第二章光學分析法

1、第二章 光學分析法引論Chapter 2 An Indroduction to Photochemical Analysis 21 光學分析法的分類 22 電磁輻射的基本特征 23 光與物質(zhì)的相互作用 24 光學分析法儀器及裝置 電磁輻射的基本特征；電磁輻射與電磁波譜；電磁輻射與物質(zhì)的相互作用；光化學分析法概論；光學儀器方框圖 本章知識點： 了解電磁輻射的基本特征、電磁輻射與電磁波譜；電磁輻射與物質(zhì)的相互作用，光化學分析法的分類特點及儀器方框圖.教學要求： 它既可以進行定性，也可以進行定量和結(jié)構(gòu)分析，其應用范圍非常廣泛，是現(xiàn)代分析化學的重要組成部分。 光學分析法是一類極其重要和最常用的儀器分析

2、方法之一。它是基于電磁輻射與物質(zhì)相互作用后產(chǎn)生的物理現(xiàn)象輻射、吸收或散射等建立起來的分析方法。21 光學分析法的分類光學分析法光譜法非光譜法光譜法是基于光和物質(zhì)相互作用時，測量由物質(zhì)內(nèi)部發(fā)生量子化的能級間的躍遷所產(chǎn)生的發(fā)射、吸收或散射光譜的波長和強度進行分析的方法。 非光譜法是基于光與物質(zhì)相互作用時，通過測量電磁輻射的諸如折射、干涉、散射、衍射及偏振等基本性質(zhì)發(fā)生變化的分析方法。在非光譜法中，電磁輻射只改變了傳播方向及速度等，而物質(zhì)的內(nèi)能不發(fā)生變化。 光學分析法光譜法非光譜法分子光譜 原子光譜原 子 光 譜 是原 子 外 層 或內(nèi) 層 電 子 產(chǎn)生 能 級 躍 遷而 形 成 的 ，其 光 譜

3、為線狀光譜。 分子光譜則是分子中電子能級、振動和轉(zhuǎn)動能級的變化形成的，其光譜為帶狀光譜 原子發(fā)射光譜法（AES）原子吸收光譜法（AAS）原子熒光光譜法（AFS）X射線熒光光譜法（XFS）紫外-可見分光光度法(UVVIS)紅外吸收光譜法（IR）分子熒光光譜法（MFS）化學發(fā)光法（CL）分子磷光光譜光（MPS）折射法濁度法旋光法散射一、光譜法 光譜法一般分為三種基本類型：發(fā)射光譜法、吸收光譜法及聯(lián)合散射光譜法。 （一）發(fā)射光譜分析法 發(fā)射光譜分析法是利用試樣中原子或離子所發(fā)射的特征線光譜特征線光譜或某些分子所發(fā)射的特征帶光譜特征帶光譜的波長波長或強度或強度，對物質(zhì)進行檢測的方法。 此種激發(fā)方式主要

4、用電孤、電火花、等離子體焰炬（ICP）等電能及火焰等熱能激發(fā)待測粒子產(chǎn)生光譜，其過程如下： 1電或熱能激發(fā)發(fā)光M + E M*M* M + h 式中E為電能或熱能，M和M*分別代表基態(tài)的和激發(fā)態(tài)的原子或分子。 待測粒子吸收光輻射后被激發(fā)，當從高能態(tài)躍從高能態(tài)躍回到基態(tài)或較低能態(tài)時回到基態(tài)或較低能態(tài)時，便又以光的形式產(chǎn)生輻射以光的形式產(chǎn)生輻射，即發(fā)射光譜，屬于此類的發(fā)射光譜方法有原子熒光、分子熒光、X射線熒光和磷光等。 2光致激發(fā)發(fā)光 另外，還有化學發(fā)光與生物發(fā)光。 表21 各種發(fā)射光譜法方法名稱激發(fā)能源被測粒子檢測訊號原子發(fā)射光譜法電孤、電火花、火焰、ICP氣態(tài)原子紫外可見光原子熒光光譜法高強

