1、第20卷第5期2001年5月大學物理COLLEGEPHYSICSVol.20No.5May.2001使用小型棱鏡攝譜儀半定量分析光譜的簡便方法趙輝1,石恒用1,趙新2,常效奇1(1.鞍山師范學院物理系,遼寧鞍山114005;2.鞍山廣播電視設備集團公司,遼寧鞍山114012)摘要:介紹了借助CCD工業攝象機,使用小型棱鏡攝譜儀拍攝光譜及在微型計算機上制作標準鐵譜和處理光譜的方法.這種方法的采用使我們不必每次都拍攝鐵譜,大大地簡化了樣本的半定量分析.關鍵詞:棱鏡攝譜儀;光譜分析;CCD中圖分類號:O433.1;O433.4文獻標識碼:A文章編號:1000-0712(2001)05-0029-02

2、每個元素光譜都存在靈敏線.通過對被測樣本光譜的半定量分析,若發現某一元素的靈敏線存在,就可以斷定樣本中含有該元素.這種半定量分析工作對設備精度要求不高,可以使用小型棱鏡攝譜儀進行.小型棱鏡攝譜儀對環境要求低,并且價格低、操作方便、便于移動.這些特點使它能夠直接應用在工作場所.我們對它作了改進.改進后,不需要每次拍攝鐵譜,不需要洗像等一套設備,使攝譜的實時性得到改善,對工作場所要求更低,可以用于野外對礦物的定性分析.1測量方法使用小型棱鏡攝譜儀,在拍攝和處理光譜的過程中,為了省去顯影、定影、沖洗、吸干、在光譜投影儀上比對等繁雜的工序,可以采用CCD工業攝象機拍攝譜源,并通過圖象卡把拍攝的光譜圖采

3、集到計算機中,在計算機中比對處理,或者在計算機中簡單處理后打印出來,再比對處理.其過程框圖見圖1.2標準譜的制作拍攝某一樣本的光譜時,要把標準譜通常是鐵譜拍攝在同一個圖版上,讓它們有相同的比例,比對工作才能進行.鐵譜拍攝很麻煩.若能使用常用光源比對,可使過程大大簡化.但是,因為棱鏡色散的光譜不是均勻排列的.它對紅光色散小,對紫光色散大,而常用光源的譜線又太稀少,不能采用線性插入法計算所拍攝樣本譜線的波長.為了省去以后鐵譜的拍攝,采用如下方法制作標準鐵譜.用圖1所示的方法拍攝鐵譜,同時拍攝汞燈的光譜.汞的623.4nm,579.0nm,577.0nm,546.1nm,496.0nm,435.8n

4、m,407.8nm和404.6nm的譜線很好識別,用它作為標記.多次拍攝,直到滿意為止.存入計算機,這就是我們以后要用的標準鐵譜.與其他標準鐵譜相比,帶上了標記.制作的汞標記標準鐵譜見圖2.注意,標準鐵譜上的標記譜線可以選用其他常用光源代替了攝譜箱.看譜時,也不需要看譜管,可以在計算機顯示器上直接觀察整個譜面.調整CCD攝象機的鏡頭的焦距及焦面的方向得到清晰的鐵譜后,固定這個位置.圖1CCD攝譜及微機處理框圖在圖1中,棱鏡的位置已經調整好.譜源是某一樣本的發射光線經棱鏡色散后的光譜.其中CCD攝象機圖2汞標記標準鐵譜收稿日期:2000-06-19基金項目:遼寧省鞍山市科學技術委員會資助項目(9

5、711058)男,.30大學物理第20卷表1用鐵譜比對氫譜得到的氫波長實測波長/nm理論值/nm486.13486.08434.05434.00410.47410.13的譜線,但是所選光源的譜線至少要有3條,以便比對,并同時確定儀器的調整是否被破壞.3半定量分析方法介紹有了以上標準鐵譜,拍攝樣本光譜時就不需要同時拍攝鐵譜,只需同時拍攝標記光源的光譜即可.在計算機上,通過放大或縮小樣本光譜,使樣本光譜上的標記光譜與標準鐵譜上的標記光譜對準,就可以使用鐵譜計算樣本的譜線波長了.以測量氫的光譜為例,介紹分析方法的使用.使用圖1的方法拍攝氫的光譜,同時拍攝汞燈的光譜.在計算機上使鐵譜和氫譜的標記對準.

6、見圖3.然后用鐵譜比對氫譜.數據見表1.由表1可知,使用標記標準鐵譜比對樣本光譜進行半定量分析是一個很好的方法.同時,也可以在計算機上讀出光譜某一譜線的灰度,從而確定樣本中的某一元素的相對含量.本項目的實驗是在WSL-0.5型小型棱鏡攝譜儀上完成的.參考文獻:1劉書聲.現代光學手冊M.北京:北京出版社,1993.624,643.2吳思誠,王祖銓.近代物理實驗M.北京:北京大學出版社,1986.87,99.圖3汞標記氫譜Asimplewayofsemi-quantitativespectralanalysiswithasmallprismspectrographZHAOHui,SHIHeng-y

7、ong,ZHAOXin,CHANGXiao-qi111(1.DepartmentofPhysics,AnshanTeachersCollege,Anshan,Liaoning,114005,China;2.AnshanBroadcast&TelevisionDeviceGroup,Anshan,Liaoning,114012,China)Abstract:AmethodformakingthestandardironspectraandprocessingthesamplebymeansofaCCDindustrycameraandasmallprismspectrographisin

8、troduced.Usingthisway,wedonotneedtophotographtheironspectraeverytime,sothesemi-quantitativespectralanalysisismuchsimplified.Keywords:prismspectrograph;spectralanalysis;CCD(上接20頁)IstheworkdonebyaconservativeforceequaltothedecreaseofpotentialenergyGAOBing-kun(DepartmentofPhysics,TsinghuaUniversity,Beijing,100084,China)Abstract:Theworkdonebyapareofconservativeforcesisequaltothedecreaseofpotentialener-gyandingeneral,th