光譜分析法導(dǎo)論

1、關(guān)于光譜分析法導(dǎo)論現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第一頁，共71頁2-1 2-1 電磁輻射的基本特征電磁輻射的基本特征 1 什么叫什么叫電磁波？電磁波？ 一種以巨大速度通過空間，不需要以任何物質(zhì)作為傳播媒一種以巨大速度通過空間，不需要以任何物質(zhì)作為傳播媒介的能量形式，稱為介的能量形式，稱為電磁波電磁波。在整個電磁輻射范圍內(nèi)，按波長或頻率的大小順序排在整個電磁輻射范圍內(nèi)，按波長或頻率的大小順序排列起來，即為列起來，即為電磁波譜電磁波譜 電磁波的二重性：波動性和粒子性電磁波的二重性：波動性和粒子性 第第2章章 光學(xué)分析法導(dǎo)論光學(xué)分析法導(dǎo)論現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二頁，共71頁2 波動性可用下面的波參數(shù)來描述波動性可用下面的波參

2、數(shù)來描述 周期周期T （s） 頻率頻率 （s-1=Hz） =1/ T 波長波長 厘米厘米 微米微米 納米納米 埃埃 cm m nm 10-2 m 10-6 m 10-9 m 10-10m 波數(shù)波數(shù) （cm-1） 稱為開瑟稱為開瑟(Kayser, K表示表示)=1/ 傳播速率傳播速率第第12章章 光學(xué)分析法導(dǎo)論光學(xué)分析法導(dǎo)論 12-1 電磁輻射的基本特征電磁輻射的基本特征 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三頁，共71頁第第2章章 光學(xué)分析法導(dǎo)論光學(xué)分析法導(dǎo)論 3 粒子性及普朗克關(guān)系式粒子性及普朗克關(guān)系式 粒子性粒子性 不連續(xù)的能量微粒不連續(xù)的能量微粒光子（光量子）光子（光量子） 能量能量 1 eV=1.60218

3、9210-19 J 或或 1J=6.2411018eV 普朗克普朗克(Prank)關(guān)系式關(guān)系式 波動性波動性粒子性之間的粒子性之間的“橋橋” E = h = hc / 普朗克常數(shù)普朗克常數(shù) (6.62559 0.00015)10-34焦耳焦耳 秒秒(J s)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四頁，共71頁核躍遷磁場中自旋取向分子轉(zhuǎn)動分子振動共價電子躍遷內(nèi)層電子躍遷 -射線射線X 射線射線紫外紫外可可見見光光近近紅紅外外中紅中紅外外遠(yuǎn)紅外遠(yuǎn)紅外順磁共振順磁共振核核磁磁共共振振紅外波段微波波段射頻波段108107106105104103102101110-110-210-310-1010-910-810-710-61

4、0-510-410-310-210-11 101波數(shù)波數(shù)(cm-1)波長波長(m)200 nm 800 nm第第2章章 光學(xué)分析法導(dǎo)論光學(xué)分析法導(dǎo)論 4 電磁波譜及分析方法電磁波譜及分析方法電磁波譜區(qū)域電磁波譜區(qū)域近紫外近紫外現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五頁，共71頁 光譜分析法是光譜分析法是基于檢測能量基于檢測能量（電磁輻射）（電磁輻射）作用于待測物質(zhì)后產(chǎn)生的輻射信號或所引起作用于待測物質(zhì)后產(chǎn)生的輻射信號或所引起的變化的分析方法。的變化的分析方法。 這些電磁輻射包括從這些電磁輻射包括從 射線到無線電波射線到無線電波的所有電磁波譜范圍。電磁輻射與物質(zhì)相的所有電磁波譜范圍。電磁輻射與物質(zhì)相互作用的方式有發(fā)射、

5、吸收、反射、折射、互作用的方式有發(fā)射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射、偏振等。散射、干涉、衍射、偏振等。 第二節(jié)光學(xué)分析法分類現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六頁，共71頁 光譜分析法可分為光譜分析法可分為光譜法光譜法和和非光非光譜法譜法兩大類。兩大類。 光譜法是基于物質(zhì)與輻射能作用光譜法是基于物質(zhì)與輻射能作用時，測量由時，測量由物質(zhì)內(nèi)部發(fā)生量子化的物質(zhì)內(nèi)部發(fā)生量子化的能級之間的躍遷能級之間的躍遷而產(chǎn)生的發(fā)射、吸收而產(chǎn)生的發(fā)射、吸收或散射輻射的波長和強(qiáng)度進(jìn)行分析的或散射輻射的波長和強(qiáng)度進(jìn)行分析的方法。方法?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第七頁，共71頁 光譜法可分為光譜法可分為原子光譜法原子光譜法和和分子光分子光譜法譜法。

6、原子光譜法是由原子光譜法是由原子外層或內(nèi)層電子原子外層或內(nèi)層電子能級的變化產(chǎn)生的，它的表現(xiàn)形式為能級的變化產(chǎn)生的，它的表現(xiàn)形式為線光線光譜譜。 屬于這類分析方法的有屬于這類分析方法的有原子發(fā)射光原子發(fā)射光譜法（譜法（AESAES）、）、原子吸收光譜法（原子吸收光譜法（AASAAS），），原子熒光光譜法（原子熒光光譜法（AFSAFS）以及以及X X射線熒光光射線熒光光譜法（譜法（XFSXFS）等。等。 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第八頁，共71頁 分子光譜法是由分子光譜法是由 分子中電子能分子中電子能級、振動和轉(zhuǎn)動能級級、振動和轉(zhuǎn)動能級 的變化產(chǎn)生的，的變化產(chǎn)生的，表現(xiàn)形式為表現(xiàn)形式為帶光譜帶光譜。 屬于這類分