5、度紫外-可見光氣態(tài)原子原子熒光X熒光光譜法X光管（0.010.25nm）X射線氣態(tài)原子二次X射線（熒光）熒光光度法紫外、可見光分子熒光（紫外、可見光）磷光光度法紫外、可見光分子磷光（紫外、可見光）化學發(fā)光法化學能分子可見光生物發(fā)光法生化能分子可見光 吸收光譜分析是根據(jù)物質(zhì)對不同波長光的吸收程度對物質(zhì)進行定性和定量的分析方法。 輻射能不同，建立的分析方法也不同。各種吸收光譜分析的特點見表22。 （二）吸收光譜分析法表22 常見吸收光譜分析法方法名稱方法名稱輻射能源輻射能源待測粒子狀態(tài)待測粒子狀態(tài)檢測訊號檢測訊號原子吸收光譜法 紫外、可見光氣態(tài)原子透射的紫外、可見光紫外可見分光光度法紫外、可見光液

6、態(tài)分子或基團透射的紫外、可見光紅外吸收光譜法2.515m紅外光液態(tài)、氣態(tài)、固態(tài)分子透射的紅外光核磁共振波譜法4600MHz高磁場射頻液態(tài)有機物分子的質(zhì)子原子核對射頻輻射的吸收激光吸收光譜法激光液態(tài)分子吸收激光光聲光譜法激光氣態(tài)分子聲壓電子自旋共振波譜法10.48105 MHz微波液態(tài)分子吸收 該類分析方法主要是以拉曼散射為基礎(chǔ)的拉曼散射光譜分析法。 由于激光光源的使用，加速了拉曼散射光譜分析方法的發(fā)展，使其具有用樣量少，分辨能力強等優(yōu)點，與紅外吸收光譜互為補充成為有機結(jié)構(gòu)分析的強有力的手段，也可用于無機物晶體結(jié)構(gòu)分析。 （三）散射光譜分析法 非光譜法是基于光輻射與物質(zhì)相互作用時，測量光的某些性

7、質(zhì)如折射，旋光、散射、偏振等發(fā)生變化的分析方法。 非光譜法中常用的有旋光法，比濁法、折射法、衍射法、散射法及偏振法等。例如，利用試液的旋光性鑒定物質(zhì)的化學結(jié)構(gòu)和純度，這是由于溶液的旋光性與分子的非對稱結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。二、非光譜法22 電磁輻射的基本特征 電磁輻射是一種能以極高速度在空間傳播能量的電磁波。它包括很寬的頻率范圍，從短波（波長最短的射線，波長小于0.005nm）到長波（波長最長的無線電波，其波長大于300 mm，高達幾千米）波長相差極大。電磁輻射具有波動性和微粒性，即光的波粒二象性。一、光的波粒二象性 電磁輻射象光波一樣，在空間傳播中往往會產(chǎn)生光的折射、反射、衍射、偏振和干涉等現(xiàn)象。這

8、體現(xiàn)了光的波動性。它可以用頻率、波長、波數(shù) 和傳播速度參數(shù)加以表征。v波長（）是兩個相鄰的波峰或波谷之間的距離。電磁波譜區(qū)不同，所采用波長單位也不同。波長較短時用m，nm和，波長較長時用cm和m表示。它們之間的換算關(guān)系如下：1m102cm106m10nm=1010圖21 電磁橫波 頻率（）是指單位時間內(nèi)輻射波通過傳播方向上某一固定點的波峰或波谷的數(shù)目，也即單位時間內(nèi)電磁振動的次數(shù)。頻率的單位為赫茲（Hz）。 波數(shù)（ ）是波長的倒數(shù)，即單位長度（常用每厘米）中所含波的數(shù)目，單位為cm-1。波長與波數(shù)的換算式如下：1/(cm) 104/(m)輻射的傳播速度（ ）等于頻率與波長的乘積，即 輻射在真空

9、中的傳播速度與頻率無關(guān)，該速度用C表示，即光速，其數(shù)值為2.997921010 cms-1。 = 對于輻射的發(fā)射和吸收現(xiàn)象難以用電磁輻射的波動性加以解釋。例如光電效應，黑體輻射，Comptom效應的光譜能量分布，只有將輻射看成是微粒時方能容易理解。普朗克（Planck）則認為物質(zhì)發(fā)射輻射或吸收能量是非連續(xù)的，即能量是“量子化”的。輻射能量的最小單位為“光子”。光子的能量與頻率之間的關(guān)系為： hchE（21） 由（21）式可見，不同波長的光（輻射）具有不同的能量：波長越短（頻率越高）能量越高，波長越長（頻率越低）能量越低。 例如紫外可見紅外，E紫外E可見E紅外。 根據(jù)上述公式可以任意計算輻射的波

