光學(xué)式分析法

關(guān)于光學(xué)式分析法第1頁，講稿共21頁，2023年5月2日，星期三一、概念光學(xué)式分析方法：基于被測成分的某些光學(xué)特性采用適當(dāng)?shù)难b置，對被測成分進行定性或定量分析的方法光學(xué)特性：如吸收光波、發(fā)射光波、反射光波、散射光波等本質(zhì)：研究物質(zhì)的成分與輻射能之間的關(guān)系優(yōu)點：快速、準確、靈敏、操作簡便，特別適合于微量和痕量分析，占分析儀器的30－40％分類：比色分析法、分光光度法、光譜分析法、濁度分析法等第2頁，講稿共21頁，2023年5月2日，星期三二、光的本質(zhì)1.波粒二象性波動性：

C＝λ×ν10~390nm紫外光390~770nm可見光波長范圍770~106nm紅外光粒子性

E=hν；兩能級差ΔE=Em-En=hν共振線：原子能態(tài)從第一激發(fā)態(tài)躍遷回基態(tài)時發(fā)射的譜線特點：

在發(fā)射光譜中，共振線是最強的譜線，及靈敏線。分子能級：電子能級、分子的振動能級及轉(zhuǎn)動能級構(gòu)成共振吸收：把原子從基態(tài)激發(fā)到第一激發(fā)態(tài)吸收能量的過程第3頁，講稿共21頁，2023年5月2日，星期三三、物體的顏色當(dāng)光照射物體時，組成物體微粒與光發(fā)生作用，可有以下幾種現(xiàn)象：反射或散射光透射過物體光被吸收物體顏色與這些現(xiàn)象有關(guān)不透明物體其顏色由反射光決定對于透明或半透明物體顏色，是由透射、反射、或散色光的顏色決定互補色：白光照射物體，吸收光與未被吸收光可以互相補充組成白色物體白光下呈現(xiàn)的顏色是被該物體吸收的色光互補色第4頁，講稿共21頁，2023年5月2日，星期三四、光的吸收定律（一）比耳-朗伯定律入射光I0透射光IT透光率T：吸光度A（消光度或光密度）：或（二）比爾定律的應(yīng)用等吸光度法：調(diào)節(jié)溶液的厚度,使吸光度相等A標=A樣即：KL1C1=KL2C2C2=KL1C1/L2等厚度法：溶液厚度相同,吸光度與吸光物質(zhì)的濃度成正比示差法：用已知接近試樣濃度的標準液做空白參比液第5頁，講稿共21頁，2023年5月2日，星期三五、影響分析精度的因素方法誤差：由分析方法決定的溶液濃度的影響:在濃度較高時，濃度與吸光度偏離比爾定律。操作條件的影響：顯色反應(yīng)過程中，顯色劑的用量、溶液的pH值、溫度和顯色時間等都對光的吸收有一定影響。嚴格控制操作條件，保證標準試樣與被測試樣操作條件一致，才可提高測量準確度。AC干擾物質(zhì)的影響：干擾物本身顏色干擾物與顯色劑生成有色物質(zhì)干擾物與金屬離子、顯色劑生成穩(wěn)定的無色物質(zhì)消除辦法添加掩蔽劑或?qū)⒏蓴_物質(zhì)從溶液中分離出去第6頁，講稿共21頁，2023年5月2日，星期三儀器誤差：光源的不穩(wěn)定：電壓或電流波動引起誤差。

解決辦法：采用恒流源或雙光路系統(tǒng)。光的單色性的影響：提高儀器的靈敏度和分析準確度，采用被測物質(zhì)的最大吸收單色光，光的單色性越好分析精度越高。

