用光学多道分析器进行光谱定性分析实验讲义
光谱分析讲义
第一章光谱分析的原理一、光谱和光谱分析1、光的本质光有粒子性，又有波动性，它的本质是粒子性的，波动性只是它的某些表现。
研究表明，光、电、磁现象密不可分，光、电、磁现象都是粒子运动时，受自然力作用影响，温度发生变化产生的不同效应。
它们都是我们可以观察到的物质结构间通过粒子运动传递能量现象，有着明显的共同性原理。
这三种现象是粒子流温度差异造成的，其中光效应是温度相对较高的粒子流，电效应次之，磁效应是温度相对较低的粒子流。
根据以上分析，光的本质又可称为是电磁波，根据电磁波波长范围不同，可分为通讯波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线和宇宙线等。
图1-1 电磁波的波长范围2、光速、频率和波长光速：是光在真空中的传播速度；C=3×105 m/s，C=λ·f，其中：λ为光的波长，f为光的频率。
光在真空中的传播速度是固定不变的。
3、光的色散光的颜色是由光波波长所决定的，一定波长的光线射到眼里就生成一定色的感觉。
可见光的波范围是：380—780nm。
白光是是由许多种波长的光按一定比例混合而成的，透过三棱镜可以呈现出红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色组成的光谱。
其波长范围为：红640—780nm橙640—610nm黄610—530nm绿505—525nm蓝505—470nm紫470—380nm其中红光波长最长，紫光波长最短，中间各种色光由红到紫递减。
单色光：只有一种波长，不能再行分解的光叫做单色光；复色光：含有若干种波长成份的混合光就叫做复色光。
光的色散：复色光分解成单色光的现象，叫做光的色散。
光谱：由色散形成的光按一定次序排列的光带叫做“光谱”。
4、光谱的分类光谱又分为发射光谱、吸收光谱和荧光光谱。
发射光谱：因物质的原子、离子或分子由较高能态向较低能态或基态跃迁而产生的光谱，称为发射光谱。
由发光体所发出的光直接得到的光谱都是发射光谱。
吸收光谱：物质的原子、离子或分子将吸收与其内能变化相对应的频率而由低能态或基态过渡到较高的能态，这种因物质对辐射的选择性吸收而得到的原子或分子光谱，称为吸收光谱。
多道光谱仪测光谱并光谱分析实验报告
近代物理实验实验报告实验课题：使用光学多道测量光谱与光谱分析班级：物理学061姓名：任军培学号：06180130指导老师：方允樟2008年11月21日一、摘要：本实验通过使用光学多道测量光谱了解和学会使用光学多道分析仪，并学会了通过光学多道分析仪分析氢、氮、氦、氖等光谱。
测量了氢光谱的巴尔末系中Hα、Hβ，Hγ，Hδ四种谱线的波长和里德伯常数。
二、关键词：光学多道分析器里德伯常数光谱三、引言：常用的光谱涉及的波段从X射线，紫外线，可见光，红外线，微波到射频波段。
所以光谱技术是研究物质微观结构的重要手段，它被广泛地应用于医学，生物，化学，地质考古，冶金等许多场所。
光谱实验的数据为了解原子、分子和晶体等精细结构提供了重要依据。
而光学多通道分析器是用平面光栅衍射的方法获得多级衍射光的仪器，用它可对给定波长范围的单色光进行光谱分析，与单缝，双缝衍射相比，平面光栅衍射具有衍射本领大，衍射光线亮，分辨率高等特点。
因而在特征谱线分析中有着广泛的应用。
本实验通过测量各种气体灯光的原子在可见光波段的发射光谱使大家了解光谱与微观结构（能级）间的联系和学习光谱测量的基本方法。
四、正文：1、实验原理衍射包括单缝衍射，双缝衍射和光栅衍射。
它们都可用来测量光波的波长，但由于单缝衍射，双缝衍射在各级衍射的分辨率与亮度存在矛盾，而光栅正好解决了两者间的矛盾，所以实验中大多采用平面光栅来做实验。
光栅一般分两类，一类是透射式(见图1)，另一类是反射式(见图2)。
透射式光栅是在一块平面透明的玻璃板上刻上平行，等间距又等宽的直痕，刻痕部分不透光，两刻痕间能透光，相当于狭缝。
相邻刻痕间的距离d称为光栅常数。
反射式光栅是在镀有金属层的表面上刻划斜的平行等间距刻痕，斜面能反射光。
本实验用反射式平面光栅。
图1平面透射光栅图2平面反射光栅利用现代电子技术和计算机技术接收和处理某一波长范围内光谱信息的光学多通道分析与检测系统的基本框图如图3所示。
光学多通道分析实验报告
实验小论文基本要求一、论文题目：（光谱分析仪在……的应用；关于光谱……的研究；基于光谱分析的……应用等）二、引言：（主要说明本次实验的一些现实意义及个人在学习之后的观感、收获等）三、实验原理：（必须结合自己的实验来进行描述，不可以照抄已知的实验原理，结合自己的实验，可选择的实验项目来进行。
）四、实验内容：（主要说明这个实验是如何做的，同学可以自己选择一个与本专业相关且可以应用上光谱分析仪的知识点到实验室来做，要求在其他同学正常上实验的时间。
）五、实验现象：（如有数据要做数据处理，没有数据的，说明实验的基本结论。
