波长校正调节螺杆调节的原理和方法

　　721型分光光度计采用自准式光路,单光束方法,其波长范围自360~800nm,用钨丝白炽灯泡作光源,其光学系统分光部分如图1。

　　由光源灯发出的连续辐射光线,射到聚光透镜上,会聚后再经过平面转角90°,反射至入射狭缝,由此入射到单色器内,狭缝正好位于球面准直镜的焦面上,当入射光线经过准直镜反射后就以一束平行光射向棱镜(该棱镜的背面镀铝),光线进入棱镜后,就在其中色散,入射角为最小偏向角,入射光在铝面上反射后是依原路稍偏转一个角度反射回来,这样从棱镜色散后出来的光线再经过物镜反射后,就会聚在出光狭缝上。721型分光光度计的主要分光器件是单色光器部件,外形如图2所示,内部结构如图3所示。从以上两图可以清楚地看到:波长校正调节螺杆的作用就是改变准直镜的方向,并由此改变色散后的七彩光斑在狭缝处的位置。那么这个位置上的改变是如何实现波长非线性误差的调整的呢?

　　复合光是在棱镜中色散的。虽然721型分光光度计在其所用棱镜的一面镀上了铝,使光线依原路返回,但是未改变其色散特性,因此色散出来的光与一般棱镜色散出来的光依然是相同的。根据《光学教程》,它的光谱图应该如图4所示。

　　从图4可以直观地看出棱镜色散的非线性,当波长处于360 ~ 500nm, 500 ~ 600nm和600 ~700nm不同区段内,其波长密度是不一样的,分别设为n1、n2、n3,很明显,n1dλ2>dλ1,并且它们之间是非线性关系。正是利用了这个非线性,才抵消了原来的非线性的误差。

　　那么,dλ1、dλ2、dλ3到底是个什么关系呢?可用图6来推导。图6所示为一普通棱镜分光情况,它的角色散率为(参见《光学教程》):

　　如果将光斑均匀移动一段距离d1,则由此而产生的偏向角的改变量dθ对于各色波长应近似相等,因此,在检定点λ1、λ2和λ3处,分别有

　　721型分光光度计波长校正调节螺杆正是应用了上面所论述的原理来进行波长非线性调节的。由于式(17)、(18)在调节波长非线性误差时经常用到可以把这样一组数称为波长校正调节螺杆调节比例数。

　　具体地说,本局有一套检定分光光度计的标准器,它们的标准值在某一周期内分别为λr1=439.8nm,λr2=557.6nm,λr3=664.2nm,在用此套标准器检定分光光度计时,发现有一只721型分光光度计检定数据如下:

　　在λ3处波长大幅度超差,而其它两点又都是合格的,属非线性误差。在这种情况下,可以利用波长调节螺杆调节比例数先粗算一下单纯调节波长调节螺杆能否把各点波长都调到合格范围,如本例λ23/λ13= 560.83/441.03= 2.06,λ33/λ13= 678.03/441.03=3.63,按此比例设在λ1处往小调节3nm,即dλ1=-3nm,则dλ2=2.06×dλ1=2.06×(-3)=-6.18nm,dλ3=3.63×dλ1=3.63×(-3)=-10.89nm,按此,调整后的波长值应是λ1′=λ1+dλ1=441.0+(-3)=438.0nm,λ2′=λ2+dλ2=560.8+(-6.2)=554.6nm,λ3′=λ3+dλ3=678.0+(-11.0)=667.0nm。可见各点波长都将在合格范围内。因此只要先把波长放在λ1处,调节波长调节螺杆(如转不动,可先用扳手拧松外面的六角固定螺母后再调节),使此点波长变小3nm,即可。实际检定数据见下表。