第2章儀分光導(dǎo)學(xué)

1、1第二章第二章 光學(xué)分析法引論光學(xué)分析法引論(An Introduction to Optical Analysis)(An Introduction to Optical Analysis)2 34 5 M M* *M+M+hvhv 6 7 8 9 10 M M + + hv Mhv M* *11 12 頻率為頻率為0 0 的單色光照射到透明物質(zhì)上，光的傳播方向發(fā)的單色光照射到透明物質(zhì)上，光的傳播方向發(fā)生了改變，物質(zhì)分子會發(fā)生散射現(xiàn)象。生了改變，物質(zhì)分子會發(fā)生散射現(xiàn)象。 光與物質(zhì)分子相互作用形成的光散射可分為兩種：光與物質(zhì)分子相互作用形成的光散射可分為兩種： 光子與物質(zhì)分子沒有能量交換，僅改

2、變了光子與物質(zhì)分子沒有能量交換，僅改變了光子的運動方向。也稱為瑞利散射。光子的運動方向。也稱為瑞利散射。 光子與物質(zhì)分子發(fā)生了能量交換，即不光子與物質(zhì)分子發(fā)生了能量交換，即不僅光子的運動方向發(fā)生變化，它的能量也發(fā)生變化，則稱為拉僅光子的運動方向發(fā)生變化，它的能量也發(fā)生變化，則稱為拉曼散射。曼散射。 拉曼位移的大小與分子的振動和轉(zhuǎn)動的能級有關(guān)，利用拉拉曼位移的大小與分子的振動和轉(zhuǎn)動的能級有關(guān)，利用拉曼位移研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的方法稱為拉曼光譜法。曼位移研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的方法稱為拉曼光譜法。132 2、電磁輻射的性質(zhì)、電磁輻射的性質(zhì) 電磁輻射是一種以極大的速度（在真空中為電磁輻射是一種以極大的速度（在真空中為

3、2.997922.9979210101010cmscms-1 -1）通過空間，而不需要以任何）通過空間，而不需要以任何物質(zhì)作為傳播媒介的能量形式（物質(zhì)作為傳播媒介的能量形式（）。它包括無線電波、微波、紅外光、可見光、紫）。它包括無線電波、微波、紅外光、可見光、紫外光以及外光以及X-X-射線和射線和-射線等。射線等。 電磁輻射具有波動性和微粒性電磁輻射具有波動性和微粒性- -稱為電磁輻射的二稱為電磁輻射的二象性。象性。142 2、電磁輻射的性質(zhì)、電磁輻射的性質(zhì) 152 2、電磁輻射的性質(zhì)、電磁輻射的性質(zhì) 1 162 2、電磁輻射的性質(zhì)、電磁輻射的性質(zhì) /hchvE 17 AANvhchvNE11

4、231034)96.11()10022. 610998. 210626. 6(molJvmolJvE182 2、電磁輻射的性質(zhì)、電磁輻射的性質(zhì) 193 3、光譜法儀器、光譜法儀器 203 3、光譜法儀器、光譜法儀器 213 3、光譜法儀器、光譜法儀器 223 3、光譜法儀器、光譜法儀器 233 3、光譜法儀器、光譜法儀器 243 3、光譜法儀器、光譜法儀器 25 261. 1. 棱棱 鏡鏡 27 28ddnndd2sin12sin222 兩條波長為兩條波長為1 1和和2 2的光線的的光線的 折射折射率之差率之差n n為為1 1和和2 2波長波長的光線的折射率的光線的折射率的平均值的平均值棱鏡材

5、料的棱鏡材料的色散率色散率29 30 ddnndd2sin12sin222 31 ddnndd2sin12sin222 32 R 33ddnbRddnmbR34 1200線/mm閃耀光柵SPM圖片35 當(dāng)頻率相同、振動方向相同、周相相等或周當(dāng)頻率相同、振動方向相同、周相相等或周相差保持恒定的波源所發(fā)射的相干波互相疊加時，相差保持恒定的波源所發(fā)射的相干波互相疊加時，會產(chǎn)生波的干涉現(xiàn)象。會產(chǎn)生波的干涉現(xiàn)象。 通過干涉現(xiàn)象，可以得到明暗相間的條紋。當(dāng)通過干涉現(xiàn)象，可以得到明暗相間的條紋。當(dāng)兩列波相互加強時可得到明亮的條紋；當(dāng)兩列波兩列波相互加強時可得到明亮的條紋；當(dāng)兩列波互相抵消是則得到暗條紋。這些

