02光学分析法导论

光学分析法导论
棱镜分光系统
原理： 平行光经色散后按波长顺序分解为不同波长 的光 经聚焦后在焦平面不同位置成像， 得到按波长顺序排列的光谱。
光学分析法百度文库论
f
入 射 狭缝 准 直 镜 棱 镜
棱镜
物 镜
焦 面
出 射 狭缝
棱镜的分光作用是利用不同波长的光在同一 介质中具有不同折射率 不同折射率而进行的。 不同折射率
dβ K = dλ d cos β
线色散率D1等于角色散率与物镜焦距的乘积
dl dβ K⋅ f D= = ⋅f = 1 dλ dλ d cos β
含义：距离对波长的变化率，等于波长差为一单位 的两条谱线在焦面上分开的距离。
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dl dβ K⋅ f D= = ⋅f = 1 dλ dλ d cos β
紫外 光
红外 光
微 波
无线 电波
可 见 光
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二、光学分析法分类
光谱法： 光谱法：
光学分析法中的重点
光学分析法
非光谱法
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• １．光谱法 • 光谱法是基于物质与辐射能作用时， 测量由物质内部发生量子化 量子化的能级之间 量子化 的跃迁 跃迁而产生的发射、吸收或散射辐射 跃迁 的波长和强度 波长和强度进行分析的方法。 波长和强度 • 它又可分为吸收光谱法、发光光谱 法、拉曼散射光谱法三种。
仪器类型
摄谱仪和光电直读仪两类 摄谱仪：棱镜和光栅两类 光电直读仪：多通道直读、单通道扫描光谱 仪和全谱直读光谱仪。
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光学特性
表征：色散率、分辨率、集光本领。 分辨率R：指将两条靠得很近的谱线分开的能力 色散率：指对不同波长的光被棱镜分开的能力。它又分 为角色散率 线色散率 角色散率和线色散率 角色散率 角色散率dθ/dλ：两条波长相差dλ的光被棱镜色散 后所分开的角度为dθ ，则棱镜的角色散率为：
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波长（ ） 波长（λ）：表示相邻两个光波各相 应点间的直线距离（或相应两个波峰 或波谷间的直线距离）。 • 波数（ ） 波数（ω）：指在单位长度内波的 数目。 • 频率（ ） 频率（γ）：指在1秒时间内经过某 点的波数（即每秒内振动的次数）。 •
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•2.电磁辐射的粒子性 电磁辐射的粒子性：能量为量子化， 电磁辐射的粒子性 最小单位“光子” •能量 能量(E)：光子所具有的能量。 能量
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图象检测器：多通道型
分为：光电二极管阵列PDA、电荷耦合器件 CCD和电荷注入器件CID 小的光敏感元件阵列排布 PDA的缺点：波长覆盖范围窄，灵敏度较低， 噪声和暗电流较大 CTD优点：多通道，量子效率高，灵敏度高， 读出噪声低，线性范围宽，暗电流较低。
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光栅分光系统
分光原理：多光束干涉原 多光束干涉原 理，光程差与波长的关系， 存在相干干涉从而产生谱 线；而相消干涉产生暗条 纹 光谱级次：具有色散作用 的一级谱线最强，高级次 谱线常用滤波片除去。
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光栅的色散率
光栅方程 d(sinα+sinβ)=Kλ 假定入射角保持不变，有角色散率
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３）散射光谱法 散射光谱法：利用物质对光 散射光谱法 的散射来进行分析的方法。
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２．非光谱法 是基于物质与辐射 非光谱法 相互作用时，测量辐射的某些性 质，如折射、干涉、衍射、偏振 等变化的分析方法。 主要有折射法 旋光法 折射法和旋光法 折射法 旋光法。
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•
１）吸收光谱法 吸收光谱法：它是利用物质 吸收光谱法 吸收光后所产生的吸收光谱来进行 分析的方法。
