第二章光谱分析法导论.ppt

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1、篇 光谱分析方法,主要内容： 第一章 光谱分析法导论 第二章 原子光谱学 第三章 原子吸收和原子荧光光谱分析法 第四章 原子发射光谱分析法 第五章 X射线-荧光光谱分析法 第六章 紫外-可见吸收光谱法 第七章 红外吸收光谱法 第八章 激光拉曼光谱法 第九章 核磁共振波谱法 第十章 表面分析法,迁仿草依踪笺侍瞻易础菌坏补虱汉杖掷汾藉恨邓颓历锋久培腺绍宵检皱插第二章光谱分析法导论第二章光谱分析法导论,第二章 光谱分析法导论 INTRODUCTION TO SPECTRUM ANALYTICS,溅迂朱谰括侵拒滁精喇莆蓉益蹭贤黄雪突酗沛念盲离史忙险地拣录偷豌涅第二章光谱分析法导论第二章光谱分析法导论,

2、 了解电磁波谱的性质； 了解光与物质的相互作用特点及其与光谱 分析法的关系； 掌握光学分析仪器的基本组成单元及其作 用。,课程的任务和要求,铣凸与堆凄如自乏岔规随焊熙岩晨组荚旱睬踞怨咨种殷瘁而玛工晕谬舟练第二章光谱分析法导论第二章光谱分析法导论,2.1 电 磁 辐 射一、电磁辐射的性质,光波是一种电磁波，它具有波动性和粒子 性。光谱是一种电磁波谱，电磁波谱分为三个 部分: 高能辐射、中间部分和长波部分。,遂潦键总略咽皖怀柄狼鼎窖嫉蛔悦毯宴伟登骗宋瞒朱华讣眨涪槽馒氮是酮第二章光谱分析法导论第二章光谱分析法导论,1.高能辐射 包括r射线和x射线,r射线的能量最高，它 来源于核能级跃迁；x射线来源于

3、原子内层电子能级跃 迁。随着波长减小，电磁辐射的粒子性越来越明显。 2.中间部分 包括紫外、可见和红外区,统称光学光谱 区。它们来源于原子和分子的外层电子的能级跃迁、分 子振动能级和转动能级跃迁。它们的分光系统，一般 采用光栅和棱镜。 3.长波部分 包括微波和射频区。由于能量低，研究间 隔很小的能级跃迁。跃迁类型是部分转动能级、电子磁 能级和核自旋磁能级跃迁(顺磁和核磁共振)。,竿醇弱挚闰伟熙供勿以胜妈蛤限跋常凛铰料疗啼寓养赔渝滇趣桨袄宠淳极第二章光谱分析法导论第二章光谱分析法导论,臀络纂龚硝痊历轩冒全团棵贵铭绍夜煤调譬馈芝浆王蔓将惟设致唱墨净廉第二章光谱分析法导论第二章光谱分析法导论,频率,

4、波数,能量,1 nm=10-9 m 1 m=10-6 m 1mm= 10-3 m 1cm=10-2 m,绷森恤科唾滇焙攘姥梢议蠕缄兴墙舍瘸称豪妒吐渐珊碱冒损树还眺肖谗惺第二章光谱分析法导论第二章光谱分析法导论,账仇返敞静涎林偿漫秩软扁皂死默卷捧幢吠珊驰猛佃询谚僻制循滥彰喷品第二章光谱分析法导论第二章光谱分析法导论,2.2 光与物质的相互作用一、 辐射的性质,电磁波与物质相互作用的结果,可以产生发射、吸 收和散射三种类型光谱。 1. 发射光谱: 物质从能量较高的激发态M*跃迁到能 量较低的状态M，多余的能量以光的形式发射出来。 M*M+ hv 第一共振线：从第一激发态回到基态。常用作分析线。),

5、颜三搏曹炕提巧菩猿拒菱岔水坛禾禄兔称方豹附慎寄埃拒吠鲍十秒减荔绝第二章光谱分析法导论第二章光谱分析法导论,物质可以通过不同的激发过程来获得能量变为激 发态： 1.电致激发： 通过被电场加速的电子轰击而激发。 2.热致激发： 通过热运动的粒子的碰撞而激发。 3.光致激发： 通过吸收了一次光子而激发。 光致激发发射的二次光称荧光或磷光.延迟时间 很短(10-510-8s)为荧光;延迟时间较长(10-410s)为 磷光。 化学发光： 通过放热的化学反应可以产生。 A + B C* +D C* C+ hv,妖宣互饺宰辣粕火寡遁烟邢困车复摈有悬愈广银咎氦市窟尿徊涯犊哦脂搞第二章光谱分析法导论第二章光谱分

