Проведение эксперимента

Перед началом работы необходимо включить блок питания ФЭУ и блок сопряжения, а также блок питания системы сопряжения (для МДР-41). Загрузка программы осуществляется преподавателем или дежурным лаборантом. На установке имеется список рекомендаций по режимам работы для выполнения каждого из упражнений, а также приведены значения параметров, требуемых для выполнения расчетов.

Упражнение 1. Определение спектральной чувствительности экспериментальной установки.

Как отмечалось выше, для определения спектральной чувствительности прибора следует провести измерения какого-либо хорошо известного (эталонного) спектра Iэт(ljmda.gif (847 bytes)). Сравнение зарегистрированного на данном спектрометре спектра Iвых(ljmda.gif (847 bytes)) с эталонным позволяет по формуле (17) определить спектральную чувствительность экспериментальной установки.

В настоящем упражнении проводятся измерения спектра лампы накаливания, который в диапазоне измерений можно считать близким к спектру абсолютно черного тела (4).

Измерения.

1. Установите лампу накаливания на рельс оптической установки напротив входной щели и включите ее.

2. После прогрева лампы в течении 1-2 минут проведите измерения спектра лампы накаливания в интервале длин волн от 4000 до 7000 ангстрем с шагом 40 ангстрем.

3. Выключите лампу накаливания, снимите ее и включите натриевую лампу (для 2-го упражнения), так как время прогрева лампы составляет около 10-15 минут. После этого приступайте к обработке результатов 1-го упражнения.

Обработка результатов

1. Обработка результатов проводится в соответствии с указаниями по режимам работы АНАЛИЗ и работа со спектром черного тела.

2. Зарисовать в тетради примерный вид кривой спектральной чувствительности K(ljmda.gif (847 bytes)).

Упражнение 2. Определение линейной дисперсии спектрометра.

Для определения линейной дисперсии монохроматора следует провести измерение сигнала на выходе прибора для монохроматического источника при узкой входной и широкой выходной щелях. Как было показано ранее, сигнал на выходе будет иметь вид трапеции, при этом ширина трапеции dljmda.gif (847 bytes) (по уровню 1/2 от интенсивности в максимуме), выраженная в ангстремах, будет выражаться формулой (11).

Измеряя сигнал от монохроматических источников с различными длинами волн, можно получить зависимость линейной дисперсии прибора Dl.gif (891 bytes)(ljmda.gif (847 bytes)) от длины волны ljmda.gif (847 bytes).

Измерения.

1. Включите натриевую лампу. Установите ширину входной щели 30 мкм, а выходной 100 мкм.

2. После прогрева лампы запишите спектры трех дублетов Na в области длин волн 4970-4990A (1-й), 5675-5690A (2-й), 6150-6170A (3-й). Так как интенсивности этих линий сильно отличаются друг от друга, при измерении перед входной щелью необходимо установить соответствующие нейтральные фильтры (см. рекомендации к установке).

3. Занесите результаты каждого из измерений в память ЭВМ, при этом каждому из экспериментов будет присвоен соответствующий номер.

4. Обработку измерений можно проводить непосредственно после записи каждого дублета в режиме ОБРАБОТКА или после проведения всех измерений

Обработка результатов.

1. Войдите в режим работы АНАЛИЗ и выведите на монитор результаты измерений первого дублета натрия.

2. Войдите в режим курсор для определения координат на графике и найдите ширину dljmda.gif (847 bytes)1 и dljmda.gif (847 bytes)2 каждой из линий дублета.

3. По формуле (11) найдите линейную дисперсию прибора.

4. Проведите аналогичные измерения для остальных дублетов натрия.

5. Постройте график зависимости линейной дисперсии прибора от длины волны и объясните его.

Упражнение 3. Влияние ширины щели на характеристики спектрометра.

В этом упражнении проводятся измерения спектра натрия в диапазоне 5885-5900A (желтый дублет). Целью упражнения является изучение зависимости разрешающей способности спектрометра от ширины щели.

Измерения.

1. Установите ширины входной и выходной щелей 30 мкм.

2. Запишите спектр дублета Na в области длин волн 5885-5900A .

3. Повторяйте измерения, постепенно увеличивая ширину щелей на 30-50 мкм, до тех пор, пока линии дублета не сольются в одну. Так как по мере увеличения ширины щелей интенсивность сигнала будет возрастать, необходимо уменьшать время измерения.

4. Рассчитав по формуле (15) нормальную ширину щели, проведите несколько измерений в этой области.

Обработка результатов.

1. Войдите в режим работы АНАЛИЗ и последовательно выведите на монитор результаты всех измерений с различными значениями ширины щелей.

2. Войдите в режим курсор для определения координат на графике и найдите ширину dljmda.gif (847 bytes)1 и dljmda.gif (847 bytes)2 каждой из линий дублета для каждого значения ширины щелей. Результаты занесите в таблицу.

3. Постройте график зависимости ширины линии в спектре от ширины щелей спектрометра. Нанесите на оси абсцисс значения нормальной ширины щели, а также ширины щели, при которой дублет натрия не разрешается. Объясните получившиеся результаты.

По этому же графику, используя формулу (11), найдите линейную дисперсию прибора в данном спектральном диапазоне. Сравните с результатами упражнения 2.

4. Определите практическую разрешающую способность прибора для каждой из линий дублета по формуле (16) и вычислите среднее значение. Постройте график зависимости разрешающей способности от ширины щелей спектрометра. Рассчитайте по формуле (14) значение теоретической разрешающей способности. Объясните получившиеся результаты.

5. Определите величину спектрального интервала между линиями дублета натрия и рассчитайте минимальное значение Rмин разрешающей способности прибора, при котором эти линии еще будут разрешены. Найдите, какой ширине щели щели соответствует Rмин и сравните с результатами эксперимента.

6. Зарисуйте качественно контуры спектральных линий дублета натрия для различных значений ширины щелей. Поясните наблюдаемые изменения формы сигнала.

Упражнение 4. Качественный спектральный анализ излучения газа.

В данном упражнении определяется тип газа по спектральному составу его излучения.

Измерения.

1. Установите газоразрядную лампу, наполненную неизвестным газом.

2. Включите лампу и проведите измерения в диапазоне 5700-6300 ангстрем с шагом 0.5 ангстрема.

Обработка результатов.

1. Войдите в режим работы АНАЛИЗ и выведите на монитор результаты измерения.

2. Проведите нормировку результатов измерения на спектральную чувствительность прибора (нажатием клавиши <ПРОБЕЛ>).

3. Войдите в режим курсор для определения координат на графике и определите положение и интенсивность спектральных линий. Результаты занесите в таблицу.

4. Пользуясь таблицами (дополнение Д), установите тип газа.