濾光片的單色光比棱鏡或光柵的單色性差，另外狹縫越寬光的單色性越差，但過窄光線太弱，不能滿足測量的需要，光電元件的光電轉(zhuǎn)換特性的影響：光電元器件光電池、光電管、光電倍增管等長期使用的老化及強光照射的疲勞現(xiàn)象都影響光電轉(zhuǎn)換的關(guān)系比色皿的影響：同組比色皿的材質(zhì)、厚度、長度應(yīng)相同，不要混用不同儀器的比色皿，在紫外區(qū)時用石英比色皿。第7頁，講稿共21頁，2023年5月2日，星期三光電比色計和分光光度計的主要部件第8頁，講稿共21頁，2023年5月2日，星期三分析儀器組成：由光源、單色光器、比色皿、光電元件和檢測顯示等組成一、光源可見光區(qū)和紅外區(qū)：用鎢絲白熾燈紫外區(qū)：氫弧燈或氘燈λ(nm)相對能量%020406080300500700900100180~400nm交流4V8A直流350V→80V工作電流300mAλ(nm)相對能量%020406080200300400500100λ(nm)相對能量%0255075200300100第9頁，講稿共21頁，2023年5月2日，星期三二、單色光器定義：用來獲得單色光的器件濾光片、棱鏡、光柵1.濾光片:由有色玻璃制成作用：當(dāng)復(fù)合光透過濾光片時，經(jīng)濾光片選擇性吸收，其透色光為一近似的單色光。濾光片質(zhì)量：用最大透光度T和T/2兩點間的波長差Δλ衡量，其值越小越好，常規(guī)值在30~100nm，干涉濾光片其值可小于5nm復(fù)合濾光片:由兩塊有色玻璃聯(lián)合使用λ(nm)TTmaxTmax/2λ(nm)T濾光片選擇:濾光片透光率最大的波長與溶液最大的吸收波長相同或相近互補原則、根據(jù)已知的被測物質(zhì)的最大吸收波長選擇濾光片、曲線法第10頁，講稿共21頁，2023年5月2日，星期三用普通光學(xué)玻璃制作其玻璃的透光范圍在300nm以上；紫外區(qū)用石英玻璃2.棱鏡:

利用棱鏡的散射作用，結(jié)合其他光學(xué)器件可獲得多種單色光當(dāng)i1＝i2?時，δ最小，即最小偏向角i1i2δ偏向角i2?i1?ABCEF第11頁，講稿共21頁，2023年5月2日，星期三3.光柵由刻有大量等寬、等距、平行線條的光學(xué)玻璃特點：1cm內(nèi)可達萬條以上刻痕都相當(dāng)于不易透光的毛玻璃利用光的衍射和干涉現(xiàn)象進行分光的滿足產(chǎn)生明條紋光柵常數(shù)衍射角衍射光的波長光譜級次第12頁，講稿共21頁，2023年5月2日，星期三三、光電元件作用：將光能轉(zhuǎn)換成電能，轉(zhuǎn)換方法基于光電效應(yīng).光電效果：光是由能量為hv的粒子流組成，其打到不同性質(zhì)的光電元件材料上時，可產(chǎn)生不同的光電效應(yīng)。1.外光電效應(yīng)：在光線照射下，電子由物體表面逸出。如光電管和光電倍增管。2.阻擋層光電效應(yīng)：在光線作用某物體上，在物體上產(chǎn)生一定方向的電動勢的現(xiàn)象。如光電池。3.內(nèi)光電效應(yīng)：在光的作用下，物體的電阻率發(fā)生改變的現(xiàn)象。如光敏電阻。應(yīng)用：光電比色計、分光光度計的光電轉(zhuǎn)換元件有光電管、光電倍增管和光電池第13頁，講稿共21頁，2023年5月2日，星期三（一）光電管2.工作原理：暗電流：當(dāng)光電管的陰陽兩極間加上電壓時，在沒有光照的情況下，電路中有一微小的電流流過（<10-9A）原因：由漏電流、陰極熱電子、管內(nèi)殘余氣體的電離1.結(jié)構(gòu):特點：光電陰極面積大，靈敏度較高，一般積分靈敏度可達20～200μA/lm；暗電流小，最低可達10-14A。缺點：真空光電管一般體積都比較大、工作電壓高達百伏到數(shù)百伏、玻殼容易破碎等。