7、析方法的有紫外屬于這類分析方法的有紫外- -可見可見分光光度法（分光光度法（UV-VisUV-Vis），），紅外光譜法紅外光譜法（IRIR），），分子熒光光譜法（分子熒光光譜法（MFSMFS）和分和分子磷光光譜法（子磷光光譜法（MPSMPS）等。等?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第九頁，共71頁 非光譜法非光譜法是基于物質(zhì)與輻射相互作用時，是基于物質(zhì)與輻射相互作用時，測量輻射的某些性質(zhì)，如折射、散射、干涉、測量輻射的某些性質(zhì)，如折射、散射、干涉、衍射、偏振等變化的分析方法。衍射、偏振等變化的分析方法。 非光譜法不涉及物質(zhì)內(nèi)部能級的躍遷，非光譜法不涉及物質(zhì)內(nèi)部能級的躍遷，電磁輻射只改變了傳播方向、速度或某些電磁輻

8、射只改變了傳播方向、速度或某些物理性質(zhì)。物理性質(zhì)。 屬于這類分析方法的有折射法、偏振法、屬于這類分析方法的有折射法、偏振法、光散射法、干涉法、衍射法、旋光法和圓二光散射法、干涉法、衍射法、旋光法和圓二向色性法等。向色性法等。 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十頁，共71頁 本章主要介紹光譜法。如本章主要介紹光譜法。如果按照電磁輻射和物質(zhì)相互作果按照電磁輻射和物質(zhì)相互作用的結(jié)果，可以產(chǎn)生發(fā)射、吸用的結(jié)果，可以產(chǎn)生發(fā)射、吸收和散射三種類型的光譜。收和散射三種類型的光譜?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十一頁，共71頁 物質(zhì)通過物質(zhì)通過電致激發(fā)、熱致激發(fā)或光電致激發(fā)、熱致激發(fā)或光致激發(fā)致激發(fā)等激發(fā)過程獲得能量，變?yōu)榧ぐl(fā)等激發(fā)過程獲得能

9、量，變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)原子或分子態(tài)原子或分子M M* * ，當(dāng)從激發(fā)態(tài)過渡到，當(dāng)從激發(fā)態(tài)過渡到低能態(tài)或基態(tài)時產(chǎn)生發(fā)射光譜。低能態(tài)或基態(tài)時產(chǎn)生發(fā)射光譜。 M M* * M + M + hvhv 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十二頁，共71頁 根據(jù)發(fā)射光譜所在的光譜區(qū)和激發(fā)方法不根據(jù)發(fā)射光譜所在的光譜區(qū)和激發(fā)方法不同，發(fā)射光譜法分為：同，發(fā)射光譜法分為：1. 1. 射線光譜法射線光譜法 天然或人工放射性物質(zhì)的天然或人工放射性物質(zhì)的原子核在衰變原子核在衰變的的過程中發(fā)射過程中發(fā)射 和和 粒子后，往往使自身的核激發(fā)，粒子后，往往使自身的核激發(fā)，然后該核通過發(fā)射然后該核通過發(fā)射 射線回到基態(tài)。測量這種射線回到基態(tài)。測量這種特征

10、特征 射線的能量（或波長），可以進(jìn)行定性射線的能量（或波長），可以進(jìn)行定性分析，測量分析，測量 射線的強(qiáng)度，可以進(jìn)行定量分射線的強(qiáng)度，可以進(jìn)行定量分析。析?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十三頁，共71頁v2. 2. X X射線熒光分析法射線熒光分析法 原子受高能輻射激發(fā)，其原子受高能輻射激發(fā)，其內(nèi)層電子能級內(nèi)層電子能級躍遷躍遷，即發(fā)射出特征，即發(fā)射出特征X X射線，稱為射線，稱為X X射線熒射線熒光。用光。用X X射線管發(fā)生的一次射線管發(fā)生的一次X X射線來激發(fā)射線來激發(fā)X X射射線熒光是最常用的方法。測量線熒光是最常用的方法。測量X X射線的能量射線的能量（或波長）可以進(jìn)行定性分析，測量其強(qiáng)度可（或波長）可

11、以進(jìn)行定性分析，測量其強(qiáng)度可以進(jìn)行定量分析。以進(jìn)行定量分析?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十四頁，共71頁v3. 3. 原子發(fā)射光譜分析法原子發(fā)射光譜分析法 用火焰、電弧、等離子炬等作為激用火焰、電弧、等離子炬等作為激發(fā)源，使氣態(tài)原子或離子的發(fā)源，使氣態(tài)原子或離子的外層電子外層電子 受激發(fā)發(fā)射特征光學(xué)光譜，利用這種光受激發(fā)發(fā)射特征光學(xué)光譜，利用這種光譜進(jìn)行分析的方法叫做原子發(fā)射光譜分譜進(jìn)行分析的方法叫做原子發(fā)射光譜分析法。波長范圍在析法。波長范圍在190 - 900190 - 900nmnm，可用可用于定性和定量分析。于定性和定量分析?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十五頁，共71頁v4. 4. 原子熒光分析法原子熒光分析法

