Проверка градуировка шкалы длин волн

Проверку градуировки шкалы длин волн проводите по спектру ртутно-гелиевой лампы ДРГС-12 визуальным и фотоэлектрическим методами. Сначала проведите визуальную оценку градуировки следующим образом:

включите рычажным переключателем лампу ДРГС-12 и отрегулируйте ее;

установите ширину щели 0,02—0,03 мм;

приведите на выходную щель желто-зеленую линию спектра ртути 546,1 нм; наблюдение ведите через окно кюветной камеры, для чего расположите у окна клочок бумаги; в момент максимальной яркости светового пятна снимите отсчет по шкале длин волн и сравните его с табличным значением;

если отсчет отличается от 546,1 не больше, чем 2 нм, можно проводить градуировку фотоэлектрическим методом; в противном случае исправьте градуировку вместе с преподавателем согласно рекомендациям инструкции к спектрофотометру СФ-26.

Проверку градуировки фотоэлектрическим методом проводите следующим образом:

установите рукоятку 53 (см. рис. 1) в положение ЗАКР;

установите фотоэлемент, соответствующий проверяемой области спектра, в рабочее положение рукояткой 41 и установите нулевое положение на стрелочном приборе 15 рукояткой 54;

установите рукоятку 52 в положение «х1»;

установите рукоятку 53 шторки в положение OTKP;

определите и запишите измеренное значение длины волны (по шкале монохроматора спектрофотометра) всех линий лампы в диапазоне 200-1100 нм (их будет больше, чем это указано в [1]). Для чего приведите на выходную щель каждую намеченную линию спектра, медленно вращая призму за рукоятку 26, при этом стрелка измерительного прибора отклонится вправо; уменьшая ширину щели, удерживайте стрелку в пределах шкалы; в момент максимального отклонения стрелки прекратите вращение рукоятки 26 и снимите отсчет по шкале длин волн; максимальное отклонение стрелки, соответствующее моменту прохождения линии через щель, определите по началу движения стрелки измерительного прибора влево.

Примечание. Вращение рукоятки привода механизма сканирования осуществляйте в сторону увеличения длин волн. Если отклонение стрелки вправо при прохождении линии по щели составляет 1-2 деления, то следует увеличить чувствительность и установить рукоятку 55 в положение «2», «3» или «4», проверив нулевое значение при закрытой шторке 53.

При оформлении отчета в разделе результатов необходимо представить следующее.

Рассчитайте отклонения по длине волны для каждой рассмотренной линии и сравните с требованиями к градуировке, данными в инструкции к спектрофотометру [1]. В отчете полученные данные представьте в виде таблицы:

* – Заполнять только для 222,47; 248,27; 253,65; 280,35; 302.1; 365,0; 404,7; 435,8; 546,1; 587,6; 1014 и 1083 нм (см. [1]).

** – Для заполнения столбца найдите данные самостоятельно (сетевые ресурсы, литература по оптике и т.п.) и укажите их в отчете. Так как ультрафиолетовый и инфракрасный диапазоны не относится к видимой части спектра, соответствующие ячейки таблицы не заполняйте.

Примечание. При интерпретации наблюдаемых линий (переходов в атомах ртути и гелия) пользуйтесь приложениями I и II.

Литература

1. Спектрофотометр СФ-26. Техническое описание и инструкция по эксплуатации.

Приложение I.Энергетическая диаграмма атома ртути с возможными переходами (длины волн указаны в Å)

Приложение II.Сильные линии в спектре гелия и ртути

Приложение III.Определение ширины входной и выходной щелей

Спектральный интервал потока излучения, выделяемый монохроматором, определяется шириной входной и выходной щелей и линейной дисперсией призмы или решётки. Последняя равна dl/dλ, где l – расстояние, отсчитываемое в плоскости выходной щели. На практике используют и обратную линейную дисперсию dλ/dl, измеряемую в нм/мм. Рассмотрим все возможные случаи: щели равны друг другу, выходная щель шире входной и наоборот.

При равенстве щелей, рис. 1 а), изображение входной щели, соответствующее той длине волны, на которую установлен монохроматор, полностью пройдёт через выходную щель. Кроме того, выходной щелью частично будут пропущены изображения, соответствующие соседним длинам волн и смещённые в обе стороны относительно выходной щели. Доля излучения, срезанная краями выходной щели, пропорциональна смещению изображения и станет равной нулю для изображений, смещённых на ширину щели. Таким образом, пропущенный спектр можно представить в виде равнобедренного треугольника, вершина которого лежит на установленной длине волны, а основание равно интервалу длин волн, соответствующему удвоенной ширине щели:

При выходной щели, более широкой, чем входная, рис. б), полностью будет пропущен интервал длин волн, соответствующий участку спектра длиной а' – а, а полная ширина пропущенного интервала будет определяться значением а + а':

Аналогичная картина получится и в обратном случае, когда а' < а, рис. в). Здесь в интервале положений а - а' выходной щелью будет пропущена одна и та же доля изображения входной щели, а полная ширина интервала будет соответствовать а + а'.

Таким образом, для всех трёх случаев пропущенный спектральный интервал определяется большей из щелей. При заданном значении спектрального интервала максимальный поток пропускается монохроматором при равенстве ширин входной и выходной щелей. Поэтому такой режим предпочтителен при работе с источником сплошного спектра, если нет каких-либо дополнительных соображений. При работе с линейчатым спектром ширина выходной щели выбирается такой, чтобы через неё прошло всё излучение установленной линии, т. е. она должна быть шире входной как из-за конечной спектральной ширины линии, так и из-за дифракционного и аберрационного расширения изображения. Возможен и обратный приём: ширина входной щели выбирается большей ширины выходной настолько, что дальнейшее её увеличение не приводит к росту выходящего из монохроматора потока.

  Рисунок 1. Спектральный интервал, выделяемый монохроматором при различных относительных значениях ширины щелей:

а) выходная щель равна входной (а' = а); б) выходная щель шире входной (а' > а); в) выходная щель уже входной (а' < а); l –- расстояние в плоскости выходной щели.

Наверху показаны изображения входной щели (заштрихованы) в плоскости выходной от источника сплошного спектра.

Приложение IV.Определение ширины входной и выходной щелей

На этих рисунках показано влияние давления паров ртути (мощности разрядных ламп: arc lamp – лампа мощностью 350 Вт) на профиль линий, используемых для проверки спектральных шкал. Похожий эффект будет наблюдаться при работе с широкими щелями. Вывод: градуировку следует проводить с маломощной разрядной лампой (ДРГС-12 имеет мощность 12 Вт) и предельно узкими щелями.