光學(xué)測量技術(shù)及儀器

1、光學(xué)測量技術(shù)及儀器 阿貝折射儀旋光儀分光光度計(jì)分光光度計(jì)的構(gòu)造原理72型分光光度計(jì)752型分光光度計(jì)光與物質(zhì)相互作用可以產(chǎn)生各種光學(xué)現(xiàn)象(如光的折射、反射、散射、透射、吸收、旋 光以及物質(zhì)受激輻射等)，通過分析研究這些光學(xué)現(xiàn)象，可以提供原子、分子及晶體結(jié)構(gòu)等方面的大量信息。所以，不論在物質(zhì)的成分分析、結(jié)構(gòu)測定及光化學(xué)反應(yīng)等方面，都離不開光學(xué)測量。下面介紹物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中常用的幾種光學(xué)測量儀器。 一、阿貝折射儀     折射率是物質(zhì)的重要物理常數(shù)之一，許多純物質(zhì)都具有一定的折射率，如果其中含有雜質(zhì)則折射率將發(fā)生變化，出現(xiàn)偏差，雜質(zhì)越多，偏差越大。因此通過折射率的測定，

2、可以測定物質(zhì)的濃度。 1.阿貝折射儀的構(gòu)造原理 阿貝折射儀的外形圖如圖-5-1所示。 當(dāng)一束單色光從介質(zhì)進(jìn)入介質(zhì)(兩種介質(zhì)的密度不同)時(shí)，光線在通過界面時(shí)改變了方向，這一現(xiàn)象稱為光的折射，如圖-5-2所示。 圖-5-1 阿貝折射儀外形圖 1.測量望遠(yuǎn)鏡;2.消散手柄;3.恒溫水入口;4.溫度計(jì);5.測量棱鏡;6.鉸鏈;7.輔助棱鏡;8.加液槽;9.反射鏡;10.讀數(shù)望遠(yuǎn)鏡;11.轉(zhuǎn)軸;12.刻度盤罩;13.閉合旋鈕;14.底座。 圖-5-2  光的折射 光的折射現(xiàn)象遵從折射定律: 式中為入射角，為折射角，n、n為交界面兩側(cè)兩種介質(zhì)的折射率;n,為介質(zhì)對介質(zhì)的相對折射率。 若介質(zhì)為真空

3、，因規(guī)定n=1.0000，故n=n為絕對折射率。但介質(zhì)通常為空氣，空氣的絕對折射率為1.00029，這樣得到的各物質(zhì)的折射率稱為常用折射率，也稱作對空氣的相對折射率。同一物質(zhì)兩種折射率之間的關(guān)系為:                                  &#

4、160;                        絕對折射率=常用折射率×1.00029 根據(jù)式(5.1)可知，當(dāng)光線從一種折射率小的介質(zhì)射入折射率大的介質(zhì)時(shí)(n<n)， 入射角一定大于折射角(>)。當(dāng)入射角增大時(shí)，折射角也增大，設(shè)當(dāng)入射角=90°時(shí)，折射角為0，我們將此折射角稱為臨界角。因此，當(dāng)在兩種介質(zhì)的界面上以不同角度射入光線時(shí)(入射

5、角從0°90°)，光線經(jīng)過折射率大的介質(zhì)后，其折射角0。其結(jié)果是大于臨界角的部分無光線通過，成為暗區(qū)；小于臨界角的部分有光線通過，成為亮區(qū)。臨界角成為明暗分界線的位置，如圖-5-2所示。 圖-5-3  阿貝折射儀光學(xué)系統(tǒng)示意圖 1.反射鏡;2.輔助棱鏡;3.測量棱鏡;4.消色散棱鏡;5.物鏡;6.分劃板;7、8.目鏡;9.分劃板;10.物鏡;11.轉(zhuǎn)向棱鏡;12.照明度盤;13.毛玻璃;14.小反光鏡。 根據(jù)(5.1)式可得:            

6、60;             (5.2) 因此在固定一種介質(zhì)時(shí)，臨界折射角0的大小與被測物質(zhì)的折射率是簡單的函數(shù)關(guān)系，阿貝折射儀就是根據(jù)這個(gè)原理而設(shè)計(jì)的。 2.阿貝折射儀的結(jié)構(gòu) 阿貝折射儀的光學(xué)示意圖如圖-5-3所示，它的主要部分是由兩個(gè)折射率為1.75的玻璃直角棱鏡所構(gòu)成，上部為測量棱鏡，是光學(xué)平面鏡，下部為輔助棱鏡。其斜面是粗糙的毛玻璃，兩者之間約有0.1mm0.15mm厚度空隙，用于裝待測液體，并使液體展開成一薄層。當(dāng)從反射鏡反射來的入射光進(jìn)入輔助棱鏡至粗糙表面時(shí)，產(chǎn)

