差分光谱与实验装置有关吗

1. 光谱是如何被发现的呢

光谱的发现与证明

对光的速度的测量是技术的大发展，但是这最重要的技术不是因为对光速度的研究，而是对光颜色的研究。

牛顿通过光通过棱镜的情形来观察光的性质。他在把实验装置装备好时，就会在棱镜后面的屏幕上产生光谱，这是一道彩虹。所谓“红移”与“蓝移”就是根据光谱位置来说的。

牛顿发现白光并不单纯，而且白光是最不单纯的光，白光可以分成多色，多色光又可以合成白光。

约瑟夫·弗劳恩霍费尔(1787~1826年)是慕尼黑的一名磨镜师和玻璃制造工匠。他曾经设计过精密的磨床，他还改进了望远镜，并且对各种玻璃的性质十分熟悉，知道怎样加工成优质的光学仪器。

弗劳恩霍费尔比较各种玻璃的光折射，让日光通过用单种玻璃做的棱镜，但他发现，由于光谱的颜色密集在一个较小的范围内，一开始就做出精密比较是不可能的。所以弗劳恩霍费尔拟定了方案，依靠这个方案进一步扩展光谱。

结果，弗劳恩霍费尔线诞生了。

太阳光谱的颜色不是没有间隙的和连续的，从光谱上看到的是无规则地有窄谱线分布。这就是弗劳恩霍费尔线。

弗劳恩霍费尔认为，“这些谱线证明被分解的白色日光的成分，并非是由不同折射力的连续光谱组成，而且证明光来自一定的颜色层次，因此暗线是光谱中的间隙，这些间隙与缺少的光相应，假使这个光谱每次都是由日光通过同一材料制作的棱镜产生的话，这些谱线就会始终处在光谱的同一部分，次序和位置相同，密度和明暗相同。如果材料不同，数量、次序、明暗度也没有变化，但是谱线之间的相互距离却有不同”。

人们历来都认为太阳与其他恒星是同一光种，但弗劳恩霍弗尔发现恒星光谱与太阳光谱不同。

这下引发了一项重要研究，即光谱分析。光谱分析是19世纪的重大科学成就，由于光谱分析，使得化学家可以指出微小元素的情况，而天文学家也开始走向天文物理。至于冶金、工程等方面，也可以精密地确定出微量物质从而断定质量与事故。

当时人们利用的是元素、原子与光的关系，而为什么它们能保持发光并且颜色各不相同呢?19世纪的人们是不知道高坦的，这是原子物理学的范围了。

今天实验室里的“本生灯”，是科学家本生发明的一项技术性工具，是一种有充分空气供应的煤气灯。由于空气供应很充分，这种火焰几乎没有颜色，而且热量很高，十分有助于观察颜色。

德国的化学家本生(1811~1899年)与他败巧的同事克希霍夫(1824~1887年)利用这种灯研究了很多元素的燃烧发光。

他们用铂金丝将各种盐类慢慢靠近火焰，就可以观察到盐类上燃烧的蒸气光谱。“我们面前的这些现象，属于人造的最辉煌的光学现象。现在我们只看到与燃烧的盐相应的光谱，这种光谱以最大的光泽出现，而在以前的实验中，光谱的最大特点被酒精光所遮蔽”。

本生与克希霍夫断定金属有其特殊的焰色反应。为了进一步使不易熔解的金属化合物呈现焰色反应，他们二人还利用了电火花，因为电火花提供的火光很强。

白炽的固体光谱是连续的。由于元素的光谱与其含在哪种化合物中无关，那么检验某种元素的一种好方法就是焰色反应。在检验中，一种化合物的各种元素的光谱不会相互干扰或影响。但主要的是，本生和克希霍夫提供的验证方法显示了极大的灵敏度。本生描述说，在一次实验中，三百万分之一毫克的钠已经足够获得一个清晰的光谱了。

运用光谱分析，人们不久发现了在研究中一直被忽视了的一些化学元素，因为它们只是出现在极微量的分布中。像铷和铯，就是本生通过焰色发现的。后来通过光谱，又发现了铟、镓、钪的存在。未知化合物的成分也可以通过光谱分析确定。

弗劳恩霍费尔曾经观察到，太阳光谱的两条暗线刚好处在实验室实验中钠光谱的明线位置上。莱昂·富科和本生以及克希霍夫是这样解释的：如果亮光落在较不亮的钠蒸气上，那么就会出现“钠线的逆变”。光谱中，原来明线的位置到现在比其余部分暗。使用相应的实验方法，其他化学元素的光谱线也有同样的情况。

其原因是什么呢?

