专利名称：荧光光谱测量玻尔兹曼常数的方法
技术领域：
本发明涉及一种测量玻尔兹曼常数的方法，尤其涉及一种荧光光谱测量玻尔兹曼 常数的方法。
背景技术：
玻尔兹曼常数kB是热力学温度(开尔文，K)与能量的转换因子，是玻尔兹曼统计 理论以及近代物理学微观领域中的一个十分重要的常数，是反应物质世界不连续特性的重 要标志之一。因此准确测定玻尔兹曼常数、用玻尔兹曼常数直接导出热力学温度单位的工 作在工业上温度标定和实验教学方面意义重大。玻尔兹曼常数的测量方法主要有噪声测温法、多普勒线展宽测温法、介电常数气 体测温法及声波气体测温法等几种。还有其它一些方法，测量过程简便或者实验设备简单 易得，包括利用PN结的伏安特性、布朗运动的摄影观测等，一些已经被用于教学实验。

发明内容
本发明的目的在于提供了一种荧光光谱测量玻尔兹曼常数的方法，通过测量荧光 材料在不同温度时的光谱，结合热激发状态下粒子分布符合的玻尔兹曼分布规律，对依赖 于温度的光谱数据进行分析、计算，从而得到也的数值；本发明将玻尔兹曼常数与普朗克常 数以及真空中的光速这些常数联系了起来，使得测量精度大大提高。本发明是这样来实现的，方法步骤为
步骤一、实现该方法的装置包括激发光源、具有热耦合能级的荧光材料、温控元件、发 热元件、色散元件、探测模块、数据处理模块，激发光源的激发光束照射荧光材料，荧光材 料在温控元件控制的发热元件表面，荧光材料的反射光路上设有色散元件，色散元件的单 色光光路上设有探测模块，探测模块连接数据处理模块；
步骤二、调节激发光源的激发光波长至荧光材料的热耦合能级均参与辐射跃迁，测量 和记录特定温度下荧光材料的发射光谱，并计算热耦合能级参与跃迁的两条谱线的荧光发 射强度比值R，具体步骤如下
步骤2-1.通过调节温控元件使发热元件在200K到900K温度范围内，设置荧光材料温 度T ；
步骤2-2.用色散元件分解荧光材料的发射光，探测模块记录不同波长的发射强度，送 数据处理模块变换、输出和显示，得到步骤2-1所述温度下荧光材料的发射光谱；
步骤2-3.从步骤2-2所测得的荧光材料的发射光谱中选取两条谱线，这两条谱线分别 来源于荧光材料中两个热耦合能级各自参与的跃迁，计算两条谱线的强度比R，由于处于这 两个能态的粒子布居符合玻尔兹曼分布，而粒子布居数队、N2决定了两条谱线各自的荧光 强度，因此强度比R的计算式中包含了玻尔兹曼常数
权利要求
1. 一种荧光光谱测量玻尔兹曼常数的方法，其特征是方法步骤为 步骤一、实现该方法的装置包括激发光源、具有热耦合能级的荧光材料、温控元件、发 热元件、色散元件、探测模块、数据处理模块，激发光源的激发光束照射荧光材料，荧光材 料在温控元件控制的发热元件表面，荧光材料的反射光路上设有色散元件，色散元件的单 色光光路上设有探测模块，探测模块连接数据处理模块；步骤二、调节激发光源的激发光波长至荧光材料的热耦合能级均参与辐射跃迁，测量 和记录特定温度下荧光材料的发射光谱，并计算热耦合能级参与跃迁的两条谱线的荧光发 射强度比值R，具体步骤如下步骤2-1.通过调节温控元件使发热元件在200K到900K温度范围内，设置荧光材料温 度T ；步骤2-2.用色散元件分解荧光材料的发射光，探测模块记录不同波长的发射强度，送 数据处理模块变换、输出和显示，得到步骤2-1所述温度下荧光材料的发射光谱；步骤2-3.从步骤2-2所测得的荧光材料的发射光谱中选取两条谱线，这两条谱线分别 来源于荧光材料中两个热耦合能级各自参与的跃迁，计算两条谱线的强度比R，由于处于这 两个能态的粒子布居符合玻尔兹曼分布，而粒子布居数K、N2决定了两条谱线各自的荧光 强度，因此强度比R的计算式中包含了玻尔兹曼常数式中，i。为热耦合能级J丫7=1，2)之间的能量差-,kB为玻尔兹曼常数，C1是仅与荧光材 料有关的常数；步骤三、调节温控元件，重新设置荧光材料温度T，并重复步骤二，得到不同温度下所选 的两条谱线的荧光发射强度比值，由步骤2-3中所得ιΓτ关系，即可拟合计算出ιΓτ关系中 包含在系数里的玻尔兹曼常数。
全文摘要
一种荧光光谱测量玻尔兹曼常数的方法，方法步骤为步骤一、实现该方法的装置包括激发光源、具有热耦合能级的荧光材料、温控元件、发热元件、色散元件、探测模块、数据处理模块；步骤二、调节激发光源的激发光波长至荧光材料的热耦合能级均参与辐射跃迁，测量和记录特定温度下荧光材料的发射光谱，并计算热耦合能级参与跃迁的两条谱线的荧光发射强度比值R；步骤三、即可拟合计算出R~T关系中包含在系数里的玻尔兹曼常数。本发明的技术效果是本测量方法使用的实验组件较常见且维护成本低，操作简便，重复性好，不易老化，可以用于工业工程的温度校准、近代物理教学实验等方面。
文档编号G01N21/64GK102103085SQ20111003287
公开日2011年6月22日 申请日期2011年1月30日 优先权日2011年1月30日
发明者何兴道, 岳俊昕, 张巍巍, 肖慧荣, 高益庆 申请人:南昌航空大学