煙花的火花發(fā)射峰分析
1. 實驗背景
煙花的款式多樣，是因為在其中添加了不同元素的火藥。比如，在煙花中添加鋁可以產生閃光和爆鳴聲，添加鐵可以增大火花。
而在煙花中加入銅會產生藍色，鍶會產生深紅色，鋇會產生非常亮的綠色。各種元素也可以混合產生新的顏色，鍶和鈉可以獨立產生紅色和黃色，混合后煙花則表現(xiàn)為橙色。有些顏色可以通過添加多種元素來實現(xiàn)。例如，白色煙花可以通過添加鈦、鋯或鎂來制作。
與激光誘導擊穿光譜（LIBS）技術類似，點燃的煙花發(fā)出了光，此時利用光譜儀會檢測到特定波長的峰，它們對應著特定的元素。
本實驗旨在測量不同顏色的煙花樣品，并檢測其中元素。實驗中使用三種不同顏色的火花樣品（紅色，綠色和藍色）。
2. 實驗系統(tǒng)與方法 圖1：煙花測量的實驗系統(tǒng) 實驗系統(tǒng)見圖1。使用的光譜儀為AvaSpec-ULS4096CL-EVO，它配置了4096像素CMOS探測器，USB3.0通信。使用的光源是由煙花樣品產生的光，其他附件包括光纖和準直透鏡。 實驗環(huán)境圖 實驗的煙花樣品被點燃后做連續(xù)測量，每個樣品大約測量500次。 我們將實驗樣品放置室外測量，需要扣除環(huán)境光，所以使用了AvaSoft中的Scope-Minus-Dark（Sd）模式，積分時間設置為5ms，平均設為1。由于本實驗測量數(shù)據(jù)較多，因此通過軟件中Live Output功能將數(shù)據(jù)保存為Excel和ASCII文件，用于進一步的分析和圖形繪制。 3. 實驗結果與分析 三種煙花樣品均在590nm、660nm和770nm處出現(xiàn)顯著峰（圖2-4）。590nm處的峰為鈉元素，用來為煙花添加黃色來增加它們的整體亮度。660nm和770 nm的峰為木炭中的氫和氧元素峰。其中，770nm的峰也可以歸因于硝酸鉀中的鉀元素，它們都是煙花的必要組成成分。 圖2：紅色煙花樣品的光譜 如圖2所示，紅色煙花樣品在約405 nm，460nm，610nm和670nm處出現(xiàn)了小峰。前兩個峰405nm和460nm為鍶元素峰，鍶是一種常見的紅色煙花元素添加劑。610nm和670nm的峰為鋰元素峰，另一種用于紅色著色的元素添加劑。 圖3：綠色煙花樣品的光譜 如圖3所示，綠色煙花樣品在500 ~ 550nm以及800 ~ 1000nm出現(xiàn)小峰。其中，553nm處的峰為鋇元素峰，鋇是煙花中最常用的綠色添加劑。 圖4：藍色煙花樣品的光譜 如圖4所示，藍色煙花樣品在405nm，435nm, 445nm，515nm和525nm處均出現(xiàn)小峰。405nm峰為鐵元素峰，可以增大煙花的火光。435和445nm的峰為鈣元素峰，用來加深煙花的顏色。515和525nm為銅元素峰，銅是給煙花添加藍色的主要元素。令人驚訝的是，這兩個峰也出現(xiàn)在綠色煙花樣品中，其強度明顯高于藍色煙花樣品。 圖5：紅色煙花（紅色線），綠色煙花（綠色線）和藍色煙花（藍色線）樣品的光譜 所有樣品的光譜如圖5所示，銅（515nm和525nm，藍色）和鈉（590nm，黃色）對應的元素峰在綠色煙花樣品中是最高的，它們結合在一起時可以產生綠色，以此證明綠色煙花樣品是由產生藍色和黃色的火藥結合起來制作的。 4. 實驗結論 本實驗成功地判斷了紅藍綠三種顏色煙花樣品的部分元素組成，每個元素都有其特定波長的峰。AvaSpec-ULS4096CL-EVO適合高分辨率和高速測量應用，其分辨率（FWHM）可達0.05 nm。