）六、前景展望：（主要体现在光谱仪在未来的实际应用上）七、参考文献：（书籍：写明编者、出版社、出版日期；论文：写明论文所在期刊的刊名、发表的年、月、日，期数[注意要结合实验的现有条件来写]）【以上是论文形成过程中必须有的基本步骤】八、页数要求：（正常稿纸情况下，至少五整页。
同时还要附上所打印的实验现象部分。
二者合在一起，至少六页）九、实验报告上交要求：（将所写的论文夹在实验报告（已写预习报告那份）中间，于一星期以后上交，否则该实验无成绩，且不允许参加期末实验笔试。
）十、实验室要求：（不允许在计算机使用任何外带的软盘及移动存储盘，一经发现，预以没收，并且禁止继续做实验，不允许参加期末考试。
）物理实验室2006年11月2日星期四<PIXTEL_MMI_EBOOK_2005>3光谱仪( Spectroscope)是将成分复杂的光分解为光谱线的科学仪器，由棱镜或衍射光栅等构成，利用光谱仪可测量物体表面反射的光线，。
阳光中的七色光是肉眼能分的部分(可见光)，但若通过光谱仪将阳光分解，按波长排列，可见光只占光谱中很小的范围，其余都是肉眼无法分辨的光谱，如红外线、微波、紫外线、X射线等等。
通过光谱仪对光信息的抓取、以照相底片显影，或电脑化自动显示数值仪器显示和分析，从而测知物品中含有何种元素。
光谱定性分析原理、方法、操作技术知识点解说
光谱定性分析原理、方法、操作技术知识要点一、光谱定性分析方法原理发射光谱的产生，是由于物质受到火焰、电弧、电火花激发时原子中的电子从稳定态吸收了能量，跃迁到激发态，然后又从激发态回到稳定态放出能量，而产生了一系列的光谱线。
由于各种元素的原子结构不同，在光源的激发下，可以产生各自的特征谱线，其波长是由每种元素的原子性质决定的，具有特征性和唯一性，因此可以通过检查谱片上有无特征谱线的出现来确定该元素是否存在，这就是光谱定性分析的基础。
一个元素的光谱线很多，我们不能一条一条去找，也不能随便取几条。
所以就选择一些特征光谱线来分析，即所谓分析线。
分析线要具有两个要求，一是要灵敏，二是不与其他元素线重合。
因为定性分析是要肯定样品中有没有这些元素，因此也就要求我们即使在样品中这些元素很少时，也能检定出它们的存在，这就决定所选择光谱线必须是灵敏的，当其含量很少时，还能出现在光谱中，其次要肯定元素确实存在，就必须对选择的光谱线，不仅灵敏，还要和其他元素光谱线不相重合。
二、光谱定性分析方法一般光谱定性分析常用的方法是光谱比较法，是用Hartman阶梯光栅将试样与铁棒并列摄谱，然后在映谱仪下进行光谱线与铁光谱图比较。
根据铁光谱检查样品光谱线中，有没有出现某些元素的分析线而肯定有何种元素存在。
进行光谱定性分析有以下三种方法：1.标准试样光谱比较法将要检出元素的纯物质或纯化合物与试样并列摄谱于同一感光板上，在映谱仪上检查试样光谱与纯物质光谱。
若两者谱线出现在同一波长位置上，即可说明某一元素的某条谱线存在。
本方法简单易行，但只适用于试样中指定组分的定性。
2.铁谱比较法对于复杂组分及其光谱定性全分析，需要用铁的光谱进行比较。
采用铁的光谱作为波长的标尺，来判断其他元素的谱线。
图1-5铁谱图示例3．波长比较法当上述两种方法均无法确定未知试样中某些谱线属于何种元素时，可以采用波长比较法。
即准确测出该谱线的波长，然后从元素的波长表中查出未知谱线相对应的元素进行定性。
用光学多通道分析器进行光谱定性分析(课题)
用光学多通道分析器进行光谱定性分析每种物质都有其独特的分子和原子结构、运动状态和相应的能级分布，物质运动状态变化时会形成该物质所特有的分子光谱或原子光谱，称特征光谱线。
通过光谱观测获取物质内、外信息，就是光谱分析。
根据光谱形成的机理，光谱分析可分为发射光谱分析、吸收光谱分析、散射光谱分析、荧光光谱分析等几大类；从分析目的来看，可分为光谱定性分析、光谱半定量分析和光谱定量分析。
本实验仅进行光谱定性分析。
预习要求调研单色仪的分光原理，了解闪耀光栅的结构和应用，设计方案利用氢光谱测量里德堡常数。
调研CCD的结构和工作原理。
实验仪器WGD—6型光学多道分析器，由光栅单色仪，CCD接收单元，扫描系统，电子放大器，A/D采集单元，计算机组成。
该设备集光学、精密机械、电子学、计算机技术于一体。
光学系统采用C-T型，如图1所示。
入射狭缝、出射狭缝均为直狭缝，宽度范围0-2mm连续可调，光源发出的光束进入入射狭缝S1，S1位于反射式准光镜M2的焦面上，通过S1射入的光束经M2反射成平行光束投向平面光栅G上，衍射后的平行光束经物镜M3成像在S2上。
M2、M3 焦距302.5mm光栅G 每毫米刻线600条闪耀波长550nmS2 CCD接收单元 S3观察窗M4 转镜转动M4可实现S2和S3之间的转换实验原理1．单色仪简介单色仪是用来从具有复杂光谱组成的光源中，或从连续光谱中分离出“单色光”的仪器。
所谓“单色光”是指相对于光源的光谱形成而言，其波长范围极狭窄、以致可以认为只是单一波长的光。