7、生漫散射，以各種角度透過待測液體，而從各個(gè)方向進(jìn)入測量棱鏡而發(fā)生折射。其折射角都落在臨界角0之內(nèi)，因?yàn)槔忡R的折射率大于待測液體的折射率，因此入射角從0°90°的光線都通過測量棱鏡發(fā)生折射。具有臨界角0的光線從測量棱鏡出來反射到目鏡上，此時(shí)若將目鏡十字線調(diào)節(jié)到適當(dāng)位置，則會看到目鏡上呈半明半暗狀態(tài)。折射光都應(yīng)落在臨界角0內(nèi)，成為亮區(qū)，其它部分為暗區(qū)，構(gòu)成了明暗分界線。 根據(jù)式(5.2)可知，只要已知棱鏡的折光率n棱，通過測定待測液體的臨界角0，就能求得待測液體的折射率n液。實(shí)際上測定0值很不方便，當(dāng)折射光從棱鏡出來進(jìn)入空氣又產(chǎn)生折射，折射角為0。n液與0之間的關(guān)系為: (5.

8、3) 式中r為常數(shù);n棱=1.75。測出0即可求出n液。因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)折射儀時(shí)已將0換算成n液值，故從折射儀的標(biāo)尺上可直接讀出液體的折射率。  在實(shí)際測量折射率時(shí)，我們使用的入射光不是單色光，而是使用由多種單色光組成的普通白光，因不同波長的光的折射率不同而產(chǎn)生色散，在目鏡中看到一條彩色的光帶，而沒有清晰的明暗分界線，為此，在阿貝折射儀中安置了一套消色散棱鏡(又叫補(bǔ)償棱鏡)。通過調(diào)節(jié)消色散棱鏡，使測量棱鏡出來的色散光線消失，明暗分界線清晰，此時(shí)測得的液體的折射率相當(dāng)于用單色光鈉光D線(5890*!)所測得的折射率nD。 3.阿貝折射儀的使用方法 (1)儀器安裝:將阿貝折射儀安放在光亮處，但

9、應(yīng)避免陽光的直接照射，以免液體試樣受熱迅速蒸發(fā)。用超級恒溫槽將恒溫水通入棱鏡夾套內(nèi)，檢查棱鏡上溫度計(jì)的讀數(shù)是否符合要求(一般選用(20.0±0.1)或(25.0±0.1) (2)加樣:旋開測量棱鏡和輔助棱鏡的閉合旋鈕，使輔助棱鏡的磨砂斜面處于水平位置，若棱鏡表面不清潔，可滴加少量丙酮，用擦鏡紙順單一方向輕擦鏡面(不可來回擦)。待鏡面洗凈干燥后，用滴管滴加數(shù)滴試樣于輔助棱鏡的毛鏡面上，迅速合上輔助棱鏡，旋緊閉合旋鈕。若液體易揮發(fā)，動(dòng)作要迅速，或先將兩棱鏡閉合，然后用滴管從加液孔中注入試樣(注意切勿將滴管折斷在孔內(nèi))。 (3)調(diào)光:轉(zhuǎn)動(dòng)鏡筒使之垂直，調(diào)節(jié)反射鏡使入射光進(jìn)入棱鏡，

10、同時(shí)調(diào)節(jié)目鏡的焦距，使目鏡中十字線清晰明亮。調(diào)節(jié)消色散補(bǔ)償器使目鏡中彩色光帶消失。再調(diào)節(jié)讀數(shù)螺旋，使明暗的界面恰好同十字線交叉處重合。 (4)讀數(shù):從讀數(shù)望遠(yuǎn)鏡中讀出刻度盤上的折射率數(shù)值。常用的阿貝折射儀可讀至小數(shù)點(diǎn)后的第四位，為了使讀數(shù)準(zhǔn)確，一般應(yīng)將試樣重復(fù)測量三次，每次相差不能超過0.0002，然后取平均值。   4.阿貝折射儀的使用注意事項(xiàng)  阿貝折射儀是一種精密的光學(xué)儀器，使用時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn): (1)使用時(shí)要注意保護(hù)棱鏡，清洗時(shí)只能用擦鏡紙而不能用濾紙等。加試樣時(shí)不能將滴管口觸及鏡面。對于酸堿等腐蝕性液體不得使用阿貝折射儀。 (2)每次測定時(shí)，試樣不可加得太多，一

