第二章_光譜分析法導(dǎo)論

1、篇篇 光譜分析方法光譜分析方法 主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：l第一章第一章 光譜分析法導(dǎo)論光譜分析法導(dǎo)論l第二章第二章 原子光譜學(xué)原子光譜學(xué)l第第三三章章 原子吸收和原子熒光光譜分析法原子吸收和原子熒光光譜分析法l第第四四章章 原子發(fā)射光譜分析法原子發(fā)射光譜分析法l第五章第五章 X射線射線- -熒光熒光光譜分析法光譜分析法l第六章第六章 紫外紫外- -可見吸收可見吸收光譜光譜法法l第七章第七章 紅外吸收光譜法紅外吸收光譜法l第八章第八章 激光拉曼光譜法激光拉曼光譜法l第九章第九章 核磁共振波譜法核磁共振波譜法l第十章第十章 表面分析法表面分析法第二章第二章 光譜分光譜分析法導(dǎo)論析法導(dǎo)論 INTRODU

2、CTION TO SPECTRUM ANALYTICS 了解電磁波譜的性質(zhì)；了解電磁波譜的性質(zhì)； 了解光與物質(zhì)的相互作用特點(diǎn)及其與光譜了解光與物質(zhì)的相互作用特點(diǎn)及其與光譜分析法的關(guān)系；分析法的關(guān)系； 掌握光學(xué)分析儀器的基本組成單元及其作掌握光學(xué)分析儀器的基本組成單元及其作用。用。課程的任務(wù)和要求課程的任務(wù)和要求2.1 2.1 電電 磁磁 輻輻 射射一、電磁輻射的性質(zhì)一、電磁輻射的性質(zhì) 光波是一種電磁波，它具有波動(dòng)性和粒子光波是一種電磁波，它具有波動(dòng)性和粒子性。光譜是一種電磁波譜，電磁波譜分為三個(gè)性。光譜是一種電磁波譜，電磁波譜分為三個(gè)部分部分: : 高能輻射高能輻射、中間部分中間部分和和長波部

3、分長波部分。1.1.高能輻射高能輻射 包括包括r射線和射線和x射線射線,r,r射線的能量最高，它射線的能量最高，它來源于核能級(jí)躍遷；來源于核能級(jí)躍遷；x射線來源于原子內(nèi)層電子能級(jí)躍射線來源于原子內(nèi)層電子能級(jí)躍遷。隨著波長減小，電磁輻射的粒子性越來越明顯。遷。隨著波長減小，電磁輻射的粒子性越來越明顯。2.2.中間部分中間部分 包括紫外、可見和紅外區(qū)包括紫外、可見和紅外區(qū), ,統(tǒng)稱光學(xué)光譜統(tǒng)稱光學(xué)光譜區(qū)。它們來源于原子和分子的外層電子的能級(jí)躍遷、分區(qū)。它們來源于原子和分子的外層電子的能級(jí)躍遷、分子振動(dòng)能級(jí)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷。它們的分光系統(tǒng)，一般子振動(dòng)能級(jí)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷。它們的分光系統(tǒng)，一般采用光柵和棱

4、鏡。采用光柵和棱鏡。 3.3.長波部分長波部分 包括微波和射頻區(qū)。由于能量低，研究間包括微波和射頻區(qū)。由于能量低，研究間隔很小的能級(jí)躍遷。躍遷類型是部分轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)、電子磁隔很小的能級(jí)躍遷。躍遷類型是部分轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)、電子磁能級(jí)和核自旋磁能級(jí)躍遷能級(jí)和核自旋磁能級(jí)躍遷( (順磁和核磁共振順磁和核磁共振) )。16810()(10)3 10/3 10/ cHz sMHzHzcm scm s 頻率頻率波數(shù)波數(shù)JeVsJhhE193410602. 1110626. 611(c m)(c m ) 能量能量 1 nm=10-9 m 1 m=10-6 m 1mm= 10-3 m 1cm=10-2 m nm4008

5、148941734141919193 1075 1075 10400 10125 10400 106626 1075 105 105 10311602 10.(Hz).(MHz).(cm )Eh.(J). (eV). 2.2 光與物質(zhì)的相互作用光與物質(zhì)的相互作用一、一、 輻射的性質(zhì)輻射的性質(zhì) 電磁波與物質(zhì)相互作用的結(jié)果電磁波與物質(zhì)相互作用的結(jié)果, ,可以產(chǎn)生發(fā)射、吸可以產(chǎn)生發(fā)射、吸收和散射三種類型光譜。收和散射三種類型光譜。1. 1. 發(fā)射光譜發(fā)射光譜: : 物質(zhì)從能量較高的激發(fā)態(tài)物質(zhì)從能量較高的激發(fā)態(tài)M*躍遷到能躍遷到能量較低的狀態(tài)量較低的狀態(tài)M，多余的能量以光的形式發(fā)射出來。多余的能量以光

6、的形式發(fā)射出來。 M*M+ hv 第一共振線：從第一激發(fā)態(tài)回到基態(tài)。常用作分析線。第一共振線：從第一激發(fā)態(tài)回到基態(tài)。常用作分析線。) ) 物質(zhì)可以通過不同的激發(fā)過程來獲得能量變?yōu)榧の镔|(zhì)可以通過不同的激發(fā)過程來獲得能量變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)發(fā)態(tài)：1.1.電致激發(fā)：電致激發(fā)： 通過被電場(chǎng)加速的電子轟擊而激發(fā)通過被電場(chǎng)加速的電子轟擊而激發(fā)。2.2.熱致激發(fā)：熱致激發(fā)： 通過熱運(yùn)動(dòng)的粒子的碰撞而激發(fā)通過熱運(yùn)動(dòng)的粒子的碰撞而激發(fā)。3.3.光致激發(fā)：光致激發(fā)： 通過吸收了一次光子而激發(fā)通過吸收了一次光子而激發(fā)。 光致激發(fā)發(fā)射的二次光稱熒光或磷光光致激發(fā)發(fā)射的二次光稱熒光或磷光. .延遲時(shí)間延遲時(shí)間很短很短(10-51

7、0-8s)為熒光為熒光; ;延遲時(shí)間較長延遲時(shí)間較長( (10-410s)為為磷光。磷光。 化學(xué)發(fā)光：化學(xué)發(fā)光： 通過放熱的化學(xué)反應(yīng)可以產(chǎn)生。通過放熱的化學(xué)反應(yīng)可以產(chǎn)生。 A + B C* +D C* C+ hv 通過測(cè)量物質(zhì)的發(fā)射光譜的波長和強(qiáng)度來進(jìn)行定通過測(cè)量物質(zhì)的發(fā)射光譜的波長和強(qiáng)度來進(jìn)行定性和定量分析的方法稱為發(fā)射光譜分析法。性和定量分析的方法稱為發(fā)射光譜分析法。 發(fā)射光譜分析法包括：發(fā)射光譜分析法包括： 射線光譜法射線光譜法 x射線熒光光譜法射線熒光光譜法 原子發(fā)射光譜法原子發(fā)射光譜法 原子熒光光譜法原子熒光光譜法 分子熒光法分子熒光法 分子磷光法分子磷光法 化學(xué)發(fā)光法化學(xué)發(fā)光法 2