世界各国生产了种种不同类型的单色仪，为了结构设计和使用方便，极大多数单色仪都采用恒偏向系统，因而仪器的入射狭缝和出射狭缝都可安装在固定不变的位置，只要旋转色散棱镜、光栅或自准直反射镜即可实现波长调节，从出射狭缝射出不同波长的单色装束。
单色仪的基本性能指标（1）工作波长范围工作波长范围表明单色仪输出的、能满足工作要求的单色光束所能覆盖的波长范围。
(仪器分析课件)3.2 光谱定性分析
元素的特征线组：
3.2.3 光谱定性分析方法
（1）简项分析法
如果只需测定少数几种元素，同时这几种元素的纯物质又 比较容易得到时，可采用简项分析法。
• 用标准样品与试样在相同的条件下摄谱； • 比较标准样品与试样所出现的特征谱线； • 若试样光谱中出现标准样品所含元素的2～3条特征谱线，
就可以证实试样中含有该元素； • 否则不含有该元素。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
（2）光谱定性全分析法
光谱定性全分析法又称元素光谱图比较法。该方法一般以 铁的光谱图作为标准，是目前最通用的方法。
铁光谱作标尺有如下特点： ① 谱线多；
在210- 660nm范围内有几千条谱线。 ② 谱线间距离都很近；
在上述波长范围内均匀分布。对每一条谱线波长，人们 都已进行了精确的测量。在实验室中有标准光谱图对照进 行分析。
标准光谱图是在相同条件下，在铁光谱上方准确地绘出68 种元素的逐条谱线并放大20倍的图片。
E h h c
通过检测特征光谱线存在与否，确证某元素是否存在。只要 试样光谱中检出了某元素的2-3条灵敏线，就可以确证试样中 存在该元素。
3.2.2 元素的灵敏线、共振线、分析线及特征线组
灵敏线——元素特征谱线中强度较大的谱线，其激发电位 低，跃迁概率大。 最后线——随元素含量降低，谱线数目 减小，直到最后消 失的谱线。
判断某一元素是否存在，必须由其灵敏线决定。元素光谱 图比较法可同时进行多元素定性鉴定。
光谱定性分析方法示例
Cr
5
12.3
使用光学多道测量光谱实验预习报告
使用光学多道测量光谱实验预习报告摘要光多道探测器（OMA）是一个能够同时对多个检测通道完成光电转换，实现光谱并行检测的探测器。
光学多道利用现代的光电技术—CCD来实现对光谱的接收、测量和处理。
本文简单的阐述了光学多道仪的历史背景与发展前景，仪器的结构原理，以及实验的定标等基本问题。
关键词光学多道仪；光谱仪；吸收光谱正文光谱分析是研究物质微观结构的重要方法，它广泛应用于化学分析、医药、生物、地质、冶金和考古等部门。
常见的光谱有吸收光谱、发射光谱和散射光谱。
涉及的波段从x射线、紫外光、可见光、红外光到微波和射频波段。
本实验通过测量发光二极管发射光谱，使大家了解发光二极管的主要光学特性和光谱测量的基本方法。
光学多通道分析器是集光学、精密机械、电子学、计算机技术于一体的精密仪器，能够更为精确的进行光谱测量。
它的结构和工作原理较为复杂，但由于使用了计算机技术而使得操作过程非常方便。
本实验通过对汞灯定标和测量发光二极管的光谱从而达到了解光学多通道分析器的工作原理，理解光谱测量与分析的重要性，并掌握操作方法的目的。
一、历史背景1.光谱仪的发展光谱起源于17 世纪，1666 年物理学家牛顿第一次进行了光的色散实验。
他在暗室中引入一束太阳光，让它通过棱镜，在棱镜后面的自屏上，看到了红、橙、黄、绿、兰、靛、紫七种颜色的光分散在不同位置上——即形成一道彩虹。
这种现象叫作光谱。
这个实验就是光谱的起源，自牛顿以后，一直没有引起人们的注意。
到1802年英国化学家沃拉斯顿发现太阳光谱不是一道完美无缺的彩虹，而是被一些黑线所割裂。
1814 年德国光学仪器专家夫琅和费研究太阳光谱中的黑斑的相对位置时，把那些主要黑线绘出光谱图。
1826 年泰尔博特研究钠盐、钾盐在酒精灯上光谱时指出，发射光谱是化学分析的基础、钾盐的红色光谱和钠盐的黄色光谱都是这个元素的特性。
到1859 年克希霍夫和本生为了研究金属的光谱自己设计和制造了一种完善的分光装置，这个装置就是世界上第一台实用的光谱仪器，研究火焰、电火花中各种金属的谱线，从而建立了光谱分析的初步基础。
实验报告之光学多道分析器
近代物理实验报告（二）————光学多道分析器实验小组：实验班级:指导老师：日期：2011-11-10一、实验目的：1、了解光学多道分析器的基本原理以及它的使用方法。
2、对照实验中给定的钠光灯、汞光灯的标准光谱线来定标谱线的方法。
二、实验原理：作为大自然的物质，每一种物质都有它独特的光谱，当我们试图了解一种未知物质的时候，我们就可以通过分析它的光谱，然后与我们以前数据库中的样本光谱进行对照这样就可以得出未知物质的详细信息。
本实验中我们使用的并不是一个个单个的元件，而是由仪器厂商已经组装好的完整系统，它包括由光栅单色仪，CCD接收单元，扫描系统，电子放大器，A/D采集单元，计算机组成。
所以我们在实验中只需要了解这台仪器的操作流程就可以了。
三、光电检测技术在本实验的应用：我觉得本实验中运用了如下光电检测知识：①：闪耀光栅对外来光源的处理。
