光学分析法导论-2.ppt

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1、第二节光谱法仪器与光学器件一、光谱法仪器的基本流程generalprocessofspectrometry二、光谱仪器的基本器件mainpartsofspectrometry第二章光分析导论anintroductiontoopticalanalysisinstrumentsforspectro-metryandopticalparts2021/10/1一、光分析法仪器的基本流程generalprocessofspectrometry光谱仪器通常包括五个基本单元：光源；单色器；样品；检测器；显示与数据处理；2021/10/1二、光分析法仪器的基本单元mainpartsofspectrom

2、etry1.光源依据方法不同，采用不同的光源：火焰、灯、激光、电火花、电弧等；依据光源性质不同，分为：连续光源：在较大波长范围提供连续波长的光源，氢灯、氘灯、钨丝灯等；线光源：提供特定波长的光源，金属蒸气灯(汞灯、钠蒸气灯)、空心阴极灯、激光等；2021/10/12.单色器单色器：将复合光分解成单色光或有一定宽度的谱带的装置。主要部件：（1）进出口狭缝；（2）准直装置(透镜或反射镜)：使辐射束成为平行光线；（3）色散元件(棱镜、光栅)：使不同波长的辐射以不同的角度进行传播；2021/10/12021/10/1棱镜—根据光的折射现象进行分光棱镜对不同波长的光具有不同的折射率，波长长的光，折

3、射率小；波长短的光，折射率大。平行光经过棱镜后按波长顺序排列成为单色光；经聚焦后在焦面上的不同位置上成像，获得按波长展开的光谱；棱镜的光学特性可用色散率和分辨率来表征；2021/10/1棱镜的特性与参数（1）色散率角色散率：用dθ/dλ表示，表示偏向角θ对波长的变化率；棱镜的顶角α越大或折射率n越大，角色散率越大，分开两条相邻谱线的能力越强，但顶角越大，反射损失也增大，通常为60度角；2021/10/1（2）分辨率相邻两条靠得很近的谱线分开的能力：：两条相邻谱线的平均波长；△λ：两条谱线的波长差；b：棱镜的底边长度；n：棱镜介质材料的折射率。所以，棱镜的分辨能力取决于棱镜的几何尺寸和材料

4、；分辨率与波长有关，长波的分辨率要比短波的分辨率小，棱镜分离后的光谱属于非均排光谱。2021/10/1光栅通过在平板玻璃或金属板上刻划出一道道等宽、等间距的刻痕制成。常用的光栅刻痕密度每毫米为1200条、1800条或2400条；根据工作方式不同分为：透射光栅，反射光栅；光栅光谱的产生是多狭缝干涉与单狭缝衍射共同作用的结果，前者决定光谱出现的位置，后者决定谱线强度分布；2021/10/1光栅的色散原理光栅公式：d(sinα±sinθ)=Kλα、θ分别为入射角和衍射角；K为光谱级次,K=0,±1,±2,…整数d为光栅常数(mm):相邻两刻痕间的距离，即为光栅刻痕密度b（mm-1)的倒数；λ为

5、衍射光的波长2021/10/1光栅公式d(sinα±sinθ)=Kλdsinα为相邻入射光波Ⅰ与Ⅱ的光程差；dsinθ为相邻衍射光波Ⅰ’与Ⅱ’的光程差；d(sinα±sinθ)为光波ⅠⅠ’与光波ⅡⅡ’的总光程差；加号表示衍射光和入射光在光栅法线的同侧，减号表示它们在光栅法线的异侧；当一束复合光以一定的入射角α照射光栅时，不同波长的单色光在不同衍射角θ的方向发生干涉。在某一光谱级次中，即当K,α,d一定时，波长愈长的单色光，衍射角愈大。对于给定的光栅，可以通过旋转光栅转台来获得需要的波长范围和光谱级次。2021/10/1光栅的参数：光栅的特性可用色散率和分辨率来表征，当入射角不变时，光栅的

6、角色散率可通过对光栅公式求导得到：dθ/dλ为衍射角对波长的变化率，即光栅的角色散率。当θ很小，且变化不大时，cosθ≈1，光栅的角色散率决定于光栅常数d和光谱级数K，常数，不随波长改变，均排光谱（优于棱镜之处）。角色散率只与色散元件的性能有关；线色散率还与仪器的焦距有关。2021/10/1光栅的线色散率f为会聚透镜的焦距。倒线色散率：用dλ/dl表示，dλ/dl值越大，色散率越小2021/10/1光栅的分辨能力光栅的分辨能力根据Rakleigh准则来确定。等强度的两条谱线（I，II）中，一条（II）的衍射最大强度落在另一条的第一最小强度上时，两衍射图样中间的光强约为中央最大的80%，在

7、这种情况下，两谱线中央最大距离即是光学仪器能分辨的最小距离（可分离的最小波长间隔）；2021/10/1光栅的分辨率R光栅的分辨率R等于光谱级次（K）与光栅刻痕条数（N）的乘积：光栅越宽、单位刻痕数越多、R越大。如宽度50mm，N=1200条/mm，一级光谱的分辨率：R=1×50×1200=6×1042021/10/1例：用dn/dλ=1.3×10-4nm-1的60°熔凝石英棱镜和刻有2000条·mm-1的光栅来色散Li的460.20