差分光譜與實驗裝置有關嗎

1. 光譜是如何被發現的呢

光譜的發現與證明

對光的速度的測量是技術的大發展，但是這最重要的技術不是因為對光速度的研究，而是對光顏色的研究。

牛頓通過光通過棱鏡的情形來觀察光的性質。他在把實驗裝置裝備好時，就會在棱鏡後面的屏幕上產生光譜，這是一道彩虹。所謂「紅移」與「藍移」就是根據光譜位置來說的。

牛頓發現白光並不單純，而且白光是最不單純的光，白光可以分成多色，多色光又可以合成白光。

約瑟夫·弗勞恩霍費爾(1787~1826年)是慕尼黑的一名磨鏡師和玻璃製造工匠。他曾經設計過精密的磨床，他還改進瞭望遠鏡，並且對各種玻璃的性質十分熟悉，知道怎樣加工成優質的光學儀器。

弗勞恩霍費爾比較各種玻璃的光折射，讓日光通過用單種玻璃做的棱鏡，但他發現，由於光譜的顏色密集在一個較小的范圍內，一開始就做出精密比較是不可能的。所以弗勞恩霍費爾擬定了方案，依靠這個方案進一步擴展光譜。

結果，弗勞恩霍費爾線誕生了。

太陽光譜的顏色不是沒有間隙的和連續的，從光譜上看到的是無規則地有窄譜線分布。這就是弗勞恩霍費爾線。

弗勞恩霍費爾認為，「這些譜線證明被分解的白色日光的成分，並非是由不同折射力的連續光譜組成，而且證明光來自一定的顏色層次，因此暗線是光譜中的間隙，這些間隙與缺少的光相應，假使這個光譜每次都是由日光通過同一材料製作的棱鏡產生的話，這些譜線就會始終處在光譜的同一部分，次序和位置相同，密度和明暗相同。如果材料不同，數量、次序、明暗度也沒有變化，但是譜線之間的相互距離卻有不同」。

人們歷來都認為太陽與其他恆星是同一光種，但弗勞恩霍弗爾發現恆星光譜與太陽光譜不同。

這下引發了一項重要研究，即光譜分析。光譜分析是19世紀的重大科學成就，由於光譜分析，使得化學家可以指出微小元素的情況，而天文學家也開始走向天文物理。至於冶金、工程等方面，也可以精密地確定出微量物質從而斷定質量與事故。

當時人們利用的是元素、原子與光的關系，而為什麼它們能保持發光並且顏色各不相同呢?19世紀的人們是不知道高坦的，這是原子物理學的范圍了。

今天實驗室里的「本生燈」，是科學家本生發明的一項技術性工具，是一種有充分空氣供應的煤氣燈。由於空氣供應很充分，這種火焰幾乎沒有顏色，而且熱量很高，十分有助於觀察顏色。

德國的化學家本生(1811~1899年)與他敗巧的同事克希霍夫(1824~1887年)利用這種燈研究了很多元素的燃燒發光。

他們用鉑金絲將各種鹽類慢慢靠近火焰，就可以觀察到鹽類上燃燒的蒸氣光譜。「我們面前的這些現象，屬於人造的最輝煌的光學現象。現在我們只看到與燃燒的鹽相應的光譜，這種光譜以最大的光澤出現，而在以前的實驗中，光譜的最大特點被酒精光所遮蔽」。

本生與克希霍夫斷定金屬有其特殊的焰色反應。為了進一步使不易熔解的金屬化合物呈現焰色反應，他們二人還利用了電火花，因為電火花提供的火光很強。

白熾的固體光譜是連續的。由於元素的光譜與其含在哪種化合物中無關，那麼檢驗某種元素的一種好方法就是焰色反應。在檢驗中，一種化合物的各種元素的光譜不會相互干擾或影響。但主要的是，本生和克希霍夫提供的驗證方法顯示了極大的靈敏度。本生描述說，在一次實驗中，三百萬分之一毫克的鈉已經足夠獲得一個清晰的光譜了。

運用光譜分析，人們不久發現了在研究中一直被忽視了的一些化學元素，因為它們只是出現在極微量的分布中。像銣和銫，就是本生通過焰色發現的。後來通過光譜，又發現了銦、鎵、鈧的存在。未知化合物的成分也可以通過光譜分析確定。

弗勞恩霍費爾曾經觀察到，太陽光譜的兩條暗線剛好處在實驗室實驗中鈉光譜的明線位置上。萊昂·富科和本生以及克希霍夫是這樣解釋的：如果亮光落在較不亮的鈉蒸氣上，那麼就會出現「鈉線的逆變」。光譜中，原來明線的位置到現在比其餘部分暗。使用相應的實驗方法，其他化學元素的光譜線也有同樣的情況。

其原因是什麼呢?