11、般只需加23滴即可。 (3)要注意保持儀器清潔，保護(hù)刻度盤。每次實(shí)驗(yàn)完畢，要在鏡面上加幾滴丙酮，并用擦鏡紙擦干。最后用兩層擦鏡紙夾在兩棱鏡鏡面之間，以免鏡面損壞。 (4)讀數(shù)時(shí)，有時(shí)在目鏡中觀察不到清晰的明暗分界線，而是畸形的，這是由于棱鏡間未充滿液體;若出現(xiàn)弧形光環(huán)，則可能是由于光線未經(jīng)過棱鏡而直接照射到聚光透鏡上。 (5)若待測試樣折射率不在1.31.7范圍內(nèi)，則阿貝折射儀不能測定，也看不到明暗分界線。 5.阿貝折射儀的校正和保養(yǎng) 阿貝折射儀的刻度盤的標(biāo)尺零點(diǎn)有時(shí)會發(fā)生移動(dòng)，須加以校正。校正的方法一般是用已知折射率的標(biāo)準(zhǔn)液體，常用純水。通過儀器測定純水的折光率，讀取數(shù)值，如同該條件下純水的

12、標(biāo)準(zhǔn)折光率不符，調(diào)整刻度盤上的數(shù)值，直至相符為止。也可用儀器出廠時(shí)配備的折光玻璃來校正，具體方法一般在儀器說明書中有詳細(xì)介紹。     阿貝折射儀使用完畢后，要注意保養(yǎng)。應(yīng)清潔儀器，如果光學(xué)零件表面有灰塵，可用高級鹿皮或脫脂棉輕擦后，再用洗耳球吹去。如有油污，可用脫脂棉蘸少許汽油輕擦后再用乙醚擦干凈。用畢后將儀器放入有干燥劑的箱內(nèi)，放置于干燥、空氣流通的室內(nèi)，防止儀器受潮。搬動(dòng)儀器時(shí)應(yīng)避免強(qiáng)烈振動(dòng)和撞擊，防止光學(xué)零件損傷而影響精度。二、旋光儀   1.旋光現(xiàn)象和旋光度 一般光源發(fā)出的光，其光波在垂直于傳播方向的一切方向上振動(dòng)，這種光稱為自然光，或稱非偏振

13、光;而只在一個(gè)方向上有振動(dòng)的光稱為平面偏振光。當(dāng)一束平面偏振光通過某些物質(zhì)時(shí)，其振動(dòng)方向會發(fā)生改變，此時(shí)光的振動(dòng)面旋轉(zhuǎn)一定的角度，這種現(xiàn)象稱為物質(zhì)的旋光現(xiàn)象，這種物質(zhì)稱為旋光物質(zhì)。旋光物質(zhì)使偏振光振動(dòng)面旋轉(zhuǎn)的角度稱為旋光度。尼柯爾(Nicol)棱鏡就是利用旋光物質(zhì)的旋光性而設(shè)計(jì)的。 2.旋光儀的構(gòu)造原理和結(jié)構(gòu)     旋光儀的主要元件是兩塊尼柯爾棱鏡。尼柯爾棱鏡是由兩塊方解石直角棱鏡沿斜面用加拿大樹脂粘合而成，如圖-5-4所示。 圖-5-4 尼柯爾棱鏡 當(dāng)一束單色光照射到尼柯爾棱鏡時(shí)，分解為兩束相互垂直的平面偏振光，一束折射率為1.658的尋常光，一束折射率為1.