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２）发光光谱法 发光光谱法：物质中的粒子 发光光谱法 用一定的能量（如光、电、热等）激 发到高能级后，当跃迁回低能级时， 便产生出特征 发射光谱 特征的发射光谱 特征 发射光谱，利用此发 射光谱进行的分析的方法
物镜焦距越大，线分散率越大：实际工作中 常用倒线色散率即单位长度的焦面内含有的 光谱的纳米数，数值越小，色散率越高 光谱级次的影响 光栅常数越小（每毫米刻线数越多）色散率 越高
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光栅的分辨率
分辨率 R = λ = KN ∆λ 如何获得较高的分辨率 光谱级数有限 常用方案：大块的光栅，增加总刻痕数
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检测系统
主要有： 感光板 光电倍增管 图象检测器
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光电倍增管：
光电转换元件，电流放大元件
光电直读法： 光电直读法：利用光电倍增管将光强度转换 成电信号来检测谱线强度的方法。 成电信号来检测谱线强度的方法。 打拿极上的化合物涂层具有 每被一个电子 撞击后即能发射四或五个电子的特性。 撞击后即能发射四或五个电子的特性。 优点：灵敏度高、线性动态范围宽， 优点：灵敏度高、线性动态范围宽，可以检 测很微弱的信号，响应时间在10 测很微弱的信号，响应时间在 －9s范围 范围 但没有空间分辨能力
dθ/dλ。它主要与棱镜的材料和几何形状有关。
线色散率dl/dλ：它表示两条谱线在焦面上被分开的距 离l对波长λ的变化率
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光栅分光系统
分为透射光栅和反射光栅，近代仪器反射光 栅最为常用。 光栅是在玻璃或金属片中刻有很多等距离、 等宽的平行刻线（300-2000刻槽/mm） 构成。 光栅的光学特性：色散率、分辨率和闪耀特 性
分子光谱和原子光谱：
原子光谱主要是由于核外电子 核外电子能级发 核外电子 生变化而产生的辐射或吸收而产生的光谱。 分子光谱则是由于分子中电子能级及 分子的振动、分子的转动能级的变化而产 生的光谱。
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所用仪器
基本组成：光源（辐射源）、单色器、试样 池、检测器和信号显示系统等。 现在大多附有计算机通过专用软件控制。
•光的能量与光的波长及频率间的关系为：
•
Ｅ=hγ=hc/λ
•式中Ｅ为光的能量（尔格）；γ为频率；λ为波长；
h为普朗克常数，其值为6.6256×10-27尔格·秒；c 为光速。
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电磁波的种类： 电磁波的种类：电磁波谱
波长
λ
名称 波长
5×10-3 ～0.1
0.1～10
10～200
200～400
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光源
作用：发射或提供被物质吸收散射的光 发射光谱仪试样本身就是一个发射体光源 原子吸收光谱法：空心阴极灯（阴极用待分 析的元素的金属构成） 紫外可见：？？、红外：？？
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单色器
作用： 将复合光分解为按波长顺序排列的单色光。 构成： 狭缝、准直镜、棱镜或光栅、会聚透镜。 关键：分光元件： 棱镜和光栅
γ射线
x射线 750 ～ 1.0×106
远紫外光
近紫外光 1.0×109 1.0×1012 ～
λ
名称
400～750
1.0×106 1.0×109
～
可见光
红外光
微波
无线电波
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λ γ射 线
10-2 nm 10 nm
102 nm 104 nm
0.1 cm 10cm
103 cm
105 cm
x射 射 线
第二章 光学分析法导论
光学分析法导论
光学分析法
原理：
基于分析物质发射的电磁辐射 电磁辐射或电磁辐射与物 电磁辐射 质作用而实现分析工作
光学分析法导论
一．电磁波的基本性质
1.波动性： 1.波动性：交变电场和磁场 波动性 表征电磁波的波动性的参数： 可以用波长λ、频率γ、速度c、 波数ω等来表示其特性。