8、 .吸收光譜：吸收光譜：入射的電磁波和物質(zhì)的原子或分子相入射的電磁波和物質(zhì)的原子或分子相互作用互作用, ,電磁波的能量正好等于物質(zhì)的基態(tài)和激發(fā)態(tài)之電磁波的能量正好等于物質(zhì)的基態(tài)和激發(fā)態(tài)之間的能量差時(shí)間的能量差時(shí), ,就會(huì)產(chǎn)生吸收光譜就會(huì)產(chǎn)生吸收光譜. . M+hv = M* hv = E1 - E0 利用物質(zhì)的特征吸收光譜進(jìn)行分析的方法稱為利用物質(zhì)的特征吸收光譜進(jìn)行分析的方法稱為吸收吸收光譜法。光譜法。 吸收光譜法包括：原子吸收吸收光譜法包括：原子吸收、 分子吸收分子吸收、磁場(chǎng)的磁場(chǎng)的誘誘導(dǎo)吸收和弛豫過程。導(dǎo)吸收和弛豫過程。 原子吸收原子吸收 氣態(tài)原子對(duì)特征輻射光波的吸收，其光波能量正好氣態(tài)原

9、子對(duì)特征輻射光波的吸收，其光波能量正好等于物質(zhì)的基態(tài)和某一激發(fā)態(tài)之間的能量差時(shí)，即有：等于物質(zhì)的基態(tài)和某一激發(fā)態(tài)之間的能量差時(shí)，即有：hv = E1 - E0，物質(zhì)就會(huì)吸收輻射，從基態(tài)激發(fā)到激發(fā)，物質(zhì)就會(huì)吸收輻射，從基態(tài)激發(fā)到激發(fā)態(tài)。態(tài)。 分子吸收分子吸收 分子分子、甚至是雙原子分子的光譜，要比原子光譜甚至是雙原子分子的光譜，要比原子光譜復(fù)雜得多。這是由于分子所具有的能級(jí)數(shù)目比原子的復(fù)雜得多。這是由于分子所具有的能級(jí)數(shù)目比原子的能級(jí)數(shù)目要能級(jí)數(shù)目要多多得多。得多。 分子總能量分子總能量 E=Ee+Ev+Er Ee 電子能量電子能量 120eV Ev 振動(dòng)能量振動(dòng)能量 10.05eV Er 轉(zhuǎn)動(dòng)

10、能量轉(zhuǎn)動(dòng)能量 0.05 0.005eV電子躍遷電子躍遷振動(dòng)振動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng) 分子基態(tài)，單重態(tài)分子基態(tài)，單重態(tài)S，二個(gè)電子同處于基態(tài)，二電子，二個(gè)電子同處于基態(tài)，二電子自旋方向相反。自旋方向相反。分子激發(fā)態(tài)，單重態(tài)分子激發(fā)態(tài)，單重態(tài) S，一個(gè)電子處于基態(tài)，一個(gè)電子，一個(gè)電子處于基態(tài)，一個(gè)電子處于高能態(tài)，二電子自旋方向相反。處于高能態(tài)，二電子自旋方向相反。分子激發(fā)態(tài)，三重態(tài)分子激發(fā)態(tài)，三重態(tài) T，一個(gè)電子處于基態(tài)，一個(gè)電，一個(gè)電子處于基態(tài)，一個(gè)電子處于高能態(tài)，二電子自旋方向相同。子處于高能態(tài)，二電子自旋方向相同。二原子間距改變，即鍵長改變。二原子間距改變，即鍵長改變。鍵長不變，只旋轉(zhuǎn)。鍵長不變，只旋轉(zhuǎn)

11、。 S2S1T1bbbcaafdeg 激發(fā)分子的去活化過程激發(fā)分子的去活化過程a：吸收；：吸收；b：振動(dòng)馳豫：振動(dòng)馳豫VR；c：內(nèi)轉(zhuǎn)換：內(nèi)轉(zhuǎn)換ic；d：熒光：熒光F；e：外轉(zhuǎn)換；：外轉(zhuǎn)換； f：體系間交叉躍遷：體系間交叉躍遷isc；g：磷光：磷光 3 v2 v0 v1 vS0 振動(dòng)弛豫：在凝聚體系中，被激發(fā)到激發(fā)態(tài)（振動(dòng)弛豫：在凝聚體系中，被激發(fā)到激發(fā)態(tài)（S1和和S2）的分子能通過與溶劑分子的碰撞迅速以熱的形）的分子能通過與溶劑分子的碰撞迅速以熱的形式把多余的振動(dòng)能量傳遞給周圍的分子，而本身返回式把多余的振動(dòng)能量傳遞給周圍的分子，而本身返回該電子能級(jí)的最低振動(dòng)能級(jí)。振動(dòng)弛豫過程發(fā)生極為該電子能

12、級(jí)的最低振動(dòng)能級(jí)。振動(dòng)弛豫過程發(fā)生極為迅速，約迅速，約10-12s。 內(nèi)轉(zhuǎn)換：當(dāng)內(nèi)轉(zhuǎn)換：當(dāng)S2的較低振動(dòng)能級(jí)與的較低振動(dòng)能級(jí)與S1的較高振動(dòng)能的較高振動(dòng)能級(jí)的能量相當(dāng)時(shí)，分子有可能從級(jí)的能量相當(dāng)時(shí)，分子有可能從S2的振動(dòng)能級(jí)以無輻的振動(dòng)能級(jí)以無輻射方式過渡到射方式過渡到S1的能量相等的振動(dòng)能級(jí)上。內(nèi)轉(zhuǎn)換發(fā)的能量相等的振動(dòng)能級(jí)上。內(nèi)轉(zhuǎn)換發(fā)生的時(shí)間約為生的時(shí)間約為10-12s。內(nèi)轉(zhuǎn)換過程同樣也發(fā)生在激發(fā)三。內(nèi)轉(zhuǎn)換過程同樣也發(fā)生在激發(fā)三重態(tài)的電子能級(jí)間。重態(tài)的電子能級(jí)間。 熒光發(fā)射：處于第一激發(fā)單重態(tài)熒光發(fā)射：處于第一激發(fā)單重態(tài)S1的最低振動(dòng)能的最低振動(dòng)能級(jí)時(shí)，分子返回基態(tài)的過程比振動(dòng)弛豫和內(nèi)轉(zhuǎn)換過