②：对于还来光谱的定标。
四、实验过程、现象、数据：NO.1实验过程：①：打开光学多道分析器的各项开关包括：计算机开关、光源开关、管谱分析器开关等。
②：打开仪器之后检查分析器与计算机是否连接正常，如连接正常用鼠标双击电脑桌面上的启动光学多道分析器的快捷键。
之后计算机软件会自动对波长进行初始化（如下图所示）然后点击“是”，系统自动对波长进行初始化。
后将扳手放在“CCD”档。
③：将汞光源放置在入光口的适当位置，点击主界面中主工具栏中的运行选择实时采集，然后旋转旋钮以调节入射光入光口的大小，直至在工作区出现若干个尖锐突起的波峰。
如发现主界面的工作区中又连续的谱线并且有若干峰值突起则 a、对于汞灯由于它的光谱线比较密集，所以如果在工作区找到4条突起的峰值其中靠右边两个突起的峰值比较靠近，则此时所采集到的光谱就是汞光灯的光谱。
b 、对于钠光灯由于它的光谱线只有两条，所以只要找到两条比较密集的光谱线突起即可。
④:当我们在工作区看到有光源所发出的光谱时，就以汞灯为例它的特征谱线波长分别是：404.78nm. 435.64nm. 546.1nm 576.9nm 579.2nm.当我们得到正确谱线时，就对相距较远的波峰进行定标，单击手动定标按钮，移动光标至谱线峰值处，回车，将标准波长输入到定标对话框中，单击“添加下一个” 按钮，移动光标至另一谱线峰值处，将另一已知标准波长输入到定标对话框中，再单击“定标” 按钮进行线性定标。
光谱定性分析实验报告
光谱定性分析实验报告1. 引言光谱定性分析是一种常用的实验方法，通过对物质在不同波长下的吸收或发射光谱进行观察和分析，可以确定物质的成分、性质以及其他相关信息。
本实验旨在通过光谱定性分析的方法，对给定的几种物质进行鉴定和分析。
2. 实验材料和方法2.1 材料•溶液：待测物质溶液A、B、C、D•光谱仪：XX型光谱仪•试管：4个2.2 方法1.将待测物质溶液A、B、C、D分别取少量加入4个试管中；2.打开光谱仪，调整波长范围为可见光范围；3.依次将试管中的溶液放入光谱仪中，记录下每种溶液的吸收或发射光谱；4.根据吸收或发射光谱的特征，对每种溶液进行定性分析。
3. 实验结果3.1 溶液A的光谱溶液A在可见光范围内呈现出红色光谱，表明溶液A中存在某种物质吸收了其他波长的光，只能反射红色光。
3.2 溶液B的光谱溶液B在可见光范围内呈现出蓝色光谱，表明溶液B中存在某种物质吸收了其他波长的光，只能反射蓝色光。
3.3 溶液C的光谱溶液C在可见光范围内呈现出绿色光谱，表明溶液C中存在某种物质吸收了其他波长的光，只能反射绿色光。
3.4 溶液D的光谱溶液D在可见光范围内呈现出黄色光谱，表明溶液D中存在某种物质吸收了其他波长的光，只能反射黄色光。
4. 结果分析根据实验结果，我们可以初步判断溶液A、B、C、D中分别存在某种物质，使得它们只能反射红色、蓝色、绿色和黄色光。
进一步分析这些物质的光谱特征，结合已知的化学物质的吸收光谱，可以进一步确定溶液A、B、C、D中物质的成分和性质。
5. 结论通过光谱定性分析的方法，我们成功鉴定了溶液A、B、C、D中存在的物质分别为某种吸收红色、蓝色、绿色和黄色光的物质。
进一步的定性分析还需要综合其他实验数据和化学知识。
6. 总结光谱定性分析是一种重要的实验方法，通过观察和分析物质的光谱特征，能够快速确定物质的成分和性质。
在实验过程中，我们需要注意选择合适的光谱仪、调整波长范围，并结合化学知识对光谱结果进行分析和解释。
光谱定性分析实验报告
光谱定性分析实验报告光谱定性分析实验报告引言：光谱定性分析是一种常用的科学实验方法，通过观察物质在不同波长的光线下的吸收或发射特性，来确定其组成和性质。
本实验旨在通过光谱定性分析方法，对几种常见物质进行鉴定和分析。
实验材料与方法：本实验所用的仪器设备包括光谱仪、样品容器和光源。
首先，准备待测物质的溶液，并将其分别放入样品容器中。
然后，将样品容器放入光谱仪中，调整光谱仪的波长范围和光强度，以获取准确的光谱数据。
实验结果与分析：1. 样品A：经过光谱仪的测量，我们观察到样品A在波长为400-500nm的紫色光下发出强烈的蓝色荧光。
这提示我们样品A可能含有某种荧光物质，进一步的分析可能需要通过比对已知荧光物质的光谱数据来确定其成分。
2. 样品B：在波长为600-700nm的红色光下，样品B呈现出明显的吸收峰。
这表明样品B可能含有某种吸收特定波长光线的物质。
结合其他实验数据，我们可以进一步推测样品B可能为某种有机化合物。
3. 样品C：样品C在波长为500-600nm的绿色光下显示出较强的吸收峰。
这提示我们样品C可能含有某种吸收绿光的物质。
进一步的分析可以通过与已知物质的光谱数据进行比对，来确定样品C的成分。
4. 样品D：在波长为400-500nm的紫色光下，样品D发出微弱的荧光。
这可能意味着样品D中含有一种具有荧光特性的物质。
进一步的实验可以通过测量其荧光的发射光谱，来确定其成分和性质。
