汪峰 

(西安科技大学 通信与信息工程学院，陕西 西安，710054)

摘要：简单介绍了WGD-3型组合式多功能光栅光谱仪的基本光学原理，以及光栅衍射理论、基于溶液对光的选择性吸收而建立起来的一种分析方法、朗伯-比尔定律。获得了硫酸铜溶液样品的吸光度、透过率、能量曲线图。

关键词：WGD-3；栅衍射理论；比色分析；透射光强度

1 引言

    光是一种电磁波。是由不同波长（400～800nm）的电磁波按一定比例组成的混合光，通过棱镜可分解成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等各种颜色相连续的可见光谱。如把两种光以适当比例混合而产生白光感觉时，则这两种光的颜色互为补色。当白光通过溶液时，如果溶液对各种波长的光都不吸收，溶液就没有颜色。如果溶液吸收了其中一部分波长的光，则溶液就呈现透过溶液后剩余部分光的颜色。CuSO4溶液能吸收黄色光，所以溶液呈蓝色。溶液的颜色是被吸收光颜色的补色。吸收越多，则补色的颜色越深。比较溶液颜色的深度，实质上就是比较溶液对它所吸收光的吸收程度。

2实验仪器及其实验原理

2.1  实验仪器：

WGD-3型组合式多功能光栅光谱仪（天津市港东科技发展有限公司）一套。

WGD-3型组合式多功能光栅光谱仪，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，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：

  

M1反射镜，M2准光镜，M3物镜，G平面衍射光栅，S1入射狭缝，

S2光电倍增管接收，S3观查口

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

                      

•  收稿日期：2015-12-15

   作者简介：汪峰（1978-）男，江苏徐州人，工程师。主要从事电子科学与技术技术专业实验教学工作。

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成象在S2上或S3上。

M2、M3            焦距302.5mm

光栅G两块        每毫米刻线1200条 闪耀波长360nm

                  每毫米刻线1200条 闪耀波长550nm

二块滤光片工作区间 白片 350-600nm，红片 600-800nm 

规格与主要技术指标

波长范围     200-800nm    焦距        302.5mm

相对孔径     D/F=1/7      波长精度    ±0.4nm

波长重复性   ±0.2nm      杂散光      ≤10-3

2.2  实验原理

该实验运用光栅衍射实现分光，形成光谱。

（1）、光栅衍射理论：由光栅方程：

d•Sinφ=λ

可知：波长为λ的单色光垂直入射在光栅常数为d衍射光栅上，在衍射角为φ的方向上，将出现一级衍射主极大。复色光入射则形成光谱。

（2）、比色分析是基于溶液对光的选择性吸收而建立起来的一种分析方法，又称吸光光度法。

（3）、当一束平行单色光（只有一种波长的光）照射有色溶液时，光的一部分被吸收，一部分透过溶液。设入射光的强度为I0，溶液的浓度为c，液层的厚度为b，透射光强度为I，则                                                    

上式为朗伯-比尔定律的数学表示式。它表示一束单色光通过溶液时，溶液的吸光度与溶液的浓度和液层厚度的乘积成正比。K为吸光系数，当溶液浓度c和液层厚度b的数值均为1时，A=K，即吸光系数在数值上等于c和b均为1时溶液的吸光度。对于同一物质和一定波长的入射光而言，它是一个常数。

　　如果测定某种物质对不同波长单色光的吸收程度，以波长为横坐标，吸光度为纵坐标作图可得一条曲线，即物质对光的吸收曲线，可准确地描述物质对光的吸收情况。

3 实验结果及分析:

3.1基线图：

 

 

4结论

由实验结果可看出CuSO4溶液对580～600 nm的黄色光吸收最多，透过率在597.0nm附近处只有31.7 %，能量在470nm附近处最大为32.8lx. 在599.0 nm处吸光度达到最大0.545l/m。

参考文献：

[1][美]R.H.金斯顿著，孙培等译，光学和红外辐射探测[M].北京：科学出版社，1984.

[2]雷玉堂、王庆友，光电检测技术[M].北京：中国计量出版社,2000.

[3]姚启钧，光学教程（第二版）[M].北京：高等教育出版社，1987.