13、程級(jí)時(shí)，分子返回基態(tài)的過程比振動(dòng)弛豫和內(nèi)轉(zhuǎn)換過程慢得多。分子可能通過發(fā)射光子躍遷回到基態(tài)慢得多。分子可能通過發(fā)射光子躍遷回到基態(tài)S0的各的各個(gè)振動(dòng)能級(jí)上。個(gè)振動(dòng)能級(jí)上。 外轉(zhuǎn)換：激發(fā)態(tài)分子與溶劑和其它溶質(zhì)分子間的外轉(zhuǎn)換：激發(fā)態(tài)分子與溶劑和其它溶質(zhì)分子間的相互作用及能量轉(zhuǎn)移等過程。外轉(zhuǎn)換過程是熒光或磷相互作用及能量轉(zhuǎn)移等過程。外轉(zhuǎn)換過程是熒光或磷光的競(jìng)爭(zhēng)過程，該過程是發(fā)光強(qiáng)度減弱或消失，這種光的競(jìng)爭(zhēng)過程，該過程是發(fā)光強(qiáng)度減弱或消失，這種現(xiàn)象稱猝滅。現(xiàn)象稱猝滅。 系間跨越：不同多重態(tài)之間的一種無輻射躍遷。系間跨越：不同多重態(tài)之間的一種無輻射躍遷。該過程是電子改變其它自旋態(tài)，分子的多重性發(fā)生變?cè)撨^程

14、是電子改變其它自旋態(tài)，分子的多重性發(fā)生變化的結(jié)果。例如：化的結(jié)果。例如：S1 T1躍遷，即單重態(tài)到三重態(tài)躍遷，即單重態(tài)到三重態(tài)躍遷。躍遷。 磷光發(fā)射：激發(fā)態(tài)分子經(jīng)過系間跨越到達(dá)激發(fā)三磷光發(fā)射：激發(fā)態(tài)分子經(jīng)過系間跨越到達(dá)激發(fā)三重態(tài)后，并迅速的振動(dòng)弛豫到達(dá)第一激發(fā)三重態(tài)重態(tài)后，并迅速的振動(dòng)弛豫到達(dá)第一激發(fā)三重態(tài)T1的最低振動(dòng)能級(jí)上，從的最低振動(dòng)能級(jí)上，從T1態(tài)分子經(jīng)發(fā)射光子回到基態(tài)態(tài)分子經(jīng)發(fā)射光子回到基態(tài)。（。（T1 S0）屬于禁阻躍遷。）屬于禁阻躍遷。 分子光譜形狀分子光譜形狀 0-0 0-1 0-2稀氣體稀氣體 轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)存在。轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)存在。中等氣體壓力中等氣體壓力 轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)消失了，振動(dòng)結(jié)構(gòu)存在

15、轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)消失了，振動(dòng)結(jié)構(gòu)存在分子間作用力大分子間作用力大 液體振動(dòng)結(jié)構(gòu)消失液體振動(dòng)結(jié)構(gòu)消失分子間作用力小分子間作用力小 液體振動(dòng)結(jié)構(gòu)存在，但液體振動(dòng)結(jié)構(gòu)存在，但 不明顯不明顯 磁場(chǎng)的磁場(chǎng)的誘導(dǎo)吸收誘導(dǎo)吸收 當(dāng)將某些元素放入磁場(chǎng)時(shí)，其電子和核受到強(qiáng)磁當(dāng)將某些元素放入磁場(chǎng)時(shí)，其電子和核受到強(qiáng)磁場(chǎng)的作用后，它們的磁性質(zhì)會(huì)產(chǎn)生附加的量子化能級(jí)場(chǎng)的作用后，它們的磁性質(zhì)會(huì)產(chǎn)生附加的量子化能級(jí)。這種誘導(dǎo)能態(tài)間的能量差很小，它們的躍遷僅通過。這種誘導(dǎo)能態(tài)間的能量差很小，它們的躍遷僅通過吸收低頻區(qū)的輻射來實(shí)現(xiàn)的。研究的方法是核磁共振吸收低頻區(qū)的輻射來實(shí)現(xiàn)的。研究的方法是核磁共振波譜（波譜（NMR）和順磁共振波譜

16、法和順磁共振波譜法（ESR） 弛豫過程弛豫過程 通過吸收輻射而被激發(fā)的原子或分子處在高能態(tài)通過吸收輻射而被激發(fā)的原子或分子處在高能態(tài)的壽命很短，它們要通過不同的弛豫過程返回基態(tài)。的壽命很短，它們要通過不同的弛豫過程返回基態(tài)。 非輻射弛豫：通過與其它分子的碰撞將激發(fā)能轉(zhuǎn)非輻射弛豫：通過與其它分子的碰撞將激發(fā)能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能，結(jié)果使體系的溫度有微小的升高。變?yōu)閯?dòng)能，結(jié)果使體系的溫度有微小的升高。 熒光和磷光弛豫：原子或分子吸收電磁輻射后激熒光和磷光弛豫：原子或分子吸收電磁輻射后激發(fā)至激發(fā)態(tài)，當(dāng)返回基態(tài)時(shí)，以輻射能的形式釋放能發(fā)至激發(fā)態(tài)，當(dāng)返回基態(tài)時(shí)，以輻射能的形式釋放能量。熒光產(chǎn)生比磷光迅速。量。熒光

17、產(chǎn)生比磷光迅速。 共振熒光：發(fā)射輻射的頻率與用來激發(fā)的輻射的共振熒光：發(fā)射輻射的頻率與用來激發(fā)的輻射的頻率完全相同的過程。頻率完全相同的過程。 對(duì)應(yīng)吸收光譜的方法：對(duì)應(yīng)吸收光譜的方法： 穆氏堡爾光譜法穆氏堡爾光譜法 原子吸收光譜法原子吸收光譜法 紫外紫外- -可見吸收光譜法可見吸收光譜法 紅外吸收光譜法紅外吸收光譜法 激光光聲光譜法激光光聲光譜法 順磁共振波譜法順磁共振波譜法 核磁共振波譜法核磁共振波譜法3.3.散射光譜：散射光譜： 光通過介質(zhì)時(shí)將會(huì)發(fā)生散射現(xiàn)象。一般散射分為兩光通過介質(zhì)時(shí)將會(huì)發(fā)生散射現(xiàn)象。一般散射分為兩類：類： 鐸爾散射鐸爾散射: : 介質(zhì)粒子（膠體和乳濁液）的大小與光介質(zhì)粒