10、長或者能量。不同能量的電磁輻射與物質(zhì)相互作用的性質(zhì)和情況不同，因而，由此導致并建立了一個系列的分析方法。 式中h為譜朗克常數(shù)，其值為6.62610-34JS。二、電磁波譜 電磁波所包括的波譜范圍很寬，從短波到長波有射線、x射線、紫外光、紅外光、微波、無線電波等。若將它們按照波長或頻率的大小順序排列起來構(gòu)成圖譜即為電磁波譜。各種電磁波譜的參數(shù)見表23。 波譜區(qū)/nmEeV躍遷能級類型波譜類型射線區(qū) 2.5105 核能級射線等X射線區(qū) 0. 011031014 31010內(nèi)層電子能級X射線吸收、發(fā)射、熒光、衍射真空紫外光區(qū) 101801256原子及分子的價電子或成鍵電子能級真空紫外吸收、發(fā)射近紫外

11、光區(qū) 18040063.1原子及分子的價電子或成鍵電子能級紫外可見吸收、發(fā)射熒光可見光區(qū)4007803.11.7原子及分子的價電子或成鍵電子能級紫外可具吸收、發(fā)射熒光紅外光區(qū)0. 783001.74.210-3分子的振動轉(zhuǎn)動能級紅外吸收、拉曼光譜微波區(qū) 0. 3 mm 0. 6m 3 m3. 610-4 8. 310-74. 210-7分子的轉(zhuǎn)動能級磁場中電子自旋能級微波吸收順磁共振射頻區(qū) 0. 610 m8. 310-7 4. 210-8磁場中核自旋能級 核磁共振 表23 電磁波譜 由上表可以看出，射線波長最短，能量最大，射頻波長最長，能量最小。由（21）式可以計算出各種電磁波譜區(qū)所產(chǎn)生的各

12、種類型躍遷所需能量；也可以根據(jù)所產(chǎn)生的電磁輻射的能量計算出所對應的波長。例如，若提供120eV的能量使外層價電子產(chǎn)生躍遷，通過（21）式就會計算出所對應的電磁波的波長范圍為124060nm。 1240nmnm1010602. 11scm1031063. 67191103411JSJEhc62nmnm1010602. 120scm1031063. 67191103422JSJEhc23 光與物質(zhì)的相互作用 當光照射到物質(zhì)上時，就會與物質(zhì)相互發(fā)生作用，作用的性質(zhì)隨光的波長（或能量）及物質(zhì)的性質(zhì)而異。光可以透射，也可以被吸收、被折射、被散射、發(fā)生偏振等。同時，物質(zhì)受到電磁輻射或其他能量（如電能或熱能

13、）作用被激發(fā)后，又常常會以光的形式將得到的能量釋放出來。上述物理光學現(xiàn)象成為建立光學分析方法的依據(jù)。 電磁輻射與物質(zhì)的相互作用的性質(zhì)，用以下光子學說加以解釋。 一、吸收與發(fā)射 光輻射作用于物質(zhì)粒子（原子、離子或分子）后，粒子選擇性地吸收一定頻率的輻射能使其強度減弱，而粒子則由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，這種現(xiàn)象稱為物質(zhì)對光的吸收。 粒子所吸收的輻射能應與該吸收粒子躍遷的能級差的能量（E=E激發(fā)態(tài)E基態(tài)h）相同。以被吸收的能量（吸光度或透光率）為縱坐標，以波長或波數(shù)為橫坐標掃描繪制譜圖，即為吸收光譜。 光與物質(zhì)作用的本質(zhì)是光的能量轉(zhuǎn)移到物質(zhì)的原子或分子上去了。 物質(zhì)粒子得到能量后即由基態(tài)向高能態(tài)（激發(fā)態(tài)）