14、486的非尋常光，這兩束光線到達(dá)加拿大樹脂粘合面時(shí)，折射率大的尋常光(加拿大樹脂的折射率為1.550)被全反射到底面上的墨色涂層被吸收，而折射率小的非尋常光則通過棱鏡，這樣就獲得了一束單一的平面偏振光。用于產(chǎn)生平面偏振光的棱鏡稱為起偏鏡，如讓起偏鏡產(chǎn)生的偏振光照射到另一個(gè)透射面與起偏鏡透射面平行 的尼柯爾棱鏡，則這束平面偏振光也能通過第二個(gè)棱鏡，如果第二個(gè)棱鏡的透射面與起偏鏡 的透射面垂直，則由起偏鏡出來的偏振光完全不能通過第二個(gè)棱鏡。如果第二個(gè)棱鏡的透射 面與起偏鏡的透射面之間的夾角在0°90°之間，則光線部分通過第二個(gè)棱鏡，此第二 個(gè)棱鏡稱為檢偏鏡。通過調(diào)節(jié)檢偏鏡，能使

15、透過的光線強(qiáng)度在最強(qiáng)和零之間變化。如果在起 偏鏡與檢偏鏡之間放有旋光性物質(zhì)，則由于物質(zhì)的旋光作用，使來自起偏鏡的光的偏振面改 變了某一角度，只有檢偏鏡也旋轉(zhuǎn)同樣的角度，才能補(bǔ)償旋光線改變的角度，使透過的光的 強(qiáng)度與原來相同。旋光儀就是根據(jù)這種原理設(shè)計(jì)的。如圖-5-5所示。 圖-5-5 旋光儀構(gòu)造示意圖 1.目鏡;2.檢偏棱鏡;3.圓形標(biāo)尺;4.樣品管;5.窗口;6.半暗角器件;7.起偏棱鏡;8.半暗角調(diào)節(jié);9.燈。 通過檢偏鏡用肉眼判斷偏振光通過旋光物質(zhì)前后的強(qiáng)度是否相同是十分困難的，這樣會 產(chǎn)生較大的誤差，為此設(shè)計(jì)了一種在視野中分出三分視界的裝置，原理是:在起偏鏡后放置 一塊狹長的石英片，由

16、起偏鏡透過來的偏振光通過石英片時(shí)，由于石英片的旋光性，使偏振 旋轉(zhuǎn)了一個(gè)角度，通過鏡前觀察，光的振動(dòng)方向如圖-5-6所示。 圖-5-6 三分視野示意圖 A是通過起偏鏡的偏振光的振動(dòng)方向，A是又通過石英片旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度后的振動(dòng)方向，此兩偏振方向的夾角稱為半暗角(=2°3°)，如果旋轉(zhuǎn)檢偏鏡使透射光的偏振面與A平行時(shí)，在視野中將觀察到:中間狹長部分較明亮，而兩旁較暗，這是由于兩旁的偏振光不經(jīng)過石英片，如圖-5-6(b)所示。如果檢偏鏡的偏振面與起偏鏡的偏振面平行(即在A的方向時(shí))，在視野中將是:中間狹長部分較暗而兩旁較亮，如圖-5-6(a)。當(dāng)檢偏鏡的偏振面處于 時(shí)，兩旁直接來自

17、起偏鏡的光偏振面被檢偏鏡旋轉(zhuǎn)了 ，而中間被石英片轉(zhuǎn)過角度的偏振面對被檢偏鏡旋轉(zhuǎn)角度 ，這樣中間和兩邊的光偏振面都被旋轉(zhuǎn)了 ，故視野呈微暗狀態(tài)，且三分視野內(nèi)的暗度是相同的，如圖-5-6(c)，將這一位置作為儀器的零點(diǎn)，在每次測定時(shí)，調(diào)節(jié)檢偏鏡使三分視界的暗度相同，然后讀數(shù)。 3.影響旋光度的因素 (1)溶劑的影響 旋光物質(zhì)的旋光度主要取決于物質(zhì)本身的結(jié)構(gòu)。另外，還與光線透過物質(zhì)的厚度，測量時(shí)所用光的波長和溫度有關(guān)。如果被測物質(zhì)是溶液，影響因素還包括物質(zhì)的濃度，溶劑也有一定的影響。因此旋光物質(zhì)的旋光度，在不同的條件下，測定結(jié)果通常不一樣。因此一般用比旋光度作為量度物質(zhì)旋光能力的標(biāo)準(zhǔn)，其定義式為:

18、式中D表示光源，通常為鈉光D線，t為實(shí)驗(yàn)溫度，為旋光度，L為液層厚度，單位為厘米，C為被測物質(zhì)的濃度(以每毫升溶液中含有樣品的克數(shù)表示)，在測定比旋光度 值時(shí)，應(yīng)說明使用什么溶劑，如不說明一般指水為溶劑。 (2)溫度的影響 溫度升高會使旋光管膨脹而長度加長，從而導(dǎo)致待測液體的密度降低。另外，溫度變化還會使待測物質(zhì)分子間發(fā)生締合或離解，使旋光度發(fā)生改變。通常溫度對旋光度的影響，可用下式表示: 式中t為測定時(shí)的溫度，Z為溫度系數(shù)。 不同物質(zhì)的溫度系數(shù)不同，一般在-(0.010.04)-1之間。為此在實(shí)驗(yàn)測定時(shí)必須恒溫，旋光管上裝有恒溫夾套，與超級恒溫槽連接。 (3)濃度和旋光管長度對比旋光度的影響