18、子（膠體和乳濁液）的大小與光的波長差不多時(shí)，散射光的強(qiáng)度增加，用眼能看到。散的波長差不多時(shí)，散射光的強(qiáng)度增加，用眼能看到。散射光的強(qiáng)度與入射光波長的平方成反比。用于研究高聚射光的強(qiáng)度與入射光波長的平方成反比。用于研究高聚物分子和膠體粒子的大小及形態(tài)結(jié)構(gòu)的研究。物分子和膠體粒子的大小及形態(tài)結(jié)構(gòu)的研究。 分子散射分子散射 包括：包括： 瑞利散射瑞利散射： 光子與介質(zhì)分子之間發(fā)生彈性碰撞所光子與介質(zhì)分子之間發(fā)生彈性碰撞所致，碰撞是沒有能量交換，只改變光子的運(yùn)動(dòng)方向，散致，碰撞是沒有能量交換，只改變光子的運(yùn)動(dòng)方向，散射光的頻率不變。散射光的頻率與入射光波長的射光的頻率不變。散射光的頻率與入射光波長的4

19、 4次方次方成反比。成反比。 拉曼散射拉曼散射 光子與介質(zhì)分子之間發(fā)生非彈性碰撞，碰撞時(shí)不光子與介質(zhì)分子之間發(fā)生非彈性碰撞，碰撞時(shí)不僅光子改變了運(yùn)動(dòng)方向，而且還有能量的交換，散射僅光子改變了運(yùn)動(dòng)方向，而且還有能量的交換，散射光的頻率發(fā)生了變化。散射光的頻率高于入射光的稱光的頻率發(fā)生了變化。散射光的頻率高于入射光的稱為為反反StokesStokes線線；頻率低于入射光為；頻率低于入射光為StokesStokes線線。反。反StokesStokes線和線和StokesStokes線稱為線稱為拉曼譜線拉曼譜線，散射光的頻率與，散射光的頻率與入射光頻率之差為入射光頻率之差為拉曼位移拉曼位移。拉曼位移與

20、分子的振動(dòng)。拉曼位移與分子的振動(dòng)頻率有關(guān)。頻率有關(guān)。 具有拉曼活性的分子振動(dòng)時(shí)伴有極化率的變化具有拉曼活性的分子振動(dòng)時(shí)伴有極化率的變化，振動(dòng)時(shí)極化率的變化越大，拉曼散射越強(qiáng)。利用拉曼振動(dòng)時(shí)極化率的變化越大，拉曼散射越強(qiáng)。利用拉曼位移可研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)，其方法為拉曼光譜法。位移可研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)，其方法為拉曼光譜法。 拉曼光譜拉曼光譜在生物化學(xué)中研究測(cè)定蛋白質(zhì)分子二級(jí)在生物化學(xué)中研究測(cè)定蛋白質(zhì)分子二級(jí)結(jié)構(gòu)；多種氨基酸殘基和有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)信息，區(qū)分結(jié)構(gòu)；多種氨基酸殘基和有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)信息，區(qū)分各種異構(gòu)體（單體各種異構(gòu)體（單體、位置位置、幾何幾何、順反順反、空間立體異空間立體異構(gòu)構(gòu)) )。二、二、 光譜的類

21、型光譜的類型 光譜可分為：線光譜、帶光譜和連續(xù)光譜光譜可分為：線光譜、帶光譜和連續(xù)光譜。 線光譜線光譜 由一系列有確定峰位的銳線組成，是由由一系列有確定峰位的銳線組成，是由激發(fā)單個(gè)氣態(tài)原子所產(chǎn)生的。激發(fā)單個(gè)氣態(tài)原子所產(chǎn)生的。 帶光譜帶光譜： 由幾組線光譜組成，是由激發(fā)氣態(tài)分子由幾組線光譜組成，是由激發(fā)氣態(tài)分子所組成的。譜帶系中一個(gè)譜帶表示一種振動(dòng)能級(jí)躍遷所組成的。譜帶系中一個(gè)譜帶表示一種振動(dòng)能級(jí)躍遷，而譜帶內(nèi)的每一條譜線表示一種轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷。色而譜帶內(nèi)的每一條譜線表示一種轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷。色散能力不大的光譜儀所得到的光譜，只能看到一個(gè)個(gè)散能力不大的光譜儀所得到的光譜，只能看到一個(gè)個(gè)譜帶。分子的電子

22、譜帶。分子的電子- -振動(dòng)振動(dòng)- -轉(zhuǎn)動(dòng)光譜位于紫外轉(zhuǎn)動(dòng)光譜位于紫外- -可見區(qū)；可見區(qū)；振動(dòng)振動(dòng)- -轉(zhuǎn)動(dòng)光譜位于紅外區(qū)；轉(zhuǎn)動(dòng)光譜位于微波區(qū)。轉(zhuǎn)動(dòng)光譜位于紅外區(qū)；轉(zhuǎn)動(dòng)光譜位于微波區(qū)。 連續(xù)光譜連續(xù)光譜 沒有銳線或分立的譜帶，在一定波長沒有銳線或分立的譜帶，在一定波長范圍內(nèi)光譜的波長連續(xù)，由熾熱的固體和液體發(fā)射范圍內(nèi)光譜的波長連續(xù)，由熾熱的固體和液體發(fā)射產(chǎn)產(chǎn)生的。連續(xù)光譜往往疊加在線光譜和帶光譜上，形成生的。連續(xù)光譜往往疊加在線光譜和帶光譜上，形成背景，干擾測(cè)定。一般寬度在背景，干擾測(cè)定。一般寬度在350nm350nm以上。以上。 連續(xù)光譜一般在火焰發(fā)射光譜中，因火焰中存在連續(xù)光譜一般在火焰發(fā)

23、射光譜中，因火焰中存在的凝膠微粒也可以發(fā)射連續(xù)背景輻射。但在向紫外區(qū)的凝膠微粒也可以發(fā)射連續(xù)背景輻射。但在向紫外區(qū)移動(dòng)時(shí)，背景會(huì)降低。移動(dòng)時(shí)，背景會(huì)降低。線線帶帶連續(xù)光譜連續(xù)光譜I 線：線： 產(chǎn)生于原子、離子產(chǎn)生于原子、離子帶：帶： 產(chǎn)生于分子產(chǎn)生于分子連續(xù)：產(chǎn)生于固體顆粒連續(xù)：產(chǎn)生于固體顆粒2.3 光譜分析儀器光譜分析儀器一、儀器組成部分一、儀器組成部分 一般包括五個(gè)部分：一般包括五個(gè)部分： 光源；光源； 單色器；單色器； 吸收池；吸收池； 檢測(cè)器；檢測(cè)器； 讀出裝置。讀出裝置。 光源光源 光譜測(cè)量使用的光源應(yīng)該是穩(wěn)定的，具有一定強(qiáng)光譜測(cè)量使用的光源應(yīng)該是穩(wěn)定的，具有一定強(qiáng)度。包括三類：度。

