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光学式分析仪表 4 光学式分析仪表 内容提要 4.1 光学式分析仪表原理 4.2 典型测量传感器的基本组成 4.3 硅酸根分析仪 4.4 磷酸根分析仪表 4.5 浊度分析仪表 4.1 光学式分析仪表原理 4.1.1 光的波长与颜色 光具有电磁波的特征。可见光的波长范围为390～770nm。除可见光外，还有人们视觉无法看见的红外光和紫外光。红外光的波长范围为770～106nm，紫外光的波长范围为10～390nm。 在可见光中，紫色光的波长范围是390～455nm，蓝色光的波长范围是455～492nm，绿色光的波长范围是492～577nm，黄色光的波长范围是577～591nm，橙色光的波长范围是591～622nm，红色光的波长范围是622～770nm。 4.1.1 光的波长与颜色 一束波长范围很窄的光称为单色光；包含了相当宽波长范围的光称为复色光；而包含了全部可见光波长范围的复色光被称为白光。 当白光照在不透明的物体上，若物体吸收了所有波长的光，物体呈黑色；若物体反射了所有波长的光，物体呈白色；若物体反射了某一色光，而吸收了其余波长的光，物体就呈这一颜色。因此，不透明物体的颜色由被物体表面反射的光的颜色决定的。 4.1.1 光的波长与颜色 当白光照在透明或半透明的物体上，若物体能透过所有波长的光，物体呈无色；若物体能透过或散射某一色光，而吸收了其余波长的光，物体就呈这一颜色。因此，透明或半透明物体的颜色由其透射或散射光的颜色决定的。 4.1.1 光的波长与颜色 综上所述，物体在白光下所呈现的颜色与被物体吸收的光的颜色可相互补充成为白光，因此，无论透明体还是非透明体，物体的颜色是被该物体吸收的色光的互补色。互补色的关系如图。 4.1.2 朗伯—比耳定律 朗伯定律 朗伯定律是表述当一束单色光穿过有色透明的溶液时，部分光被溶液吸收，通过推导从另一侧透射出来的光与入射光对比的损失程度，得出溶液的吸光度与液层厚度成正比。 4.1.2 朗伯—比耳定律 为了便于推导，将溶液厚度分成L个小层，当溶液浓度c不变时，透过每个小层后的光强度为前一个的 ，则 4.1.2 朗伯—比耳定律 整理后 ，两边取对数， 。当溶液的浓度c不变时，n为常数，lg n 用K1表示，朗伯定律表示为 4.1.2 朗伯—比耳定律 比耳定律 比耳定律是表述当一束单色光穿过有色透明的溶液时，溶液的吸光度与溶液中有色物质的浓度成正比。 当溶液厚度L不变时，同理可证 4.1.2 朗伯—比耳定律 朗伯—比尔定律 朗伯—比尔定律是光吸收的基本定律。以上4-1、4-2两式中，K1是与浓度c有关的系数，K2是与厚度L有关的系数，当c与L同为变量时，以上两定律合成为朗伯—比耳定律。 朗伯—比尔定律表述当一束单色光穿过有色透明的溶液时，吸光度与溶液的厚度和溶液的浓度成正比。 4.1.2 朗伯—比耳定律 将 定义为透光率T， 定义为吸光度A，朗伯—比尔定律为： 4.1.3 测量目的 吸收光谱的测量仪表是利用被测有色透明溶液的互补色为光源，通过测量经显色处理的溶液的透光率，从而获知溶液中被测物质的浓度。浓度越大，颜色越深，透光率就越小 。 4.2 典型测量传感器的基本组成 分光光度计是典型的吸收光谱测量仪表，传感器部分主要由光源、单色器、吸收池、信号检测器组成。 4.2.1 光源 可见光分光光源采用钨丝白炽灯或碘钨灯；紫外光光源采用氢弧灯或氘灯。为使光源的强度稳定，光源灯的供电采用直流稳流电源或稳压电源。 4.2.2 单色器 单色器是将来自光源的复合光分解为单色光，并分离出所需要波段光束的装置。 4.2.2 单色器 棱镜分光 棱镜分光的单色器主要由入射狭缝、准直镜、棱镜、出射狭缝组成。入射狭缝的作用是选取光源，限制杂散光进入；准直镜是将来自入射狭缝的光束转化为平行光； 4.2.2 单色器 棱镜是色散元件，利用折射原理将复合光分解为单色光。它是玻璃或石英的三棱柱。当包含有不同波长的复合光通过棱镜时，由于各种波长的光在棱镜内的折射率不同（波长越长，折射率越小），各种波长的光就可以被分开，这就是棱镜的色散作用；出射狭缝是将所选的一定波长范围的单色光取出对准被测溶液。 4.2.2 单色器 光栅分光 光栅分光的单色器主要由入射狭缝、反射镜、光栅、准光镜、出射狭缝组成。