结论：通过光谱定性分析实验，我们成功地对几种常见物质进行了鉴定和分析。
样品A可能含有某种荧光物质，样品B可能为某种有机化合物，样品C可能含有吸收绿光的物质，样品D可能含有具有荧光特性的物质。
进一步的实验和比对已知物质的光谱数据，可以进一步确定这些物质的成分和性质。
实验的局限性与展望：本实验仅仅是对几种常见物质进行了初步的光谱定性分析，结果仅供参考。
在进一步研究中，可以采用更精确的光谱仪和更多的样品，以提高分析的准确性和可靠性。
光学多道测量光谱
使用光学多道测量光谱摘要：本文介绍了电荷耦合器件（CCD）成像原理，以及光学多道分析器（OMA）多道快速检测和显示微弱光谱信号的方法，并利用汞灯的特征光谱线长进行定标，测量钠灯和氢氘灯的光谱，为分析金属种类和金属特征谱线长提供简便方法。
关键词：Hg光谱波长定标光栅多色仪传统的光谱测量技术由于受到光谱分辨率、灵敏度、时间、分析速度的限制，已经不再适应科学技术的发展和应用的需要。
20世纪60年代激光科学特别是可调谐激光技术的发展，新型光谱探测元件及探测技术的发展，光电二极管自校准技术和微弱光谱信息的接收技术和处理技术以及微处理机的应用，使得光谱测量技术的发展产生了一个革命性的变化，进入了一个新的发展时期。
传统的摄谱仪、光电分光光度计等光谱仪已经逐渐被光学多道分析仪OMA所取代。
它集信息采集、处理、存储等功能于一体。
CCD自1970年问世以后，发展迅速，应用广泛。
它具有自扫描，光谱范围宽，动态范围大，体积小，功耗低，寿命长，单色性高等优点，已应用于光谱分析仪器上，将它置于光谱仪的光谱面，一次曝光可获得整个光谱，且易于计算。
CCD图象器件用于OMA的仪器迅速增长，大大提高了光谱分析的精度和效率。
1.实验原理1.1电荷耦合器件（CCD）电荷耦合器件是一种以电荷量表示光量大小，用耦合方式传输电荷量的新型器件。
它具有自扫描、光谱范围宽、动态范围大、体积小、功耗低、寿命长、可靠性高等一系列优点。
CCD 基本结构和MOS(金属一氧化物一半导体)器件一样，衬底是硅半导体。
如图1，硅表面有一层二氧化硅薄膜，再上面是一层金属，作为电极。
这样，在硅和电极之间形成一个小电容，在其两端加一偏压就产生一个与硅表面垂直的电场。
如果衬底是 p 型 Si ，金属电极置于高电位，电场的方向则从金属指向 p 型半导体。
在金属界面积累了一层正电荷，p 型半导体界面处的空穴被排斥，只剩下带负电荷的受主杂质离子，形成一耗尽层。
耗尽层的杂质离子是不能自由移动的，对导电作用没有任何贡献。
使用光学多道测量光谱(实验报告)
（实验报告）使用光学多道测量光谱【摘要】传统光谱仪的色散元件为棱镜和光栅，测量结果的准确性不高。
随着时间的发展，光谱仪的概念也在发展、变化。
本实验我们采用光学多道仪来测量未知光的光谱，可以直接从电脑上读出，非常方便。
利用已知Hg光的特征谱线的波长进行定标，然后利用所得的道数和波长的转换关系，测量钠光谱线的波长。
通过本实验，我们能了解到另一种测量光谱波长的实验方法，并能掌握光栅光谱仪的使用以及其中的一些原理和方法。
【关键词】光谱测量、定标、电荷耦合器件（CCD）、光学多通道分析器（OMA）。
【引言】传统的光谱测量技术由于受到光谱分辨率、灵敏度、时间、分析速度的限制，已经不再适应科学技术的发展和应用的需要。
20世纪60年代激光科学特别是可调谐激光技术的发展，新型光谱探测元件及探测技术的发展，光电二极管自校准技术和微弱光谱信息的接收技术和处理技术以及微处理机的应用，使得光谱测量技术的发展产生了一个革命性的变化，进入了一个新的发展时期。
传统的摄谱仪、光电分光光度计等光谱仪已经逐渐被光学多道分析仪OMA所取代。
OMA是近十几年出现的采用光子探测器(CCD)和计算机控制的新型光谱分析仪器，它集信息采集、处理、存储等功能于一体。
由于OMA不再使用感光乳胶，避免和省去了暗室处理以及之后的一系列繁琐处理、测量工作，使传统的光谱技术发生了根本的改变，大大改善了工作条件，提高了工作效率；使用OMA分析光谱，测量准确迅速、方便，且灵敏度高、响应时间快、光谱分辨率高，测量结果可立即从显示屏上读出或由打印机、绘图仪输出。
目前，它已被广泛使用于几乎所有的光谱测量、分析及研究工作中，特别适应于对微弱信号、瞬变信号的检测。
【正文】CCD工作原理CCD是一种用耦合方式传输电荷量并用电荷量来表示光强大小的器件。
它具有自动扫描，光谱范围宽，动态范围大，体积小，功耗低，寿命长，可靠性高等优点。
将CCD一维线阵放在光谱面上，一次曝光就可获得整个光谱。
用光学多道分析器研究氢原子光谱
用光学多道分析器研究氢原子光谱摘要：光谱是光的频率和强度的分布关系图，是研究物质微观结构的一个重要途径。
在本实验中，使用光学多道分析器来测量氢原子的巴耳末系的,,,H H H H αβγδ的波长，并利用所测波长计算里德伯常量。
关键词：氢原子光谱、汞灯定标、光学多道分析器、巴耳末系、里德伯常量实验目的：1：测定氢原子巴耳末系发射光谱的波长的氢的里德伯常量。