24、包括三類：P20-21 圖圖2-7和和2-8 hv I (a) 吸收吸收 hv I (1) (b) 熒光熒光、磷光和散射磷光和散射 和和 hv I (c) 發(fā)射和化學(xué)發(fā)光發(fā)射和化學(xué)發(fā)光光源光源試樣架試樣架波長選擇波長選擇光電轉(zhuǎn)換器光電轉(zhuǎn)換器信號(hào)處理信號(hào)處理試樣架試樣架波長選擇波長選擇光電轉(zhuǎn)換器光電轉(zhuǎn)換器信號(hào)處理信號(hào)處理光源光源波長選擇波長選擇光源及試樣架光源及試樣架光電轉(zhuǎn)換器光電轉(zhuǎn)換器信號(hào)處理信號(hào)處理 連續(xù)光源連續(xù)光源 包括三種：包括三種： 紫外光源紫外光源 主要采用氫燈和氘燈，它們?cè)诘蛪合轮饕捎脷錈艉碗疅?，它們?cè)诘蛪合乱噪娂ぐl(fā)的方式產(chǎn)生的連續(xù)光譜范圍為以電激發(fā)的方式產(chǎn)生的連續(xù)光譜范圍為16

25、0375nm。在同樣條件下，氘燈光強(qiáng)比氫燈大在同樣條件下，氘燈光強(qiáng)比氫燈大3 5倍，壽命也倍，壽命也長。長。 可見光源可見光源 主要采用鎢燈主要采用鎢燈, ,光譜范圍為光譜范圍為3202500nm，工作溫度，工作溫度2870k。還有氙燈，光源強(qiáng)度大，光譜波長。還有氙燈，光源強(qiáng)度大，光譜波長范圍為范圍為200700nm。 紅外光源紅外光源 主要采用能斯特?zé)艉凸杼及簦ぷ鳒囟戎饕捎媚芩固責(zé)艉凸杼及?，工作溫?1500 2000k，光譜波長范圍，光譜波長范圍50006000 cm-1。能斯特。能斯特?zé)舻陌l(fā)光強(qiáng)度大，壽命約燈的發(fā)光強(qiáng)度大，壽命約2000h，比硅碳棒短。，比硅碳棒短。 線光源包括三種線

26、光源包括三種 金屬蒸汽燈金屬蒸汽燈 常用的是汞和鈉蒸常用的是汞和鈉蒸氣氣燈，汞蒸燈，汞蒸氣氣燈產(chǎn)燈產(chǎn)生的線生的線光譜波長范圍光譜波長范圍 254254 734nm；鈉蒸鈉蒸氣氣燈的燈的一對(duì)線一對(duì)線光譜波長范圍光譜波長范圍 589.0589.0和和589.6nm。 空心陰極燈空心陰極燈 原子吸收儀器使用。原子吸收儀器使用。 高強(qiáng)度高強(qiáng)度空心陰極燈空心陰極燈 原子原子熒光熒光儀器使用。儀器使用。還有無極還有無極放電燈。放電燈。 激光光源激光光源 激光是由原子或分子受激輻射產(chǎn)生的。它與普激光是由原子或分子受激輻射產(chǎn)生的。它與普通光源相比具有單色性好通光源相比具有單色性好、方向性強(qiáng)方向性強(qiáng)、亮度高亮度

27、高、相相干性好等優(yōu)點(diǎn)。常在拉曼光譜干性好等優(yōu)點(diǎn)。常在拉曼光譜、發(fā)射光譜發(fā)射光譜、傅里葉傅里葉變換紅外光譜作為光源。變換紅外光譜作為光源。 激光的產(chǎn)生激光的產(chǎn)生 可以用自發(fā)輻射和受激輻射可以用自發(fā)輻射和受激輻射、粒子數(shù)、粒子數(shù)反轉(zhuǎn)、激光振蕩四個(gè)過程。反轉(zhuǎn)、激光振蕩四個(gè)過程。 激光器激光器 能夠發(fā)射激光的裝置。一般激光器由激能夠發(fā)射激光的裝置。一般激光器由激勵(lì)能源、工作物質(zhì)和光學(xué)諧振腔三部分組成。勵(lì)能源、工作物質(zhì)和光學(xué)諧振腔三部分組成。 根據(jù)工作物質(zhì)的種類激光器可分為四種：根據(jù)工作物質(zhì)的種類激光器可分為四種： 氣體激光器氣體激光器 常用的是常用的是He-Ne激光器和激光器和ArAr+ +激光器激光

28、器等。等。He-Ne激光器的發(fā)射線激光器的發(fā)射線632.8nm；ArAr+ +激光器是激光器是514.5nm和和488.0nm。還有一種。還有一種Kr+激光器。激光器。 固體激光器固體激光器 常用的是紅寶石（常用的是紅寶石（Al2O3摻摻Cr+3）激光激光器，發(fā)射線器，發(fā)射線694.3nm和和Nd:YAG（摻釹的釔鋁石榴石（摻釹的釔鋁石榴石)激光器，激光器，發(fā)射線發(fā)射線1064nm。 半導(dǎo)體激光器半導(dǎo)體激光器 特點(diǎn)是尺寸小特點(diǎn)是尺寸小、對(duì)電場(chǎng)響應(yīng)快對(duì)電場(chǎng)響應(yīng)快、光光-電轉(zhuǎn)換效率高、工作范圍寬、壽命長和價(jià)格低。電轉(zhuǎn)換效率高、工作范圍寬、壽命長和價(jià)格低。 常用的有三種：常用的有三種： 鉛化合物系：

29、鉛化合物系：PbSnSe 、 PbSnTe 和和PbSSe。光譜光譜波長范圍波長范圍 330m。 銦鎵砷磷系銦鎵砷磷系：晶體板：晶體板InP GaAs ，加上加上InIn、AsAs、GaGa和和P P活性層構(gòu)成。工作范圍活性層構(gòu)成。工作范圍 1.01.6m 鎵砷鎵砷/鋁鎵砷系鋁鎵砷系： 工作范圍工作范圍 683.0nm。 染料激光器：染料激光器：染料激光器的物質(zhì)都是一些在紫外染料激光器的物質(zhì)都是一些在紫外可見或紅外光區(qū)發(fā)射熒光的有機(jī)化合物，通過有機(jī)染可見或紅外光區(qū)發(fā)射熒光的有機(jī)化合物，通過有機(jī)染料采用光激發(fā)形式進(jìn)行激發(fā)。料采用光激發(fā)形式進(jìn)行激發(fā)。 P24頁表頁表2-3列出。列出。2 2單色器單

