本文转自物理实验探索

一、实验背景

17世纪，人类就对太阳光谱产生了浓厚兴趣，对此展开了充分研究，其中的先驱——艾萨克·牛顿通过制作三菱镜实验，首次将自然光分解成七种可见光。但直到两个世纪之后，光谱学的研究再次有了划时代的重大的突破，罗伯特·本生和古斯塔夫·基尔霍夫制造了分析光谱的强有力工具——第一台分光计，它成功的揭示出每束光谱是如何显露出太阳化学成分的，两人在年共同完成的论文《由光谱观测进行化学分析》，就可以称为是物质研究的罗塞塔石碑。

左侧为基尔霍夫（-），右侧为罗伯特·本生（-）

在年夫琅禾费在检验几片自制透镜的质量时，用一架小望远镜放大了太阳光谱，并数出了条暗线。他将其中最突出的一条标注为A，后面是B、C、D，依此类推——这些名称沿用至今。他发现对于不同的星体，太阳、行星以及其它恒星的光谱中，比较明显的暗线位置往往是不同的，但这是什么原因造成的，一直没有给出解释。

继夫琅禾费之后，全欧洲的化学家研究了不同火焰以及电弧的光谱。有线索表明，每种化学元素或成分都能产生自己独一无二的谱线，因此通过光谱分析物质——哪怕是鉴别新的元素——也是可行的。

在做过的无数实验中，本生试图通过观察在与他同名的灯中燃烧的物质发出的彩色光芒来鉴定其组分。他的同事兼好友、物理学家古斯塔夫·基尔霍夫建议他使用三棱镜去观察每种燃着物质的光谱。他们一起研制了高精度分光计。本生和基尔霍夫凭借他们的强大工具，仅仅依靠观察光谱就发现了两种新元素：铯和铷。

本生和基尔霍夫制作的分光计

二、现实意义

分光计发现一百多年来，在基础和应用研究范围不断扩展壮大，分光光度计是理化分析中最常用的仪器，种类繁多,不同型号分光光度计的应用范围也会有细微的差别。

该实验要求学生掌握分光计的结构原理，掌握分光计的调整方法，掌握角游标原理和用分光计测角度的方法来间接测量三棱镜的折射率；学习本生和基尔霍夫尊重科学，善于观察，勤于思考，不怕失败，勇于实践和勇于追求真理的可贵品质和科学精神；鼓励学生运用分光计的基本原理，设计一些实验方案更好的来解决一些实际问题。

三、实验原理：

分光计是一种测量角度的精密仪器，其基本原理是让光线通过狭缝和聚焦透镜形成一束平行光线，经过光学元件的反射或折射后进入望远镜物镜并成像在望远镜的焦平面上，通过目镜进行观察和测量各种光线的偏转角度，从而得到光学参量例如折射率、波长、色散率、衍射角等。

分光计主要部件简介：

1．平行光管平行光管的作用是产生平行光。在其圆柱形筒的一端装有一个可伸缩的套筒，套筒末端有一狭缝，筒的另一端装有消色差透镜组。伸缩狭缝装置，使其恰位于透镜的焦平面上时，平行光管就出射平行光。可通过调节平行光管光轴水平调整螺丝和平行光管光轴仰角调节螺丝改变平行光管光轴的方向，通过调节狭缝宽度调节螺丝改变狭缝宽度，改变入射光束宽度。

2．望远镜

望远镜用于观察及定位被测光线。它是由物镜、自准目镜和测量用十字刻度线所组成的一个圆筒，本实验所使用的分光计带有阿贝式自准目镜，其结构照明小灯泡的光自筒侧进入，经小三棱镜反射后照亮分划板上的下半部十字刻度线。十字刻度线方向、目镜及物镜间的距离皆可调，当叉丝位于物镜焦平面上时，叉丝发出的光经物镜后成为平行光。该平行光经双面反射镜反射后，再经物镜聚焦在分划板平面上，形成十字叉丝的像（绿色）。望远镜调好后，从目镜中可同时看清十字刻度线和叉丝的“十”字像，且两者间无视差。另外，可通过调节望远镜光轴仰角调节螺丝和望远镜光轴水平调节螺丝改变望远镜光轴的方向。