14、躍遷。處于高能態(tài)粒子是不穩(wěn)定的，約經(jīng)過約10-8S后又從高能態(tài)躍回至較低能態(tài)或基態(tài)。在此過程中，如果粒子將所吸收的能量又以光的形式釋放出來，這一過程稱為光的發(fā)射，所形成的光譜為發(fā)射光譜。各種元素的原子，離子和分子的性質(zhì)不同，所發(fā)射的光譜各不相同，具有自己的特征光譜。利用粒子的特征光譜進行定性分析，根據(jù)譜線強度大小進行定量測定。二.電磁輻射與物質(zhì)的相互作用及其光譜1.1.物質(zhì)的能態(tài)物質(zhì)的能態(tài)hchEEE 012.2.電磁輻射的吸收與發(fā)射電磁輻射的吸收與發(fā)射原子、離子原子、離子 分子分子A. A. 原子光譜原子光譜 線光譜線光譜 Line spectrah iOAOAOANa 5890Na 589

15、0、58965896hEEhcEhc 01 B. B. 分子光譜分子光譜 帶光譜帶光譜 Band spectra 有機、無機分子有機、無機分子)/()(平動轉(zhuǎn)動振動電子平動轉(zhuǎn)動振動電子平動轉(zhuǎn)動振動電子分子hchEEEEE 半寬度半寬度2020100nm100nm分子吸收光譜分子吸收光譜分子發(fā)射光譜分子發(fā)射光譜h i半寬度半寬度2020100nm100nmC. C. 熒光發(fā)射熒光發(fā)射E2E0E1E3h ih ih i二、折射和反射光從一種透明介質(zhì)1進入另一種透明介質(zhì)2時，光束的前進方向和速度發(fā)生改變，這種現(xiàn)象稱為光的折射光的折射，見圖22。光學定義光的絕對折射率（簡稱折射率）為 ，式中C為光在真

16、空中的速度，i為頻率為i的光在某一介質(zhì)中的速度。當光從介質(zhì)1進入介質(zhì)2時，其入射角i與折射角r的正弦比稱為相對折射率n，即iCn rinnnsin sin12圖22 光的折射與反射 由上式可以看出，光的傳播方向的改變不僅與兩介質(zhì)折射率有關(guān)，而且還與入射角和折射角的大小有關(guān)。不同介質(zhì)的折射率不同，而同一介質(zhì)對于不同波長光的折射率是不相同的。物質(zhì)的折射率隨光的頻率或波長的變化而變化的現(xiàn)象稱為“色散”，利用此現(xiàn)象可將波長范圍很寬的復合光分散開來，成為許多頻率范圍窄小的“單色光”，這種作用稱之為“分光”，棱鏡的分光作用就是基于光的這種物理性質(zhì)。 在圖22中，除了折射光BD之外，還有反射光BC，它是光在

17、兩種介質(zhì)表面發(fā)生的光學現(xiàn)象。折射光和反射光的能量分配與介質(zhì)的性質(zhì)及入射角的大小密切相關(guān)。實驗表明，入射角越大反射光能就越大。因此，在光學儀器中，為了減少光在傳播過程中能量的損失，光的反射作用盡量減少。 三、干涉和衍射 當頻率及振動方向相同、相位相同或相位差一定角度的輻射源所發(fā)射的相干波相互疊加時，就會產(chǎn)生波的干涉現(xiàn)象，由此可得到明暗相間的條紋。 當兩個波同相位時，相互得到加強，得到明亮條紋；兩波相位差為180時，相互抵消，則得到暗條紋。這些明暗條紋稱為干涉條紋。 光波繞過障礙物或狹縫而彎曲的地向它后面?zhèn)鞑サ默F(xiàn)象,稱之為光波的衍射現(xiàn)象衍射現(xiàn)象。由圖23可以看出，單縫衍射的光能主要集中在中央明條紋