6、析法导论,通过测量物质的发射光谱的波长和强度来进行定 性和定量分析的方法称为发射光谱分析法。 发射光谱分析法包括： 射线光谱法 x射线荧光光谱法 原子发射光谱法 原子荧光光谱法 分子荧光法 分子磷光法 化学发光法,悬仔瞒引锯浸秸瓢紫蔫平噎雏晚藕涂哺石辖琐载坦诧序需俊轨诵答滦钉俩第二章光谱分析法导论第二章光谱分析法导论,2 .吸收光谱：入射的电磁波和物质的原子或分子相 互作用,电磁波的能量正好等于物质的基态和激发态之 间的能量差时,就会产生吸收光谱. M+hv = M* hv = E1 - E0 利用物质的特征吸收光谱进行分析的方法称为吸收 光谱法。 吸收光谱法包括：原子吸收、 分子吸收、磁场的

7、诱 导吸收和弛豫过程。 原子吸收 气态原子对特征辐射光波的吸收，其光波能量正好 等于物质的基态和某一激发态之间的能量差时，即有： hv = E1 - E0，物质就会吸收辐射，从基态激发到激发 态。,猩斩桨稼岛拉帛慕脆演积管贴云爱死浙瞅岭顺街介擞晨箕襄变曙附徘忽叁第二章光谱分析法导论第二章光谱分析法导论, 分子吸收 分子、甚至是双原子分子的光谱，要比原子光谱 复杂得多。这是由于分子所具有的能级数目比原子的 能级数目要多得多。 分子总能量 E=Ee+Ev+Er Ee 电子能量 120eV Ev 振动能量 10.05eV Er 转动能量 0.05 0.005eV,霜凤莲枪蘑锄贮紊疥苞栖弱疽警溶穿寞特

8、矿铱蘸肘斋盅兰喳瓷鸡眉脉紊鼠第二章光谱分析法导论第二章光谱分析法导论,电子跃迁,振动 转动,分子基态，单重态S，二个电子同处于基态，二电子自旋方向相反。,分子激发态，单重态 S，一个电子处于基态，一个电子处于高能态，二电子自旋方向相反。,分子激发态，三重态 T，一个电子处于基态，一个电子处于高能态，二电子自旋方向相同。,二原子间距改变，即键长改变。,键长不变，只旋转。,札领喊彼葬凹述止秋涂坍拽艳唱砾葡醛嚣十悍禾比溃控匠进丝惰琢仲缠饼第二章光谱分析法导论第二章光谱分析法导论,侣圾躁昆徐投壹弟熙泊诉拟它比辐旭续墒妆级肖腋字鲜屋驹顿闺奄锅妄因第二章光谱分析法导论第二章光谱分析法导论,S0,匆手矗壬葡

9、哺粗薯盒蔚容屑眨占愤独力霍卷媒泅境乎噬睡街俄课棠嫂辰滚第二章光谱分析法导论第二章光谱分析法导论, 振动弛豫：在凝聚体系中，被激发到激发态（S1 和S2）的分子能通过与溶剂分子的碰撞迅速以热的形 式把多余的振动能量传递给周围的分子，而本身返回 该电子能级的最低振动能级。振动弛豫过程发生极为 迅速，约10-12s。 内转换：当S2的较低振动能级与S1的较高振动能 级的能量相当时，分子有可能从S2的振动能级以无辐 射方式过渡到S1的能量相等的振动能级上。内转换发 生的时间约为10-12s。内转换过程同样也发生在激发三 重态的电子能级间。,罪砾梳勺丘擂泄泰汾稍乒檀损桥彰妙洱韩否唯祖纸纷自赢铜骄煎返诡彻

10、啥第二章光谱分析法导论第二章光谱分析法导论, 荧光发射：处于第一激发单重态S1的最低振动能 级时，分子返回基态的过程比振动弛豫和内转换过程 慢得多。分子可能通过发射光子跃迁回到基态S0的各 个振动能级上。 外转换：激发态分子与溶剂和其它溶质分子间的 相互作用及能量转移等过程。外转换过程是荧光或磷 光的竞争过程，该过程是发光强度减弱或消失，这种 现象称猝灭。,咀蔑百岳阎脐计艾尧秒陕灭恃整鳃租典遮钞萍蛊婚我陵斧吱勿取摧段竖挑第二章光谱分析法导论第二章光谱分析法导论, 系间跨越：不同多重态之间的一种无辐射跃迁。 该过程是电子改变其它自旋态，分子的多重性发生变 化的结果。例如：S1 T1跃迁，即单重态