2：了解氢原子能级与光谱的关系，画出氢原子的能级图。
3：了解光学多道分析器的原理和使用方法。
实验原理：根据玻尔理论，氢原子的能级公式为()()432021,1,2,,=81/1836.15e e e em e E n n m M h n m M Mm μμε=-=+ 其中称为约化质量，为电子质量，为原子核质量，氢原子的为。
电子从高能级跃迁到低能级时，发射的光子能量h ν为两能级间的能量差()()(),h E m E n m n ν=->，如以波数1/σλ=表示，则上式为()()()()2211H E m E n T n T m R hc n m σ-⎛⎫==-=- ⎪⎝⎭，式中H R 为氢原子里德伯常量，()T n 称为光谱项，它与能级()E n 是对应的，从H R 可得氢原子各能级的能量()21H E n R ch n=- ，式中1584.1356710eV s, 2.9979210/h c m s -=⨯⋅=⨯。
从3m ≥至2n =的跃迁，光子的波长位于可见光区，其光谱符合规律()2211,3,4,5,2H R m m σ⎛⎫=-=⎪⎝⎭，这是巴耳末发现并总结的经验规律，称为巴耳末系，氢原子的莱曼系位于紫外，其他线系均位于红外。
实验仪器：光学多道分析器是利用现代电子技术接收和处理某一波长范围内光谱信息的光学多通道检测系统。
多色仪及光源部分的光路见图1，图1光源S 经透镜L 成像于多色仪的入射狭缝S 1,，入射光经平面反射镜M 1转向90 ，经球面镜M 2反射后成为了平行光射向光栅G ，衍射光经球面镜M 3和平面镜M 4成像于观察屏P 。
用光学多道分析器研究氢原子光谱
用光学多道分析器研究氢原子光谱俞维民（物理科学与技术学院物理学基地班学号：2008301020001）摘要：使用光学多道分析器测定氢原子巴尔末系中HαHβHγHδ波长，并利用所测的波长拟合计算出氢原子的里德伯常量。
关键词：光学多道分析器，氢原子光谱，巴尔末系，里德伯常量THE STUDY OF HYDROGEN ATOMIC SPECTRUM WITH OPTICALMULTICHANNEL ANALYZERAbstract:By using the OMA, this article will measure out the wavelength ofHαHβHγHδin the Balmer spectrum, and work out the Rydberg constant of hydrogenatom by using the wavelength above.Keywords: Optical Multichannel Analyzer, Hydrogen atom spectrum, Balmer spectrum, Rydberg constant1.引言：下图为氢原子的能级图．根据玻尔理论，氢原子的能级公式为：（34-1）式中称为约化质量，m e为电子质量，M为原子核质量．氢原子的等于1836.15。
电子从高能级跃迁到低能级时，发射的光子能量hν为两能级间的能量差如以波数表示，则上式为式中R H 称为氢原子的里德伯常数，单位是m -1，T(n)称为光谱项，它与能级E(n)是对应的．从R H 可得氢原子各能级的能量式中-1584.1356710, 2.9979210-1h=eV s m s c ⨯⋅=⨯⋅从能级图可知，从3≥m 至2n =的跃迁．光子波长位于可见光区．其光谱符合规律这就是1885年巴耳末发现并总结的经验规律，称为巴耳末系．2. 实验原理：由于H α线波长为656.28nm ，H δ波长为410.17nm ，波长间隔246nm 超过CCD 一帧159nm 范围，无法在同屏中观察到，故需分两次观察测量。
光学多道分析器(OMA)实验报告 - 副本
近代物理实验报告实验题目光学多道分析仪实验实验目的1、了解光学多道分析仪（OMA）的组成及工作原理。
2、学习使用OMA的方法。
3、了解计算机在光学数据采集、分析处理中的应用。
实验原理CCD的工作过程是：当CCD受到光照后，各个CCD单元内储存的电荷量与它的曝光量成正比，若给它施加特定时序的脉冲，其内部单元储存的信号电荷便能在CCD内作定向传输，实现自扫描，进而将由光照感生的电荷依次传送出去。
CCD主要有线阵和面阵两种类型：面阵CCD已被广泛应用到科研、生产、医学和日常生活中，如摄像机和数字照相机等等，光谱仪器则主要采用一维线阵CCD。
由于CCD的结构特点，利用它作为光谱分析仪的探测元件，可以同时采集一定波长范围内光谱中各个波长点的数据；若同时将其输出的电脉冲信号经数-模（A/D）变换后串行输入计算机，可由计算机对光谱信息进行采集，分析和处理，并在计算机的显示屏上近乎实时地显示出光谱的强度分布图，进而实现光谱的快速分析。
应用这类系统对较弱信号进行光谱分析时，也只需几分钟的曝光时间即可完成。
