光谱法仪器与光学器件ppt课件

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 光谱分析导论,an introduction to optical analysis,instruments for spectro-metry and optical parts,1,一、光谱分析仪器的基本流程 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；,2,二、光谱分析仪器的基本单元 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；,3,2.单色器,单色器：能从光源波长连续的复合光中分出单色光的光学 装置。 主要部件： （1）入射狭缝、出射狭缝； （2）准直镜(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(偏转角、衍射角）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,4,5,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；,棱镜的光学特性可用色散率和分辨率来表征；,6,棱镜的特性与参数,（1）色散率 角色散率：用d/d表示，偏转角对波长的变化率；,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 /d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，,7,（2）分辨率： 相邻两条谱线分开程度的度量,：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。,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。,=S/(dl/d),棱镜的分辨能力取决于棱镜的几何尺寸和材料,8,光栅,光栅作用根据衍射和干涉的原理 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；,9,光栅的特性与参数：,光栅的特性可用色散率和分辨率来表征，当入射角不变时，光栅的角色散率可通过对光栅公式求导得到：,d/d为入射角对波长的变化率，即光栅的角色散率。,当很小，且变化不大时，cos 1，光栅的角色散率决定于光栅常数 d 和光谱级数n ，常数，不随波长改变。均排光谱（优于棱镜之处）。 角色散率只与色散元件的性能有关；线色散率还与仪器的焦距有关。,10,光栅的线色散率,f 为会聚透镜的焦距；,n为光谱级次；,倒线色散率：用d/dl 表示,11,光栅的分辨率R,光栅的分辨率R 等于光谱级次（n）与光栅刻痕条数（N）的乘积：,光栅越宽、单位刻痕数越多、R 越大。,宽度50mm，N=1200条/mm， 一级光谱的分辨率： R=1501200=6104,12,狭缝,单色器的进口狭缝起着单色器光学系统虚光源的作用。复合光经色散元件分开后，在出口曲面上形成相当于每条光谱线的像，即光谱。转动色散元件可使不同波长的光谱线从出口狭缝依次通过。 单色器分辨率大小不仅与色散元件的性能有关，也取决于成像的大小，因此希望采用较窄的进口狭缝。分辨率用来衡量单色器能分开波长的最小间隔的能力；最小间隔的大小用有效带宽表示： =SD=S/(dl/d) D为线色散率的倒数；S为狭缝宽度；,13,在原子发射光谱分析中， 定性分析时，减小狭缝宽度，使相邻谱线的分辨率提高； 定量分析时，增大狭缝宽度，可使光强增加。 狭缝两边的边缘应锐利且位于同一平面上；,S ,单色性好 能量 信噪比,14,3.试样装置,光源与试样相互作用的场所 （1）吸收池 紫外-可见分光光度法：石英或玻璃比色皿 荧光分析法：石英比色皿 红外分光光度法：将试样与溴化钾压制成透明片 （2）特殊装置 原子吸收分光光度法：雾化器中雾化，在火焰中，元素由离子态原子； 原子发射光谱分析：试样喷入火焰； 详细内容在相关章节中介绍。,15,4. 检测器,（1）光检测器 主要有以下几种： 硒光电池、光电二极管、光电倍增管、硅二极管阵列检测器、半导体检测器； （2）热检测器 主要有： 真空热电偶检测器：红外光谱仪中常用的一种； 热释电检测器： 5. 信号、与数据处理系统 现代分析仪器多配有计算机完成数据采集、信号处理、数据分析、结果打印，工作站软件系统；,16,内容选择：,第一节 光分析基础 fundamental of optical analysis 第二节 原子光谱与分子光谱 atom spectrum and molecular spectrum 第三节 光谱法仪器与光学器件 instruments for spectrometry and optical parts,结束,17,