Файл: ЛР7(2).doc

Целью работы является изучение методики и средств градуировки монохроматоров по длинам волн и линейной дисперсии, приобретение навыков работы с монохроматорами и спектральными лампами.

2. Подготовка к работе

При подготовке к работе следует проработать следующие вопросы курса "Фотометрия": классификация спектральных приборов; принцип действия и характеристики призменного спектрального прибора; типы призменных диспергирующих систем; способы освещения входной щели спектрального прибора; градуировка спектральных приборов по длинам волн и линейной дисперсии. Дополнительно рекомендуется ознакомиться с п.п. 1.3.1, 1.3.2 ГОСТ 23198-78. Лампы газоразрядные. Метода измерения спектральных и цветовых характеристик.

Контрольные вопросы для подготовки

Что является целью градуировки монохроматора?
Какие источники излучения могут быть использованы для градуировки монохроматора по длинам волн и линейной дисперсии?
Каким образом изменяется длина волны излучения, выходящего из монохроматора?
Почему градуировку по длинам волн целесообразно начинать с визуальной градуировки? Почему нельзя ею ограничиться?
Что понимается под линейной дисперсией монохроматора?
Параметрами каких элементов спектральных приборов определяется их линейная дисперсия?
Какими способами можно измерить линейную дисперсию?
Из каких соображений выбирается ширина щелей при проведении градуировки по длинам волн?
Из каких соображений выбирается ширина щелей монохроматора при определении линейной дисперсии разными способами?
Как можно уменьшить влияние остаточной хроматической аберрации при работе с монохроматором?

3. Описание установки

Универсальный монохроматор УМ-2 (рис. 7.1) имеет стеклянную оптику и предназначен для работы в диапазоне от 380 до 1000 нм. В качестве диспергирующего элемента используется призма постоянного отклонения Аббе, благодаря чему оси входного и выходного коллиматоров расположены под углом 90°. Призма Аббе состоит из трех частей: двух 30-градусных призм и призмы полного внутреннего отражения. 30-градусные призмы выполняются из стекла ТФ-1 или ТФ-3 с достаточно большой дисперсией в видимой части спектра. Средняя призма (призма полного внутреннего отражения) изготовлена из более прозрачного стекла К-8. В монохроматоре применяются два одинаковых ахроматических объектива с фокусным расстоянием 280 мм и относительным отверстием 1:6,2. Остаточный хроматизм объективов компенсируется фокусировкой объектива входного коллиматора.

Рис. 7.2. К измерению линейной дисперсии фотоэлектрическим методом

Переход от одной области спектра к другой осуществляется вращением барабана длин волн, связанного с поворотом призмы. На барабане нанесена шкала поворота в градусах N, которая нуждается в градуировке по длинам волн.

Ширина входной и выходной щелей монохроматора УМ-2 регулируется микрометрическими винтами с ценой деления 0,01 мм.

Вместо выходной щели в приборе может устанавливаться зрительная насадка, превращающая его в спектроскоп.

При фотоэлектрической регистрации спектра за выходной щелью монохроматора устанавливается либо фотоэлектронный умножитель (ФЭУ), либо вакуумный фотоэлемент (ФЭ). Питание приемников излучения осуществляется от стабилизированных источников, например ФЭУ - от высоковольтного источника ВС-22, ФЗ - от источника Б5-43.

Измерение фототока ФЭ производится с помощью электрометрического усилителя У5-9 и цифрового вольтметра В7-27 по падению напряжения на образцовом входном резисторе усилителя. Электрометрический усилитель обеспечивает согласование источника сигнала (ФЭ), имеющего большое выходное сопротивление, с регистрирующим прибором. Ток фотоэлектронного умножителя регистрируется микроамперметром Ф-195.

Для градуировки монохроматора используются спектральные лампы различных типов, имеющие линейчатый спектр излучения. В ближней УФ и видимой областях спектра удобно использовать лампы с разрядом в парах ртути и кадмия, в красной и ближней ИК-областях - лампы с разрядом в парах щелочных металлов (Nа, Cs). Основные линии спектров излучения газоразрядных ламп с различным наполнением приведены в таблице.

Спектральные лампы типов ДРС 50, ДКдС 20, ДЦнС 20, ДТс 15, ДНаС 18, ДЦзС 16, предназначенные для эксплуатации в сетях переменного тока с частотой 50 Гц, включаются в сеть последовательно с дросселем, находящимся в пульте питания. На лицевой панели этого пульта имеются переключатель ламп и их общий выключатель.

Питание высокочастотных безэлектродных ламп ВСБ-2 осуществляется током высокой частоты (около 100 МГц) от прибора питания ППБЛ-ЗМ. Максимально допустимые значения тока генератора для ламп с разным наполнением указаны на лабораторном стенде.

