Градуировка шкалы длин волн

Проверку градуировки шкалы длин волн производите 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 вести 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».

 

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:

 

№	Эталонная λ, нм	Измеренная λ, нм	**Цвет	Hg/He	Δλ, нм	*Допустимое Δλ, нм	*Соответствие (+ или -)
…

 

* – 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 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

Приложение II. Сильные линии в спектре гелия и ртути

Интенсивность, λ, Å Состояние отн. ед. 7 2385.40 He II 9 2511.20 He II 1 2723.19 He I 12 2733.30 He II 2 2763.80 He I 10 2818.2 He I 4 2829.08 He I 10 2945.11 He I 40 3013.7 He I 20 3187.74 He I 15 3203.10 He II 1 3354.55 He I 2 3447.59 He I 1 3587.27 He I 3 3613.64 He I 2 3634.23 He I 3 3705.00 He I 1 3732.86 He I 10 3819.607 He I 1 3819.76 He I 60 3888.6046 He I 200 3888.6456 He I 300 3888.6489 He I 20 3964.729 He I 1 4009.27 He I 50 4026.191 He I 5 4026.36 He I 12 4120.82 He I 2 4120.99 He I 3 4143.76 He I 10 4387.929 He I 3 4437.55 He I 200 4471.479 He I 25 4471.68 He I 4 4685.3769 He II 3 4685.4072 He II 15* 4685.7038 He II 15* 4685.7044 He II 12 4685.8041 He II 30 4713.146 He I 4 4713.38 He I 20 4921.931 He I 100 5015.678 He I 10 5047.74 He I 5 5411.52 He II 500 5875.6148 He I 250 5875.6404 He I 120 5875.9663 He I 8 6560.10 He II
Интенсивность, λ, Å Состояние отн. ед. 200 6678.1517 He I 3 6867.48 He I 100 7065.1771 He I 60 7065.2153 He I 20 7065.7086 He I 50 7281.35 He I 1 7816.15 He I 2 8361.69 He I 2 9063.27 He I 2 9210.34 He I 10 9463.61 He I 4 9516.60 He I 3 9526.17 He I 1 9529.27 He I 1 9603.42 He I 3 9702.60 He I 6 10027.73 He I 2 10031.16 He I 15 10123.6 He II 1 10138.50 He I 10 10311.23 He I 2 10311.54 He I 3 10667.65 He I 150 10829.0911 He I 500 10830.2501 He I 1000 10830.3398 He I 9 10913.05 He I 3 10917.10 He I 4 11626.4 He II 30 11969.12 He I 20 12527.52 He I 50 12784.99 He I 20 12790.57 He I 7 12845.96 He I 10 12968.45 He I 2 12984.89 He I 12 15083.64 He I 200 17002.47 He I 1 18555.55 He I 6 18636.8 He II 500 18685.34 He I 200 18697.23 He I 100 19089.38 He I 20 19543.08 He I 500 20581.287 He I 80 21120.07 He I 10 21121.43 He I 20 21132.03 He I 3 30908.5 He II 4 40478.90 He I
Интенсивность, λ, Å Состояние отн. ед. 20 2026.860 Hg II 400 2052.828 Hg II 20 2224.711 Hg II 10 2252.786 Hg II 60 2260.294 Hg II 400 2262.223 Hg II 10 2263.634 Hg II 1000 2536.517 Hg I 25 2652.039 Hg I 40 2653.679 Hg I 400 2847.675 Hg II 30 2916.250 Hg II 25 2947.074 Hg II 250 2967.280 Hg I 70 3021.498 Hg I 90 3125.668 Hg I 80 3131.548 Hg I 80 3131.839 Hg I 12 3208.169 Hg II 10 3532.594 Hg II 10 3605.762 Hg II 600 3650.153 Hg I 70 3654.836 Hg I 50 3663.279 Hg I 1000 3983.931 Hg II 400 4046.563 Hg I 60 4339.223 Hg I 100 4347.494 Hg I 1000 4358.328 Hg I 12 5128.442 Hg II 15 5204.768 Hg II 80 5425.253 Hg II 500 5460.735 Hg I 200 5677.105 Hg II 50 5769.598 Hg I 60 5790.663 Hg I 12 5871.279 Hg II 20 5888.939 Hg II 15 6146.435 Hg II 250 6149.475 Hg II 25 7081.90 Hg I 6 7346.508 Hg II 250 7944.555 Hg II 6 9520.198 Hg II 200 10139.76 Hg I 50 13570.21 Hg I 40 13673.51 Hg I 50 15295.82 Hg I 50 17072.79 Hg I 25 23253.07 Hg I

 

 

 

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.