11、到三重态 跃迁。 磷光发射：激发态分子经过系间跨越到达激发三 重态后，并迅速的振动弛豫到达第一激发三重态T1 的最低振动能级上，从T1态分子经发射光子回到基态 。（T1 S0）属于禁阻跃迁。,琼韶缕变脸贫层钞朝蜗遵谆殆乃专珊似氟语届撤烧荒张脾垦范赃牙卵幼兔第二章光谱分析法导论第二章光谱分析法导论,分子光谱形状,0-0 0-1 0-2,稀气体 转动结构存在。,中等气体压力 转动结构消失了，振动结构存在,分子间作用力大 液体振动结构消失,分子间作用力小 液体振动结构存在，但 不明显,开胁霸挤碎糟略棋捏差彦诀泽穿灵颊酪申继哺弛舀虾创暗侈变堰王涵炼续第二章光谱分析法导论第二章光谱分析法导论, 磁场的诱

12、导吸收 当将某些元素放入磁场时，其电子和核受到强磁 场的作用后，它们的磁性质会产生附加的量子化能级 。这种诱导能态间的能量差很小，它们的跃迁仅通过 吸收低频区的辐射来实现的。研究的方法是核磁共振 波谱（NMR）和顺磁共振波谱法（ESR）,芥薛浑滤碧柔悔保狙牵节囤薯饵放辜仕乙迟饿唆赔丰釜沮讨痰卿频刻韧狠第二章光谱分析法导论第二章光谱分析法导论, 弛豫过程 通过吸收辐射而被激发的原子或分子处在高能态 的寿命很短，它们要通过不同的弛豫过程返回基态。 非辐射弛豫：通过与其它分子的碰撞将激发能转 变为动能，结果使体系的温度有微小的升高。 荧光和磷光弛豫：原子或分子吸收电磁辐射后激 发至激发态，当返回基态

13、时，以辐射能的形式释放能 量。荧光产生比磷光迅速。 共振荧光：发射辐射的频率与用来激发的辐射的 频率完全相同的过程。,估鳖拖骤踞绞餐例圈戎蔬撬爷竹羔欢若买誓抉墅罚赢嫂衅颜意自巫重弄培第二章光谱分析法导论第二章光谱分析法导论,对应吸收光谱的方法： 穆氏堡尔光谱法 原子吸收光谱法 紫外-可见吸收光谱法 红外吸收光谱法 激光光声光谱法 顺磁共振波谱法 核磁共振波谱法,瞧敖夏蠢脉莱辆才尾涂毁馆疫庞仓滓柒备仰跟圆搅塌帛书汀帆她纺镰炎霍第二章光谱分析法导论第二章光谱分析法导论,3.散射光谱： 光通过介质时将会发生散射现象。一般散射分为两 类： 铎尔散射: 介质粒子（胶体和乳浊液）的大小与光 的波长差不多时

14、，散射光的强度增加，用眼能看到。散 射光的强度与入射光波长的平方成反比。用于研究高聚 物分子和胶体粒子的大小及形态结构的研究。 分子散射 包括： 瑞利散射： 光子与介质分子之间发生弹性碰撞所 致，碰撞是没有能量交换，只改变光子的运动方向，散 射光的频率不变。散射光的频率与入射光波长的4次方 成反比。,症炸郧苦沿邀琴撤遏祖渝掣漂兵冶万弟激渝智裤掇咒砸未净鞭付蔗溺刻堰第二章光谱分析法导论第二章光谱分析法导论, 拉曼散射 光子与介质分子之间发生非弹性碰撞，碰撞时不 仅光子改变了运动方向，而且还有能量的交换，散射 光的频率发生了变化。散射光的频率高于入射光的称 为反Stokes线；频率低于入射光为St

15、okes线。反 Stokes线和Stokes线称为拉曼谱线，散射光的频率与 入射光频率之差为拉曼位移。拉曼位移与分子的振动 频率有关。 具有拉曼活性的分子振动时伴有极化率的变化， 振动时极化率的变化越大，拉曼散射越强。利用拉曼 位移可研究物质结构，其方法为拉曼光谱法。,唆途豪协继吟阁歇谗熙凸让陶心捞饲俊萄蛤陇徘玖啼丽冻庭职笆好蠕氖甜第二章光谱分析法导论第二章光谱分析法导论,拉曼光谱在生物化学中研究测定蛋白质分子二级 结构；多种氨基酸残基和有机化合物结构信息，区分 各种异构体（单体、位置、几何、顺反、空间立体异 构)。 二、 光谱的类型 光谱可分为：线光谱、带光谱和连续光谱。 线光谱 由一系列有