В комплект установки входят конденсор и антивиньетирующая линза, установленная вплотную к щели прибора. Линза создает изображение конденсора в плоскости объектива входного коллиматора и обеспечивает полное заполнение входной апертуры монохроматора и отсутствие виньетирования. Конденсор и источник света устанавливаются на рельсе перед входной щелью монохроматора так, чтобы получить изображение источника в плоскости входной щели.

4. Варианты заданий

№ п/п	Задание	Варианты
	Произвести предварительную градуировку монохроматора по длинам волн в заданном диапазоне спектра визуальным методом и построить график N()	При градуировке используются различные спектральные лампы
	Проградуировать монохроматор по длинам волн фотоэлектрическим методом и построить кривую N()на графике, полученном ранее (п. 1)	Используются различные приемники излучения с соответствующей регистрирующей аппаратурой
	Измерить визуальным методом линейную дисперсию D_l монохроматора в разных участках спектра и построить кривую D_l()	Способ измерения указывается преподавателем
	Определить фотоэлектрическим методом линейную дисперсию монохроматора D_l в разных участках спектра и построить кривую D_l() на графике, полученном ранее (п. 3)	Диапазон длин волн указывается преподавателем
	По результатам измерений п.п. 2 - 4 рассчитать градуировочные таблицы зависимостей N(), D_l(), а также значения ширины выходной щели, необходимой для выделения монохроматором спектрального интервала 	Значение спектрального интервала , выделяемого выходной щелью монохроматора, задается преподавателем

5. Методические указания по выполнению работы

Перед началом градуировки отъюстировать установку и расположить осветитель с лампой и конденсор таким образом, чтобы входная щель была полностью освещена и было обеспечено полное заполнение входной апертуры спектрального прибора.
Градуировка по длинам волн в п.1 задания производится с помощью зрительной насадки, установленной вместо выходной щели (замена выходной щели зрительной насадкой и наоборот производится лаборантом).
Окуляр насадки настраивается до получения четкого изображения остроконечного указателя насадки, совмещенного в хорошо отъюстированном монохроматора с его оптической осью. Для облегчения настройки и градуировки производится подсветка указателя при включении тумблеров "Сать" на пульте управления и "Указатель" на корпусе монохроматора. Яркость подсветки регулируется с помощью реостата "Темно-Светло".
Для повышения точности градуировка проводится при узкой входной щели (0,03 - 0,05 мм). Перед измерениями следует проверить соответствие начала раскрытия щели нулевому отсчету по шкале ее микрометрического винта и при необходимости определить соответствующую поправку.
Резкого изображения линий добиваются путем плавного перемещения объектива входного коллиматора вдоль оптической оси прибора. Отсчет по шкале перемещения объектива для каждой длины волны, используемой при градуировке, регистрируется и используется в дальнейшей работе.
При проведении градуировки по длинам волн вращением барабана длин волн добиваются совмещения известных линий спектра _i c острием указателя и записывают в таблицу отсчеты N_i по шкале барабана.

Зависимость N(), построенная по результатам измерений, должна быть плавной. В случае выпадения точек измерения на этом участке спектра следует повторить.

При градуировка монохроматора по длинам волн фотоэлектрическим методом (п.2 задания) ширина выходной щели устанавливается равной ширине изображения входной. Установка линии на оптической оси монохроматора фиксируется по максимальному току фотоэлектрического приемника. Для облегчения поиска линий используется ранее проведенная визуальная градуировка.
Значение напряжения, подаваемого на фотоэлектрические приемники (ФЭ и ФЭУ) указывается на лабораторном стенде.
При использовании в качестве регистрирующего устройства электрометрического усилителя с цифровым прибором на выходе во избежании перегрузки входных транзисторов усилителя измерения следует начинать при минимальном коэффициенте передачи усилителя.

В случае несоответствия коэффициента передачи усилителя значению регистрируемого сигнала (напряжение на выходе усилителя много меньше 10 В) необходимо установить больший коэффициент передачи.

ВНИМАНИЕ! Переключения производить только при закороченном входе усилителя (нажатой кнопке -0-).

До начала измерений фотоэлектрическим методом при закрытой входной щели монохроматора следует установить нулевое показание используемого в работе регистрирующего прибора. Нуль цифрового прибора на выходе электрометрического усилителя устанавливается при помощи переменных резисторов, вынесенных на переднюю панель усилителя. При использовании в качестве приемника излучения ФЭУ Нуль микроамперметра устанавливается с помощью корректора.
Для измерения линейной дисперсии в п. 3 задания вместо зрительной насадки устанавливается выходная щель с надетой на нее оправкой о окуляром. Окуляр предварительно настраивается до получения четкого изображения краев щели.
Перед началом измерений линейной дисперсии (п.п. 3 и 4 задания) необходимо проверить правильность установки нуля сменяемых выходных щелей. При фотоэлектрической градуировке для этого широко раскрывают входную щель и определяют показание микрометрического винта выходной щели, при котором ток фотоэлектрического приемника становится равным нулю. Найденные поправки следует учитывать при определении линейной дисперсии.
Линейная дисперсия монохроматора определяется по формуле