02-2.光谱法仪器与光学仪器.pptVIP

* an introduction to optical analysis instruments for spectro-metry and optical parts 第二章 光谱分析法导论 第二节 光谱法仪器与光学元件 /?k1035835 * 一、光谱分析仪器原理和基本结构 1、光谱分析仪器原理 例：紫外-可见吸收光谱----朗伯比耳定律 * 2、光谱分析仪器基本结构 （1）光源(辐射源)； （2）色散元件(单色器)； （3）盛装样品的容器； （4）检测器或换能器； （5）信号处理器或读出装置(显示与数据处理) main parts of spectrometry * * 二、光源系统--要求有足够的输出功率以便容易检测和测定.有足够的稳定性. 在仪器设计中,常将光源发出的光分为二束,一束通过试样,另一束不通过试样,测量两束光信号比作为分析的变量,用以克服光源稳定性带来的问题. 差值ΔA 光源 单色器 吸收池 检测器 显示 光束分裂器 * 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： 1、连续光源：应用于紫外-可见吸收，分子荧光、分子磷光、红外吸收光谱中。 能在较大波长范围提供连续波长的光源 如：氢灯、氘灯、钨丝灯等 在紫外光区最普通的光源是氢灯或氘灯.需要特别强的光源时,选用高压、充有氩气、氦气或汞蒸气的充气弧灯. 可见光区,采用钨丝灯. 红外光源,采用将惰性固体加热到1500-2000K * * 2、线光源—应用于原子吸收、原子荧光以及拉曼光谱中 提供特定波长的光源，常见的有：金属蒸气灯(汞灯、钠蒸气灯)、空心阴极灯、无极放电灯等； 紫外和可见光区----汞蒸气灯和钠蒸气灯 原子吸收和原子荧光光谱----空心阴极灯和无极放电灯 * 空心阴极灯 * 3、激光光源—高单色性，方向性强，亮度高，相干性好 拉曼光谱，分子吸收光谱，发射光谱，傅立叶变换红外光谱等 * 三、波长选择系统 * 色散元件的功能：使光发生色散，使光按照波长顺 序排列，常用光栅或棱镜 狭缝的功能：采光，即采集按照波长顺序排列的而 一定波段的光进入检测系统进行检测 狭缝的选择: 狭缝越小，光谱的分辨率越高,但狭缝太小光信号太弱,检测器难以有效测到光信号. 如果进行定量测定,则适当采用较大宽度的狭缝. * （一）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 线传播的透镜或反射镜 （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； （4）聚焦透镜或凹面反射镜：使每个单色光束在单色 器的出口曲面上成像 * 棱镜单色仪—用来色散紫外、可见和红外辐射 * 光栅单色仪 * （二）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； （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； * （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。 棱镜的分辨能力取决于棱镜的几何尺寸和材料； 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。 * （四） 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（平面反射光栅，凹