一、实验目的

1、熟悉Beer－Lambert定律及其应用。

2、了解玻璃的颜色、纯度及亮度与透过光的波长及数量的关系。

 

二、实验原理

光通过玻璃时，由于部分光能被玻璃吸收，因此透过玻璃的光能有所降低。

    玻璃吸收了光能以后，组成中某些原子中的电子被激发，从较低的能级(E₁)跃迁到较高的能级(E₂)，若两能级的能量差(E₂-E₁)等于可见光(波长约为400-760nm)的能量时，玻璃就呈现了颜色。若两能级的能量差（E₂-E₁)大于可见光的能量时，玻璃一般是无色的。

    不同波长的光具有不同的颜色，其光量子的能量也不相同。由于原子结构不同，电子跃迁的能级不同，对可见光中不同波长的光便产生了选择性吸收，对某些波长的光吸收强，而对另一些波长的光则吸收弱或不吸收，当自然白光照射有色玻璃时，因选择性吸收而使透过玻璃的光的组成发生了改变。有色玻璃所呈现的颜色实质上是被吸收光的补色即透过光的颜色。因此，透过光的波长及数量决定了玻璃的颜色、纯度及亮度，是鉴定有色玻璃的重要依据。

本实验采用美析仪器v-1500分光光度计测定有色光学玻璃在不同波长光照射下的透过率。

物质对单色的吸收可用Beer-Lambert定律予以定量说明。

当一束强度为I₀的单色光通过有色溶液时，由于选择性吸收，透射光的强度减弱为I。透射的强度随光路中吸光的质点数量的增多而减弱，当光通过时，溶液中每一小份吸光质点dn都按一定比值K吸收通过它的光量I中的一定分量dI，即

当吸光质点的量从0增大到N时，透射光的强度从I₀减弱到I，将上式积分：

得：

T=I/I₀称为透光率，其值不大于l，常用百分数表示。

    N值与着色浓度C、光照截面S及光路长度(试样厚度)L成正比，S取其为定值，比例系数以ε表示，则：

此式即为Beer－Lambert定律的表达式。

实际应用中，为了方便，用E代表-1gT，称为吸收度或消光值，若用D代表-1gT，则称为光密度，E与D的物理意义完全相同。

ε称为吸收系数，它代表吸光物质在单位浓度及单位厚度的吸收度，是物质的特性常数，在一定条件(单色光的波长、溶剂、温度等)下，是一定值。

Beer-Lambert定律适用于可见光、紫外线和红外线，还适用于溶液、气体和均质固体，但是只适用于单色光，因为在混合的复色光下，物质对不同波长的光吸收的程度是不同的。

根据beer-Lambert定律，通过透光率与单色光波长的关系——透射光谱曲线，可鉴定有色玻璃的颜色及确定合适的着色剂用量。

某些物质由于对可见光产生选择性吸收，使透射出来的光再通过棱镜时可以获得一组不连续光谱，称为吸收光谱，分光光度法就是根据吸收光谱原理建立的分析方法之一。它要求入射光接近于单色光。其谱带宽度不超过3～5nm。因此，分光光度计都带有单色器。

 

三、仪器与药品

1、药品

有色厚薄玻璃数块

2、仪器

美析仪器v-1500分光光度计采用自准式光路，单光束方法，波长范围为360～800nm，

由光源灯1发出的连续辐射光谱，射到聚光镜2上会聚后再通过平面镜7转角90°，反射到入射狭缝6及单色器内，狭缝6正好位于球面准直镜4的焦点平面上，当入射光经准直镜4反射后，以一束平行光射向棱镜3(棱镜的背面镀铝)，光在棱镜中色散，棱镜角处于最小偏向角，色散后的单色光在铝面上反射，依原路至准直镜，再反射会聚在狭缝上，经光栏8调节光量，射到聚光镜9，聚光后进入比色皿10中，透过试样到光电管13，所产生的光电流大小表示试样对相应波长光的透过率。转动分光光度计棱镜3的角度，可调节射入狭缝的光的波长，以此来选择单色光。

图5-1  美析仪器v-1500分光光度计光路图

1－光源灯；2－聚光透镜；3－色散棱镜；4－准直镜；5－保护玻璃；6－狭缝；7－反射镜；8－光栏；9－聚光透镜；10－色散皿；11－光门；12－保护玻璃；

13－光电管

 

四、实验步骤

    (一)试样制备

    选择无缺陷的玻璃，经切裁、研磨抛光后成50mm×14mm×2mm片状试样，用酒精擦洗，并用镜头纸撩净。

    (二)测试步骤

    (1)手持试样边缘，将其嵌入弹性夹内，并放入比色器座内靠单色器一侧，用定位夹固定弹性夹，使其紧靠比色器座壁。

    (2)在仪器尚未接通电源时，用电表校正螺丝调节电表指针，使其在“0”刻度线上。

    (3)接通稳压电源，打开仪器开关，打开比色器暗盒盖，将仪器灵敏度放在“l”位。调节“0”电位器使电流表指针在“0”刻度线上，仪表预热20min后，旋转“λ”旋钮选择需用的波长，用“0”电位器使电表指针准确处于“0”刻度线上。

    (4)使比色器座处于空气空白校正位置，轻轻地将比色器暗箱盖合上，这时，暗箱盖将光门挡板打开，光电管受光，调节“100％”电位器，使电表指针准确处于100％处。

    (5)放大器灵敏度有三档，是逐步增加的，其选择原则是保证在校正时能良好地调节“100％”电位器。在能使指针至满度线的情况下，尽可能地采用灵敏度较低的档，这样，仪器将有更高的稳定性。所以．使用时，一般置于“1”档，只有当灵敏度不够时，再逐级升高，但改变灵敏度后，需重新校正“0”位及“100％”。

    (6)按步骤(3)，(4)连续几次调“0”和“100”后无变动，即可以进行测定。

(7)将待测试样推人光路，电流表指针所指示值即为某波长光下的透过率T，或光密度D，其中，D＝-lgT。

(8)在单色光的波长为360～800nm范围内，每隔20nm测定试样透过率T或光密度D。

 

五、实验结果

1．设计表格，将实验测得的数据记录于表中。

2.将实验记录数据，以透过率T作纵坐标，以单色光波长λ(nm)为横坐标，用描点法做出玻璃的透过光谱曲线。

 

六、注意事项

若被测试样颜色太深，T值太低，D值太高时，电表指示的读数有一定的误差，可在空白校正及测定时加设一块lE中性滤光片。若此时电表读数为0.74D，则交际值为1.74D，相应的透过率为1．82％。中性滤光片是在很宽的波长范围内透过率基本上差不多的玻璃片，计有0.5D，1D，1.5D三种以备选用。