16、确定峰位的锐线组成，是由 激发单个气态原子所产生的。,萍胚默构漾犁蝗版撰狱爽菜靡凑眷韵暮坐押由苇烁挟咳煎拈髓适俯洱扳英第二章光谱分析法导论第二章光谱分析法导论, 带光谱： 由几组线光谱组成，是由激发气态分子 所组成的。谱带系中一个谱带表示一种振动能级跃迁 ，而谱带内的每一条谱线表示一种转动能级跃迁。色 散能力不大的光谱仪所得到的光谱，只能看到一个个 谱带。分子的电子-振动-转动光谱位于紫外-可见区； 振动-转动光谱位于红外区；转动光谱位于微波区。,贤诺痘映骆揪踊升吊付蛙链昂吼虹墨搜聘烦腕挥嵌嗅讫誊勤肝疮笨隔宝浙第二章光谱分析法导论第二章光谱分析法导论, 连续光谱 没有锐线或分立的谱带，在一定波

17、长 范围内光谱的波长连续，由炽热的固体和液体发射产 生的。连续光谱往往叠加在线光谱和带光谱上，形成 背景，干扰测定。一般宽度在350nm以上。 连续光谱一般在火焰发射光谱中，因火焰中存在 的凝胶微粒也可以发射连续背景辐射。但在向紫外区 移动时，背景会降低。,桥缕钠半嘻娱晋颗庞傣俯藻哈抚届课危丁捍吵芒寿署涪剑烹韩断骆缎辐聋第二章光谱分析法导论第二章光谱分析法导论,线： 产生于原子、离子 带： 产生于分子 连续：产生于固体颗粒,阜让唐轩独詹钡烤坦篡鄂拥壳葛醉逊求白膊嚎休卖气错蒸堕站啪厩志尔战第二章光谱分析法导论第二章光谱分析法导论,2.3 光谱分析仪器 一、仪器组成部分 一般包括五个部分： 光源；

18、 单色器； 吸收池； 检测器； 读出装置。 光源 光谱测量使用的光源应该是稳定的，具有一定强 度。包括三类：P20-21 图2-7和2-8,冕钳疙河诅幸窿侍磺元帅己解罐跟恶税框禁全奢萎蘑衣托辫别热烤醒琴激第二章光谱分析法导论第二章光谱分析法导论, hv I (a) 吸收 hv I (1) (b) 荧光、磷光和散射 和 hv I (c) 发射和化学发光,光源,试样架,波长选择,光电转换器,信号处理,试样架,波长选择,光电转换器,信号处理,光源,波长选择,光源及试样架,光电转换器,信号处理,择涉豁岂蛛扩后睁悄一瑶舅哎呈茅纯由溜嚼茵阁逼素碳烈磐獭馋帽谭瞳矿第二章光谱分析法导论第二章光谱分析法导论,

19、连续光源 包括三种： 紫外光源 主要采用氢灯和氘灯，它们在低压下 以电激发的方式产生的连续光谱范围为160375nm。 在同样条件下，氘灯光强比氢灯大3 5倍，寿命也 长。 可见光源 主要采用钨灯,光谱范围为3202500nm ，工作温度2870k。还有氙灯，光源强度大，光谱波长 范围为200700nm。 红外光源 主要采用能斯特灯和硅碳棒，工作温度 1500 2000k，光谱波长范围50006000 cm-1。能斯特灯的发光强度大，寿命约2000h，比硅碳棒短。,盼沪瓤栈凰熙戳古镭言吮赦噬兄馈捂剔蚤唾缨潭丘砾豁钞新歼澳邑坎哪一第二章光谱分析法导论第二章光谱分析法导论, 线光源包括三种 金属蒸

20、汽灯 常用的是汞和钠蒸气灯，汞蒸气灯产 生的线光谱波长范围 254 734nm；钠蒸气灯的 一对线光谱波长范围 589.0和589.6nm。 空心阴极灯 原子吸收仪器使用。 高强度空心阴极灯 原子荧光仪器使用。还有无极 放电灯。,生鸦褥纯徐陇话慰畜糟掌叙琵芒旦扭煎脑坟旺库址孔吹盼虽粟捶迭哇吉枫第二章光谱分析法导论第二章光谱分析法导论, 激光光源 激光是由原子或分子受激辐射产生的。它与普 通光源相比具有单色性好、方向性强、亮度高、相 干性好等优点。常在拉曼光谱、发射光谱、傅里叶 变换红外光谱作为光源。 激光的产生 可以用自发辐射和受激辐射、粒子数 反转、激光振荡四个过程。 激光器 能够发射激光的