12、氣態(tài)自由原子吸收特征波長的輻射后，氣態(tài)自由原子吸收特征波長的輻射后，原子的外層電子原子的外層電子從基態(tài)或低能態(tài)躍遷到較高從基態(tài)或低能態(tài)躍遷到較高能態(tài)，約經(jīng)能態(tài)，約經(jīng)1010-8-8 s s，又躍遷至基態(tài)或低能態(tài)，又躍遷至基態(tài)或低能態(tài)，同時發(fā)射出與原激發(fā)波長相同同時發(fā)射出與原激發(fā)波長相同（共振熒光）（共振熒光）或或不同的輻射不同的輻射（非共振熒光）（非共振熒光），稱為原子熒光。，稱為原子熒光。F發(fā)射的波長在紫外和可見光區(qū)。在與激發(fā)光源發(fā)射的波長在紫外和可見光區(qū)。在與激發(fā)光源成一定角度（通常為成一定角度（通常為9090 ）的方向測量熒光的）的方向測量熒光的強(qiáng)度，可以進(jìn)行定量分析。強(qiáng)度，可以進(jìn)行定量

13、分析?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十六頁，共71頁v5. 5. 分子熒光分析法分子熒光分析法 某些物質(zhì)被紫外光照射后，某些物質(zhì)被紫外光照射后，物質(zhì)分物質(zhì)分子子吸收了輻射而成為激發(fā)態(tài)分子，然后回吸收了輻射而成為激發(fā)態(tài)分子，然后回到基態(tài)的過程中發(fā)射出比入射波長更長的到基態(tài)的過程中發(fā)射出比入射波長更長的熒光。測量熒光的強(qiáng)度進(jìn)行分析的方法稱熒光。測量熒光的強(qiáng)度進(jìn)行分析的方法稱為熒光分析法。波長在光學(xué)光譜區(qū)。為熒光分析法。波長在光學(xué)光譜區(qū)?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十七頁，共71頁v6. 6. 分子磷光分析法分子磷光分析法 物質(zhì)吸收光能后，基態(tài)分子中的一個物質(zhì)吸收光能后，基態(tài)分子中的一個電子被激發(fā)躍遷至第一激發(fā)單重態(tài)軌道，電子被

14、激發(fā)躍遷至第一激發(fā)單重態(tài)軌道，由第一激發(fā)單重態(tài)的最低能級，經(jīng)系統(tǒng)間由第一激發(fā)單重態(tài)的最低能級，經(jīng)系統(tǒng)間交叉躍遷至交叉躍遷至第一激發(fā)三重態(tài)（系間竄躍），第一激發(fā)三重態(tài)（系間竄躍），并經(jīng)過振動弛豫至最低振動能級，并經(jīng)過振動弛豫至最低振動能級，因此，因此，由此激發(fā)態(tài)躍遷回至基態(tài)時，便發(fā)射磷光。由此激發(fā)態(tài)躍遷回至基態(tài)時，便發(fā)射磷光。F 根據(jù)磷光強(qiáng)度進(jìn)行分析的方法成為磷根據(jù)磷光強(qiáng)度進(jìn)行分析的方法成為磷光分析法。它主要用于環(huán)境分析、藥物研光分析法。它主要用于環(huán)境分析、藥物研究等方面的有機(jī)化合物的測定。究等方面的有機(jī)化合物的測定?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十八頁，共71頁v7. 7. 化學(xué)發(fā)光分析法化學(xué)發(fā)光分析法 由由

15、化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng) 提供足夠的能量，使其中一提供足夠的能量，使其中一種反應(yīng)的分子的電子被激發(fā)，形成激發(fā)態(tài)分種反應(yīng)的分子的電子被激發(fā)，形成激發(fā)態(tài)分子。激發(fā)態(tài)分子躍回基態(tài)時，就發(fā)出一定波子。激發(fā)態(tài)分子躍回基態(tài)時，就發(fā)出一定波長的光。其發(fā)光強(qiáng)度隨時間變化，并可得到長的光。其發(fā)光強(qiáng)度隨時間變化，并可得到較強(qiáng)的發(fā)光（峰值）。較強(qiáng)的發(fā)光（峰值）。F 在合適的條件下，峰值與被分析物濃度在合適的條件下，峰值與被分析物濃度成線性關(guān)系，可用于定量分析。成線性關(guān)系，可用于定量分析。 由于化學(xué)發(fā)光反應(yīng)類型不同，發(fā)射光譜由于化學(xué)發(fā)光反應(yīng)類型不同，發(fā)射光譜范圍為范圍為400 - 1400400 - 1400nmnm。現(xiàn)在學(xué)

