内蒙古大学：《仪器分析化学》课程教学资源（PPT课件）第十二章 光分析法导论 第三节 光谱法仪器与光学器件

第十二章 一、光谱法仪器的基本流程 光分析导论 general process of spectrometr an introduction to 二、光谱仪器的基本器件 optical analysis main parts of spectrometry 第四节 光谱法仪器与光 学器件 instruments for spectro- metry and optical parts 下一页 23:10:37

23:10:37 第四节 光谱法仪器与光 学器件 一、光谱法仪器的基本流程 general process of spectrometry 二、光谱仪器的基本器件 main parts of spectrometry 第十二章 光分析导论 an introduction to optical analysis instruments for spectro￾metry and optical parts

光分析法仪器的基本流程 general process of spectrometry 光谱仪器通常包括五 光源 单色器 检测器 个基本单元： 读出器件 光源；单色器；样品； 检 出样品 (a) 测器；显示与数据处理； 作 单色器 样品 检测器 读出器件 (b) 样品 单色器 检测器 读出器件 光源 (⊙ 各类光谱仪部件图 (a)发射光谐仪 (b)吸收光谱仪(@)荧光和敢射光谱仪 23:10:37

23:10:37 一、光分析法仪器的基本流程 general process of spectrometry 光谱仪器通常包括五 个基本单元： 光源；单色器；样品；检 测器；显示与数据处理；

二、光分析法仪器的基本单元 main parts of spectrometry 1.光源 依据方法不同，采用不同的光源：火焰、灯、激光、电 火花、电弧等；依据光源性质不同，分为： /nm100 2004007001000200040007000100002000040000 连续光源：在较大范 真空紫外可见近红外 红 外 远红外 波谱区 紫外 围提供连续波长的光源， 氩灯 氙灯 氢灯、氘灯、钨丝灯等： H2或D3灯 钨丝灯 线光源：提供特定波 能斯特灯（亿O2+Y0) 长的光源，金属蒸气灯( 源 镍铬丝灯 硅碳棒 汞灯、钠蒸气灯)、空心 空心阴极灯 阴极灯、激光等： 图 不同波谱区所用的光源 23:10:37

23:10:37 二、光分析法仪器的基本单元 main parts of spectrometry 1. 光源 依据方法不同，采用不同的光源：火焰、灯、激光、电 火花、电弧等；依据光源性质不同，分为： 连续光源：在较大范 围提供连续波长的光源， 氢灯、氘灯、钨丝灯等； 线光源：提供特定波 长的光源，金属蒸气灯( 汞灯、钠蒸气灯)、空心 阴极灯、激光等；

2.单色器 单色器：获得高光谱纯度辐射束的装置，而辐射束的波长 可在很宽范围内任意改变； 主要部件： (1)进口狭缝； (2)准直装置（透镜或反射镜）：使辐射束成为平行光线； (3)色散装置（棱镜、光栅）：使不同波长的辐射以不同的 角度进行传播： 23:10:37

23:10:37 2.单色器 单色器：获得高光谱纯度辐射束的装置，而辐射束的波长 可在很宽范围内任意改变； 主要部件： （1）进口狭缝； （2）准直装置(透镜或反射镜)：使辐射束成为平行光线； （3）色散装置(棱镜、光栅)：使不同波长的辐射以不同的 角度进行传播；

(4)聚焦透镜或凹面反射镜，使每个单色光束在单色器 的出口曲面上成像。 出口狭缝 dl d0 色散元件 聚焦元件 出口曲面 进口 准光镜 狭缝 单色器的组成图 23:10:37

23:10:37 （4）聚焦透镜或凹面反射镜，使每个单色光束在单色器 的出口曲面上成像

棱镜 棱镜对不同波长的光具有不同的折射率，波长长的光， 折射率小；波长短的光，折射率大。 平行光经过棱镜后按波长顺序排列成为单色光：经聚焦 后在焦面上的不同位置上成像，获得按波长展开的光谱： 棱镜的分辨能力取 决于棱镜的几何尺寸和 材料； 棱镜的光学特性可 Comu(考纽)棱镜 Littrow(立特鲁)棱镜 用色散率和分辨率来表 棱镜的色散作用图 征： 23:10:37