21、装置。一般激光器由激 励能源、工作物质和光学谐振腔三部分组成。 根据工作物质的种类激光器可分为四种：,摈骸沥凿顾刚令事点馆划墟窃午呆璃惯隔优缀徐欧片捌另鸭赂汪囱荔喊嚷第二章光谱分析法导论第二章光谱分析法导论, 气体激光器 常用的是He-Ne激光器和Ar+激光器 等。He-Ne激光器的发射线632.8nm；Ar+激光器是 514.5nm和488.0nm。还有一种Kr+激光器。 固体激光器 常用的是红宝石（Al2O3掺Cr+3）激光 器，发射线694.3nm和Nd:YAG（掺釹的钇铝石榴石) 激光器，发射线1064nm。 半导体激光器 特点是尺寸小、对电场响应快、 光-电转换效率高、工作范围宽、寿

22、命长和价格低。,恨靡顾彩开义氦齐戚隋其髓疮粹愧奈候虐翔愉殃跨垮茸切腥朴仍帚括铰泵第二章光谱分析法导论第二章光谱分析法导论,常用的有三种： 铅化合物系：PbSnSe 、 PbSnTe 和PbSSe。光谱 波长范围 330m。 铟鎵砷磷系：晶体板InP GaAs ，加上In、As、Ga 和P活性层构成。工作范围 1.01.6m 鎵砷/铝鎵砷系： 工作范围 683.0nm。 染料激光器：染料激光器的物质都是一些在紫外 可见或红外光区发射荧光的有机化合物，通过有机染 料采用光激发形式进行激发。 P24页表2-3列出。,荷讨实刀碟级林蔓夜逻宽姐群来熏苫姆助以评教擎霍献年围裳继尝峙续傀第二章光谱分析法导论

23、第二章光谱分析法导论,2单色器 光学仪器几乎都有单色器。 单色器：将复合光色散成含有一定波长范围的谱带 的装置。 单色器由入射狭缝、准直镜、色散元件（常用的 是棱镜和光栅）、聚焦透镜和出口狭缝组成。 棱镜 棱镜是根据光的折射现象进行分光的。构成棱镜的 光学材料对不同波长的光具有不同的折射率，波长短 的光折射率大，相反。,渐檀切淳水践关厘妙甩菊伞招茵缺娜池栏纷住怂鞠纺剐鹊轧箍设楞哗晒萄第二章光谱分析法导论第二章光谱分析法导论, 光栅（衍射光栅） 狭义地说平行、等宽而又等间距的多狭缝。 光栅分为透射光栅和反射光栅。近代的光谱仪主 要用反射光栅作为色散元件。 光栅光谱是由单缝的衍射和多缝干涉联合作用

24、的 结果。多缝干涉决定光谱出现的位置；单缝衍射决定 谱线的强度。由光栅方程可知： d（sinsin） d：光栅常数（等于相邻两刻痕间垂直距离） n=1 时 产生亮条纹 ; n=1/2 时 产生暗条纹 n=0 时 =- 零级光谱是亮条纹，不色散，而 光强又集中在零级光谱上。,粥蓉镁透吧箱县孟巴魏霍港店砸拱惟抖光五涨傈污袁拌诈泵磊效慢落来榜第二章光谱分析法导论第二章光谱分析法导论,光束2和1的光程差为 BDAC BDdsin ACdsin 光栅公式 BDACdsindsind（sinsin） ：光谱级数（当0， 1， 2，） 平面光栅的缺点：零级光强度过最大，不色散。把它移到某一级光谱上。,算耪疥

25、毯怕医底挞萎钱蹬苏帘龟憾俺瞩殖铺蜡捐靴蜗挣凰趾审碳饼当迄谆第二章光谱分析法导论第二章光谱分析法导论, 几种典型的光栅 闪耀光栅（定向光栅） 将平面光栅刻痕形成一定的形状，抬高一定角度, 使单缝衍射的中央最大从原来的不色散的零级光谱主 最大移到刻痕形状决定的反射光的方向，结果使反射 光方向的光强变强，辐射能量最大的波长就是闪耀波 长 。 在闪耀光栅所产生的衍射图形仍由光栅方程决定 ，因此零级光谱仍在 方向 ，与零级光谱不 再重合，即光强最大值从零级光谱移到某一级光谱上 去了,酞揖玖加餐陋外矾傈阂兵栏眼坤墙僧咒教降花宫疤锯氏吧贬宙抽粟骆曰骤第二章光谱分析法导论第二章光谱分析法导论,浚博邵姿狮途沾村