18、上。其余各條紋的亮度隨中央明條紋距離的增大而減弱。波長不同，衍射時在光屏（焦面）上得到的亮條紋的衍射角不一樣，位置也不一樣。對于復色光經(jīng)衍射和干涉后就可以得到一系列不同波長的單色光。 四、散射 當光束通過較大介質(zhì)粒子（如膠體微粒、聚合物分子、乳濁液等，粒子大小與光波的波長近似相等）時，部分光束將沿著其他方向傳播，形成散射現(xiàn)象散射現(xiàn)象。這就是所謂的“丁鐸爾效應”（Tyndall effect）。在此類散射中，散射光強I與入射光波長有以下關(guān)系： 21I分子散射 瑞利散射（Rayleigh scatterring） 拉曼散射（Raman scatterring） 在光子與介質(zhì)分子間發(fā)生碰撞時無能量交

19、換，僅改變了光子的運動方向，所以產(chǎn)生的散射光的頻率與入射光頻率相同；碰撞是彈性碰撞。碰撞是彈性碰撞。在碰撞過程中不僅改變了光的傳播方向，而且還進行了能量交換，因此散射光的頻率不同于入射光。屬于非彈性碰撞。屬于非彈性碰撞。 在分子散射中作用的介質(zhì)粒子小于輻射光波的波長。 拉曼散射光的頻率與入射光的頻率差稱為拉曼位移拉曼位移。拉曼位移的大小與物質(zhì)分子的振動和轉(zhuǎn)動能級有關(guān)，不同的物質(zhì)結(jié)構(gòu)不同，其振動和轉(zhuǎn)動能級也不一樣，因而有不同的拉曼位移。利用拉曼位移表征物質(zhì)的分子振動和轉(zhuǎn)動能級，以對物質(zhì)進行結(jié)構(gòu)分析。24 光學分析法儀器及裝置光譜儀器通常由5個基本單元組成：1.光源2.單色器3.樣品池4.檢測器5

20、.信號采集與處理系統(tǒng)。一一. . 光源光源 依據(jù)方法不同，采用不同的光源：火焰、燈、激光、電火花、電弧等；依據(jù)光源性質(zhì)不同，分為： 連續(xù)光源連續(xù)光源：在較大范圍提供連續(xù)波長的光源，氫燈、氘燈、鎢絲燈等； 線光源線光源：提供特定波長的光源，金屬蒸氣燈(汞燈、鈉蒸氣燈)、空心陰極燈、激光等；（一）線光源 1蒸氣放電燈 是一種熱陰極型放電燈。在玻璃或石英內(nèi)封入一對涂有電子發(fā)射率高的氧化物電極，并充入一定壓強的惰性氣體和相應的金屬，構(gòu)成蒸氣放電燈。常見的有堿金屬及汞、鎘、碲等蒸氣放電燈。低壓汞燈輻射能大部分集中在254nm的譜線，高壓汞燈輻射365nm、546nm、570nm強譜線；鈉燈主要輻射589

21、.0nm、589.6nm兩條強譜線。 2空心陰極燈 主要用于原子吸收光譜分析，高強度空心陰極燈也可作為原子熒光光譜分析法的光源。 3激光器 激光具有強度大、方向性強，單色性好等優(yōu)點，因此近二十年來頗受青睞，作為一種新型光源在發(fā)射光譜、光聲光譜，拉曼光譜，熒光光譜等研究領(lǐng)域得到應用。 如可調(diào)諧染料激光器就是一種寬波段、高穩(wěn)定性，銳譜線，高強度及可連續(xù)輸出的、理想的激光光源。它可省去一般儀器中的狹縫、單色器等部件，使儀器簡化，并能使測量的精密度及靈敏度顯著提高。 常用的激光器有紅寶石激光器，其主要激發(fā)波長為694.3nm；HeNe激光器，其主要激發(fā)波長為632.8nm，還有波長為488mn Ar離

22、子激光器和蘭寶石激光器。 原子發(fā)射光譜分析所用的線光源除常用的電孤，火花外，還有新光源等離子體焰炬。 （二）連續(xù)光源 連續(xù)光源是指在較寬的波段范圍內(nèi)發(fā)射一定強度的較為穩(wěn)定的帶狀光譜的光源。 1 1紫外光光源紫外光光源 紫外光源一般采用氫弧燈、氙弧燈和氘燈。它們采用低壓蒸氣放電方式產(chǎn)生紫外光，其波長范圍165350nm。由于受石英窗吸收的限制，其通常有效波長范圍為200350nm。氘燈又稱重氫燈，其輻射強度比氫燈更強，壽命也長。2可見光光源 最常用的可見光光源是鎢燈。這種光源的能量分布接近于黑體的能量分布， 所輻射的能量大部分在紅外區(qū)；燈絲溫度較高，可達2870K；鎢燈波長范圍為3202500n