3．刻度圆盘分光计出厂时，已经将刻度盘平面调到与仪器转轴垂直并加以固定。刻度圆盘被分成度，最小分度值是半度。小于半度的数值可在游标上读出，两个游标在黑色内盘边缘对径方向，游标分成30小格。游标盘一般与载物台固连，可绕仪器转轴转动，有螺钉可以止动游标盘。刻度圆盘读数方法与游标卡尺的读数方法相似，为了消除刻度盘与分光计中心轴线之间的偏心差，在刻度盘同一直径的两端各装有一个游标。测量时，两个游标都应读数，然后算出每个游标两次读数的差，再取平均值。这个平均值可作为望远镜（或载物台）转过的角度，并且消除了偏心差。

四、最新进展

自第一台分光计制造以来，分光计的技术得到飞速的发展，研究有了很大的进展，目前已有多种类的分光计，如红外分光计、紫外可见分光光度计、原子吸收分光光度计等。

同以前相比，现在的分光计有几大特点：

一、仪器的自动化程度大大提高 　　世界上第一台紫外可见分光光度计仪器，是由美国的Beckman公司于年推出，随着科学技术的发展，紫外可见分光光度计仪器得到了飞速发展。自动化程度大大提高。特别是计算机及其计算机软件更是日新月异。许多高档紫外可见分光光度计，如美国的Cary、Lambda、国产的TU—等紫外可见分光光度计，一开机仪器就进行全方位的自检。如果自检时发现何处有故障，则会在显示屏上，一目了然地告诉使用者。使用者也能通过计算机查寻排除故障。

有些仪器带有数据处理软件包，可自动进行数据处理并大大增加了使用者所需要的信息量。有些仪器备有自诊断软件，使用者可以通过计算机方便地解决使用中出现的各种故障。 　　二、重视适用附件的开发 　　紫外可见分光光度计附件的发展已成为紫外可见分光光度计发展的主要内容之一，如P—E公司的Lambda系列、Varian公司的Cary系列、岛津公司的UV—系列，北京普析通用公司的TU—19系列等紫外可见分光光度计，都带有15种以上的附件，如积分球、蠕动泵进样、长样品池架、试管架、镜面反射附件、微量样品池架、帕尔贴恒温附件、短光程样品池架、长样品池架、恒温池架、超微量样品池架、固体样品池架、浸人式光纤探测装置、反射式光纤

探测装置、品种繁多的微量池等，这些附件大大方便了用户。 　　三、仪器向小型化(或微型化)、数字化、便携式的方向发展 　　由于环境、野外、海洋深水现场分析测试等的需要，开发小型化、便携式仪器是一个趋势。目前，国际上已有好多制造商正在研究开发适合于各种不同使用对象的小型紫外可见分光光度计。其中比较典型的代表有：美国的海洋公司(OceanOptics)前几年推出了PC型卡式光度计可插入PC机内工作。午又推出了USB接口的USB微型光度计，只有g，采用位元的CCD检测器，最快积分时间只有0．s。最近又推出HR型高分辨率光纤光度计，将最高分辨率提高到了0．nm。但美国的海洋公司卡式光度计等只适用于可见光区域使用。

新的微小型分光光度计与老式分光光度计的主要差异是采用阵列型检测器取代了单一的光电倍增管，因而取代了机械扫描分光，使得仪器紧凑、无机械部件，因此在扫描时间、移动、抗震有了非常大的进步。此类仪器的代表是美国海洋光学公司的系列产品，目前波段已覆盖~nm，依据不同的要求还有不同的配置可供选择，包括USB\HR\QE等多个系列。

另一项探测化学战争武器的技术发明是由美国伊利诺斯州“阿里冈”国家实验室4位科学家最新研制的被动式毫米波分光计，该分光计主要用于远程化学探测数公里之外的有害核废料。只要分光计调焦正确，那怕只是来自加工厂的一丝轻烟，这种毫米分光计也能探测到轻烟中所含的危险颗粒的含量水平。目前，这项新技术如在美国推广使用，能大幅度提升美国国土安全，日后期望能够投入到更多应用领域。