玻璃透過率的測定實驗

一、實驗目的

1、熟悉Beer－Lambert定律及其應用。

2、了解玻璃的顏色、純度及亮度與透過光的波長及數(shù)量的關系。

 

二、實驗原理

光通過玻璃時，由于部分光能被玻璃吸收，因此透過玻璃的光能有所降低。

    玻璃吸收了光能以后，組成中某些原子中的電子被激發(fā)，從較低的能級(E₁)躍遷到較高的能級(E₂)，若兩能級的能量差(E₂-E₁)等于可見光(波長約為400-760nm)的能量時，玻璃就呈現(xiàn)了顏色。若兩能級的能量差（E₂-E₁)大于可見光的能量時，玻璃一般是無色的。

    不同波長的光具有不同的顏色，其光量子的能量也不相同。由于原子結構不同，電子躍遷的能級不同，對可見光中不同波長的光便產(chǎn)生了選擇性吸收，對某些波長的光吸收強，而對另一些波長的光則吸收弱或不吸收，當自然白光照射有色玻璃時，因選擇性吸收而使透過玻璃的光的組成發(fā)生了改變。有色玻璃所呈現(xiàn)的顏色實質上是被吸收光的補色即透過光的顏色。因此，透過光的波長及數(shù)量決定了玻璃的顏色、純度及亮度，是鑒定有色玻璃的重要依據(jù)。

本實驗采用美析儀器v-1500分光光度計測定有色光學玻璃在不同波長光照射下的透過率。

物質對單色的吸收可用Beer-Lambert定律予以定量說明。

當一束強度為I₀的單色光通過有色溶液時，由于選擇性吸收，透射光的強度減弱為I。透射的強度隨光路中吸光的質點數(shù)量的增多而減弱，當光通過時，溶液中每一小份吸光質點dn都按一定比值K吸收通過它的光量I中的一定分量dI，即

當吸光質點的量從0增大到N時，透射光的強度從I₀減弱到I，將上式積分：

得：

T=I/I₀稱為透光率，其值不大于l，常用百分數(shù)表示。

    N值與著色濃度C、光照截面S及光路長度(試樣厚度)L成正比，S取其為定值，比例系數(shù)以ε表示，則：

此式即為Beer－Lambert定律的表達式。

實際應用中，為了方便，用E代表-1gT，稱為吸收度或消光值，若用D代表-1gT，則稱為光密度，E與D的物理意義完全相同。

ε稱為吸收系數(shù)，它代表吸光物質在單位濃度及單位厚度的吸收度，是物質的特性常數(shù)，在一定條件(單色光的波長、溶劑、溫度等)下，是一定值。

Beer-Lambert定律適用于可見光、紫外線和紅外線，還適用于溶液、氣體和均質固體，但是只適用于單色光，因為在混合的復色光下，物質對不同波長的光吸收的程度是不同的。

根據(jù)beer-Lambert定律，通過透光率與單色光波長的關系——透射光譜曲線，可鑒定有色玻璃的顏色及確定合適的著色劑用量。

某些物質由于對可見光產(chǎn)生選擇性吸收，使透射出來的光再通過棱鏡時可以獲得一組不連續(xù)光譜，稱為吸收光譜，分光光度法就是根據(jù)吸收光譜原理建立的分析方法之一。它要求入射光接近于單色光。其譜帶寬度不超過3～5nm。因此，分光光度計都帶有單色器。

 

三、儀器與藥品

1、藥品

有色厚薄玻璃數(shù)塊

2、儀器

美析儀器v-1500分光光度計采用自準式光路，單光束方法，波長范圍為360～800nm，

由光源燈1發(fā)出的連續(xù)輻射光譜，射到聚光鏡2上會聚后再通過平面鏡7轉角90°，反射到入射狹縫6及單色器內，狹縫6正好位于球面準直鏡4的焦點平面上，當入射光經(jīng)準直鏡4反射后，以一束平行光射向棱鏡3(棱鏡的背面鍍鋁)，光在棱鏡中色散，棱鏡角處于最小偏向角，色散后的單色光在鋁面上反射，依原路至準直鏡，再反射會聚在狹縫上，經(jīng)光欄8調節(jié)光量，射到聚光鏡9，聚光后進入比色皿10中，透過試樣到光電管13，所產(chǎn)生的光電流大小表示試樣對相應波長光的透過率。轉動分光光度計棱鏡3的角度，可調節(jié)射入狹縫的光的波長，以此來選擇單色光。

圖5-1  美析儀器v-1500分光光度計光路圖

1－光源燈；2－聚光透鏡；3－色散棱鏡；4－準直鏡；5－保護玻璃；6－狹縫；7－反射鏡；8－光欄；9－聚光透鏡；10－色散皿；11－光門；12－保護玻璃；

13－光電管

 

四、實驗步驟

    (一)試樣制備

    選擇無缺陷的玻璃，經(jīng)切裁、研磨拋光后成50mm×14mm×2mm片狀試樣，用酒精擦洗，并用鏡頭紙撩凈。

    (二)測試步驟

    (1)手持試樣邊緣，將其嵌入彈性夾內，并放入比色器座內靠單色器一側，用定位夾固定彈性夾，使其緊靠比色器座壁。

    (2)在儀器尚未接通電源時，用電表校正螺絲調節(jié)電表指針，使其在“0”刻度線上。

    (3)接通穩(wěn)壓電源，打開儀器開關，打開比色器暗盒蓋，將儀器靈敏度放在“l(fā)”位。調節(jié)“0”電位器使電流表指針在“0”刻度線上，儀表預熱20min后，旋轉“λ”旋鈕選擇需用的波長，用“0”電位器使電表指針準確處于“0”刻度線上。

    (4)使比色器座處于空氣空白校正位置，輕輕地將比色器暗箱蓋合上，這時，暗箱蓋將光門擋板打開，光電管受光，調節(jié)“100％”電位器，使電表指針準確處于100％處。

    (5)放大器靈敏度有三檔，是逐步增加的，其選擇原則是保證在校正時能良好地調節(jié)“100％”電位器。在能使指針至滿度線的情況下，盡可能地采用靈敏度較低的檔，這樣，儀器將有更高的穩(wěn)定性。所以．使用時，一般置于“1”檔，只有當靈敏度不夠時，再逐級升高，但改變靈敏度后，需重新校正“0”位及“100％”。

    (6)按步驟(3)，(4)連續(xù)幾次調“0”和“100”后無變動，即可以進行測定。

(7)將待測試樣推人光路，電流表指針所指示值即為某波長光下的透過率T，或光密度D，其中，D＝-lgT。

(8)在單色光的波長為360～800nm范圍內，每隔20nm測定試樣透過率T或光密度D。

 

五、實驗結果

1．設計表格，將實驗測得的數(shù)據(jù)記錄于表中。

2.將實驗記錄數(shù)據(jù)，以透過率T作縱坐標，以單色光波長λ(nm)為橫坐標，用描點法做出玻璃的透過光譜曲線。

 

六、注意事項

若被測試樣顏色太深，T值太低，D值太高時，電表指示的讀數(shù)有一定的誤差，可在空白校正及測定時加設一塊lE中性濾光片。若此時電表讀數(shù)為0.74D，則交際值為1.74D，相應的透過率為1．82％。中性濾光片是在很寬的波長范圍內透過率基本上差不多的玻璃片，計有0.5D，1D，1.5D三種以備選用。