30、色器 光學(xué)儀器幾乎都有單色器。光學(xué)儀器幾乎都有單色器。 單色器：?jiǎn)紊鳎簩?fù)合光色散成含有一定波長范圍的譜帶將復(fù)合光色散成含有一定波長范圍的譜帶的裝置。的裝置。 單色器由入射狹縫單色器由入射狹縫、準(zhǔn)直鏡準(zhǔn)直鏡、色散元件（常用的色散元件（常用的是棱鏡和光柵）是棱鏡和光柵）、聚焦透鏡和出口狹縫、聚焦透鏡和出口狹縫組成。組成。 棱鏡棱鏡 棱鏡是根據(jù)光的折射現(xiàn)象進(jìn)行分光的。構(gòu)成棱鏡的棱鏡是根據(jù)光的折射現(xiàn)象進(jìn)行分光的。構(gòu)成棱鏡的光學(xué)材料對(duì)不同波長的光具有不同的折射率，波長短光學(xué)材料對(duì)不同波長的光具有不同的折射率，波長短的光折射率大，相反。的光折射率大，相反。 光柵（衍射光柵）光柵（衍射光柵） 狹義地說平

31、行狹義地說平行、等寬而又等間距的多狹縫。等寬而又等間距的多狹縫。 光柵分為透射光柵和反射光柵。近代的光譜儀主光柵分為透射光柵和反射光柵。近代的光譜儀主要用反射光柵作為色散元件。要用反射光柵作為色散元件。 光柵光譜是由單縫的衍射和多縫干涉聯(lián)合作用的光柵光譜是由單縫的衍射和多縫干涉聯(lián)合作用的結(jié)果。多縫干涉決定光譜出現(xiàn)的位置；單縫衍射決定結(jié)果。多縫干涉決定光譜出現(xiàn)的位置；單縫衍射決定譜線的強(qiáng)度。由光柵方程可知：譜線的強(qiáng)度。由光柵方程可知： d（sinsin） d：光柵常數(shù)（等于相鄰兩刻痕間垂直距離）：光柵常數(shù)（等于相鄰兩刻痕間垂直距離） n=1 時(shí)時(shí) 產(chǎn)生亮條紋產(chǎn)生亮條紋 ; n=1/2 時(shí)時(shí) 產(chǎn)生

32、暗條紋產(chǎn)生暗條紋 n=0 時(shí)時(shí) =- 零級(jí)光譜是亮條紋，不色散，而零級(jí)光譜是亮條紋，不色散，而光強(qiáng)又集中在零級(jí)光譜上。光強(qiáng)又集中在零級(jí)光譜上。 adAB法線法線1212CD 光束光束2 2和和1 1的光程差為的光程差為 BDBDAC BDAC BDdsindsin ACACdsindsin光柵公式光柵公式 BDACdsindsind（sinsin） ：光譜級(jí)數(shù)（當(dāng)：光譜級(jí)數(shù)（當(dāng)0， 1， 2，） 平面光柵的缺點(diǎn)：零級(jí)光強(qiáng)度過最大，不色散。把它移到某一級(jí)光平面光柵的缺點(diǎn)：零級(jí)光強(qiáng)度過最大，不色散。把它移到某一級(jí)光譜上。譜上。 幾種典型的光柵幾種典型的光柵 閃耀光柵（定向光柵）閃耀光柵（定向光柵）

33、 將平面光柵刻痕形成一定的形狀將平面光柵刻痕形成一定的形狀，抬高一定角度抬高一定角度, ,使單縫衍射的中央最大從原來的不色散的零級(jí)光譜主使單縫衍射的中央最大從原來的不色散的零級(jí)光譜主最大移到刻痕形狀決定的反射光的方向最大移到刻痕形狀決定的反射光的方向，結(jié)果使反射結(jié)果使反射光方向的光強(qiáng)變強(qiáng)光方向的光強(qiáng)變強(qiáng)，輻射能量最大的波長就是閃耀波輻射能量最大的波長就是閃耀波長長 。 在閃耀光柵所產(chǎn)生的衍射圖形仍由光柵方程決定在閃耀光柵所產(chǎn)生的衍射圖形仍由光柵方程決定，因此零級(jí)光譜仍在因此零級(jí)光譜仍在 方向方向 ，與零級(jí)光譜不，與零級(jí)光譜不再重合，即光強(qiáng)最大值從零級(jí)光譜移到某一級(jí)光譜上再重合，即光強(qiáng)最大值從零

34、級(jí)光譜移到某一級(jí)光譜上去了去了 b 2 sin cosbndiMMi( )bb iMMi閃耀角閃耀角M、M不重合即槽面法線不重合即槽面法線M與光柵平面法線與光柵平面法線M不重合不重合閃耀波長：閃耀波長： 對(duì)于垂直對(duì)稱式或自準(zhǔn)式：在該處光強(qiáng)最大，即在對(duì)于垂直對(duì)稱式或自準(zhǔn)式：在該處光強(qiáng)最大，即在 B 方向衍射方向衍射 的譜線具有最大的輻射強(qiáng)度，稱為閃耀波的譜線具有最大的輻射強(qiáng)度，稱為閃耀波長。其值由閃耀波長決定。長。其值由閃耀波長決定。 i 2 sinb ndin iBi0 一般把和閃耀角一般把和閃耀角i相應(yīng)的自準(zhǔn)式一級(jí)閃耀波相應(yīng)的自準(zhǔn)式一級(jí)閃耀波長用上述公式計(jì)算出長用上述公式計(jì)算出 ，作為光柵的

35、閃耀波，作為光柵的閃耀波長，在說明書中給出。長，在說明書中給出。 當(dāng)光線不沿法線M入射而法線夾角 不大時(shí)，(1)(1)cos1,bb(1)(1)cosbb(1)b 中階梯光柵中階梯光柵 與與閃耀光柵相比，它的刻槽密度較小（如閃耀光柵相比，它的刻槽密度較?。ㄈ?8 880條條/mm)，刻槽深度為幾微米，閃耀角大，對(duì)紫外光譜區(qū)刻槽深度為幾微米，閃耀角大，對(duì)紫外光譜區(qū)工作級(jí)次達(dá)工作級(jí)次達(dá)4040120120級(jí)。常用的級(jí)。常用的中階梯光柵的刻線數(shù)為中階梯光柵的刻線數(shù)為79條條/mm，75級(jí)，級(jí)，閃耀角為閃耀角為63632626，一級(jí)閃耀波長一級(jí)閃耀波長為為301.94nm。常用為幾十至一百多級(jí)應(yīng)用高光

