韩山师范学院：《大学仪器分析》课程教学资源（PPT课件讲稿）第二章 光分析法导论 第三节 光谱法仪器与光学器件 instruments for spectro￾metry and optical parts

第二章 、光谱法仪器的基本流程 光分析导论 general process of spectromet an introduction to上二、光谱仪器的基本器件 optical analysis main parts of spectrometry 第三节 光谱法仪器与光 学器件 instruments for spectro- metry and optical parts 下一页 05:37:59

05:37:59 第三节 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 个基本单元: 单色器 检测器三 读出器件 光源;单色器;样品;检 山样品 测器;显示与数据处理; 单色器一样品 检测器 光源 读出器件 样品 单色器 检测器 读出器件 光源 各类光谱仪部件图 (a)发射光谱仪(b)吸收光谱仪(c)荧光和散射光谱仪 05:37:59 页 页

05:37:59 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: m10020040070010002000400070001000020000400 连续光源:在较大波长范 波游高空,紫外,可见,近红外 红 外 红外 外 围提供连续波长的光源, 氢灯、氘灯、钨丝灯等; 光 氙灯 H2或D2灯 钨丝灯 线光源:提供特定波长的 能斯特灯(2O2+YQ) 光源,金属蒸气灯(汞灯源 镍铬丝灯 硅碳棒 、钠蒸气灯)、空心阴极 空心阴极灯 灯、激光等; 图不同波谱区所用的光源 05:37:59

05:37:59 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：在较大波长范 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:将复合光分解成单色光或有一定宽度的谱带的装 主要部件: (1)进出口狭缝; (2)准直装置(透镜或反射镜):使辐射束成为平行光线; (3)色散元件(棱镜、光栅):使不同波长的辐射以不同的 角度进行传播; 05:37:59

05:37:59 2.单色器 单色器：将复合光分解成单色光或有一定宽度的谱带的装 置。 主要部件： （1）进出口狭缝； （2）准直装置(透镜或反射镜)：使辐射束成为平行光线； （3）色散元件(棱镜、光栅)：使不同波长的辐射以不同的 角度进行传播；

出口狭缝 色散元件焦元件出口曲面 准光镜 光栅 狭缝 入射狭缝 出射狭缝 单色器的组成图 单色器 05:37:59

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棱镜—根据光的折射现象进行分光 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; 棱镜的光学特性可 用色散率和分辨率 来表征 Comu(考纽)棱镜 Littrow(立特鲁)棱镜 棱镜的色散作用图 05:37:59

05:37:59 棱镜—根据光的折射现象进行分光 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 Comu(考纽)棱镜 Littrow(立特鲁)棱镜 棱镜的色散作用图 角色散率:用dO/d表示,表示偏向角θ对波长的变化率; C de 2 Sin 2 an dn n sin a dn 2 棱镜的顶角α越大或折射率n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; 05:37:59

05:37:59 棱镜的特性与参数 （1）色散率 角色散率：用dθ/dλ表示，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α越大或折射率n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；

(2)分辨率 相邻两条靠得很近的谱线分开的能力: dn R b d 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;n:棱镜介质材料的折射率。 所以,棱镜的分辨能力取决于棱镜的几何尺寸和材料; 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。 05:37:59

05:37:59 （2）分辨率 相邻两条靠得很近的谱线分开的能力：    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。 所以，棱镜的分辨能力取决于棱镜的几何尺寸和材料；  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(p79) 通过在平板玻璃或金属板上刻 划出一道道等宽、等间距的刻痕 制成。常用的光栅刻痕密度每毫 光栅 米为1200条、1800条或2400条;人射狭缝 出射狭缝 根据工作方式不同分为: 单色器 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 单色辐射的透镜 者决定谱线强度分布; 单狭缝行射图 05:37:59 页 页

05:37:59 光栅(p79) 通过在平板玻璃或金属板上刻 划出一道道等宽、等间距的刻痕 制成。常用的光栅刻痕密度每毫 米为1200条、1800条或2400条； 根据工作方式不同分为： 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；

光栅的色散原理 光栅公式:d(sina±sine)=KA q、6分别为入射角和衍 光栅法线 射角 光 K为光谱级次K=0,±1 士2,…整数 d为光栅常数(mm)相邻 两刻痕间的距离,即为光 栅刻痕密度b(mm1)的 d 倒数; 平面反射光栅的衍射图 A为衍射光的波长 05:37:59

05:37:59 光栅的色散原理 光栅公式：d (sinα±sinθ)=Kλ α、θ分别为入射角和衍 射角； K为光谱级次,K=0, ±1, ±2, …整数 d为光栅常数(mm):相邻 两刻痕间的距离，即为光 栅刻痕密度b（mm-1 )的 倒数； λ 为衍射光的波长