23:10:37 棱镜 棱镜对不同波长的光具有不同的折射率，波长长的光， 折射率小；波长短的光，折射率大。 平行光经过棱镜后按波长顺序排列成为单色光；经聚焦 后在焦面上的不同位置上成像，获得按波长展开的光谱； 棱镜的分辨能力取 决于棱镜的几何尺寸和 材料； 棱镜的光学特性可 用色散率和分辨率来表 征；

棱镜的特性与参数 (1)色散率 角色散率：用d0/d表示，偏向角0对波长的变化率； Q do 2sin dn d -n2 sin2 2 棱镜的顶角越大或折射率越大，角色散率越大，分开两 条相邻谱线的能力越强，但顶角越大，反射损失也增大，通 常为60度角： 线色散率：用dld表示，两条相邻谱线在焦面上被分开 的距离对波长的变化率； 倒线色散率：用d/dl表示， 23:10:37

23:10:37 棱镜的特性与参数 （1）色散率 角色散率：用dθ/dλ表示，偏向角θ对波长的变化率；      d d 2 1 sin 2 2sin d d 2 2 n n  − = 棱镜的顶角越大或折射率越大，角色散率越大，分开两 条相邻谱线的能力越强，但顶角越大，反射损失也增大，通 常为60度角； 线色散率：用dl /dλ表示，两条相邻谱线在焦面上被分开 的距离对波长的变化率； 倒线色散率：用dλ/dl 表示

(2)分辨率 相邻两条谱线分开程度的度量： dn R- b d 元两条相邻谱线的平均波长：△：两条谱线的波长差： b:棱镜的底边长度；：棱镜介质材料的折射率。 分辨率与波长有关，长波的分辨率要比短波的分辨率小， 棱镜分离后的光谱属于非均排光谱。 23:10:37

23:10:37 （2）分辨率 相邻两条谱线分开程度的度量：    d dn R = b  = ： 两条相邻谱线的平均波长；△λ：两条谱线的波长差； b：棱镜的底边长度；n：棱镜介质材料的折射率。  分辨率与波长有关，长波的分辨率要比短波的分辨率小， 棱镜分离后的光谱属于非均排光谱

光栅 透射光栅，反射光栅； 光栅光谱的产生是多狭缝干 涉与单狭缝衍射共同作用的结果 光栅 ,前者决定光谱出现的位置，后 人射狭缝 出射狭缝 者决定谱线强度分布； 单色器 准直 焦距为f 单色辐射 的透镜 强度 单狭缝衍射图 23:1037 首

23:10:37 光栅 透射光栅，反射光栅； 光栅光谱的产生是多狭缝干 涉与单狭缝衍射共同作用的结果 ，前者决定光谱出现的位置，后 者决定谱线强度分布；

光栅的特性 ABCDE表示平面光栅的一段； 光线L在AJF处同相，到达AK 平面，光线L2M要比光线LM多 通过JCK这段距离。FEI=2JCK, 其后各缝隙的光程差将以等差级 数增加，3JCK、4JCK等。 当光线M1、M2、M3到达焦点 时，如果他们沿平面波阵面AKI 同相位，他们就会产生一个明亮 的光源相，只有JCK是光线波长 的整数倍时才能满足条件。 平面透射光栅的衍射图 23:10:37

23:10:37 光栅的特性 ABCDE表示平面光栅的一段； 光线L在AJF处同相，到达AKI 平面，光线L2M2要比光线L1M1多 通过JCK这段距离。FEI=2JCK， 其后各缝隙的光程差将以等差级 数增加，3JCK 、4JCK等。 当光线M1、M2、M3到达焦点 时，如果他们沿平面波阵面AKI 同相位，他们就会产生一个明亮 的光源相，只有JCK是光线波长 的整数倍时才能满足条件