实验十：光谱量测.PDF

實驗十：光譜量測 目的：藉由觀察、量測各種不同氣體放電光管的光譜，驗證原子能階的存在。 原理：每種原子或分子各有其獨特之電子結構，電子由高能階躍降至低能階時發 出光子，若為氣態物質，通常在紫外／可見光區有多條狹窄不連續之譜線，稱為 紫外／可見光譜(Eisberg: Quantum physics, ch.7-12) 。不同的物質有不同的光譜， 因此光譜常用於化學分析。測量光譜需用分光儀器，其主要元件為三稜鏡或光 柵，光線經分光元件後的偏振角度隨波長而變(Hecht: Optics 或 Guenther: Modern Optics) 。另一類型的量測儀器為傅利葉轉換光譜儀，常用於紅外光譜(Haraharan: Interferometry) ，本實驗採用光柵。 儀器： 實驗步驟： 1. 在物鏡端安置汞燈 ，平行移動汞燈 ，以眼睛直接在物鏡後方觀察 ，使汞燈光 源最大亮度由進光狹縫進入物鏡 ，調整適當狹縫寬度（在可觀察的範圍內， 越細越好）。 2. 旋轉目鏡端，並利用目鏡內的交叉定位線，使目鏡與物鏡成一直線，如 Fig10-1 。(注意，此時並未放置光柵) Fig 10-1 3. 利用轉動式目鏡系統鎖定旋鈕鎖住目鏡。 4. 鬆開角度游標尺鎖定旋鈕 ，並將角度游標尺固定在０度後，旋緊鎖定旋鈕， 此步驟為０度校正。 注意：此角度游標尺主尺的最小單位為0.5 度(即30 分) ，而副尺可準確至１ 分，角度讀取方式如Fig 10-2 。 Fig 10-2 5. 將光柵夾放在樣品置放平台上，先以肉眼觀察，使光柵垂直於入射光線，如 Fig 10-3 。 Fig 10-3 6. 鬆開目鏡系統鎖定旋鈕，將目鏡往左旋轉直至觀察到第一條綠色的汞燈光譜  線，並紀錄此左邊繞射角度為 。再將目鏡往左旋轉直至觀察到第一條綠色 L    的汞燈光譜線，並紀錄此左邊繞射角度為 。若  ，表示光柵並未垂直 R L R 於入射光線。   7. 微調樣品放置平台的角度（即微旋光柵角度），重置步驟6 ，直至 = ，旋 L R 緊樣品放置平台旋鈕使固定光柵角度 ，如Fig 10-4 。 Fig 10-4 8. 往左邊或右邊，漸漸旋轉目鏡角度，測量汞燈譜線位置(角度θ)並註明各譜 線之顏色。當你觀察到又有相同顏色出現時，代表已經觀察到第二階繞射線 了，本實驗只需做第一階繞射光譜量測。 9. 更換不同氣體放電光管，如步驟2～8 ，觀察並紀錄各種不同的原子放電光譜。 10. 光柵繞射公式為a sin  n ，其中ａ是光柵寬度、θ為繞射角度、n 是繞射 階數 ，以實驗測量所得的各不同顏色光譜線的繞射角度，計算出該顏色光譜 線的波長。 11. 對照表一所附的汞和氖燈部分光譜波長，計算量測的波長誤差？ 12. 作每個氣體放電光管的波長與sin 之關係圖。 13. 若實驗室提供一未知光源，請量測該未知光源之譜線位置，並推算譜線波長。 查閱資料，推測為何種光源(Harrison: Pratical Spectroscopy) 。 問題： 1. 除波長外，哪些因素影響譜線繞射角度？ 2. 狹縫寬度有何影響？如何決定最適當之寬度？ 3. 汞燈是否有一譜線在2730Å附近位置？何種顏色？如何解