第2章光学分析导论.ppt

仪器分析主讲：尹洪宗 ? A B C D d ? ? P0 距离 相对强度 P’1 由于?CAB=? ，?DAB=?，因此，CB=d sin?, BD=dsin? 显然，衍射光束2的运行距离比衍射光束1长（CB+BD） 当（CB+BD）是入射波长的整数倍，即当（CB+BD）= n? 时，两衍射光束发生叠加，并产生明线。 因此可得光栅方程： 1 2 当入射角和衍射角在光栅法线的异侧时，则光栅方程可写为： 当α=β=θ时，光栅衍射的光线最强，则 2dsinβ=nλβ λβ为闪耀波长 光栅特性 ?f 物镜的焦距，θ为衍射角。从上式中可见，线色散率近似与衍射角无关，或者说，在同一级光谱上，各谱线是均匀排列的！可通过增加 f 值和减小 d 值来提高色散率。 线色散率dl/dλ: N—光栅总刻线数（条）；W—光栅被照亮的宽度（mm）；d—光栅常数(mm) ； n－光谱级数 分辨率R： 角色散率d?/d?： 凹面光栅（concave grating） 在半径为 r 的半球内侧刻划一系列平行刻槽而制成的光栅，多用于光电直读光谱仪。由于此类光栅除具有分光作用外，也具有聚焦作用，因此分光系统中不需要会聚透镜等光学部件:光能损失小,节省费用。 凹面光栅线色散率可用下式表示： 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。 ? 聚光本领（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，聚光本领与 f （f=F/d）倒数平方成反比，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，但可获得更大的聚光本领。 * * 第2章 光学分析方法导论 Guide of Optics Analytical Method 牢固掌握电磁辐射和电磁波谱的概念及性质 熟练掌握电磁辐射各种物理量之间的换算 清楚理解物质与电磁辐射作用产生的各种光谱 清晰光学分析法分类的线索 了解光谱法的基本仪器部件 光学分析法是基于能量作用于物质后产生电磁辐射信号或电磁辐射与物质相互作用后产生辐射信号的变化而建立起来的一类分析方法。 一、概 述 第一节 电磁辐射与电磁波 1、电磁辐射包括从波长极短的γ射线到无线电波的所有电磁波谱范围，而不只局限于光学光谱区。 2、电磁辐射与物质的相互作用方式很多，有发射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射、偏振等等，各种相互作用的方式均可建立起对应的分析方法。因此，光学分析法的类型极多。 3、基于上述两点，光学分析法的应用非常广泛。它在定性分析、定量分析、尤其是化学结构分析等方面起着极其重要的作用。随着科学技术的发展，光学分析法也日新月异，许多新技术、新方法不断涌现。 二、电磁辐射的描述 ? 磁场 传播方向 电场 单色光平面偏振光的传播 y = A sin(?t + ?) = A sin(2?vt + ?) 1.电磁辐射的波动性 电磁辐射是一种电磁波，具有波粒二象性，它可以用电场矢量和磁场矢量来描述，如下图所示。 电磁波具有波的性质，可以用以下的波参数来描述。 周期T： 相邻两个波峰或波谷通过空间某一固定点所需要的时间间隔称为波的周期，单位为s（秒） 频率? ：单位时间内通过传播方向上某一点的波峰或波谷的数目，即单位时间内电磁场振动的次数称为频率，单位为Hz，即s-1（1/秒）。频率为周期的倒数，即。 ? =1/T 波长λ：?相邻两个波峰或波谷间的直线距离称为波长。若电磁波的传播速度为c，则 λ=c/? 不同的电磁波谱区可采用不同的波长单位，分别为m（米）、cm（厘米，等于10-2m）、μm（微米，等于10-6m）、nm（纳米，等于10-9m）， 波数 （或σ）??每厘米长度内含有波长的数目称为波数，单位为cm-1，波数是波长的倒数，可表示为: 将波长换算成波数的关系式为: 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） 2）光波的衍射（Diffraction）