36、譜級(jí)常用為幾十至一百多級(jí)應(yīng)用高光譜級(jí)次。次。 凹面光柵凹面光柵 在球面反射鏡上沿其弦刻出等間距在球面反射鏡上沿其弦刻出等間距、等寬度的平等寬度的平行刻痕線。行刻痕線。 凹面光柵既能起分光作用，同時(shí)又能起聚焦物鏡凹面光柵既能起分光作用，同時(shí)又能起聚焦物鏡作用。作用。 全息光柵全息光柵 利用全息照相法制造的光柵。利用全息照相法制造的光柵。 光柵光譜儀的光學(xué)特性光柵光譜儀的光學(xué)特性 包括分辨率包括分辨率、色散率和集光本領(lǐng)。色散率和集光本領(lǐng)。 分辨率：儀器分辨相鄰兩條譜線的能力。分辨率：儀器分辨相鄰兩條譜線的能力。N：光譜級(jí)次：光譜級(jí)次 N：光柵總刻線數(shù)：光柵總刻線數(shù)從公式可以看出：從公式可以看出：l

37、 光柵的寬度越大，總刻線數(shù)就越多，分辨率越大。光柵的寬度越大，總刻線數(shù)就越多，分辨率越大。l 對(duì)同一級(jí)光譜而言，光柵的分辨率是一個(gè)常數(shù)，不對(duì)同一級(jí)光譜而言，光柵的分辨率是一個(gè)常數(shù)，不隨波長而變化。隨波長而變化。Rn N 光光譜儀譜儀的色散率的色散率 光柵對(duì)波長差為光柵對(duì)波長差為dd兩條譜線在空間分開大小。兩條譜線在空間分開大小。色散率分為角色散和線色散：色散率分為角色散和線色散： 角色散率角色散率d/dd/d ： 將光柵方程對(duì)波長求導(dǎo)數(shù)將光柵方程對(duì)波長求導(dǎo)數(shù)nn=d(sin=d(sinsinsin) ) 假定入射角假定入射角 固定不變，則除角固定不變，則除角外其余均為常數(shù)外其余均為常數(shù)，則，則

38、 式中式中d/dd/d為衍射角對(duì)波長的變化率，稱為光柵的為衍射角對(duì)波長的變化率，稱為光柵的角色散率。它在數(shù)值上等于波長差為一個(gè)單位角色散率。它在數(shù)值上等于波長差為一個(gè)單位時(shí)，時(shí)，兩兩光波經(jīng)光柵色散后在空間所分開的角度差。光波經(jīng)光柵色散后在空間所分開的角度差。c o sdndd 線色散率線色散率 dl/d 波長相差波長相差d 的兩條譜線在物鏡焦面上被分開的的兩條譜線在物鏡焦面上被分開的距離距離。 在實(shí)際工作中在實(shí)際工作中 ，常用倒線色散率常用倒線色散率倒線色散率的意義是指在每毫米焦面內(nèi)所容納的波長倒線色散率的意義是指在每毫米焦面內(nèi)所容納的波長數(shù)，單位常用數(shù)，單位常用nm/mm。當(dāng)當(dāng)很小時(shí)，很小時(shí)

39、，cos1時(shí)時(shí)cosdldnfDfddd1cosddDdlnf1dDn f 從公式可以看出：從公式可以看出：u 光譜級(jí)次不同，色散率也不同。光譜級(jí)次光譜級(jí)次不同，色散率也不同。光譜級(jí)次n n越高越高，色散率越大。二級(jí)光譜大約是一級(jí)光譜線色散率的，色散率越大。二級(jí)光譜大約是一級(jí)光譜線色散率的二倍。二倍。u 光柵常數(shù)光柵常數(shù)d d越小，即每毫米刻線數(shù)越多，光譜儀的越小，即每毫米刻線數(shù)越多，光譜儀的線色散率越大，與光柵尺寸大小無關(guān)。線色散率越大，與光柵尺寸大小無關(guān)。 單色器通帶單色器通帶 W 指通過單色器出射狹縫的光譜的波長寬度指通過單色器出射狹縫的光譜的波長寬度, ,可由倒可由倒數(shù)線色散率和出射狹

40、縫的機(jī)械寬度數(shù)線色散率和出射狹縫的機(jī)械寬度得出：得出： W=D-1 S (S (1010-6-6） S為狹縫為狹縫 nm或或mm; D-1為為nm/mm 。 被測(cè)元素共振線與干擾線波長相近時(shí)（過度金被測(cè)元素共振線與干擾線波長相近時(shí)（過度金屬），選用屬），選用W要小要小; ;共振線與干擾線較遠(yuǎn)時(shí)（堿土金共振線與干擾線較遠(yuǎn)時(shí)（堿土金屬等），可用大屬等），可用大的的W，一般單色器色散率一定時(shí)，僅，一般單色器色散率一定時(shí)，僅調(diào)節(jié)狹縫寬確定調(diào)節(jié)狹縫寬確定W。光譜通帶為。光譜通帶為0.2nm已可滿足要求已可滿足要求，故采用中等色散率單色器。，故采用中等色散率單色器。 光譜儀的光強(qiáng)度：光譜儀的光強(qiáng)度： 對(duì)于

41、光柵光譜儀，單色光的照度對(duì)于光柵光譜儀，單色光的照度E E為：為： E = /4B（d/f2）2 式中，式中， ：光學(xué)系統(tǒng)的透過率或反射率；：光學(xué)系統(tǒng)的透過率或反射率； B：光譜儀狹縫的亮度：光譜儀狹縫的亮度 d、f2 ：照相物鏡的孔徑和物鏡的焦距：照相物鏡的孔徑和物鏡的焦距 d/f2 ：物鏡的相對(duì)孔徑：物鏡的相對(duì)孔徑 從公式可以看出：當(dāng)從公式可以看出：當(dāng) 和和B固定時(shí)，光柵像的照固定時(shí)，光柵像的照度與照相物鏡的相對(duì)孔徑的平方成正比。度與照相物鏡的相對(duì)孔徑的平方成正比。 濾光片濾光片 對(duì)于波長選擇有兩種類型濾光片：吸收濾光片和對(duì)于波長選擇有兩種類型濾光片：吸收濾光片和干涉濾光片。干涉濾光片。l

42、 吸收濾光片：用于可見區(qū)。吸收濾光片：用于可見區(qū)。l干涉濾光片：用于紫外干涉濾光片：用于紫外、可見和紅外輻射?？梢姾图t外輻射。 吸收池（試樣容器）吸收池（試樣容器） 紫外光區(qū)采用石英材料；可見區(qū)采用玻璃材；紫外光區(qū)采用石英材料；可見區(qū)采用玻璃材；紅外區(qū)采用不同材料的晶體制成吸收池窗口。紅外區(qū)采用不同材料的晶體制成吸收池窗口。 最好的吸收池其窗口都應(yīng)完全垂直入射光束，以最好的吸收池其窗口都應(yīng)完全垂直入射光束，以減少反射損失。減少反射損失。 檢測(cè)器檢測(cè)器 現(xiàn)代光譜儀器中，檢測(cè)器通常分為兩類現(xiàn)代光譜儀器中，檢測(cè)器通常分為兩類: :一類是一類是量子化檢測(cè)器，即光子檢測(cè)器；包括單道光子檢測(cè)器量子化檢測(cè)器

