物質光學與光譜分析

實驗目的

　　利用光譜儀，量測不同發射光源之光譜譜線。並利用儀器所提供之固定光源，量測不同物質之吸收光譜、穿透光譜與反射光譜。

簡介

　　光譜分析在科學史，佔有舉足輕重的地位。無論在物理、化學、天文學等領域，都有相當重要的影響、發現和應用。

 

領域	應用	備註
物理學	原子光譜、分子光譜	氫原子模型、氫原子能階
化學	焰色光譜新元素	發現：銫、銣、鉈、銦
化學	惰性氣體新元素	發現：氦、氬、氪、氖、氙、氡
有機化學	量化分析	濃度量測、有色氣體反應速率
動物學	動物行為	昆蟲視野
植物學	吸收光譜	葉綠素a、葉綠素b、葉黃素、胡蘿蔔素
地球科學	大氣組成	恆星、行星
天文學	星體光譜	H-21、黑洞、星雲

原理：

光譜的來源：

發射光譜：由物質本身發射出來的光譜線。（本身即是光源）吸收光譜：以具有連續光譜的光照射物體，物體吸收某些波長的光，於是光譜中呈現一些暗線，形成吸收光譜。我們可以由這些暗線，瞭解吸收物質的能階分佈狀況。（需要另一光源）

光譜的分佈狀況：

線狀、連續、帶狀。
一般而言，液體和固體大多是連續光譜，氣體則有線狀或連續光譜。但實際上還是要依照該物質的能階分佈而定。

光源：

實驗光源：氣體放電管（氦氣、氖氣、水銀、氫氣）、白熾燈泡、日光燈。「偽鈔筆」、「捕蚊燈」、「省電燈泡」、「液晶螢幕」、「LED」、「雷射光筆」、「光纖」、「螢光」、「紅外線遙控器」、「人體紅外線輻射」、「紫外線殺菌燈」等光源。

吸收物質：

　　本實驗包括：葉綠素吸收光譜、酒精（丙酮）吸收光譜、胡蘿蔔素吸收光譜、食用色素吸收光譜、玻璃紙吸收光譜、（酸鹼）指示劑吸收光譜、防曬乳液（請學生自己帶）吸收光譜、眼鏡鏡片（鍍多層膜的「防紫外線鏡片」）吸收光譜、「墨鏡」吸收光譜。讓學生瞭解，物理實驗，不僅僅只是象牙塔中的學問，更可以在不同領域，甚至日常生活中，處處發現他的光輝。

 

　　本實驗特別著重於包含「紫外線」波長的光源之研究，因其對生物影響相當重要，包括基因突變致病致癌、家族遺傳疾病、突變選種、物種演化、生態破壞保育與永續經營、食物藥物及研究器材之非化學非接觸式殺菌，應用層面廣泛，影響亦相當深遠。

圖片

 圖（1）實驗儀器                               圖（2）軟體介面

 圖（3）LED光譜                               圖（4）實驗操作

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