23、m。 3紅外光源 紅外光源是指用鋯、釔、鈰、釷等氧化物混合燒制而成的固體或硅碳捧經(jīng)過電加熱產(chǎn)生連續(xù)光譜的光源。其最大輻射強度的波長范圍1.72m（波數(shù)為58805000cm-1）。常用的紅外光源有能斯特燈和硅碳棒，也有用白熾金屬絲通電加熱作光源的。二、單色器 將復合光按波長順序或頻率大小分散開來形成譜帶的裝置稱為單色器，也稱為分光元件或色散元件。 最常用的色散元件有棱鏡和光柵兩鐘。 單色器主要部件：1.入射狹縫2.準直鏡 使輻射束成為平行光線3.色散（分光）元件 使不同波長的輻射以不同的角度進行傳播4.聚焦元件 使每個單色光束在單色器的出口曲面上成像。5.出射狹縫棱 鏡 棱鏡對不同波長的光具有

24、不同的折射率，波長長的光，折射率??；波長短的光，折射率大。 平行光經(jīng)過棱鏡后按波長順序排列成為單色光；經(jīng)聚焦后在焦面上的不同位置上成像，獲得按波長展開的光譜； 棱鏡的分辨能力取決于棱鏡的幾何尺寸和材料； 棱鏡的光學特性可用色散率和分辨率來表征；棱鏡的特性與參數(shù)（1 1）色散率）色散率 角色散率：用d/d表示，偏向角對波長的變化率；dd2sin12sin2dd22nn 棱鏡的頂角越大或折射率越大，角色散率越大，分開兩條相鄰譜線的能力越強，但頂角越大，反射損失也增大，通常為60度角； 線色散率：用dl /d表示，兩條相鄰譜線在焦面上被分開的距離對波長的變化率； 倒線色散率：用d/dl 表示，（2）

25、分辨率 相鄰兩條譜線分開程度的度量：相鄰兩條譜線分開程度的度量：ddnbR： 兩條相鄰譜線的平均波長；：兩條譜線的波長差；b：棱鏡的底邊長度；n：棱鏡介質(zhì)材料的折射率。 分辨率與波長有關(guān)分辨率與波長有關(guān)，長波的分辨率要比短波的分辨率小，棱鏡分離后的光譜屬于非均排光譜非均排光譜。光 柵 透射光柵，反射光柵透射光柵，反射光柵； 光柵光譜的產(chǎn)生是多狹縫干涉與單狹縫衍射共同作用的結(jié)果，前者決定光譜出現(xiàn)的位置，后者決定譜線強度分布；光柵的特性 ABCDE表示平面光柵的一段； 光線L在AJF處同相，到達AKI平面，光線L2M2要比光線L1M1多通過JCK這段距離。FEI=2JCK，其后各縫隙的光程差將以等

26、差級數(shù)增加，3JCK 、4JCK等。 當光線M1、M2、M3到達焦點時，如果它們沿平面波陣面AKI同相位，它們就會產(chǎn)生一個明亮的光源相，只有JCK是光線波長的整數(shù)倍時才能滿足條件。光柵的特性： 如果： d =AC=CE JC+CK=d (sin+sin)=n 即光柵公式：d (sin+sin)=n 、分別為入射角和反射角；整數(shù)n為光譜級次； d為光柵常數(shù)； 角規(guī)定取正值，如果角與角在光柵法線同側(cè)， 角取正值，反之取負值； 當n=0時，零級光譜，衍射角與波長無關(guān)，無分光作用。光柵的特性： 將反射光柵的線槽加工成適當形狀能使有效強度集中在特定的衍射角上。 圖所示反射光柵是由與光柵表面成角的小斜面構(gòu)