43、，即光子檢測(cè)器；包括單道光子檢測(cè)器和多道道光子檢測(cè)器；另一類對(duì)熱產(chǎn)生響應(yīng)的熱檢測(cè)和多道道光子檢測(cè)器；另一類對(duì)熱產(chǎn)生響應(yīng)的熱檢測(cè)器，如真空熱電偶，熱電檢測(cè)器。器，如真空熱電偶，熱電檢測(cè)器。 檢測(cè)器將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，再通過計(jì)算機(jī)輸出檢測(cè)器將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，再通過計(jì)算機(jī)輸出打印或記錄儀等。這種檢測(cè)器在一定寬度的波長范圍打印或記錄儀等。這種檢測(cè)器在一定寬度的波長范圍內(nèi)，必須具有對(duì)光能響應(yīng)快內(nèi)，必須具有對(duì)光能響應(yīng)快、靈敏度高穩(wěn)定性好等性靈敏度高穩(wěn)定性好等性能。能。 光子檢測(cè)器光子檢測(cè)器 單道光子檢測(cè)器單道光子檢測(cè)器 光電池光電池 （硒光電池或光伏打電池）（硒光電池或光伏打電池） 輻射能在半導(dǎo)體層（硒

44、）和金屬底板（輻射能在半導(dǎo)體層（硒）和金屬底板（ 鐵或鋁）鐵或鋁）之間產(chǎn)生電流。響應(yīng)范圍之間產(chǎn)生電流。響應(yīng)范圍350 750nm，550nm最靈最靈敏。敏。 光電管（真空光電二極管）光電管（真空光電二極管） 輻射能引起光敏固體表面（陰極的內(nèi)表面涂有堿輻射能引起光敏固體表面（陰極的內(nèi)表面涂有堿金屬氧化物或堿金屬氧化物與其它金屬氧化物，如金屬氧化物或堿金屬氧化物與其它金屬氧化物，如Cs2OK2O與與 Ag2O 等光電發(fā)射物質(zhì)）發(fā)射電子。紫等光電發(fā)射物質(zhì)）發(fā)射電子。紫敏電管敏電管(Cs3Sb)響應(yīng)范圍響應(yīng)范圍200 625nm，紅敏，紅敏（Ag-O-Cs)響應(yīng)范圍響應(yīng)范圍625 1000nm。 光電

45、倍增管光電倍增管 陰極與光電管的相似，不同的是還有一組倍增極陰極與光電管的相似，不同的是還有一組倍增極（打拿極），打拿極的電位比陰極正。在光照射下陰（打拿極），打拿極的電位比陰極正。在光照射下陰極發(fā)射電子在真空中被電場(chǎng)加速飛向打拿極表面，并極發(fā)射電子在真空中被電場(chǎng)加速飛向打拿極表面，并發(fā)射更多二次電子，這些二次電子被電場(chǎng)加速飛向打發(fā)射更多二次電子，這些二次電子被電場(chǎng)加速飛向打拿極表面，發(fā)射更多二次電子。依此類推。響應(yīng)范圍拿極表面，發(fā)射更多二次電子。依此類推。響應(yīng)范圍160 700nm。 如圖所示：如圖所示：光電倍增管（光電倍增管（PMTPMT） 光能光能 電能電能R1R2-300 V R3-2

46、00 V R4陽極陽極RL 至記錄系統(tǒng)至記錄系統(tǒng)-400 V-100 V光光窗口（玻璃或石英）窗口（玻璃或石英）陰陰極極倍增極倍增極真空真空負(fù)高壓負(fù)高壓陰極：由陰極：由Cs、Sb、Ag等元素或其氧化物組成，將光子轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮拥仍鼗蚱溲趸锝M成，將光子轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮雨枠O：由金屬網(wǎng)組成，主要是收集電子陽極：由金屬網(wǎng)組成，主要是收集電子倍增極（打拿極）：與陰極組成類似，可使電子數(shù)目放大倍增極（打拿極）：與陰極組成類似，可使電子數(shù)目放大 增益倍數(shù)：增益倍數(shù)：:二次發(fā)射電子數(shù)目（一般二次發(fā)射電子數(shù)目（一般56），與倍增極材料及），與倍增極材料及所加電壓有關(guān)。所加電壓有關(guān)。n n：倍增極數(shù)目（一般為：倍增極數(shù)

47、目（一般為1111個(gè)）個(gè)）優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：a. 光能直接轉(zhuǎn)變成電信號(hào)；光能直接轉(zhuǎn)變成電信號(hào)； b. 放大信號(hào)。放大信號(hào)。缺點(diǎn)：只能檢測(cè)，沒有空間分辨能力缺點(diǎn)：只能檢測(cè)，沒有空間分辨能力nG 多道光子檢測(cè)器多道光子檢測(cè)器 多道光子檢測(cè)器是將小的光電敏感元件的一組陣多道光子檢測(cè)器是將小的光電敏感元件的一組陣列以線性或二維模式排列在一只含有電子線路的單硅列以線性或二維模式排列在一只含有電子線路的單硅半導(dǎo)體芯片，放在光譜儀的焦面上，來自單色儀色散半導(dǎo)體芯片，放在光譜儀的焦面上，來自單色儀色散的各種波長能通過該芯片轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并同時(shí)檢測(cè)。的各種波長能通過該芯片轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并同時(shí)檢測(cè)。 多道光子檢測(cè)器的特點(diǎn)是

48、快速，一次可以同時(shí)測(cè)多道光子檢測(cè)器的特點(diǎn)是快速，一次可以同時(shí)測(cè)量較寬的光譜范圍。量較寬的光譜范圍。1 1） 光二極管陣列檢測(cè)器光二極管陣列檢測(cè)器（PDAS) 單個(gè)光敏元件是由小的硅光二極管（反向偏置單個(gè)光敏元件是由小的硅光二極管（反向偏置pn結(jié)）組成。一系列的結(jié)）組成。一系列的pn結(jié)并行排列在一只芯片上結(jié)并行排列在一只芯片上（644096），照射時(shí)產(chǎn)生大量電流），照射時(shí)產(chǎn)生大量電流電壓信號(hào)，電電壓信號(hào)，電壓信號(hào)與輻射光強(qiáng)成正比。檢測(cè)器性能沒有光電倍增壓信號(hào)與輻射光強(qiáng)成正比。檢測(cè)器性能沒有光電倍增管好。常用一維，輸出是并列的，一次得到整個(gè)光譜管好。常用一維，輸出是并列的，一次得到整個(gè)光譜。2） 電荷轉(zhuǎn)移器件電荷轉(zhuǎn)移器件陣列檢測(cè)器陣列檢測(cè)器（CTDS) 是通過硅半導(dǎo)體基體吸收