19、 在一定的實(shí)驗(yàn)條件下，常將旋光物質(zhì)的旋光度與濃度視為成正比，因?yàn)閷⒈刃舛茸鳛槌?shù)。而旋光度和溶液濃度之間并不是嚴(yán)格地呈線性關(guān)系，因此嚴(yán)格講比旋光度并非常數(shù)，在精密的測定中比旋光度和濃度間的關(guān)系可用下面的三個(gè)方程之一表示: 式中q為溶液的百分濃度;A，B，C為常數(shù)，可以通過不同濃度的幾次測量來確定。 旋光度與旋光管的長度成正比。旋光管通常有10cm、20cm、22cm三種規(guī)格。經(jīng)常使用的有10cm長度的。但對旋光能力較弱或者較稀的溶液，為提高準(zhǔn)確度，降低讀數(shù)的相對誤差，需用20cm或22cm長度的旋光管。 4.旋光儀的使用方法 首先打開鈉光燈，稍等幾分鐘，待光源穩(wěn)定后，從目鏡中觀察視野，如不清

20、楚可調(diào)節(jié)目鏡焦距。 選用合適的樣品管并洗凈，充滿蒸餾水(應(yīng)無氣泡)，放入旋光儀的樣品管槽中，調(diào)節(jié)檢偏鏡的角度使三分視野消失，讀出刻度盤上的刻度并將此角度作為旋光儀的零點(diǎn)。 零點(diǎn)確定后，將樣品管中蒸餾水換為待測溶液，按同樣方法測定，此時(shí)刻度盤上的讀數(shù)與零點(diǎn)時(shí)讀數(shù)之差即為該樣品的旋光度。 5.使用注意事項(xiàng) 旋光儀在使用時(shí)，需通電預(yù)熱幾分鐘，但鈉光燈使用時(shí)間不宜過長。 旋光儀是比較精密的光學(xué)儀器，使用時(shí)，儀器金屬部分切忌沾污酸堿，防止腐蝕。光學(xué)鏡片部分不能與硬物接觸，以免損壞鏡片。不能隨便拆卸儀器，以免影響精度。 6.自動(dòng)指示旋光儀結(jié)構(gòu)及測試原理 目前國內(nèi)生產(chǎn)的旋光儀，其三分視野檢測、檢偏鏡角度的調(diào)

21、整，采用光電檢測器。通過電子放大及機(jī)械反饋系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行，最后數(shù)字顯示。該旋光儀具有體積小、靈敏度高、讀數(shù)方便、減少人為的觀察三分視野明暗度相同時(shí)產(chǎn)生的誤差，對弱旋光性物質(zhì)同樣適應(yīng)。 WZZ型自動(dòng)數(shù)字顯示旋光儀，其結(jié)構(gòu)原理如圖-5-7所示。   圖-5-7        WZZ型自動(dòng)數(shù)字顯示旋光儀結(jié)構(gòu)原理圖     該儀器用20W鈉光燈為光源，并通過可控硅自動(dòng)觸發(fā)恒流電源點(diǎn)燃，光線通過聚光鏡、小孔光柱和物鏡后形成一束平行光，然后經(jīng)過起偏鏡后產(chǎn)生平行偏振光，這束偏振光經(jīng)過有法拉弟效應(yīng)的磁旋