發光的氣體和蒸氣吸收它們自己放射的顏色。除了發光體的光引起的發射光譜外，還有吸收光譜。光通過發光的氣體和蒸氣時，就產生了吸收光譜。這時，吸收光譜在某種程度上就是發射光譜的「反面」。吸收光譜中屬於某一元素的暗線察念鍵所處的位置，恰好是沒有吸收時發射光譜的明線所處的位置。

2. 光聲光譜的儀器

光聲光譜的設備及其原理如圖2所示。入射光為強度經過調制的單色光，光強度調制可用切光器。光聲池是一封閉容器，內放樣品和傳聲器。圖中所示的是固體樣品，樣品周圍充以不吸收光輻射的氣體介質，如空氣。若是液體或氣體樣品，則用樣品充滿光聲池。傳聲器應很靈敏，對於氣體樣品，電容型駐極體傳聲器比較適宜，它配以電子檢測系統可測10-6℃的溫升或10-9焦/（厘米3·秒）的熱量輸入。對於液體和固體樣品，最好採用與樣品緊密接觸的壓電陶瓷檢測器。 【注】因無法顯示小標字，上文中「10-6℃」表示10的負6次方度；「10-9焦」表示10的負9次方焦爾；「厘米3」表示立方厘米。

光聲光譜檢測的實驗裝置主要由四部分組成：激發光源、調制技術、光聲池和聲信號檢測器。
激發光源
根據光源的種類一般可分為普通光源和激光光源兩類。
常用的普通光源有：鎢絲燈、碳弧燈、高壓氙燈、鹵素燈和能斯特燈等，這一類光源的特點是波長可變范圍寬、價格較便宜，但缺點是解析度較低；
常用激光光源包括：Ar離子激光器、He－Ne激光器、CO2 激光器、半導體激光器和可調特染料激光器等，以及目前新發展的一種量子多級激光器，無論是哪種激光器它們都具備共同的優點：單色性好、脈沖峰值功率大、波譜范圍寬等。在光聲譜的實驗中，無論普通光源還是激光光源作為激發光源，都必須滿足實驗對它們的共同要求：輻射光的脈沖頻率一定要在聲頻（50~1200Hz）范圍以內 。
調制技術
一般情況下脈沖光源不需要特別調制即可直接使用，但在使用連續譜光源時，則需要對光束進行調制。光調制技術包括振幅調制和頻率調制（或波長調制），其中振幅調制較為常用，其調制方法有機械斬波器、聲－光調制和電－光調制。雖然振幅調制較為常用，但與之相比頻率調制（或波長調制）能夠消除由波長引起的如窗材料吸收等帶來的背景干擾從而提高探測靈敏度，但該調制模式僅適用於窄線寬的吸收體 。
光聲池
光聲池是光聲光譜實驗的核心部分，它的設計是否合理直接影響到探測信號的靈敏度大小。為了提高探測信號的靈敏度，光聲池在設計上必須滿足以下要求 ：
光聲池內聲信號不受外界信號的干擾；
最大限度地降低光聲池內激光束與池壁、窗口及聲信號探測器相互作用產生的干擾信號；
探測器類型和靈敏度的選擇要合理；
最大化光聲池內來自樣品的聲信號；
按照待測樣品的種類和實驗的類型設置光聲池。
聲信號檢測器
光聲信號的准確檢測是光聲光譜實驗的重要環節。用於樣品聲信號檢測的儀器有很多種，如微音器、壓電感測器、折射率感測器和溫度感測器等，其中較為常用的是微音器和壓電感測器。每種類型的信號檢測器都有它的優缺點，例如：微音器雖然探測靈敏度較高但帶寬有限，所以在光聲譜實驗中要根據具體樣品的類型和所用激發光源的情況來選擇較為合適的聲信號檢測器。

3. 如圖是一種可測定呼吸速率的密閉系統裝置．（1）關閉活塞，在適宜溫度下，30分鍾後，讀取有色液滴向_____

（1）在適宜溫度下，裝置內的鮮櫻桃可進行有氧呼吸，該過程會消耗裝置內的氧氣，同時產生的二氧化碳，但產生的二氧化碳被NaOH溶液吸收，因此裝置中氣體總量減少，壓強變小，有色液滴向左移動．
（2）外界溫度等環境因素也會引起有色液滴的移動，因此為了使測得的有色液滴移動數值更准確，必須設計校正裝置：容器和小瓶中應分別放入與實驗組等量消毒的無活力（如加熱後冷卻）的櫻桃和與實驗組等量的20%NaOH．
（3）①該實驗的目的是探究機械損傷能否引起櫻桃呼吸速率升高，因此自變數是：櫻桃是否機械損傷．
③探究實驗應遵循對照原則和單一變數原則，該實驗的自變數為櫻桃是否機械損傷，因此第二步驟為：向容器內加入與實驗組等量消毒的受到機械損傷後的櫻桃，其它處理及裝置與實驗組完全相同．
故答案為：
（1）左
（2）與實驗組等量消毒的無活力（如加熱後冷卻）的櫻桃、與實驗組等量的20%NaOH
（3）①機械損傷與否
③與實驗組等量消毒的受到機械損傷後的櫻桃