实验设备多色仪、CCD探测器及相关电路、数据采集卡和相关专用微机、汞灯、日光灯、氖灯、打印机实验内容1、测量CCD-OMA 的波长分辨率；2、波长标定（用汞灯的谱线546.1nm 578.0nm ）；3、测介质膜的透过率曲线；4、确定CCD 的波长响应范围。
实验步骤1、测量CCD-OMA 的波长分辨率：用汞灯（577nm 和578nm ）。
进行分辨率测试，分辨率定义为： 为两谱线对应CCD 道数的差值。
（打印出谱线图）步骤： （1）、在win98界面中，点击CCD 测量软件图标。
按F1（collect and disp.Spectrum ），再按F3（real time ）进入连续采集并实时显示。
（2）、打开汞灯，调节狭缝大小，汞灯到狭缝的距离，旋转棱镜，聚焦。
（3）、调出汞灯光谱后，找到（577nm 和578nm ）双峰位置，调节最佳效果。
光学多道
比值接近，说明正是对应的上述谱线，所以将其手动定 比值接近，说明正是对应的上述谱线， 采用线性定标，定标后道数自动转化为波长， 标。采用线性定标，定标后道数自动转化为波长，这样只要 当未知波长的波峰成在屏幕的坐标轴上， 当未知波长的波峰成在屏幕的坐标轴上，就可以直接读出未 知的波长值。 知的波长值。 撤去汞灯，放上钠灯以后，即可测出在屏幕上的谱线， 撤去汞灯，放上钠灯以后，即可测出在屏幕上的谱线， 在最大值处是588.81nm 与精确值589nm相差甚微。 588.81nm， 589nm相差甚微 在最大值处是588.81nm，与精确值589nm相差甚微。
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二.实验步骤 （1）按实验原理图连接好线路，打开汞灯 电源开关，将扳手放在“观察”档，将汞 灯放在入缝处，调节缝S1和S2至适当宽度 灯放在入缝处，调节缝S1和S2至适当宽度 以在S3处能观察到汞灯的清晰谱线为宜。 以在S3处能观察到汞灯的清晰谱线为宜。 （2）将扳手放在“CCD”档，启动计算机， ）将扳手放在“CCD”档，启动计算机， 运行WGD— 运行WGD—6应用程序进入工作界面。 （3）设置好参数区中各项参数。 （4）启动实时采集，在屏幕上将显现汞光 源的一系列谱线，单击手动前进和后退按 钮，使几条谱线显示在屏幕中央。
汞灯的主要谱线波长如下： 汞灯的主要谱线波长如下：
为了使定标更加准确，我们要保证在屏幕上出 为了使定标更加准确， 现三条或更多的谱线，如下图所示。 现三条或更多的谱线，如下图所示。通过寻峰我们 可以得到每一条谱线对应的道数。 可以得到每一条谱线对应的道数。
通过对比已知的光谱数， 通过对比已知的光谱数，由于我们要得到的是 道数与波长成线性关系， 道数与波长成线性关系，所以只要道数差的比值与 波长差的比值公式接近， 波长差的比值公式接近，我们就可以通过手动定标 来确定特征峰对应波长。 来确定特征峰对应波长。 峰1、2、3，道数差之比为 (1844-1444)/(1444(1844-1444)/(1444-160)=0.280 选取比值最接近这一值的波长值 (579.96-546.07)/(546.07(579.96-546.07)/(546.07-404.66)=0.219 峰2、3、4，道数差之比为 （1872-1844）/(1844-1444)=0.07 1872-1844）/(1844选取比值最接近这一值的波长值 (579.07-576.96)/(576.96(579.07-576.96)/(576.96-546.07)=0.0683
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用光学多通道分析器进行光谱定性分析
每种物质都有其独特的分子和原子结构、运动状态和相应的能级分布，物质运动状态变化时会形成该物质所特有的分子光谱或原子光谱，称特征光谱线。
通过光谱观测获取物质内、外信息，就是光谱分析。
根据光谱形成的机理，光谱分析可分为发射光谱分析、吸收光谱分析、散射光谱分析、荧光光谱分析等几大类；从分析目的来看，可分为光谱定性分析、光谱半定量分析和光谱定量分析。
本实验仅进行光谱定性分析。
实验目的
1.学习使用光学多道分析器；
2.学习光谱定性分析的实验方法；
3.利用氢光谱测量里德堡常数。
实验仪器
WGD—6型光学多道分析器，由光栅单色仪，CCD接收单元，扫描系统，电子放大器，A/D采集单元，计算机组成。
该设备集光学、精密机械、电子学、计算机技术于一体。
光学系统采用C-T型，如图1所示。
入射狭缝、出射狭缝均为直狭缝，宽度范围0-2mm连续可调，光源发出的光束进入入射狭缝S1，S1位于反射式准光镜M2的焦面上，通过S1射入的光束经M2反射成平行光束投向平面光栅G上，衍射后的平行光束经物镜M3成像在S2上。
M2、M3 焦距302.5mm
光栅G 每毫米刻线600条闪耀波长550nm
S2 CCD接收单元S3观察窗
M4 转镜转动M4可实现S2和S3之间的转换
实验原理
1．单色仪简介
