11《仪器分析》光学分析法导论.pptVIP

棱镜对相邻波长的光的色散能力可以用棱镜的角色散率来衡量，即以折射角θ作为波长的函数而改变的速率：dθ/dλ dθ/dn是指θ棱镜材料折射率n的变化，dn/dλ代表折射率随着波长的变化。前者取决于棱镜的几何形状，后者就是棱镜材料的色散率。 棱镜的分辨本领用R来表示，它是指棱镜分开波长相差极小的相邻二波长的能力。 R = λ/dλ 其中为两相邻波长之差，为两相邻波长的平均值。R还与棱镜的底边长度及材料有关，大棱镜有高分辨本领。 2）光栅 光栅的色散基于狭缝衍射。光栅分为反射光栅和透射光栅两种。透射光栅是用玻璃或者其它透明材料制成，其上刻有许多宽度和距离相等的平行线条。适用于紫外-可见光区的刻线密度是60-3600mm-1，适用于红外区的刻线密度为20-30mm-1。 反射光栅是在刻蚀抛光的金属表面或者在复制光栅表面上真空蒸发一层薄铝膜制成的。入射光被刻线表面之一反射，而此反射又可以看成新的光源。每一个刻线有一个反射面，相互间的反射光产生了干涉现象，其结果使得不同波长的光以不同的角度反射，从而达到色散的目的。 光栅衍射 A B D C i r 1 2 3 1’ 2’ 3’ d ? 为了使得相邻光束发生相长干涉，必须使得其光程差等于入射光束波长的整数倍。图中所示平行光1和2与光栅法线成入射角i的方向射到光栅上，由图所示，光束2比1走的路程长，而光束2’比1’短，所以其差值为CD+AB，当反射在入射角一侧时，为CD+AB，不在同一侧为CD－AB。 CD+AB＝nλ 由ΔACD可得 CD＝AD?sini=d?sini 由ΔABD可得 AB＝d?sinr nλ=d?( sini + sinr) 式子中n称为光谱级次（n=0，1，2，????）。由式可见，n=0是没有分光作用。n与i不变时，r为λ的函数，能分光。当nλ相等时，会发生光谱线的重叠，例如波长800nm的一级光谱，会和波长400nm的二级光谱，波长267nm的三级谱线发生重叠。欲消除这种重叠，可以采用滤光片。 当入射光垂直于光栅时，nλ=d?sinr，波长越短，衍射角越小，短波靠近零级线，形成谱线排列中心由紫-红的次序，这种色散与棱镜不同。 当i=r=?时，光栅的衍射光在某一角度范围内最强，避免了“理想”光栅将大部分光强集中在不分光的零级的缺点。此时的入射角又称为闪耀角，对应的波长为闪耀波长，二者的关系为： nλ?=2dsin? 光栅的角散射率为： 色散随着刻线间距离的减小而增加，同时也随着光栅级次的增加而增加。例如，刻痕密度为2400mm-1的光栅比1200mm-1的色散大一倍。二级衍射比一级衍射大一倍。由于光栅的衍射角一般都很小，可以认为cosr=1，因此光栅的色散可近似看成与波长无关。 实际工作中，色散率常用线色散率dl/dλ表示，dl是单色器的聚焦面上二谱线间的距离： f为暗箱物镜的焦距。最广泛使用的色散率却是线色散率的倒数，即倒线色散率dλ/dl。 光栅的分辨率为： N代表总的刻线数。由此可见，光栅的分辨率和总的刻线数成正比，与波长无关。 3） 滤光片 滤光片有两类，吸收滤光片和干涉滤光片。前者仅适用于可见光区，后者适用于紫外、可见和红外光区。 比色分析中用的红、黄、绿等色的滤光片属于吸收类滤光片，如绿色滤光片吸收橙色光，使得投射光限制在480-620nm范围内。 干涉滤光片是借光的干涉而获得较窄的辐射谱带，由透明介质（常用氟化钙或氟化镁）夹在两片内表面涂有半透明金属膜的玻璃片构成的。透过光的波长取决于介质层的厚度。 4） 狭缝 单色器的进口狭缝起着单色器光学系统虚光源的作用。复合光经色散元件分开后，在出口曲面上形成相当于每条光谱线的像，即光谱。转动色散元件可使不同波长的光谱线依次通过。 分辨率大小不仅与色散元件的性能有关，也取决于成像的大小，因此希望采用较窄的进口狭缝。分辨率用来衡量单色器能分开波长的最小间隔的能力；最小间隔的大小用有效带宽表示： S = DW D为线色散率的倒数；W为狭缝宽度。 5）样品池 透明材料做成。根据样品的吸收范围不同材料不同。紫外用石英，350-2000nm用普通玻璃，红外区用氯化钠晶体。 为了减少反射损失，一般都放置在垂直于入射光的位置。紫外-可见吸收池一般为1-5cm，红外小于1mm。 6）检测器 - 换能器，即将光能转换成电信号 一是基于光电效应的检测器，一类是热检测器。 （I）光电检测器：光电池、光电管、光电倍增管 光电池：光在一半