22、線圈時(shí)，其振動(dòng)面產(chǎn)生50Hz的一定角度的往復(fù)振動(dòng)，該偏振光線通過檢偏鏡透射到光電倍增管上，產(chǎn)生交變的光電訊號。當(dāng)檢偏鏡的透光面與偏振光的振動(dòng)面正交時(shí)，即為儀器的光學(xué)零點(diǎn)，此時(shí)出現(xiàn)平衡指示。而當(dāng)偏振光通過一定旋光度的測試樣品時(shí)，偏振光的振動(dòng)面轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，此時(shí)光電訊號就能驅(qū)動(dòng)工作頻率為50Hz的伺服電機(jī)，并通過蝸輪桿帶動(dòng)檢偏鏡轉(zhuǎn)動(dòng)角而使儀器回到光學(xué)零點(diǎn)，此時(shí)讀數(shù)盤上的示值即為所測物質(zhì)的旋光度。三、分光光度計(jì)   1.吸收光譜原理 物質(zhì)中分子內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)可分為電子的運(yùn)動(dòng)、分子內(nèi)原子的振動(dòng)和分子自身的轉(zhuǎn)動(dòng)，因此具有電子能級、振動(dòng)能級和轉(zhuǎn)動(dòng)能級。 當(dāng)分子被光照射時(shí)，將吸收能量引起能級躍遷，即從

23、基態(tài)能級躍遷到激發(fā)態(tài)能級。而三種能級躍遷所需能量是不同的，需用不同波長的電磁波去激發(fā)。電子能級躍遷所需的能量較大，一般在1eV20eV，吸收光譜主要處于紫外及可見光區(qū)，這種光譜稱為紫外及可見光譜。如果用紅外線(能量為1eV0.025eV)照射分子，此能量不足以引起電子能級的躍遷，而只能引發(fā)振動(dòng)能級和轉(zhuǎn)動(dòng)能級的躍遷，得到的光譜為紅外光譜。若以能量更低的遠(yuǎn)紅外線(0.025eV0.003eV)照射分子，只能引起轉(zhuǎn)動(dòng)能級的躍遷，這種光譜稱為遠(yuǎn)紅外光譜。由于物質(zhì)結(jié)構(gòu)不同對上述各能級躍遷所需能量都不一樣，因此對光的吸收也就不一樣，各種物質(zhì)都有各自的吸收光帶，因而就可以對不同物質(zhì)進(jìn)行鑒定分析，這是光度法進(jìn)

24、行定性分析的基礎(chǔ)。 根據(jù)朗伯比耳定律:當(dāng)入射光波長、溶質(zhì)、溶劑以及溶液的溫度一定時(shí)，溶液的光密度和溶液層厚度及溶液的濃度成正比，若液層的厚度一定，則溶液的光密度只與溶液的濃度有關(guān)， 式中，c為溶液濃度，E為某一單色波長下的光密度(又稱吸光度)，I0為入射光強(qiáng)度，I為 透射光強(qiáng)度，T為透光率，為摩爾消光系數(shù)，l為液層厚度。 在待測物質(zhì)的厚度l一定時(shí)，吸光度與被測物質(zhì)的濃度成正比，這就是光度法定量分析的依據(jù)。2.分光光度計(jì)的構(gòu)造原理 將一束復(fù)合光通過分光系統(tǒng)，將其分成一系列波長的單色光，任意選取某一波長的光，根據(jù)被測物質(zhì)對光的吸收強(qiáng)弱進(jìn)行物質(zhì)的測定分析，這種方法稱為分光光度法，分光光度法所使用的儀

25、器稱為分光光度計(jì)。 分光光度計(jì)種類和型號較多，實(shí)驗(yàn)室常用的有72型、721型、752型等。各種型號的分光光度計(jì)的基本結(jié)構(gòu)都相同，由如下五部分組成:光源(鎢燈、鹵鎢燈、氫弧燈、氘燈、汞燈、氙燈、激光光源);單色器(濾光片、棱鏡、光柵、全息柵);樣品吸收池;檢測系統(tǒng)(光電池、光電管、光電信增管);信號指示系統(tǒng)(檢流計(jì)、微安表、數(shù)字電壓表、示波器、微處理機(jī)顯像管)。 光源單色器樣品吸收池檢測系統(tǒng)信號指示系統(tǒng) 在基本構(gòu)件中，單色器是儀器關(guān)鍵部件。其作用是將來自光源的混合光分解為單色光，并提供所需波長的光。單色器是由入口與出口狹縫、色散元件和準(zhǔn)直鏡等組成，其中色散元件是關(guān)鍵性元件，主要有棱鏡和光柵兩類。