单色仪是用来从具有复杂光谱组成的光源中，或从连续光谱中分离出“单色光”的仪器。
所谓“单色光”是指相对于光源的光谱形成而言，其波长范围极狭窄、以致可以认为只是单一波长的光。
世界各国生产了种种不同类型的单色仪，为了结构设计和使用方便，极大多数单色仪
都采用恒偏向系统，因而仪器的入射狭缝和出射狭缝都可安装在固定不变的位置，只要旋转色散棱镜、光栅或自准直反射镜即可实现波长调节，从出射狭缝射出不同波长的单色装束。
单色仪的基本性能指标
（1）工作波长范围
工作波长范围表明单色仪输出的、能满足工作要求的单色光束所能覆盖的波长范围。
（2）线色散率和光谱分辨率
与仪器配用的色散组件的角色散率与光谱聚焦物镜的焦距决定单色仪的线色散率，通常以线色散率倒数形式给出仪器的色散能力。
在棱镜单色仪中，线色散率是随工作波长变化而有明显变化的，所以必须在给出线色散率数值时标明波长数值。
单色仪的光谱分辨率表明该仪器在较严格的工作条件、较窄的狭缝宽度时所能达到的最高分辨率。
对于一般性能单色仪，常常不给出具体分辨率数值，而指明仪器可以清晰分辨开的某些元素光谱线（例如钠元素的D光双线）；对于高分辨单色仪，则常需给出具体的可分辨波长间隔值。
（3）波长精度和重复性
这两个指针表明单色仪出射光束的真实波长值与仪器指示值之间的偏差，以及多次重复时的重现程度。
单色仪的波长精度和重复性由仪器的波长调节机构或波长扫描机构及波长示数机构的工作精度决定。
波长重复性还受到机械传动空间、摩擦力、电子系统噪声等随机因素的影响。
在大多数单色仪中，仪器的波长精度值大致与其分辨率数值相近（但带±号，即容许双向偏差），而波长读数的重复性数值（取若干次重复测定中的最大偏差值）则等于波长精度的绝对值。
（4）杂散光
单色仪的杂散光是指出射光束中所需光谱宽度范围以外其它波长的光辐射量，这种不需要的“杂光”辐射混在所需波带的辐射中输出，不但使出射光束的单色性降低，而且形成光度测定工作中的背景光，降低检测信噪比，甚至“淹没”微弱的有用光辐射信号。
通常，以达到辐射探测器的“杂光”通量与选定的所需波长通量之比作为杂散光强度的度量，实用上以百分数表示。
由于散射光强度与波长四次方成反比，所以单色仪的杂散光强度随工作波长范围不同而不同，因此给出杂散光强度时应同时标明波长值。
WGD—6型光学多道分析器规格与主要技术指标：
波长范围300—900nm
焦距 302.5mm
相对孔径 D/F=1/7
分辨率优于0.2nm
波长精度≤±0.4nm
波长重复性 ≤±0.2nm
杂散光 ≤10-3
CCD（电荷耦合器件）接收单元 2048
光谱响应区间 300—900nm
积分时间9档（每档53毫秒）
重量20kg
2．光谱定性分析
光谱定性分析是根据物质的光谱中是否存在某种元素的特征光谱线，以判断该物质中是否含有该元素。
用光学多道分析器采集某已知物质的光谱，并对其各谱线进行波长定标，再采集未知物质的光谱，读取其各谱线相应波长值，根据特征光谱，判定其为何种物质。
3．用氢光谱测量里德堡常数
根据玻尔理论，可以导出氢原子光谱线的公式
⎟⎠⎞⎜⎝⎛−=2211n K
R v (1) 式中v 叫波数，是波长λ的倒数，它表示单位长度内波的数目。
R 叫里德伯常数，其实
验值R=1.0968×107米-1。
当K=2时，（1）式成为
,12
122⎟⎠⎞⎜⎝⎛−=n R v ΛΛ,5,4,3=n 该式称巴耳末公式，该系列光谱线叫巴耳末系，前四条谱线分布在可见光范围。
通过测定氢原子光谱，验证里德堡常数。
实验内容
1．准备工作
（1）接通电源前，认真检查接线是否正确。
（2）转换开关
检查转换开关的位置，确认是否是工作位置，若CCD 接收，可将开关指示在“CCD ”档；若观察谱线，可将开关指示在“观察”档。
（3）入射狭缝S1的调正
狭缝为直狭缝，宽度范围0～2mm 连续可调，顺时针旋转为狭缝宽度加大，反之减小，每旋转一周狭缝宽度变化0.5mm 。
为延长使用寿命，调节时注意最大不超过2mm ，平日不使用时，狭缝最好开到0.1～0.5mm 左右。
（4）滤光片
为去除光栅光谱仪中的高级次光谱，在使用过程中，操作者可根据需要把备用的滤光片装在入射狭缝S1的窗玻璃前。
滤光片共二片，工作区间：
白色滤光片 350-600nm
红色滤光片 600-900nm
2．操作方法
软件安装后，会在“开始”菜单中的“程序”选项下出现“CCD ”菜单。
点击“CCD ”菜单，将启动CCD 软件控制处理系统。
（要求先开硬件，再开软件）
进入系统后，仔细阅读说明书，根据提示来操作采集系统。
3．用光学多道分析器进行光谱定性分析
（1）氦的特征光谱线进行光谱定标，由于CCD 一幀只能采集159nm 的范围，因而定标应分两幀进行；
（2）测出待测氢光谱线的波长；
4．用最小二乘法线性拟合求出里德伯常数。
参考资料
1.母国光 光学 人民教育出版社 1978
2.张三慧 史田兰 大学物理学（第四册） 光学 近代物理 清华大学出版社 1991
3.芶清泉 原子物理学 高等教育出版社 1983。