16、習(xí)的是第十九頁，共71頁 當(dāng)物質(zhì)所吸收的電磁輻射能與該物當(dāng)物質(zhì)所吸收的電磁輻射能與該物質(zhì)的原子核、原子或分子的兩個能級間質(zhì)的原子核、原子或分子的兩個能級間躍遷所需的能量滿足躍遷所需的能量滿足E = E = hvhv的關(guān)系時，的關(guān)系時，將產(chǎn)生吸收光譜。將產(chǎn)生吸收光譜。 M + M + hv hv M M* * 吸收光譜法可分為：吸收光譜法可分為：現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十頁，共71頁v1. 1. MssbauerMssbauer（莫斯鮑爾）譜法莫斯鮑爾）譜法 由與被測元素相同的同位素作為由與被測元素相同的同位素作為 射線的發(fā)射源，使吸收體（樣品）原子射線的發(fā)射源，使吸收體（樣品）原子核產(chǎn)生核產(chǎn)生 無反沖

17、的無反沖的 射線共振吸收射線共振吸收 所形成所形成的光譜。光譜波長在的光譜。光譜波長在 射線區(qū)。射線區(qū)。 從從MssbauerMssbauer譜可獲得原子的氧化態(tài)譜可獲得原子的氧化態(tài)和化學(xué)鍵、原子核周圍電子云分布或鄰近環(huán)和化學(xué)鍵、原子核周圍電子云分布或鄰近環(huán)境電荷分布的不對稱性以及原子核處的有效境電荷分布的不對稱性以及原子核處的有效磁場等信息。磁場等信息?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十一頁，共71頁v2. 2. 紫外紫外- -可見分光光度法可見分光光度法 利用溶液中的分子或基團(tuán)在紫外和利用溶液中的分子或基團(tuán)在紫外和可見光區(qū)產(chǎn)生可見光區(qū)產(chǎn)生分子外層電子分子外層電子能級躍遷所能級躍遷所形成的吸收光譜，可用于定

18、性和定量測形成的吸收光譜，可用于定性和定量測定。定。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十二頁，共71頁v3.3.原子吸收光譜法原子吸收光譜法 利用待測元素利用待測元素氣態(tài)原子氣態(tài)原子對共振線的吸收對共振線的吸收進(jìn)行定量測定的方法。其吸收機(jī)理是原子的外進(jìn)行定量測定的方法。其吸收機(jī)理是原子的外層電子能級躍遷，波長在紫外、可見和近紅外層電子能級躍遷，波長在紫外、可見和近紅外區(qū)。區(qū)。v4. 4. 紅外光譜法紅外光譜法 利用分子在紅外區(qū)的振動利用分子在紅外區(qū)的振動- - 轉(zhuǎn)動吸收光轉(zhuǎn)動吸收光譜來測定物質(zhì)的成分和結(jié)構(gòu)。譜來測定物質(zhì)的成分和結(jié)構(gòu)。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十三頁，共71頁5. 5. 核磁共振波譜法核磁共振波譜法 在強(qiáng)磁

19、場作用下，在強(qiáng)磁場作用下，核自旋磁矩與外磁核自旋磁矩與外磁場相互作用分裂為能量不同的核磁能級場相互作用分裂為能量不同的核磁能級，核磁能級之間的躍遷吸收或發(fā)射射頻區(qū)的核磁能級之間的躍遷吸收或發(fā)射射頻區(qū)的電磁波。電磁波。 利用這種吸收光譜可進(jìn)行有機(jī)化合物利用這種吸收光譜可進(jìn)行有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)的鑒定，以及分子的動態(tài)效應(yīng)、氫鍵結(jié)構(gòu)的鑒定，以及分子的動態(tài)效應(yīng)、氫鍵的形成、互變異構(gòu)反應(yīng)等化學(xué)研究。的形成、互變異構(gòu)反應(yīng)等化學(xué)研究?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十四頁，共71頁 頻率為頻率為 0 0的單色光照射到透明物質(zhì)上，物的單色光照射到透明物質(zhì)上，物質(zhì)分子會發(fā)生散射現(xiàn)象。如果這種散射是光子質(zhì)分子會發(fā)生散射現(xiàn)象。如果這種散

20、射是光子與物質(zhì)分子發(fā)生能量交換的，即不僅光子的運(yùn)與物質(zhì)分子發(fā)生能量交換的，即不僅光子的運(yùn)動方向發(fā)生變化，它的能量也發(fā)生變化，則稱動方向發(fā)生變化，它的能量也發(fā)生變化，則稱為為RamanRaman散射。散射。 這種散射光的頻率（這種散射光的頻率（mm）與入射光的頻與入射光的頻率不同，稱為率不同，稱為RamanRaman位移。位移。RamanRaman位移的大小與位移的大小與分子的振動和轉(zhuǎn)動的能級有關(guān)分子的振動和轉(zhuǎn)動的能級有關(guān)，利用，利用RamanRaman位位移研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的方法稱為移研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的方法稱為RamanRaman光譜法。光譜法?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十五頁，共71頁 第三節(jié)第三節(jié) 光譜法儀

21、器光譜法儀器 用來研究吸收、發(fā)射或熒光的電磁輻射用來研究吸收、發(fā)射或熒光的電磁輻射的強(qiáng)度和波長的關(guān)系的儀器叫做光譜儀或的強(qiáng)度和波長的關(guān)系的儀器叫做光譜儀或分光光度計。這一類儀器一般包括五個基分光光度計。這一類儀器一般包括五個基本單元：本單元：光源、單色器、樣品容器、檢測光源、單色器、樣品容器、檢測器和讀出器件。器和讀出器件。 發(fā)射光譜儀發(fā)射光譜儀光源光源樣品樣品單色器單色器檢測器檢測器讀出器件讀出器件現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十六頁，共71頁 光源的作用是提供足夠的能量使試樣光源的作用是提供足夠的能量使試樣蒸發(fā)、原子化、激發(fā)，產(chǎn)生光譜。蒸發(fā)、原子化、激發(fā)，產(chǎn)生光譜。 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十七頁，共71頁ab