26、        (1)棱鏡單色器     光線通過一個(gè)頂角為的棱鏡，從AC方向射向棱鏡，如圖-5-8所示，在C點(diǎn) 發(fā)生折射。光線經(jīng)過折射后在棱鏡中沿CD方向到達(dá)棱鏡的另一個(gè)界面上，在D點(diǎn)又一次發(fā)生折射，最后光在空氣中DB方向行進(jìn)。這樣光線經(jīng)過此棱鏡后，傳播方向從AA變?yōu)锽B，兩方向的夾角稱為偏向角。偏向角與棱鏡的頂角、棱鏡材料的折射率以及入射角i有關(guān)。如果平行的入射光由1，2，3三色光組成，且1<2<3，通過棱鏡后，就分成三束不同方向的光， 且偏向角不同。波長越短、偏向角越大，如圖-5-9所示

27、1>2>3，這即為棱鏡的分光作用，又稱光的色散，棱鏡分光器就是根據(jù)此原理設(shè)計(jì)的。 棱鏡是分光的主要元件之一，一般是三角柱體。由于其構(gòu)成材料不同，透光范圍也就不同，比如，用玻璃棱鏡可得到可見光譜，用石英棱鏡可得到可見及紫外光譜，用溴化鉀(或氯化鈉)棱鏡可得到紅外光譜等。 棱鏡單色器示意圖如圖-5-10所示。 (2)光柵單色器 單色器還可以用光柵作為色散元件，反射光柵是由磨平的金屬表面上刻劃許多平行的、等距離的槽構(gòu)成。輻射由每一刻槽反射，反射光束之間的干涉造成色散。 圖-5-8  棱鏡的折射      圖II-5-9  不同波

28、長的光在棱鏡中的色散                     圖-5-10     棱鏡單色器示意圖                        &

29、#160;             1.入射狹縫;2.準(zhǔn)直透鏡;3.色散元件;4.聚焦透鏡;5.焦面;6.出射狹縫。 (3)幾種類型的分光光度計(jì)簡介     72型分光光度計(jì)         a.構(gòu)造原理及結(jié)構(gòu) 72型分光光度計(jì)是可見光分光光度計(jì)，波長范圍為420nm700nm，它由三大部分組 成:磁飽和穩(wěn)壓器、光源、單色光器和測光機(jī)構(gòu)、微電計(jì)。其光學(xué)系統(tǒng)如圖-5-1

30、1所示。 72型分光光度計(jì)的基本依據(jù)是朗伯比耳定律，它是根據(jù)相對測量原理工作的，即先選定某一溶劑作為標(biāo)準(zhǔn)溶液，設(shè)定其透光率為100%，被測試樣的透光率是相對于標(biāo)準(zhǔn)溶液而言的，即讓單色光分別通過被測試樣和標(biāo)準(zhǔn)溶液，二者能量的比值就是在一定波長下對于被測試樣的透光率。如圖所示，白色光源經(jīng)入射狹縫、反射鏡和透光鏡后，變成平行光進(jìn)入棱鏡，色散后的單色光經(jīng)鍍鋁的反射鏡反射后，再經(jīng)過透鏡并聚光于出射狹縫上，狹縫寬度為0.32nm。反射鏡和棱鏡組裝在一可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤上并由波長調(diào)節(jié)器的凸輪所帶動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)波長調(diào)節(jié)器便可以在出光狹縫后面選擇到任一波長的單色光。單色光透過樣品吸收池后由一光量調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)為適度的光通量，最

31、后被光電電池吸收，轉(zhuǎn)換成電流后由微電計(jì)指示，從刻度標(biāo)尺 上直接讀出透光率的值。 圖-5-11 72型分光光度計(jì)光路圖 1.穩(wěn)壓電源;2.鎢絲燈;3.入射狹縫;4.反射鏡;5.透鏡;6.玻璃棱鏡;7.波長凸輪;8.反射鏡;9.透鏡;10.波長讀數(shù)盤;11.出射狹縫;12.吸收池架;13.光量調(diào)節(jié);14.硒光電池;15.檢流計(jì)。 b.使用方法 在儀器通電前，先檢查供電電源與儀器所需電壓是否相符，然后再接通電源。 把單色光器的光路閘門拔到“黑”光位置，打開微電計(jì)開關(guān)，指示光點(diǎn)即出現(xiàn)在標(biāo)尺上，用零位調(diào)節(jié)器把光點(diǎn)準(zhǔn)確調(diào)到透光率標(biāo)尺“0”位上。      