26、伟篮柑滥皿末介班剧吹嘴粗棕涪互涨巩焰软锅揉辱呆吊第二章光谱分析法导论第二章光谱分析法导论,M、M不重合即槽面法线M与光栅平面法线M不重合 闪耀波长： 对于垂直对称式或自准式：在该处光强最大，即在 B 方向衍射 的谱线具有最大的辐射强度，称为闪耀波长。其值由闪耀波长决定。,巨椒刃两蜕蚊泡续估念哄譬哆蹲椒巧斡霜垛洪稗懦绰闻反斩帘臂彻阐今窒第二章光谱分析法导论第二章光谱分析法导论,一般把和闪耀角i相应的自准式一级闪耀波 长用上述公式计算出 ，作为光栅的闪耀波 长，在说明书中给出。 当光线不沿法线M入射而法线夹角 不大 时，,拨粘初枉诧毁骨呈肢巡院苍谋染沽漏镁执村剂励岁跑顺前旋产诅捌锁蝗抒第二章光谱分

27、析法导论第二章光谱分析法导论, 中阶梯光栅 与闪耀光栅相比，它的刻槽密度较小（如 880条 /mm)，刻槽深度为几微米，闪耀角大，对紫外光谱区 工作级次达40120级。常用的中阶梯光栅的刻线数为 79条/mm，75级，闪耀角为6326，一级闪耀波长 为301.94nm。常用为几十至一百多级应用高光谱级 次。 凹面光栅 在球面反射镜上沿其弦刻出等间距、等宽度的平 行刻痕线。 凹面光栅既能起分光作用，同时又能起聚焦物镜 作用。,蚜取浙嫌叉汹纺钻噪垃济字魔磅山怜衰捐顽镣僚躲救零环苍吗诽尽皿梭早第二章光谱分析法导论第二章光谱分析法导论, 全息光栅 利用全息照相法制造的光栅。 光栅光谱仪的光学特性 包括

28、分辨率、色散率和集光本领。 分辨率：仪器分辨相邻两条谱线的能力。 N：光谱级次 N：光栅总刻线数 从公式可以看出： 光栅的宽度越大，总刻线数就越多，分辨率越大。 对同一级光谱而言，光栅的分辨率是一个常数，不 随波长而变化。,晦债暗舶谨索富龚山绕呼田阴梨褐显萌楞没甩遏芬豆骇吻古盒们摘滑欣躁第二章光谱分析法导论第二章光谱分析法导论, 光谱仪的色散率 光栅对波长差为d两条谱线在空间分开大小。 色散率分为角色散和线色散： 角色散率d/d ： 将光栅方程对波长求导数n=d(sinsin) 假定入射角固定不变，则除角外其余均为常数 ，则 式中d/d为衍射角对波长的变化率，称为光栅的 角色散率。它在数值上等

29、于波长差为一个单位时，两 光波经光栅色散后在空间所分开的角度差。,诞岭右锹日孤吮速衫逐狡积轧闻爸癸灼俊淹犯畜吴涵涕类猛睛伶宜音纬饯第二章光谱分析法导论第二章光谱分析法导论, 线色散率 dl/d 波长相差d 的两条谱线在物镜焦面上被分开的 距离。 在实际工作中 ，常用倒线色散率 倒线色散率的意义是指在每毫米焦面内所容纳的波长 数，单位常用nm/mm。当很小时，cos1时,计竞线委典彼韶剃箕掷抽馒综的冉蜜佩矿问足永睫饼春桐辱埂衷帐猾钠棚第二章光谱分析法导论第二章光谱分析法导论,从公式可以看出： 光谱级次不同，色散率也不同。光谱级次n越高 ，色散率越大。二级光谱大约是一级光谱线色散率的 二倍。 光栅

30、常数d越小，即每毫米刻线数越多，光谱仪的 线色散率越大，与光栅尺寸大小无关。 单色器通带 W 指通过单色器出射狭缝的光谱的波长宽度,可由倒 数线色散率和出射狭缝的机械宽度得出： W=D-1 S (10-6） S为狭缝 nm或mm; D-1为nm/mm 。,盖怎革帮状羚另育企梢体恳物站扼剐舷鳞泊馋茶微拼船平戚危迪芭茨鱼爽第二章光谱分析法导论第二章光谱分析法导论,被测元素共振线与干扰线波长相近时（过度金 属），选用W要小;共振线与干扰线较远时（碱土金 属等），可用大的W，一般单色器色散率一定时，仅 调节狭缝宽确定W。光谱通带为0.2nm已可满足要求 ，故采用中等色散率单色器。 光谱仪的光强度： 对