22、吸收光譜儀吸收光譜儀光源光源單色器單色器樣品樣品檢測器檢測器讀出器件讀出器件原子化器原子化器單色器單色器光電倍增管光電倍增管樣品樣品空心陰極燈空心陰極燈讀出器件讀出器件現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十八頁，共71頁 由光源發(fā)射的待測元素的銳線光由光源發(fā)射的待測元素的銳線光束（共振線），通過原子化器，被原子束（共振線），通過原子化器，被原子化器中的基態(tài)原子吸收，再射入單色器化器中的基態(tài)原子吸收，再射入單色器中進(jìn)行分光后，被檢測器接收，即可測中進(jìn)行分光后，被檢測器接收，即可測得其吸收信號。得其吸收信號?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十九頁，共71頁熒光光譜儀熒光光譜儀光源光源第一單色器第一單色器樣品樣品第二單色器第二單色器檢

23、測器檢測器記錄放大系統(tǒng)記錄放大系統(tǒng)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十頁，共71頁 由光源發(fā)出的光，經(jīng)過第一單色器（激發(fā)光單由光源發(fā)出的光，經(jīng)過第一單色器（激發(fā)光單色器）后，得到所需的激發(fā)光。通過樣品池，由于色器）后，得到所需的激發(fā)光。通過樣品池，由于一部分光線被熒光物質(zhì)所吸收，熒光物質(zhì)被激發(fā)后，一部分光線被熒光物質(zhì)所吸收，熒光物質(zhì)被激發(fā)后，將向四面八方發(fā)射熒光。將向四面八方發(fā)射熒光。 為了消除入射光和散射光的影響，為了消除入射光和散射光的影響，熒光的熒光的測量應(yīng)在與激發(fā)光成直角方向進(jìn)行測量應(yīng)在與激發(fā)光成直角方向進(jìn)行，第二單色，第二單色器為熒光單色器，主要是消除溶液中可能共存的器為熒光單色器，主要是消除溶液中可

24、能共存的其它光線的干擾，以獲得所需的熒光，熒光作用其它光線的干擾，以獲得所需的熒光，熒光作用于檢測器上，得到相應(yīng)的電信號。于檢測器上，得到相應(yīng)的電信號?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十一頁，共71頁 光譜分析中，光譜分析中，光源必須具有足夠的光源必須具有足夠的輸出功率和穩(wěn)定性。輸出功率和穩(wěn)定性。由于光源輻射功率由于光源輻射功率的波動與電源功率的變化成指數(shù)關(guān)系，的波動與電源功率的變化成指數(shù)關(guān)系，因此往往需用穩(wěn)壓電源以保證穩(wěn)定，或因此往往需用穩(wěn)壓電源以保證穩(wěn)定，或者用參比光束的方法來減少光源輸出對者用參比光束的方法來減少光源輸出對測定所產(chǎn)生的影響。測定所產(chǎn)生的影響。 光源有連續(xù)光源和線光源等。光源有連續(xù)光源和線

25、光源等。 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十二頁，共71頁 一般連續(xù)光源主要用于分子吸收光譜一般連續(xù)光源主要用于分子吸收光譜法；線光源用于熒光、原子吸收和法；線光源用于熒光、原子吸收和RamanRaman光光譜法。譜法。1. 1. 連續(xù)光源連續(xù)光源 連續(xù)光源是指在很大的波長范圍連續(xù)光源是指在很大的波長范圍內(nèi)能發(fā)射強(qiáng)度平穩(wěn)的具有連續(xù)光譜的內(nèi)能發(fā)射強(qiáng)度平穩(wěn)的具有連續(xù)光譜的光源。光源。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十三頁，共71頁（1 1）紫外光源）紫外光源 紫外連續(xù)光源主要采用氫燈或氘燈。紫外連續(xù)光源主要采用氫燈或氘燈。 它們在低它們在低壓（壓（ 1.31.3 10103 3PaPa）下以電激發(fā)的方式產(chǎn)生的連續(xù)光譜下以電激發(fā)的

26、方式產(chǎn)生的連續(xù)光譜范圍為范圍為160 -375 nm。高壓氫燈以高壓氫燈以2000 - 60002000 - 6000V V的高壓使兩個鋁電極之間發(fā)的高壓使兩個鋁電極之間發(fā)生放電。生放電。 低壓氫燈是在有氧化物涂層的燈絲和金屬電極間形成低壓氫燈是在有氧化物涂層的燈絲和金屬電極間形成電弧，啟動電壓約為電弧，啟動電壓約為400400V V直流電壓，而維持直流電弧的直流電壓，而維持直流電弧的電壓為電壓為4040V V。 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十四頁，共71頁（2 2）可見光源）可見光源 可見光區(qū)最常見的光源是可見光區(qū)最常見的光源是鎢絲燈鎢絲燈。在。在大多數(shù)儀器中，鎢絲的工作溫度約為大多數(shù)儀器中，鎢絲的工作

