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第二章第二章光学分析法导论光学分析法导论光学分析法o原理：基于分析物质发射的电磁辐射电磁辐射或电磁辐射与物质作用而实现分析工作光学分析法导论光学分析法导论1.1.波动性：交变电场和磁场波动性：交变电场和磁场 表征电磁波的波动性的参数：可以用波长、频率、速度c、波数等来表示其特性。一电磁波的基本性质一电磁波的基本性质光学分析法导论光学分析法导论 波长（波长（）：表示相邻两个光波各相应点间的直线距离（或相应两个波峰或波谷间的直线距离）。波波数（数（）：指在单位长度内波的数目。频率（频率（）：指在1秒时间内经过某点的波数（即每秒内振动的次数）。光学分析法导论光学分析法导论2.电电磁磁辐辐射射的的粒粒子子性性：能量为量子化，最小单位“光子”能量能量(E)：光子所具有的能量。光的能量与光的波长及频率间的关系为：=h=hc/式中为光的能量（尔格）；为频率；为波长；h为普朗克常数，其值为6.625610-27尔格秒；c为光速。光学分析法导论光学分析法导论电磁波的种类：电磁波谱电磁波的种类：电磁波谱 波波长长510-30.10.11010200200400名称名称射线射线x x射线射线远紫外光远紫外光近紫外光近紫外光波长4007507501.01061.01061.01091.01091.01012名称可见光可见光红外光红外光微波微波无线电波无线电波光学分析法导论光学分析法导论 射射线线x射射线线紫外紫外光光红外红外光光微微波波无线无线电波电波10-2 nm 10 nm 102 nm 104 nm 0.1 cm 10cm 103 cm 105 cm可可 见见 光光光学分析法导论光学分析法导论二、光学分析法分类二、光学分析法分类 光学分析法光学分析法光谱法：光谱法：非光谱法非光谱法光学分析法中的重点光学分析法中的重点光学分析法导论光学分析法导论 光谱法 光谱法是基于物质与辐射能作用时，测量由物质内部发生量子化量子化的能级之间的跃迁跃迁而产生的发射、吸收或散射辐射的波长和强度波长和强度进行分析的方法。它又可分为吸收光谱法、发光光谱法、拉曼散射光谱法三种。光学分析法导论光学分析法导论 ）吸收光谱法吸收光谱法：它是利用物质吸收光后所产生的吸收光谱来进行分析的方法。光学分析法导论光学分析法导论 ）发光光谱法发光光谱法：物质中的粒子用一定的能量（如光、电、热等）激发到高能级后，当跃迁回低能级时，便产生出特征特征的发射光谱发射光谱，利用此发射光谱进行的分析的方法 光学分析法导论光学分析法导论）散射光谱法散射光谱法：利用物质对光的散射来进行分析的方法。光学分析法导论光学分析法导论非光谱法非光谱法 是基于物质与辐射相互作用时，测量辐射的某些性质，如折射、干涉、衍射、偏振等变化的分析方法。主要有折射法折射法和旋光法旋光法。光学分析法导论光学分析法导论分子光谱和原子光谱：原子光谱主要是由于核核外外电电子子能级发生变化而产生的辐射或吸收而产生的光谱。分子光谱则是由于分子中电子能级及分子的振动、分子的转动能级的变化而产生的光谱。光学分析法导论光学分析法导论所用仪器o基本组成：光源（辐射源）、单色器、试样池、检测器和信号显示系统等。现在大多附有计算机通过专用软件控制。光学分析法导论光学分析法导论光源o作用：发射或提供被物质吸收散射的光o发射光谱仪试样本身就是一个发射体光源o原子吸收光谱法：空心阴极灯（阴极用待分析的元素的金属构成）o紫外可见：？