文档介绍：第三节
光谱分析仪器与光学器件
光谱法仪器的基本流程
光谱仪器的基本器件
第十章 光学分析法基础
Instruments for spectro-metry and optical parts
Fundamental of optical analysis
2017/11/11
光谱分析法仪器的基本流程
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。
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光谱仪器的基本单元
1. 光源
依据方法不同,采用不同光源: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。
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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:进口狭缝;准直装置(透镜或反射镜) ; 色散装置(棱镜、光栅)。
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(1)棱镜
棱镜对不同波长的光有不同的折射率,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。
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棱镜的特性与参数
(a)色散率
角色散率:用dθ/dλ表示,偏向角θ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 /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。
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(b)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;
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。
△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。
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(2)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。
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(a) 光栅的特性
ABCDE表示平面光栅的一段。
光线L在AJF面同相,到达AKI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。
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光栅的特性:
如果: d = AC = CE
JC + CK = d (sinα+sinθ) = nλ
即光栅公式:d (sinα+ sinθ) = nλ
α、θ分别为入射角和反射角;整数 n为光谱级次;d为光栅常数。
α角规定取正值,如果θ角与α角在光栅法线同侧,θ角取正值,反之取负值。
当n=0时,零级光谱,衍射角与波长无关,无分光作用。
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