27、成(小階梯光柵，閃耀光柵)，角叫做閃耀角。 選擇適宜的閃耀角，可以使90%的有效能量集中在單獨一級的衍射上。光柵的參數(shù)： 光柵的特性可用色散率和分辨率來表征，當入射角不變時，光柵的角色散率可通過對光柵公式求導得到：cosdndd d/d為入射角對波長的變化率，即光柵的角色散率。 當很小，且變化不大時，cos 1，光柵的角色散率決定于光柵常數(shù) d 和光譜級數(shù)n ，常數(shù)，不隨波長改變，均排光譜（優(yōu)于棱鏡之處）。 角色散率只與色散元件的性能有關(guān)；線色散率還與儀器的焦距有關(guān)。光柵的線色散率dfndfnfddddlcos f 為會聚透鏡的焦距。 光 柵 的 分 辨 能 力 根 據(jù)Rakleigh準則來確

28、定。 等強度的兩條譜線（I，II）中，一條（II）的衍射最大強度落在另一條的第一最小強度上時，兩衍射圖樣中間的光強約為中央最大的80%，在這種情況下，兩譜線中央最大距離即是光學儀器能分辨的最小距離（可分離的最小波長間隔）；光柵的分辨率R 光柵的分辨率R 等于光譜級次（n）與光柵刻痕條數(shù)（N）的乘積：NnR 光柵越寬、單位刻痕數(shù)越多、R 越大。 寬度50mm，N=1200條/mm， 一級光譜的分辨率： R=1501200=6104狹 縫 單色器的進口狹縫起著單色器光學系統(tǒng)虛光源的作用。復合光經(jīng)色散元件分開后，在出口曲面上形成相當于每條光譜線的像，即光譜。轉(zhuǎn)動色散元件可使不同波長的光譜線依次通過。

29、 分辨率大小不僅與色散元件的性能有關(guān)，也取決于成像的大小，因此希望采用較窄的進口狹縫。分辨率用來衡量單色器能分開波長的最小間隔的能力；最小間隔的大小用有效帶寬表示： S = DWD為線色散率的倒數(shù)；W為狹縫寬度； 在原子發(fā)射光譜分析中， 定性分析時，減小狹縫寬度，使相鄰譜線的分辨率提高； 定量分析時，增大狹縫寬度，可使光強增加。 狹縫兩邊的邊緣應銳利且位于同一平面上；3.試樣裝置 光源與試樣相互作用的場所（1 1）吸收池）吸收池 紫外-可見分光光度法：石英比色皿 熒光分析法： 紅外分光光度法：將試樣與溴化鉀壓制成透明片（2 2）特殊裝置）特殊裝置 原子吸收分光光度法：霧化器中霧化，在火焰中，元

30、素由離子態(tài)原子； 原子發(fā)射光譜分析：試樣噴入火焰； 詳細內(nèi)容在相關(guān)章節(jié)中介紹。4. 檢測器（1 1）光檢測器）光檢測器 主要有以下幾種： 硒光電池、光電二極管、光電倍增管、硅二極管陣列檢測器、半導體檢測器；（2 2）熱檢測器）熱檢測器 主要有： 真空熱電偶檢測器：紅外光譜儀中常用的一種； 熱釋電檢測器：又稱光伏電池、隔層電池。最常用的光電池是硒光電池，其適用的波長范圍是380750nm，在570nm左右最為敏感。 （一）光電池 硒光電池獲得的光電流較大，可直接用靈敏檢流計測量。入射光強度越大，所產(chǎn)生的電流就越大。由于硒光電池的內(nèi)阻隨入射光強度而變化，光強度增大，內(nèi)阻減少。只有外電路的電阻小于400時，其輸出的光電流才與入射光強度成線性關(guān)系。 優(yōu)點:結(jié)實、便宜、使用方便，不需外電源就可連接到微安計或檢流計上，直接讀出光電流的大小. 缺點:對光響應速度較慢；內(nèi)阻小，輸出訊號難于放大；容易產(chǎn)生“疲勞現(xiàn)象”，過若干年后硒層逐漸老化。 由封在抽真空玻璃殼內(nèi)的光發(fā)射陰極和陽極收集器構(gòu)成，見圖211，當光照射在光敏陰極上時，陰極就發(fā)射出電子，在電場力作用下，電子奔向陽極收集器