真空光電管由玻殼、光電陰極和陽極三部分組成。為了防止氧化，將管內(nèi)抽成真空。光電陰極即半導(dǎo)體光電發(fā)射材料，涂于玻殼內(nèi)壁，受光照時，可向外發(fā)射光電子。陽極是金屬環(huán)或金屬網(wǎng)，置于光電陰極的對面，加正的高電壓，用來收集從陰極發(fā)射出來的電子。第14頁，講稿共21頁，2023年5月2日，星期三光電流：當(dāng)某一頻率的光照射陰極時,陰極材料中的電子獲得足夠的能量,從陰極表面逸出,在外電場的作用下奔向陽極,由此產(chǎn)生的電流為光電流。停止照射光電流便消失。紅限：入射光的頻率只有等于和大于某一極限頻率時，才能產(chǎn)生光電流，該極限頻率稱為紅限特點：不同的材料制成的光電陰極紅限不同，陰極材料用多種金屬或金屬化合物例如：光電管GD-5（紫敏）是銻銫陰極，紅限700nmGD-6(紅敏)是銀氧銫陰極，紅限1700nm逸出功(W)：電子從金屬表面逸出需克服金屬正離子的引力而做的功,不同材料逸出功不同。第15頁，講稿共21頁，2023年5月2日，星期三3.光電管特性光譜特性：當(dāng)λ紅<λ時，光射到同一光電管的陰極，I0相同，但光電子數(shù)隨頻率的不同而變化的現(xiàn)象。光電特性：當(dāng)光電管陰極和陽極間加一定電壓時，光電流與入射光的光通量的關(guān)系光通量（lm）光電流uA真空式4006008001000246810相對靈敏度λ(nm)充氣式

是將一標準黑體加熱，溫度升高到某一程度時顏色開始由紅--淺紅--白--藍白--藍，逐漸變化，利用這種光色變化的特性，某光源的光色與黑體在某一溫度下呈現(xiàn)的光色相同時，我們將黑體當(dāng)時的絕對溫度K稱為該光源的相關(guān)色溫。靈敏度：單位光通量產(chǎn)生的光電流值積分靈敏度：以一定色溫的白光照射光電管陰極時產(chǎn)生光電流的大小來衡量單位：uA/lm;真空式：20～80uA/lm;充氣式：40～150uA/lm第16頁，講稿共21頁，2023年5月2日，星期三伏安特性：當(dāng)光照一定時，光電管與工作電壓的關(guān)系。當(dāng)電壓達到一定值時，光電流不再增加工作電壓光電流uA充氣式真空式（二）光電倍增管構(gòu)造：有光陰極、陽極、倍增電極組成光電倍增管的供電模式第17頁，講稿共21頁，2023年5月2日，星期三工作原理：在電場作用下，電極將被加速、轟擊到第一倍增極上，發(fā)射出2~5倍的二次電子，依次類推，最后聚集到陽極上的電子數(shù)可達陰極電子數(shù)的106倍。光電管噪聲：暗電流和發(fā)射噪聲光陰極電流陽極電流二次發(fā)射系數(shù)倍增電極數(shù)目陰極和倍增電極的熱電子發(fā)射及玻璃外殼的漏電流引起電流流經(jīng)光電倍增管時引起的波動，是頻率均勻的交流信號光電管特點：靈敏度高，惰性小，放大倍數(shù)高，信噪比大、線性關(guān)系好等優(yōu)點，同時需要負高壓電源第18頁，講稿共21頁，2023年5月2日，星期三（三）光電池光電池基本結(jié)構(gòu)：光電池的基本結(jié)構(gòu)就是一個PN結(jié)。按材料分，有硅、硒、硫化鎘、砷化鎵和無定型材料的光電池等。硒光電池鋁（正極）硒氧化鎘負極+++++++-------照射前：硒和氧化鎘的電子逸出功不同，氧化鎘電子易向硒擴散形成正負偶電層（阻擋層）照射后：硒中束縛電子吸收光子后變?yōu)樽杂呻娮樱谧钃鯇觾?nèi)電場的作用下，越過界面到達氧化鎘和集電環(huán)，產(chǎn)生光生電動勢結(jié)構(gòu)：第19頁，講稿共21頁，2023年5月2日，星期三硒光電池的光譜特性4