第二章 光学分析法.ppt

三、干涉和衍射 当频率及振动方向相同、相位相同或相位差一定角度的辐 射源所发射的相干波相互叠加时，就会产生波的 干涉现象 ， 由此可得到明暗相间的条纹。 当两个波同相位时，相互得到加强，得到明亮条纹；两波 相位差为 180 °时，相互抵消，则得到暗条纹。这些明暗条纹称 为 干涉条纹 。 光波绕过障碍物或狭缝而弯曲的地向它后面传播的现象 , 称之为光波的 衍射现象 由图 2 － 3 可以看出，单缝衍射的光能主要集中在中央明条纹 上。其余各条纹的亮度随中央明条纹距离的增大而减弱。 波长不同，衍射时在光屏（焦面）上得到的亮条纹的衍射角 不一样，位置也不一样。对于 复色光 经衍射和干涉后就可以 得到一系列不同波长的 单色光 。 四、散射 当光束通过较大介质粒子（如胶体微粒、聚合物分子、 乳浊液等，粒子大小与光波的波长近似相等）时，部分光束 将沿着其他方向传播，形成 散射现象 。这就是所谓的“丁铎 尔效应”（ Tyndall effect ）。在此类散射中，散射光强 I 与入 射光波长 λ 有以下关系： 2 1 ? ? I 分子散射 瑞利散射 （ Rayleigh scatterring ） 拉曼散射 （ Raman scatterring ） 在光子与介质分子间发生碰 撞时无能量交换，仅改变了 光子的运动方向，所以产生 的散射光的频率与入射光频 率相同； 碰撞是弹性碰撞。 在碰撞过程中不仅改变了 光的传播方向，而且还进 行了能量交换，因此散射 光的频率不同于入射光。 属于非弹性碰撞。 在分子散射中作用的介质粒子小于辐射光波的波长。 拉曼散射光的频率与入射光的频率差称为 拉曼位移 。拉曼位 移的大小与物质分子的振动和转动能级有关，不同的物质结构 不同，其振动和转动能级也不一样，因而有不同的拉曼位移。 利用拉曼位移表征物质的分子振动和转动能级，以对物质进行 结构分析。 § 2 － 4 光学分析法仪器及装置 光谱仪器通常由 5 个 基 本 单 元 组成： 1. 光源 2. 单色器 3. 样品池 4. 检测器 5. 信号采集与处理 系统。 一 . 光源 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： 连续光源 ：在较大范 围提供连续波长的光源， 氢灯、氘灯、钨丝灯等； 线光源 ：提供特定波 长的光源，金属蒸气灯 ( 汞灯、钠蒸气灯 ) 、空心 阴极灯、激光等； （一）线光源 1 ．蒸气放电灯 是一种热阴极型放电灯。在玻璃或石英 内封入一对涂有电子发射率高的氧化物电极，并充入一定压 强的惰性气体和相应的金属，构成蒸气放电灯。常见的有碱 金属及汞、镉、碲等蒸气放电灯。低压汞灯辐射能大部分集 中在 254nm 的谱线，高压汞灯辐射 365nm 、 546nm 、 570nm 强谱 线；钠灯主要辐射 589.0nm 、 589.6nm 两条强谱线。 2 ．空心阴极灯 主要用于原子吸收光谱分析，高强度空 心阴极灯也可作为原子荧光光谱分析法的光源。 3 ．激光器 激光具有强度大、方向性强，单色性好等优 点，因此近二十年来颇受青睐，作为一种新型光源在发射光 谱、光声光谱，拉曼光谱，荧光光谱等研究领域得到应用。 如可调谐染料激光器就是一种宽波段、高稳定性，锐谱线， 高强度及可连续输出的、理想的激光光源。它可省去一般仪器 中的狭缝、单色器等部件，使仪器简化，并能使测量的精密度 及灵敏度显著提高。 常 用 的 激 光 器 有 红 宝 石 激 光 器 ， 其 主 要 激 发 波 长 为 694.3nm ； He － Ne 激光器，其主要激发波长为 632.8nm ，还有波 长为 488mn Ar 离子激光器和兰宝石激光器。 原子发射光谱分析所用的线光源除常用的电孤，火 花外，还有新光源等离子体焰炬。 （二）连续光源 连续光源是指在较宽的波段范围内发射一定强度的较为 1 ．紫外光光源 紫外光源一般采用氢弧灯、氙弧灯和氘灯。 它们采用低压蒸气放电方式产生紫外光，其波长范围 165 ～ 350nm 。由于受石英窗吸收的限制，其通常有效波长范围为 200 ～ 350nm 。氘灯又称重氢灯，其辐射强度比氢灯更强，寿 命也长。 2 ．可见光光源 最常用的可见光光源是钨灯。这种光源的 能量分布接近于黑体的能量分布， 所辐射的能量大部分在红 外区；灯丝温度较高，可达 2870K ；钨灯波长