27、溫度約為28702870K K，光譜波長范圍為光譜波長范圍為340 - 2500nm。 氙燈也可用作可見光源，當(dāng)電流通氙燈也可用作可見光源，當(dāng)電流通過氙燈時可以產(chǎn)生強(qiáng)輻射，它發(fā)射的連過氙燈時可以產(chǎn)生強(qiáng)輻射，它發(fā)射的連續(xù)光譜分布在續(xù)光譜分布在250 - 700nm?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十五頁，共71頁（3 3）紅外光源紅外光源 常用的紅外光源是一種用電加熱到溫常用的紅外光源是一種用電加熱到溫度在度在1500-20001500-2000K K之間的惰性固體，之間的惰性固體， 光強(qiáng)最大的區(qū)域在光強(qiáng)最大的區(qū)域在6000- 50006000- 5000cmcm-1-1。常。常用的有用的有奈斯特?zé)簟⒐杼及裟嗡?/p>

28、特?zé)簟⒐杼及簟，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十六頁，共71頁2. 2. 線光源線光源（1 1）金屬蒸氣燈）金屬蒸氣燈 在透明封套內(nèi)含有低壓氣體元素，常見在透明封套內(nèi)含有低壓氣體元素，常見的是的是汞燈和鈉蒸氣燈汞燈和鈉蒸氣燈。 把電壓加到固定在封套上的一對電極上把電壓加到固定在封套上的一對電極上時，就會激發(fā)出元素的特征線光譜。時，就會激發(fā)出元素的特征線光譜。汞燈產(chǎn)汞燈產(chǎn)生的線光譜的波長范圍為生的線光譜的波長范圍為254- 734254- 734nmnm，鈉燈鈉燈主要是主要是589.0589.0nmnm和和589.6589.6nmnm處的一對譜線。處的一對譜線?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十七頁，共71頁（2 2）空極陰極

29、燈）空極陰極燈 主要用于原子吸收光譜中，能提供許多主要用于原子吸收光譜中，能提供許多元素的特征光譜。元素的特征光譜。（3 3）激光）激光 激光的強(qiáng)度非常高，方向性和單色性好，激光的強(qiáng)度非常高，方向性和單色性好，它作為一種新型光源在它作為一種新型光源在RamanRaman光譜、熒光光光譜、熒光光譜、發(fā)射光譜、譜、發(fā)射光譜、fourierfourier變換紅外光譜等領(lǐng)變換紅外光譜等領(lǐng)域極受重視。域極受重視。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十八頁，共71頁常用的激光器有：常用的激光器有： 主要波長為主要波長為693.4 nm 的紅寶石激光器的紅寶石激光器 主要波長為主要波長為632.8 nm的的He-Ne激光器激光

30、器 主要波長為主要波長為514.5nm、488.0nm的的ArAr離子器。離子器?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十九頁，共71頁 單色器的單色器的主要作用是將復(fù)合光分解成單色主要作用是將復(fù)合光分解成單色光或有一定寬度的譜帶。光或有一定寬度的譜帶。 單色器由單色器由入射狹縫入射狹縫和和出射狹縫出射狹縫、準(zhǔn)直鏡準(zhǔn)直鏡以及以及色散元件色散元件，如棱鏡或光柵等組成。，如棱鏡或光柵等組成。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十頁，共71頁現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十一頁，共71頁1. 1. 棱鏡棱鏡 棱鏡的作用是把復(fù)合光分解為單色光。這棱鏡的作用是把復(fù)合光分解為單色光。這是是由于不同波長的光在同一介質(zhì)中具有不同的由于不同波長的光在同一介質(zhì)中具有不

31、同的折射率而形成的。折射率而形成的。 常用的棱鏡有常用的棱鏡有CornuCornu（考紐）棱鏡，是頂考紐）棱鏡，是頂角角 為為6060 的棱鏡；的棱鏡； 為了防止生成雙像，為了防止生成雙像，Littrow Littrow （立特魯）立特魯）棱鏡是由棱鏡是由2 2個個3030 棱鏡組成，一邊為左旋石英，棱鏡組成，一邊為左旋石英，另一邊為右旋石英，左旋、右旋石英做成另一邊為右旋石英，左旋、右旋石英做成3030 棱鏡。棱鏡。 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十二頁，共71頁 對于同一材料，光的折射率為其波長的函數(shù)。對于同一材料，光的折射率為其波長的函數(shù)。在可見及紫外光譜域，可用下式表示：在可見及紫外光譜域，可用下式

32、表示： n n = A + B/ = A + B/ 2 2 + C/ + C/ 4 4 式中式中n n為折射率，為折射率， 為波長，為波長，A A、B B、C C為常數(shù)。為常數(shù)。 由公式可見，波長越長，折射率愈小。當(dāng)由公式可見，波長越長，折射率愈小。當(dāng)包含有不同波長的復(fù)合光通過棱鏡時，不同波包含有不同波長的復(fù)合光通過棱鏡時，不同波長的光就會因折射率不同而分開。這種作用稱長的光就會因折射率不同而分開。這種作用稱為棱鏡的色散作用。為棱鏡的色散作用?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十三頁，共71頁2.2.光柵光柵 光柵分為光柵分為透射光柵和反射光柵透射光柵和反射光柵，常用，常用的是反射光柵。反射光柵又可分為平面反的