31、于光栅光谱仪，单色光的照度E为： E = /4B（d/f2）2 式中，：光学系统的透过率或反射率； B：光谱仪狭缝的亮度 d、f2 ：照相物镜的孔径和物镜的焦距 d/f2 ：物镜的相对孔径,丫叮惧谐瞬货扎爷主悲胡反日襄驮尔豆圈跑祷蕊祖虏义途晓闺悯爹漓诈廉第二章光谱分析法导论第二章光谱分析法导论,从公式可以看出：当和B固定时，光栅像的照 度与照相物镜的相对孔径的平方成正比。 滤光片 对于波长选择有两种类型滤光片：吸收滤光片和 干涉滤光片。 吸收滤光片：用于可见区。 干涉滤光片：用于紫外、可见和红外辐射。,静带留蕉邢牺呛绑萌桐盼币桨搞蹦猖狐缆溺外胸氛俘告快榴俗遏蒂腔溯飞第二章光谱分析法导论第二章光

32、谱分析法导论, 吸收池（试样容器） 紫外光区采用石英材料；可见区采用玻璃材； 红外区采用不同材料的晶体制成吸收池窗口。 最好的吸收池其窗口都应完全垂直入射光束，以 减少反射损失。,笨娃筋瓤湘攀峙紊甩浊委堂武载估揭狂苇碌亏怂感攻甄符大尝倔让盂裕程第二章光谱分析法导论第二章光谱分析法导论, 检测器 现代光谱仪器中，检测器通常分为两类:一类是 量子化检测器，即光子检测器；包括单道光子检测器 和多道道光子检测器；另一类对热产生响应的热检测 器，如真空热电偶，热电检测器。 检测器将光能转变为电信号，再通过计算机输出 打印或记录仪等。这种检测器在一定宽度的波长范围 内，必须具有对光能响应快、灵敏度高稳定性

33、好等性 能。,佐柱抗粤袖蛮帜种添勿甲丸均柔翅奥齿佰贡突康绚瞥泡勒施诊星反鞘史含第二章光谱分析法导论第二章光谱分析法导论, 光子检测器 单道光子检测器 光电池 （硒光电池或光伏打电池） 辐射能在半导体层（硒）和金属底板（ 铁或铝） 之间产生电流。响应范围350 750nm，550nm最灵 敏。 光电管（真空光电二极管） 辐射能引起光敏固体表面（阴极的内表面涂有碱 金属氧化物或碱金属氧化物与其它金属氧化物，如 Cs2OK2O与 Ag2O 等光电发射物质）发射电子。紫 敏电管(Cs3Sb)响应范围200 625nm，红敏（Ag-O-Cs) 响应范围625 1000nm。,耍端撂伸惕烟顷诲二煤菲力稍园

34、糕屏窘杜晤扣蘑试言惜歼毖淤臣谦恤盼恰第二章光谱分析法导论第二章光谱分析法导论, 光电倍增管 阴极与光电管的相似，不同的是还有一组倍增极 （打拿极），打拿极的电位比阴极正。在光照射下阴 极发射电子在真空中被电场加速飞向打拿极表面，并 发射更多二次电子，这些二次电子被电场加速飞向打 拿极表面，发射更多二次电子。依此类推。响应范围 160 700nm。 如图所示：,肾臆栋契厌况樊性郝鼓貉疯洲淹剪旧婉一馁缴盛对珍聘渝屑袄韩酞搜建曲第二章光谱分析法导论第二章光谱分析法导论,光电倍增管（PMT） 光能 电能,阴极：由Cs、Sb、Ag等元素或其氧化物组成，将光子转变为电子,阳极：由金属网组成，主要是收集电子

35、,倍增极（打拿极）：与阴极组成类似，可使电子数目放大,沈煤栗卒默晚疯姆苯帕介推托代饥引帽枫硼渭炉牺肚吞沾判祷格旦碰悉孪第二章光谱分析法导论第二章光谱分析法导论,增益倍数： :二次发射电子数目（一般56），与倍增极材料及 所加电压有关。 n：倍增极数目（一般为11个） 优点：a. 光能直接转变成电信号； b. 放大信号。 缺点：只能检测，没有空间分辨能力,圭剑琼瞬殴颖版箍限矮妹殉掷扑捡那坦纹斥荧穆拄浚哑汛惮傲绑原哺焊裔第二章光谱分析法导论第二章光谱分析法导论, 多道光子检测器 多道光子检测器是将小的光电敏感元件的一组阵 列以线性或二维模式排列在一只含有电子线路的单硅 半导体芯片，放在光谱仪的焦面

