第11章+光学分析导论.ppt

中阶梯光栅（echelle grating） 1949年，由G. R.Harrison提出的一种特殊光栅，它与平面闪耀光栅相似。 ? d ? normal 与平面反射光栅的结构区别： ? 阶梯宽度（宽边, t）大于高度（短边，s）或者说，t/s1； ? 使用刻槽的短边，而不是长边，因而入射角大； ? 刻槽数量少或者说光栅常数 d 很大，通常为300条/mm。 ? 中阶梯光栅的性能 线色散率： 分辨率：R=?/ ?? =2Nd(sin?)/ ? 在提高色散率和分辨率的方式上，中阶梯光栅与相同大小的闪耀光栅不同： *光谱级次 n 非常大，光谱重叠严重，因此需要增加一个光面垂直于中阶梯光栅的棱镜或光栅来克服这一问题。 光栅常数d小 光栅常数d大 小阶梯光栅与中阶梯光栅的性能比较 3）狭缝（Slit） 构成：狭缝是两片经过精密加工、具有锐利边缘的金 属组成。两片金属处于相同平面上且相互平行。 入射狭缝可看作是一个光源，在相应波长位置， 入射狭缝的像刚好充满整个出射狭缝。 有效带宽：整个单色器的分辨能力除与分光元件的色 散率有关外，还与狭缝宽度有关。即单色器的分 辨能力（有效带宽S）应由下式决定： D=倒线色散率；W=狭缝宽度。当单色仪的色散率固定时，波长间隔将随狭缝宽度变化。 狭缝宽度的选择原则 ? 定性分析：选择较窄的狭缝宽度—提高分辨率， 减少其它谱线的干扰，提高选择性； ? 定量分析：选择较宽的狭缝宽度—增加照亮狭缝 的亮度，提高分析的灵敏度； ? 应根据样品性质和分析要求确定狭缝宽度。并通 过条件优化确定最佳狭缝宽度。 ? 与发射光谱分析相比，原子吸收光谱因谱线数少， 可采用较宽的狭缝。但当背景大时，可适当减小 缝宽。 G E2 E1 G G G E2 E2 E1 E1 E1,E2 Ebert-Fastie Czerny-Turner Littrow 4）光谱仪几种典型的光学系统 集光本领（Light-gathering power of monochromator) 为提高光谱仪的信噪比，必须使得达检测器的光能量足够强。常以集光本领来反映： 其中，F 为准直镜的焦距；d 为其直径。 可见，集光本领与 f 数平方成反比，但与狭缝宽度无关。较短焦距、较长直径的准直镜使色散率降低，但可获得更大的集光本领。 3. 吸收池（Sample container，Cell，Cuvette） 除发射光谱外，其它所有光谱分析都需要吸收池。盛放试样的吸收池由光透明材料制成。 石英或熔融石英：紫外光区—可见光区—3?m； 玻璃：可见光区（350-2000nm）； 透明塑料：可见光区（350-2000nm）； 盐窗（NaCl, NaBr晶体）：红外光区。 * 第11章 光学分析方法导论 一、电磁辐射的描述 1. 光的波动性 2. 光的粒子性 二、电磁波谱 三、光谱仪器及其组成 1. 光源 2. 分光系统（棱镜和光栅、狭缝、光谱仪结构） 3. 吸收池 4. 光谱分析检测器 光学分析方法： 利用光电转换或其它电子器件测定“辐射与物质相互作用”之后的辐射强度等光学特性，进行物质的定性和定量分析的方法。 历史上，此相互作用只是局限于电磁辐射与物质的作用，这也是目前应用最为普遍的方法。现在，光谱方法已扩展到其它各种形式的能量与物质的相互作用，如声波、粒子束（离子和电子）等与物质的作用。 一. 电磁辐射的描述 ?1. 光的波动性 电磁辐射为正弦波（波长、频率、速度、振幅）。与其它波，如声波不同，电磁波不需传播介质，可在真空中传输。 磁场 传播方向 电场 单光色平面偏振光的传播 y = A sin(?t + ?) = A sin(2?vt + ?) y t 1/?1 1/?1 1/(??) 频率相同的正弦波叠加得相同频率的合成正弦波 频率不同的正弦波叠加得不同频率的非正弦波；更多的正弦波叠加可形成方波 1）波的叠加（Superposition） ? ? ? ? 平行光束 单缝衍射 双缝衍射 2）光波的衍射（Diffraction） 衍射：当一束平行光通过窄的开口如狭缝时发生弯曲的现象。 3）? 光的干涉（Coherent interference） 4）? 光的传输（Transmission） 5）? 光的反射（Reflection） 6）? 光的折射（Refraction） 7）光的偏振（Polarization） 8）光