发光的气体和蒸气吸收它们自己放射的颜色。除了发光体的光引起的发射光谱外，还有吸收光谱。光通过发光的气体和蒸气时，就产生了吸收光谱。这时，吸收光谱在某种程度上就是发射光谱的“反面”。吸收光谱中属于某一元素的暗线察念键所处的位置，恰好是没有吸收时发射光谱的明线所处的位置。

2. 光声光谱的仪器

光声光谱的设备及其原理如图2所示。入射光为强度经过调制的单色光，光强度调制可用切光器。光声池是一封闭容器，内放样品和传声器。图中所示的是固体样品，样品周围充以不吸收光辐射的气体介质，如空气。若是液体或气体样品，则用样品充满光声池。传声器应很灵敏，对于气体样品，电容型驻极体传声器比较适宜，它配以电子检测系统可测10-6℃的温升或10-9焦/（厘米3·秒）的热量输入。对于液体和固体样品，最好采用与样品紧密接触的压电陶瓷检测器。 【注】因无法显示小标字，上文中“10-6℃”表示10的负6次方度；“10-9焦”表示10的负9次方焦尔；“厘米3”表示立方厘米。

光声光谱检测的实验装置主要由四部分组成：激发光源、调制技术、光声池和声信号检测器。
激发光源
根据光源的种类一般可分为普通光源和激光光源两类。
常用的普通光源有：钨丝灯、碳弧灯、高压氙灯、卤素灯和能斯特灯等，这一类光源的特点是波长可变范围宽、价格较便宜，但缺点是分辨率较低；
常用激光光源包括：Ar离子激光器、He－Ne激光器、CO2 激光器、半导体激光器和可调特染料激光器等，以及目前新发展的一种量子多级激光器，无论是哪种激光器它们都具备共同的优点：单色性好、脉冲峰值功率大、波谱范围宽等。在光声谱的实验中，无论普通光源还是激光光源作为激发光源，都必须满足实验对它们的共同要求：辐射光的脉冲频率一定要在声频（50~1200Hz）范围以内 。
调制技术
一般情况下脉冲光源不需要特别调制即可直接使用，但在使用连续谱光源时，则需要对光束进行调制。光调制技术包括振幅调制和频率调制（或波长调制），其中振幅调制较为常用，其调制方法有机械斩波器、声－光调制和电－光调制。虽然振幅调制较为常用，但与之相比频率调制（或波长调制）能够消除由波长引起的如窗材料吸收等带来的背景干扰从而提高探测灵敏度，但该调制模式仅适用于窄线宽的吸收体 。
光声池
光声池是光声光谱实验的核心部分，它的设计是否合理直接影响到探测信号的灵敏度大小。为了提高探测信号的灵敏度，光声池在设计上必须满足以下要求 ：
光声池内声信号不受外界信号的干扰；
最大限度地降低光声池内激光束与池壁、窗口及声信号探测器相互作用产生的干扰信号；
探测器类型和灵敏度的选择要合理；
最大化光声池内来自样品的声信号；
按照待测样品的种类和实验的类型设置光声池。
声信号检测器
光声信号的准确检测是光声光谱实验的重要环节。用于样品声信号检测的仪器有很多种，如微音器、压电传感器、折射率传感器和温度传感器等，其中较为常用的是微音器和压电传感器。每种类型的信号检测器都有它的优缺点，例如：微音器虽然探测灵敏度较高但带宽有限，所以在光声谱实验中要根据具体样品的类型和所用激发光源的情况来选择较为合适的声信号检测器。

3. 如图是一种可测定呼吸速率的密闭系统装置．（1）关闭活塞，在适宜温度下，30分钟后，读取有色液滴向_____

（1）在适宜温度下，装置内的鲜樱桃可进行有氧呼吸，该过程会消耗装置内的氧气，同时产生的二氧化碳，但产生的二氧化碳被NaOH溶液吸收，因此装置中气体总量减少，压强变小，有色液滴向左移动．
（2）外界温度等环境因素也会引起有色液滴的移动，因此为了使测得的有色液滴移动数值更准确，必须设计校正装置：容器和小瓶中应分别放入与实验组等量消毒的无活力（如加热后冷却）的樱桃和与实验组等量的20%NaOH．
（3）①该实验的目的是探究机械损伤能否引起樱桃呼吸速率升高，因此自变量是：樱桃是否机械损伤．
③探究实验应遵循对照原则和单一变量原则，该实验的自变量为樱桃是否机械损伤，因此第二步骤为：向容器内加入与实验组等量消毒的受到机械损伤后的樱桃，其它处理及装置与实验组完全相同．
故答案为：
（1）左
（2）与实验组等量消毒的无活力（如加热后冷却）的樱桃、与实验组等量的20%NaOH
（3）①机械损伤与否
③与实验组等量消毒的受到机械损伤后的樱桃