6、明暗條紋稱為干互相抵消是則得到暗條紋。這些明暗條紋稱為干涉條紋。涉條紋。 36 光柵法線入射光束衍射光束d平面反射光柵的衍射37 平面反射光柵的衍射光柵法線入射光束衍射光束d 當(dāng)當(dāng)n n不等于零時，不等于零時，衍射角衍射角 隨波長而異，隨波長而異，即不同波長的輻射經(jīng)即不同波長的輻射經(jīng)光柵反射后將分散在光柵反射后將分散在不同空間位置上，不同空間位置上，這這就是光柵進行分光的就是光柵進行分光的依據(jù)。依據(jù)。38d d /d/d =n/ =n/d dcoscos 39 nNR /40 閃耀特性，是將光柵刻痕刻成一定的形狀閃耀特性，是將光柵刻痕刻成一定的形狀( (通常是三角形的槽線通常是三角形的槽線)

7、)，使衍射的能量集中到，使衍射的能量集中到某個衍射角附近。這種現(xiàn)象稱為閃耀，輻射能某個衍射角附近。這種現(xiàn)象稱為閃耀，輻射能量最大的波長稱為閃耀波長。量最大的波長稱為閃耀波長。 當(dāng)當(dāng)時，在衍射角時，在衍射角的方向上可的方向上可得到最大的相對光強，得到最大的相對光強，角稱為閃耀角。質(zhì)量角稱為閃耀角。質(zhì)量優(yōu)良的光柵可以將約優(yōu)良的光柵可以將約8080的輻射能量集中到所的輻射能量集中到所需要的波長范圍內(nèi)。需要的波長范圍內(nèi)。 41IRIS Advantage 中階梯光柵分光系統(tǒng)（實物圖）中階梯光柵分光系統(tǒng)（實物圖）423 3、光譜法儀器、光譜法儀器 主要是硒光電池，其敏感光區(qū)為主要是硒光電池，其敏感光區(qū)為

8、300300800nm800nm，其中以，其中以500500600nm600nm最為靈敏，其特點是產(chǎn)生不必經(jīng)放大就可直接推動微最為靈敏，其特點是產(chǎn)生不必經(jīng)放大就可直接推動微安表或檢流計的光電流。但由于它容易出現(xiàn)安表或檢流計的光電流。但由于它容易出現(xiàn)“疲勞效應(yīng)疲勞效應(yīng)”、壽命、壽命較短而只能用于低檔的分光光度計中。較短而只能用于低檔的分光光度計中。43光電管在紫外可見分光光度計上應(yīng)用很廣泛。光電管在紫外可見分光光度計上應(yīng)用很廣泛。它以一彎成半圓柱且內(nèi)表面涂上一層光敏材料的鎳片它以一彎成半圓柱且內(nèi)表面涂上一層光敏材料的鎳片作為陰極，而置于圓柱形中心的一金屬絲作為陽極，作為陰極，而置于圓柱形中心的一金屬絲作為陽極，密封于高真空的玻璃或石英中構(gòu)成的密封于高真空的玻璃或石英中構(gòu)成的.真空光電二極管44 光電倍增管實際上是一種加上多級倍增電極光電倍增管實際上是一種加上多級倍增電極的光電管，其結(jié)構(gòu)如下圖所示。的光電管，其結(jié)構(gòu)如下圖所示。45原理自己原理自己463 3、光譜法儀器、光譜法儀器 由檢測器將光信號轉(zhuǎn)換成電信號后，可用由檢測器將光信號轉(zhuǎn)換成電信號后，可用檢流計、微安計數(shù)字顯示器等顯示和記錄