)據(jù)存放在寄放器2，選擇測量方式為透過率，重新初始化，點擊單程掃描，就能得到溴化銀鏡片透過率的譜線。譜線測好之后，將寄放器中的數(shù)據(jù)保存成文件。譜線如下圖：-

②吸光度：

其他設置不變，選擇數(shù)據(jù)存放在寄放器3，選擇測量方式為吸光度，重新初始化，點擊單程掃描，就能得到溴化銀鏡片吸光度的譜線。譜線測好之后，將寄放器中的數(shù)據(jù)保存成文件。譜線如下圖：

8試驗分析

我們將樹脂鏡片的透過率與溴化銀鏡片的透過率放在一個圖中（圖2）比較；將樹脂鏡片的吸光度與溴化銀鏡片的吸光度放在一個圖中（圖3）比較，如下：

圖2

圖3

（其中圖2中下面的曲線為溴化銀鏡片，上面的曲線為樹脂鏡片；圖3中下面的曲線為樹脂鏡片，上面的曲線為溴化銀鏡片。）

通過以上兩個圖的比較我們可以發(fā)現(xiàn)：

兩種鏡片在阻擋波長小于380nm的紫外線上表現(xiàn)得都十分卓越，透過率甚至達到了接近0。而在380nm到400nm之間溴化銀對紫外線的阻擋則更為好一些。而樹脂鏡片對可見光的透過率十分可觀，幾乎都在90%以上，反觀溴化銀鏡片，對可見光的透過率就顯得遜色良多了，波長越長，它的透過率就越高，但都只在60%到80%之間。因此，假使從透過率和吸光度的角度來評價這兩種鏡片