本实验平台可以完成基于可口可乐的弱荧光测量和滤光特性测量等光谱学实验。

　　实验现象定性观测：使用一束绿色的激光和一瓶没有装满的可口可乐。当绿色的激光水平照射可乐时，从瓶口处可观测到激光传播了一定距离，并且出现红移现象。如图1，随着照射位置变深，肉眼观测光谱红移越来越明显。

　　原理解释：激光射入可乐与其中的弱荧光物质作用，产生下转换荧光，观察到红移现象。随着照射位置变深，基于可乐的滤光特性，绿色波段被吸收较红色波段明显，导致红色波段所占比例上升。因此总光强减弱后，红移现象更加明显。荧光是从激发态分子衰变为自旋多重度相同的基√态或低激发态时的自发发射现象。固定激发波长，扫描发射光波长，得到荧光发射光谱。固定发射波长，扫描激发光波长，得到荧光激发光谱。可乐的荧光现象产生于其中的一种◤食用色素：焦糖色素，它是在可乐中除水之外含量最高的物质，具有微弱的荧光效应，参见文献：Mauricio Boscolo, Luiz G. Andrade-Sobrinho, Marcia Miguel Castro Ferreira, Spectrophotometric Determination of Caramel Content in Spirits Aged in Oak Casks, [J] Journal of AOAC International, 2002, VOL. 85(3): 744-750。但如果将一定量可乐装于烧杯，在空气中静置一周，取上清液，过滤，并使用绿色激光进行照射实验，肉眼观测就不再产生光谱红移现象。因为此时可乐中的焦糖色素被各种菌类的呼吸作用分解，产生的小分子物质如葡萄糖等破坏了原有的共轭双键，只具有旋光■效应，却没有荧光现象。可乐中的其他成份，如二氧化碳或水也没有共轭双键，因而不存在荧光现象，所以红色的荧光消失。

　　本实验平台可以完成大学物理课程中“荧光光谱”和“滤光片的特性研究”两个实验，并此基础上可进行许ㄨ多研究内容扩展，这里由于篇幅仅举一例：如使用532nm波长的激光作为激发光源，特制夹持器≡作为“转向”装置(见图2)控制激光与可乐的作用深度，使用国产教学用光栅单色仪(见图2左侧小图)可研究不同照射距离，即激光与样品作用深度对光谱红移量的影响。

　　具体实验步骤与结果如下：

　　一、 对可口可乐进行荧光发射光谱测量。

　　由于可乐的荧光现象较弱，需要激发♂光的功率比较高。这里使用功率为200mW的半导体激光器产生的532nm激光作为外接激发光源，利用侧入射式样品仓，四面抛光比色皿和以光电倍增管为探测器的◎光栅单色仪进行实验，测量得到可乐原溶液荧光激发光谱结果见图3。

　　二、 对可乐的滤光特性测量

　　利用氙灯或溴钨灯作为光源、直透式样品仓、两面抛光比色皿和以光电倍增管为探测器的光栅单色仪进行测试，将透射光和入射光光强比绘制成曲线，结果见图4。实验表明可乐具备中心波长640nm，带宽164nm的带通滤波效应。如果用绿色激光照射可乐，绿色的激发光和红色荧光均受损＠失，但由于可乐带通滤波特性，对绿光的吸收明显，而红光透过显著，所以仅管可乐的红色荧光较弱，却可以被明显的观察到。

　　三、激光与可乐作用深度对光谱的影响测试

　　如图5布置光路，将可口可乐注々入比色皿(四面抛光或两面抛光均可)，由带有螺旋测微计的特制加持装置固定532nm半导体激光器，从比色皿上方竖直射＠ 入。比色皿抛光一侧正对光栅单色仪，用于接收光谱，探测器还是采用光电倍增管。转动螺旋测微计，改变激光与可乐的作用距离，不同作用距离的光谱测量结果见图5右侧小图。实验结果表明红色的峰值向右侧移动，红、绿光强度均减弱，但红光减弱得慢。这里需要特别说明的是，绿光减弱明显并不是因为散射，因为样品为水溶液，处于米氏区，产生的≡散射与波长关系不大，这显然与实验结果中光波强度衰减绿光与红光差别很大相矛盾。

　　总结：该实验装置的创新之处在于利用一台教学单色仪，搭配不同样品仓和光源可同时进行传统荧光实验和滤波实验。并在此基础上，采用的特制微调夹持器定量分析荧光光谱随激发光与荧光物质作用距离的变化规律。该实验平台可开发的实验项目很多，还可以研究物质浓度对荧光现象的影响，在添加示波器和斩波器后还可以进行荧光寿命的测量。平台的可开发性，可以锻炼学生的动手能力和创新能力;采用可口可乐这一物质，不仅取材容易，成本较低，安全性高，还贴近了生活，增加了实验的趣味性。因此一定程度上优化和丰富了已有大学物理实验装置，是一个科学性、应用性和趣味性很强的，可同时研究吸收谱、荧光谱和滤光特性的综合设计性实验平台。

　　作品名称：可乐光谱综合教学平台

　　完成单位:南开大学 物理科学学院 基础物理实验中心