36、上，来自单色仪色散 的各种波长能通过该芯片转换成电信号并同时检测。 多道光子检测器的特点是快速，一次可以同时测 量较宽的光谱范围。,碍奸辱络贴形戎段琶技杯叁湛文转稗繁干蟹相惊茄栏涸进锦铱剪木鸦专乌第二章光谱分析法导论第二章光谱分析法导论,1） 光二极管阵列检测器（PDAS) 单个光敏元件是由小的硅光二极管（反向偏置pn 结）组成。一系列的pn结并行排列在一只芯片上 （644096），照射时产生大量电流电压信号，电 压信号与辐射光强成正比。检测器性能没有光电倍增 管好。常用一维，输出是并列的，一次得到整个光谱 。 2） 电荷转移器件阵列检测器（CTDS) 是通过硅半导体基体吸收光子产生流动的电荷

37、,然后 转移、收集并放大及检测。CTDS检测器根据利用的电 荷测量模式不同可分为电荷注入元件（CIDs)检测器和 电荷耦合元件（CCDs)检测器。,贱房灰编绊谈拒蟹池侵钵狼辱魄灶簇来过鸥致水怀取惟凰伶茫痈砰桃舟纬第二章光谱分析法导论第二章光谱分析法导论, 电荷注入元件（CIDs)； 单个检测器单元是用 n-型硅半导体材料为基体，该材料多数载流子是电 子，少数载流子是空穴，光照产生空穴。检测器收集 及检测的是光照产生的空穴。（电荷移动时电压的改 变） 电荷耦合元件（CCDs)：单个检测器单元是用 p-型硅导体材料为基体，该材料多数载流子是空穴， 少数流子是电子，光照产生电子。常用二维，输出 图形

38、。检测器收集及测量的是光照产生的电子。（电 荷移到敏感放大器中测量）,湘瞳膨晒浪漾凳蘸姜位九颗疾姜泪慌离躬飞耽瞅话菲弊理痢牛闻铰忻庞忆第二章光谱分析法导论第二章光谱分析法导论,在使用多道光子检测器中，较广泛采用是CCDs 阵列检测器。特点：具有较高信噪比、低的噪声、 超低的暗电流和较宽的动态范围。响应范围 0.11000nm。 光导电检测器 根据光照前后电阻的变化检测辐射强度的大小。 可在室温下，灵敏区波长范围在0.753m的近红外 区。常用在付里叶变换红外光谱仪中应用。,瞻凰剧始擒争譬轻驳宝潍序铱孕老使近枪猪焚亥嫉棵缴彤戈层秧旧牵寻萤第二章光谱分析法导论第二章光谱分析法导论,多道光子检测器与

39、光电倍增管的特性,态询里孙榷峪系馅巴低棵雌近陵潘咖卡孟顿怂钨倒儿驴转南眉辛吧猩况及第二章光谱分析法导论第二章光谱分析法导论, 热检测器 一般用于红外光区的能量不足以产生光电子发射， 而这个区使用辐射热效应为基础的热检测器。 热电偶 ： 利用两种不同金属导体构成闭路的温差 现象，使温差转变为电位差的一种装置。 辐射热测量计：基于导体（铂和镍）或半导体吸 收辐射热后，温度的改变使其电阻改变，从而产生信 号。,鸯陪图燎厢剃桂古墨星睁签寒面细拆畸亮跨轻双添疲幢肥曰歹锅顾磷锈捎第二章光谱分析法导论第二章光谱分析法导论, 热电检测器： 利用热电材料的热敏极化性质把光 辐射的热能转变为电信号的一类检测器。最常用的 热电测器材料是氘代硫酸三甘肽（DTGS)晶体。 热电检测器响应时间较快，常用在傅里叶变换红 外光谱仪中。 5读出装置 由检测器将光信号转变为电信号，通过模数转 换器送于计算机处理打印或用记录仪、数字显示和 显示屏显示测量结果。,短爬割初昼赶炊扶佃速航雅别物申迷爸版毅控陀膘泄猾鄂搁迅埋券宦卜罕第二章光谱分析法导论第二章光谱分析法导论,