Монохроматор УМ 2 - это один из призменных спектрографов, предназначенных для изучения спектров излучения в видимой области. Спектром называется совокупность длин волн (частот) в излучении исследуемого источника света.
Для изучения спектров в призменных приборах используется явление дисперсии, т. е. зависимости показателя преломления вещества от длины волны (частоты) излучаемого света.
На рис. 1-П показано устройство призменного спектрографа (схематический вид сверху).
Свет от источника S проходит через узкую щель (1), через линзу (2) и попадает на призму (3), преломляющую лучи разных длин волн на разные углы и направляющую их в линзу (4).
| S |
Схема спектрографа УМ 2
Рис. 1-П.
Линзы (2) и (4) формируют в фокальной плоскости (5) изображение входной щели в виде вертикальной окрашенной линии, которая называется линией спектра. Эти линии спектра (спектральные линии) можно наблюдать в окуляр (6) и совмещать с индикатором – вертикальным тонким указателем в фокальной плоскости прибора, совмещая центр линии с его вершиной.
Для совмещения линий спектра с индикатором призма поворачивается с помощью передаточного механизма, соединённого с регулятором настройки
спектра (7). Этот регулятор представляет собой вращающийся барабан, на котором нанесена спиральная шкала делений. Отсчёт на шкале выполняется посредством специального указателя, движущегося по спиральной канавке при вращении барабана – регулятора настройки спектра.
Для спектральных измерений должна выполняться предварительная градуировка шкалы барабана с помощью эталонных спектров. В качестве эталонных обычно используются атомные спектры ртути или железа в излучении от газоразрядных источников света.
Примечание. При точных научных исследованиях ширина входной щели обычно равна сотым долям миллиметра. Для более грубых измерений ширину щели увеличивают до десятых долей миллиметра. Регулировка ширины щели осуществляется микрометрическим винтом.
Дополнение. Длины волн регистрируемого человеческим глазом излучения находятся в интервале от 400 нм до 750 нм (1 нм = 10-9 м).
Для иллюстрации принципа действия призменного спектрографа рассмотрим три примера.
а) Входная щель освещается монохроматическим источником, излучающим на одной длине волны λ = 580 нм. В окуляре будет единственное изображение входной щели – линия спектра жёлтого цвета.
б) Входная щель освещается источником дискретного спектра, включающего в себя три длины волны: λ1 = 680 нм, λ2 = 540 нм, λ3 = 490 нм. В окуляре будут три раздельных изображения входной щели – линии спектра красного, зелёного и голубого цвета.
в) Входная щель освещается солнечным светом, имеющим непрерывный (сплошной) спектр, т. е. длины волн непрерывно лежат в интервале от 400 нм до 750 нм.
В окуляре будут изображены примыкающие друг к другу линии спектра, образующие сплошную полосу, окрашенную во все цвета от фиолетового до красного.
Цвета и длины волн видимого глазом человека излучения.
Таблица 1
| Цвет | Длина волны, нм |
| Красный | 750-610 |
| Оранжевый | 610-590 |
| Жёлтый | 590-575 |
| Зелёный | 575-495 |
| Голубой – Синий | 495-435 |
| Фиолетовый | 435-400 |
Основные (реперные) спектральные линии атомного спектра
ртути в видимой области
Таблица 2
| Цвет | Длина волны  ,  нм
| Особые свойства |
| фиолетовый | Линия с λ=405 нм - наиболее яркая из трёх фиолетовых линий. В старых типах УМ линии 405 нм и 408 нм почти "слипаются" | |
| фиолетовый | ||
| фиолетовый | ||
| синий | яркая | |
| голубой | средняя яркость | |
| зелёный | яркая | |
| жёлтый | яркая | |
| красный | В красной области спектра наиболее яркими являются линии: λ=623нм и λ=691нм. В некоторых ртутных лампах повышена яркость линий λ=612нм и λ=623нм | |
| красный | ||
| красный | ||
| красный | ||
| красный |
Примечание. Данную таблицу применять для установки №209 А. Таблица для установки №209 Б находится возле установки.
Пояснение. Видимая часть спектра ртути содержит около 40 длин волн, соответствующих переходам электронов атомов ртути с разных энергетических уровней на более низкие. В табл. 2 указаны только 12 округлённых значений длин волн основных (реперных, т. е. наиболее характерных) линий спектра. В газоразрядных ртутных лампах невысокой мощности, применяемых в учебных лабораториях, линия с λ = 709 нм – это последняя линия (малой яркости), отчётливо видимая глазом в длинноволновой (красной) области спектра. Расположенные за ней в области до 750 нм линии спектра ртути почти не видны и в табл. 2 не указаны. В табл. 2 отсутствует также ряд линий малой яркости в "розово-фиолетовой" области спектра.
В точных спектральных таблицах длины волн приводятся с семью значащими цифрами. Например, для ярко-зелёной линии спектра ртути получено значение λ = 546,0740 нм, для голубой λ = 491,6036 нм.
Некоторые яркие линии образованы несколькими энергетическими переходами, которым соответствуют близкие длины волн. Например, ярко-жёлтая линия спектра (округлённая длина волны λ = 578 нм) образована энергетическими переходами, которым соответствуют длины волн λ = 576,9591 нм и λ = 579,0654 нм, т.е. при малой ширине входной щели эту линию можно "расщепить" на две линии: λ = 577 нм и λ = 579 нм.
Ярко-синяя линия спектра (округлённая длина волны λ = 435 нм) образована четырьмя энергетическими переходами и может быть "расщеплена" на линии с длинами волн: λ = 433,9235 нм; λ = 434,3634 нм; λ = 434,7496 нм и λ = 435,8351 нм в приборах с большой дисперсией. В монохроматорах УМ2 нового типа эта линия "расщепляется" на три со средними длинами волн λ = 434 нм, λ = 435 нм и λ =
= 436 нм, из них линия с λ = 434 нм – самая яркая.
Сплошной фон на некоторых участках спектра объясняется излучением молекул (в том числе – примесных элементов) и раскалённых электродов внутри ламп.