光谱的记录与测量教学课件.ppt

4.4 光谱的纪录和测量 4.4.1 棱镜光谱仪 1.光路系统 它是以棱镜作为色散原件，根据不同波长的光在同一介质中具有不同的折射率而进行分光。其光路系统由照明、准光、色散、投影四部分组成。 不同波长的光由成象物镜L2分别聚焦在感光板焦面上的不同部位，便得到按波长顺序展开的光谱。每一条谱线都是狭缝的像。 图4.9 stop 作用：将来自光源的复合光分解为光谱，并用感光板记录下来。若以棱镜或光栅为色散元件，感光板为检测器，称摄谱仪。如以光电倍增管为检测器，称为光电直读摄谱仪。 2.光学特性 （1）色散率: 将不同波长的光分开的能力。 角色散率D是指两条波长相差d?的谱线被分开的角度d?，用d? / d? 表示。 线色散率DL是指波长相差d?的两条谱线在焦面上被分开的距离dl，用dl/ d?表示。 倒线色散率d?/ dl，即色散后单位长度焦面上所包含的波长范围nm/mm。数值越小，说明色散效果越好。 （2）分辨率R：能正确分辨出紧邻两条谱线的能力。可用能被正确分辨的两条谱线波长的平均值?与其波长差d?之比表示。 stop R越大，分辨能力越强。一般光谱仪的分辨率在5000~60000。 （3）集光本领：表示光谱仪光学系统传递辐射的能力。用在感光板上得到的照度E与投射至狭缝光源的亮度B之比来表示。E/B越大，表示辐射能量损失越小，集光本领越强。 通常入射于狭缝的光源亮度为一单位时在感光板焦面上单位面积内得到的辐射通量来表示。集光本领与物镜的相对孔径的平方成正比，而与狭缝宽度无关。因为狭缝宽度增宽，像亦增宽，单位焦面上能量不变。增大物镜焦距，可增大线色散率，但要减弱集光本领。 stop 4.4.2 光栅光谱仪 光栅光谱仪是用光栅做色散元件。多采用平面反射闪耀光栅。 光栅光谱仪的色散率 角色散率 线色散率 图4.11 分辨率 光栅光谱仪的分辨率 m 是光谱级次，N 是光栅刻痕总数。 4.11 闪耀光栅 光栅法线 γ θ = - α α 0级 入射线 刻槽法线 镜面反射 4.4.3 中阶梯光栅光谱仪 中阶梯光栅光谱仪，具有精密刻制的宽平刻痕的特殊衍射光栅。光栅每一阶梯的宽度是高度的几倍，阶梯之间的距离是欲色散光波长的10~200倍，闪耀角大。 中阶梯光栅的色散率，在入射光与衍射光夹角很小时，有下式： 中阶梯光栅的分辨率，在入射光与衍射光夹角很小时，有下式： 图4.12 普通光栅是靠增加光栅刻痕数和光栅宽度，即增大N来提高分辨率，但这要受到限制。 中阶梯光栅的集光本领，因使用高级次光谱，要求在任何一级色散辐射时，光栅角度变化相当小，所有波长都在或者接近在最适合的闪耀角测量，而且物镜焦距短，因而获得最大的光能量。 4.4.4 光电直读等离子体光谱仪 光电直读光谱仪利用光电管直接测定谱线强度。用光电倍增管代替感光板作为检测器。谱线接受器是由出射狭缝与光电倍增管等组成。 ICP焰炬发出的辐射经入射狭缝投射到凹面光栅 光电直读等离子体光谱仪分为单道扫描式和多道固定狭缝式。多道固定狭缝式光谱仪是在光谱仪的焦面上按分析线波长位置安装多个固定的出射狭缝和光电倍增管，同时接受多个元素的谱线。 这种光谱仪准确度高、分析速度快、线性范围宽，可同时测定十几种元素。 Fig. 4.4.5 谱线强度的测量 使用观测设备放大谱线并投影在屏幕上以便观察谱线距离，测量谱线黑度，进行定性和定量分析。照相法是利用测微光度计测量照相乳剂感光变黑的黑度以确定谱线强度的方法。 　　１.光谱投影仪（映谱仪） 　　作用：放大光谱线，放大倍数约２0倍，用于光谱定性分析译谱和半定量分析。 　　２.测微光度计（黑度计） 　　测量感光板上记录的谱线黑度。用黑度表示谱线在感光板上的变黑程度。谱线变黑处的透光度： 　　　　 T=I/I0 I—谱片变黑部分透过的光强度； I0—谱片未受光处透过的光强度。 stop Fig 黑度 （实际为吸光度） 黑度计上的读数标尺有三种 （1）直线标尺D：0 ~1000 相当于透光度T标尺 （2）黑度标尺S：? ~ 0 相当于吸光度A标尺 （3）W标尺： ? ~ - ? 与T标尺的关系为 常用S标尺，可直接读出黑度。