仪器分析》第十章光学分析法导论.pptVIP

为了将复合光色散成按照波长顺序排列的光谱，并获得需要的光谱谱带，常采用单色仪。另外，滤光片也是一种简单的波长选择器。单色仪包括：狭缝、准直装置、色散装置、聚焦透镜等。根据色散元件的不同分为棱镜单色仪和光栅单色仪。波长选择器1）棱镜棱镜的色散是基于对不同波长的光的折射角不同。不同波长的光因为其折射率不同而产生不同的折射角，从而被分开的作用称为棱镜的色散作用λ1λ1λ2λ3λ2λ3θ1θ2b等边型棱镜的色散21棱镜对相邻波长的光的色散能力可以用棱镜的角色散率来衡量，即以折射角θ作为波长的函数而改变的速率：dθ/dλdθ/dn是指θ棱镜材料折射率n的变化，dn/dλ代表折射率随着波长的变化。前者取决于棱镜的几何形状，后者就是棱镜材料的色散率。棱镜的分辨本领用R来表示，它是指棱镜分开波长相差极小的相邻二波长的能力。01R=λ/dλ02其中为两相邻波长之差，为两相邻波长的平均值。R还与棱镜的底边长度及材料有关，大棱镜有高分辨本领。03光栅的色散基于狭缝衍射。光栅分为反射光栅和投射光栅两种。投射光栅是用玻璃或者其它透明材料制成，其上刻有许多宽度和距离相等的平行线条。适用于紫外-可见光区的刻线密度是60-3600mm-1，适用于红外区的刻线密度为20-30mm-1。反射光栅是在刻蚀抛光的金属表面或者在复制光栅表面上真空蒸发一层薄铝膜制成的。入射光被刻线表面之一反射，而此反射又可以看成新的光源。每一个刻线有一个反射面，相互间的反射光产生了干涉现象，其结果使得不同波长的光以不同的角度反射，从而达到色散的目的。122）光栅光栅衍射ABDCir31’2’3’d?为了使得相邻光束发生相长干涉，必须使得其光程差等于入射光束波长的整数倍。图中所示平行光1和2与光栅法线成入射角i的方向射到光栅上，由图所示，光束2比1走的路程长，而光束2’比1’短，所以其差值为CD+AB，当反射在入射角一侧时，为CD+AB，不在同一侧为CD－AB。CD+AB＝nλ由ΔACD可得CD＝AD?sini=d?sini由ΔABD可得AB＝d?sinrnλ=d?(sini+sinr)式子中n称为光谱级次（n=0，1，2，????）。由式可见，n=0是没有分光作用。n与i不变时，r为λ的函数，能分光。当nλ相等时，会发生光谱线的重叠，例如波长800nm的一级光谱，会和波长400nm的二级光谱，波长267nm的三级谱线发生重叠。欲消除这种重叠，可以采用滤光片。01当入射光垂直于光栅时，nλ=d?sinr，波长越短，衍射角越小，短波靠近零级线，形成谱线排列中心由紫-红的次序，这种色散与棱镜不同。02光学分析法简介电磁波的基本性质：波动性和微粒性波动性：光的许多性质可以用经典的波动模式来描述。从麦克斯韦波动路论来看，频率为ν的电磁波是一个伴随磁效应的交变电场。波与环境的相互作用，可以按照表示力场的电矢量和表示磁场的磁矢量来讨论。电磁场垂直于波的传播方向做周期性变化，即电场在Y轴方向变化，磁场在Z轴方向变化。多数情况下，只考虑电矢量就可以描述光的性质，只有讨论磁共振时才用到磁矢量。ZXY电矢量磁矢量光的矢量表示频率（ν）：电场每秒内的交变次数，单位为s-1，又称为赫兹（Hz）波长（λ）：相邻两个波各相应点之间的距离，单位m，也可以用μm、nm表示。波数（σ）：单位长度内波的数目，即波长的倒数。它们之间的关系为：λ＝c/νσ=1/λc是光在真空中的传播速度，2.99792?108m/s（或3?108m/s）。描述光特性的参数：光波具有叠加性，即当两个波在同一空间传播时，会发生两个波相互叠加而产生光的干涉现象。合成波的频率与原来的两个波相同，但是振幅不同。当两个波合成相位相差180?，发生相消干涉。12Y时间Y时间12正弦波的叠加示意图（2）微粒性电磁波的粒子性是指光辐射由具有一定能量的光子组成，这个观点可以通过光电效应来验证。光子的能量与辐射的频率成正比，关系式为：E＝hν＝hc/λh为普朗克常数，6.62?10-34J?s。能量E的单位是焦耳（J）或者电子伏特（eV），1eV＝1.6?10-19J。例如，200nm波长的光，其能量为：E＝hc/λ＝6.62?10-34J?s?3?108m?s-1/（200?10-9m）＝9.93?10-19J=9.93?10-19J/(1.6?10-19J?eV-1)=6.2eV。光的吸收：不同波长的光通过某物质时，其