32、 打開穩(wěn)壓器及單色光器的電源開關(guān)，把光路閘門拔到紅點(diǎn)位置，按順時(shí)針方向調(diào)節(jié)光量調(diào) 節(jié)器，使微電計(jì)的指示光點(diǎn)達(dá)到標(biāo)尺右邊上限附近，10min后，等硒光電池趨于穩(wěn)定后開始使用儀器。 打開比色皿暗箱蓋取出比色皿架，將四只比色皿中的一只裝入標(biāo)準(zhǔn)溶液或蒸餾水，其余三只裝待測溶液，為便于測量，將標(biāo)準(zhǔn)溶液放入比色皿架的第一格內(nèi)，然后將比色皿架放入暗箱內(nèi)固定好，蓋好暗箱蓋。 將光路閘門重新拔到“黑”點(diǎn)，校正微電計(jì)至“0”位，再打開光路閘門，使光路通過標(biāo)準(zhǔn)溶液，用波長調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)所需波長，轉(zhuǎn)動(dòng)光量調(diào)節(jié)器把光點(diǎn)調(diào)到透光率為“100”的讀數(shù)上。 然后將比色皿拉桿拉出一格，使第二個(gè)比色皿的待測溶液進(jìn)入光路中，此時(shí)微電計(jì)

33、標(biāo)尺上的讀數(shù)即為溶液中溶質(zhì)的透光率。然后再測定另外兩個(gè)待測溶液。 c.注意事項(xiàng) 1)儀器應(yīng)放置在清潔、干燥、無塵、無腐蝕氣體和不太亮的室內(nèi)，工作臺應(yīng)牢固穩(wěn)定。 2)在測定溶液的色度不太強(qiáng)的情況下，盡量采用較低的電源電壓(5.5V)以便延長光源燈泡的壽命。        3)儀器連續(xù)使用時(shí)間不應(yīng)超過兩小時(shí)，如要長時(shí)間使用，中間應(yīng)間歇后再用。        4)測定結(jié)束后，應(yīng)依次關(guān)閉光路閘門、光源、穩(wěn)壓器及檢流計(jì)電源，取出比色皿洗凈， 用鏡頭紙擦干，放于比色皿盒內(nèi)。  

34、      5)注意單色儀的防潮，及時(shí)檢查硅膠是否受潮，若變紅色應(yīng)及時(shí)更換。       6)搬動(dòng)儀器時(shí)，檢流計(jì)+、-極必須接上短路片，以免損壞。      721型分光光度計(jì) 721型分光光度計(jì)也是可見光分光光度計(jì)，是72型分光光度計(jì)的改進(jìn)型，適用波長范圍368nm800nm，主要用作物質(zhì)定量分析。721與72型的主要區(qū)別在于: 1)所有部件組裝為一體，使儀器更緊湊，使用更方便。 2)適用波長范圍更寬。 3)裝備了電子放大裝置，使讀數(shù)更精確。 內(nèi)部構(gòu)造和

35、光路系統(tǒng)如下(圖-5-12，圖-5-13): 圖-5-12 721型分光光度計(jì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 1.光源;2.單色光器;3.比色皿槽；4.光量調(diào)節(jié)器;5.光電管暗盒部件；6.微安表;7.穩(wěn)壓電源。   圖-5-13  721型分光光度計(jì)電路和系統(tǒng)示意圖 1. 光源燈;2.透鏡;3.棱鏡;4.準(zhǔn)直鏡;5、13.保護(hù)玻璃;6.狹縫;7.反射鏡;8.光欄;9.聚光透鏡;10.比色皿;11.光門;12.光電管。752型分光光度計(jì) 752型分光光度計(jì)為紫外光柵分光光度計(jì)，測定波長200nm800nm。 a.結(jié)構(gòu)原理 752型分光光度計(jì)由光源室、單色器、樣品室、光電管暗盒、電子系統(tǒng)及數(shù)字顯示器等 部件組成，儀器的工作原理如圖-5-14所示。 儀器內(nèi)部光路系統(tǒng)如圖-5-15所示。 從鎢燈或氫燈發(fā)出的連續(xù)輻射經(jīng)濾色片選擇聚光鏡聚光后投向單色器進(jìn)狹縫，此狹縫正好位 于聚光鏡及單色器內(nèi)準(zhǔn)直鏡的焦平面上，因此進(jìn)入單色器的復(fù)合光通過平面反射鏡反射及準(zhǔn) 直鏡變成平行光射向色散光柵。光柵將入射的復(fù)合光通過衍射作用形成按照一定順序均勻排 列的連續(xù)單色光譜，此時(shí)單色光譜重新返回到準(zhǔn)直鏡，然后通過聚光原理成像在出射狹縫上 。出射狹