第2章分析仪 - 2011.ppt

现代分析仪器Modern Analytical Instrument;第二章 现代分析仪器的分析器 第一节 光谱棱镜 光谱仪器的核心是色散系统。四特性： 工作光谱范围 色散率 分辨率 集光本领 棱镜被用于不需要大色散的仪器中。在高分辨率的仪器系统中，大多数用棱镜作前置色散器。棱镜光谱仪器由棱镜系统的色散率、分辨率、棱镜的材料及能量损失决定。 ;光谱棱镜 棱镜，一种透明的光学元件，抛光与平坦的表面能折射光线。表面角度取决于应用需求，传统的几何形状是以三角型为基础长方形为边的三棱柱。棱镜通常都是指这种类型，但许多光学棱镜都不是这种形状的棱镜。对波长透明的材料都可以用来制造棱镜，但传统上是以玻璃来制作。 棱镜可以将光线分裂成原来的成分，也就是光谱（彩虹中的颜色），也可以用来反射或分裂成不同的偏极光。 目录 1 棱镜的工作原理 2 ???镜的类型 2.1 色散棱镜 2.2 反射棱镜 2.3 偏光棱镜 参考资料;光谱棱镜 1、棱镜的工作原理 光从一个介质移动到另一个介质时（例如，从空气到玻璃的棱镜），速度会改变。结果是，光的路径被弯曲，并且部分光被反射。光柱在接口所做的角度改变和反射的比率由两个介质相互的折射率来决定。多数介质的折射率与光的波长或光的颜色有关，当由棱镜表面折射时，由于色散作用导致不同程度的颜色分离。 牛顿是第一个注意到棱镜将无色的光分裂出颜色的科学家。牛顿安置了第二个棱镜让分裂出颜色后的光线穿过，但是光的颜色不会再改变，因此他认为棱镜能分离颜色。他也利用透镜和第二个棱镜将彩虹重组成白光。 有时仅利用棱镜的表面反射而不是色散，如果在棱镜内部的光线抵达表面时的角度是陡峭的，便会产生全反射，所有的光线都会被反射回内部。这使棱镜在一些需要的情况下可以取代镜子的作用。;光谱棱镜 2、棱镜的类型 2.1 色散棱镜 色散棱镜 适用于分解光线的组成，让光呈现原来光谱的颜色。因为折射率与光的频率有关，混合各种频率的白光进入棱镜时，不同频率受到了不同程度的偏折。蓝色光的减速比红光多，因此偏折的也比红光多。 （1）三棱镜 三棱镜是光学棱镜中的一种形式，在外观上呈现几何的三角形，是光学棱镜中最常见，也是一般人所熟知的，但并不是最常用到的棱镜。三棱镜最常用于光线的色散，这是将光线分解成为不同的光谱成分。利用不同波长的光线因为折射率不同，在折射时会偏转不同的角度，便会造成色散的现象。这种效应也被用来对棱镜物质进行高精密度的折射系数测量。;光谱棱镜 物质的折射系数固然在不同的波长会有所不同，但有些物质的折射系数对波长的变化比其他物质强烈（色散非常明显）。通常，BK7玻璃的色散较低，LaSF11玻璃的色散就很明显，因此更适宜做为色散用的棱镜。 冕牌玻璃是由包含大约10%的碱石灰硅酸盐的氧化钾，它有着较低的折射率（大约是1.52）和低色散（阿贝数大约是60）。 光从真空进入某种介质发生折射时，入射角i的正弦跟折射角r的正弦之比等于这种介质的折射率n。 某种的介质的折射率亦等于光在真空中的速度?c?跟光在介质中的相速度?v?之比： ;光谱棱镜 折射率是波长的函数 对于不同的波长，介质的折射率n(λ)也不同，这叫做光色散。折射率与波长或者频率的关系称为光的色散关系。常用的折射率有： nd是介质在夫朗和斐谱线 d（氦黄线587.56纳米）的折射率。 nF是介质在夫朗和斐谱线 F（氢蓝线486.1纳米）的折射率。 nC是介质在夫朗和斐谱线 C（氢红线656.3纳米）的折射率。 ne是介质在夫朗和斐谱线 e（汞绿线546.07纳米）的折射率。;光谱棱镜 阿贝数是德国物理学家恩斯特·阿贝发明的物理学数,也称V-数,用来衡量介质的光线色散程度. 介质的阿贝数-- Vd 的定义是: 其中nd, nF 和 nC分别是物质在夫琅禾费光谱 d, F 和 C (氦黄线587.56纳米,氢兰线486.1纳米和氢红线656.3纳米)的折射率。nF-nC是主色散. 还有用汞绿线(546.07纳米)测定的折射率中ne计算的阿贝数Ve : 光线色散程度越大阿贝数越小，反之光线色散程度越小阿贝数越大。光学玻璃的两个重要参数是折射率和阿贝数。肖特玻璃目录中光学玻璃的阿贝数界于20-90之间。;阿贝图描绘玻璃的折射率范围和阿贝数的关系（红点）。玻璃使用文字-数字代码反应在图中被分类的位置和结构。阿贝图是德国物理学家恩斯特·阿贝在1886年发明的玻璃坐标图。以玻璃的阿贝数V为X轴，折射率n为Y轴。V数从V=100到V=18；折射率n从1.42 到2.2。每一种光学玻璃在阿贝图上以一个点标志。性质相近的玻璃在图上也分布在相邻的位置。一种光学玻璃在阿贝图上的V，n坐标，只是约数。光学玻璃的阿贝数V必须准确到 四位有效数字，折射率n必须准确到六位有效数字，必须另从光学玻璃