33、是反射光柵。反射光柵又可分為平面反射光柵（或稱閃耀光柵）和凹面反射光柵。射光柵（或稱閃耀光柵）和凹面反射光柵。 光柵由玻璃片或金屬片制成。光柵是光柵由玻璃片或金屬片制成。光柵是一種多狹縫部件，一種多狹縫部件，光柵光譜的產(chǎn)生是多狹縫光柵光譜的產(chǎn)生是多狹縫干涉和單狹縫衍射兩者聯(lián)合作用的結(jié)果干涉和單狹縫衍射兩者聯(lián)合作用的結(jié)果。 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十四頁，共71頁 當(dāng)頻率相同、振動方向相同、周相相當(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，會產(chǎn)生波的干涉現(xiàn)象。干波互相疊加時，會產(chǎn)生波的干涉現(xiàn)象。 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十五頁，共71頁 若

34、兩光波光程差為若兩光波光程差為 ，波長為，波長為 ，則當(dāng)光程差等于波長則當(dāng)光程差等于波長 的整數(shù)倍時，兩的整數(shù)倍時，兩波將互相加強(qiáng)到最大程度，即波將互相加強(qiáng)到最大程度，即 = K （K = 0，1，2） 此時，兩光波在焦點上將相互加此時，兩光波在焦點上將相互加強(qiáng)形成明條紋。強(qiáng)形成明條紋。 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十六頁，共71頁 相反，當(dāng)兩波的光程差等于半波長的相反，當(dāng)兩波的光程差等于半波長的奇數(shù)倍時，兩波將相互減弱到最大程度，奇數(shù)倍時，兩波將相互減弱到最大程度，即即 = （2 K+1） / 2 （ K = 0，1，2） 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十七頁，共71頁 通過干涉現(xiàn)象，可以得到明暗相間的條紋。通過干涉

35、現(xiàn)象，可以得到明暗相間的條紋。 當(dāng)兩列波相互加強(qiáng)時可得到明亮的條紋；當(dāng)兩列波相互加強(qiáng)時可得到明亮的條紋； 當(dāng)兩列波互相抵消時則得到暗條紋。當(dāng)兩列波互相抵消時則得到暗條紋。 這些明暗條紋稱為這些明暗條紋稱為干涉條紋。干涉條紋?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十八頁，共71頁 光波繞過障礙物而彎曲地向它后面光波繞過障礙物而彎曲地向它后面?zhèn)鞑サ默F(xiàn)象，稱為波的衍射現(xiàn)象。傳播的現(xiàn)象，稱為波的衍射現(xiàn)象。 若以平行光束通過狹縫若以平行光束通過狹縫ABAB，狹縫寬，狹縫寬度為度為a a，入射角為入射角為 角方向傳播，經(jīng)透鏡角方向傳播，經(jīng)透鏡聚焦后會聚于聚焦后會聚于P P點。點。PP P0 0a 單縫衍射單縫衍射AB現(xiàn)在學(xué)習(xí)的

36、是第四十九頁，共71頁 多縫干涉決定光譜出現(xiàn)的位置，單縫衍射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)度分布。下圖為平面反射光柵的決定譜線的強(qiáng)度分布。下圖為平面反射光柵的一段垂直于刻線的截面。一段垂直于刻線的截面。 衍射光束現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五十頁，共71頁它的色散作用可用光柵公式表示它的色散作用可用光柵公式表示 d（sin + sin ）= K 公式中公式中 和和 分別為入射角和衍射分別為入射角和衍射角，整數(shù)角，整數(shù)n n為光譜級次，為光譜級次，d d為光柵常數(shù)。為光柵常數(shù)。若用若用a a表示每一狹縫的寬度，表示每一狹縫的寬度，c c表示兩條表示兩條狹縫之間的距離，則（狹縫之間的距離，則（

37、a+ca+c）稱為光柵稱為光柵常數(shù)。常數(shù)。 角規(guī)定為正值；如果角規(guī)定為正值；如果 角角 和和 角在光柵法線同側(cè)，角在光柵法線同側(cè)， 取正值，異側(cè)取正值，異側(cè)則取負(fù)值。則取負(fù)值?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五十一頁，共71頁 當(dāng)當(dāng)K=0K=0時，即零級光譜，衍射角與波長無關(guān)，時，即零級光譜，衍射角與波長無關(guān)，也就是無分光作用。也就是無分光作用。 當(dāng)當(dāng)K K不等于零時，衍射角或反射角隨波長不等于零時，衍射角或反射角隨波長而異，而異，即不同波長的輻射經(jīng)光柵反射后將即不同波長的輻射經(jīng)光柵反射后將分散在不同空間位置上，這就是光柵進(jìn)行分散在不同空間位置上，這就是光柵進(jìn)行分光的依據(jù)。分光的依據(jù)?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五十二頁，共