、红外：？光学分析法导论光学分析法导论单色器o作用：将复合光分解为按波长顺序排列的单色光。o构成：狭缝、准直镜、棱镜或光栅、会聚透镜。o关键：分光元件：棱镜和光栅光学分析法导论光学分析法导论棱镜分光系统o原理：平行光经色散后按波长顺序分解为不同波长的光 经聚焦后在焦平面不同位置成像，得到按波长顺序排列的光谱。光学分析法导论光学分析法导论入入 射射狭缝狭缝准准直直镜镜物物镜镜棱棱镜镜焦焦面面出出 射射狭缝狭缝 f棱镜棱镜o棱镜的分光作用是利用不同波长的光在同一介质中具有不同折射率不同折射率而进行的。光学分析法导论光学分析法导论光学特性o表征：色散率、分辨率、集光本领。分辨率R：指将两条靠得很近的谱线分开的能力色散率：指对不同波长的光被棱镜分开的能力。它又分为角色散率角色散率和线色散率线色散率角色散率d/d：两条波长相差d的光被棱镜色散后所分开的角度为d，则棱镜的角色散率为：d/d。它主要与棱镜的材料和几何形状有关。线色散率dl/d：它表示两条谱线在焦面上被分开的距离l对波长的变化率光学分析法导论光学分析法导论光栅分光系统光栅分光系统分为透射光栅和反射光栅，近代仪器反射光栅最为常用。o光栅是在玻璃或金属片中刻有很多等距离、等宽的平行刻线（300-2000刻槽/mm）构成。o光栅的光学特性：色散率、分辨率和闪耀特性光学分析法导论光学分析法导论光栅分光系统o分光原理：多光束干涉原多光束干涉原理理，光程差与波长的关系，存在相干干涉从而产生谱线；而相消干涉产生暗条纹o光谱级次：具有色散作用的一级谱线最强，高级次谱线常用滤波片除去。光学分析法导论光学分析法导论光栅的色散率光栅方程 d(sin+sin)=Ko假定入射角保持不变，有角色散率o线色散率D1等于角色散率与物镜焦距的乘积o含义：距离对波长的变化率，等于波长差为一单位的两条谱线在焦面上分开的距离。光学分析法导论光学分析法导论o物镜焦距越大，线分散率越大：实际工作中常用倒线色散率即单位长度的焦面内含有的光谱的纳米数，数值越小，色散率越高光谱级次的影响光栅常数越小（每毫米刻线数越多）色散率越高光学分析法导论光学分析法导论光栅的分辨率o分辨率如何获得较高的分辨率u光谱级数有限常用方案：大块的光栅，增加总刻痕数光学分析法导论光学分析法导论检测系统 主要有：感光板 光电倍增管 图象检测器光学分析法导论光学分析法导论光电倍增管：光电转换元件，电流放大元件o光电直读法：利用光电倍增管将光强度转换光电直读法：利用光电倍增管将光强度转换成电信号来检测谱线强度的方法。成电信号来检测谱线强度的方法。o打拿极上的化合物涂层具有打拿极上的化合物涂层具有 每被一个电子每被一个电子撞击后即能发射四或五个电子的特性。撞击后即能发射四或五个电子的特性。o优点：灵敏度高、线性动态范围宽，可以检优点：灵敏度高、线性动态范围宽，可以检测很微弱的信号，响应时间在测很微弱的信号，响应时间在109s范围范围o但没有空间分辨能力但没有空间分辨能力光学分析法导论光学分析法导论图象检测器：多通道型o分为：光电二极管阵列PDA、电荷耦合器件CCD和电荷注入器件CIDo小的光敏感元件阵列排布oPDA的缺点：波长覆盖范围窄，灵敏度较低，噪声和暗电流较大oCTD优点：多通道，量子效率高，灵敏度高，读出噪声低，线性范围宽，暗电流较低。光学分析法导论光学分析法导论光学分析法导论光学分析法导论仪器类型o摄谱仪和光电直读仪两类o摄谱仪：棱镜和光栅两类o光电直读仪：多通道直读、单通道扫描光谱仪和全谱直读光谱仪。光学分析法导论光学分析法导论