38、71頁 光柵的光學(xué)特性：光柵的光學(xué)特性：光柵的特性可用光柵的特性可用色散率色散率和分辨能力和閃耀特性和分辨能力和閃耀特性來表示。來表示。 當(dāng)入射角當(dāng)入射角 不變時，光柵的角色散率可不變時，光柵的角色散率可用光柵公式微分求得用光柵公式微分求得 d /d =K / d cos 式中式中d d /d/d 為衍射角對波長的變化率，為衍射角對波長的變化率，也就是光柵的角色散率。當(dāng)也就是光柵的角色散率。當(dāng) 變化很小時，變化很小時，可以認(rèn)為可以認(rèn)為coscos =1=1?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五十三頁，共71頁 d d /d/d =K/ d cos =K/ d cos 因此，光柵的角色散率只決定于光柵因此，光柵的角

39、色散率只決定于光柵常數(shù)常數(shù)d d和光譜級次和光譜級次K K，可以認(rèn)可以認(rèn)為是常數(shù)，不為是常數(shù)，不隨波長而變，這樣的光譜稱為隨波長而變，這樣的光譜稱為“均排光均排光譜譜”，這是光柵優(yōu)于棱鏡的一方面。，這是光柵優(yōu)于棱鏡的一方面?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五十四頁，共71頁 在實際工作中用線色散率在實際工作中用線色散率d dl l /d /d 表表示。對于平面光柵，線色散率為示。對于平面光柵，線色散率為 dl /d = d /d f = Kf / d cos 式中式中f f 為會聚透鏡的焦距。由于為會聚透鏡的焦距。由于cos 1（ 6） 則則 dl /d = K f / d現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五十五頁，共71頁光柵的

40、分辨能力光柵的分辨能力 光柵分辨率光柵分辨率R R為：為：R = /=KN N N為光柵的總刻線數(shù)。為光柵的總刻線數(shù)。 由此可見，分辨率與光譜級數(shù)和光柵由此可見，分辨率與光譜級數(shù)和光柵總刻線數(shù)成正比，與波長無關(guān)。總刻線數(shù)成正比，與波長無關(guān)?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五十六頁，共71頁 在實際工作中，要想獲得高分辨率，在實際工作中，要想獲得高分辨率，最現(xiàn)實的辦法是采用大塊的光柵，以增最現(xiàn)實的辦法是采用大塊的光柵，以增加總刻線數(shù)。目前，有些光譜儀已有加總刻線數(shù)。目前，有些光譜儀已有254mm大光柵，起分辨率可達(dá)大光柵，起分辨率可達(dá)6 6 10105 5。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五十七頁，共71頁閃耀光柵閃耀光柵 非閃耀

41、光柵其能量分布與單縫衍射相似，非閃耀光柵其能量分布與單縫衍射相似，大部分能量集中在沒有被色散的大部分能量集中在沒有被色散的“零級光譜零級光譜”中，小部分能量分散在其它各級光譜。中，小部分能量分散在其它各級光譜。 零級光譜不起分光作用，不能用于光譜零級光譜不起分光作用，不能用于光譜分析。而色散越來越大的一級、二級光譜，分析。而色散越來越大的一級、二級光譜，強(qiáng)度卻越來越小。為了降低零級光譜的強(qiáng)度，強(qiáng)度卻越來越小。為了降低零級光譜的強(qiáng)度，將輻射能集中于所要求的波長范圍，近代的將輻射能集中于所要求的波長范圍，近代的光柵采用定向閃耀的辦法。光柵采用定向閃耀的辦法?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五十八頁，共71頁 即將光

42、柵刻痕刻成一定的形狀，即將光柵刻痕刻成一定的形狀，使每一刻痕的小反射面與光柵平面成使每一刻痕的小反射面與光柵平面成一定的角度一定的角度，使衍射光強(qiáng)的最大從原來使衍射光強(qiáng)的最大從原來與不分光的零級最大重合的方向，轉(zhuǎn)移與不分光的零級最大重合的方向，轉(zhuǎn)移至由刻痕形狀決定的反射方向。至由刻痕形狀決定的反射方向?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五十九頁，共71頁現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六十頁，共71頁 結(jié)果使反射光方向光譜變強(qiáng)，這種現(xiàn)象稱結(jié)果使反射光方向光譜變強(qiáng)，這種現(xiàn)象稱為閃耀。為閃耀。 輻射能量最大的波長稱為輻射能量最大的波長稱為閃耀波長閃耀波長。光。光柵刻痕反射面與光柵平面的夾角，稱為柵刻痕反射面與光柵平面的夾角，稱為閃耀閃

43、耀角角。 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六十一頁，共71頁 每一個小反射面與光柵平面的夾角每一個小反射面與光柵平面的夾角 i i 保持一定，以控制每一小反射面對光的反保持一定，以控制每一小反射面對光的反射方向，使光能集中在所需要的一級光譜射方向，使光能集中在所需要的一級光譜上，這種光柵稱為上，這種光柵稱為閃耀光柵閃耀光柵。 當(dāng)當(dāng) = =i 時，在衍射角時，在衍射角 的方向上的方向上可得到最大的相對光強(qiáng)。可得到最大的相對光強(qiáng)。 i i角稱為角稱為閃耀角閃耀角。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六十二頁，共71頁兩種分光器的比較兩種分光器的比較分光原理不同，折射和衍射。分光原理不同，折射和衍射。棱鏡的波長越短，偏向角越棱鏡的波長越短，偏向角越 大，而光柵正好相反。大，而光柵正好相反。光柵的譜級重疊，有干擾，要光柵的譜級重疊，有干擾，要考慮消除；而棱鏡不存在這種情況?？紤]消除；而