原子發(fā)射光譜儀13807

1、儀器類型與流程儀器類型與流程 Types and process of AES 原子發(fā)射光譜分析儀器的類型有多種，如：火焰發(fā)射光原子發(fā)射光譜分析儀器的類型有多種，如：火焰發(fā)射光譜、微波等離子體光譜儀、感耦等離子體光譜儀、光電光譜譜、微波等離子體光譜儀、感耦等離子體光譜儀、光電光譜儀、攝譜儀等；儀、攝譜儀等；發(fā)射光譜分析儀器發(fā)射光譜分析儀器（一）激發(fā)光源（一）激發(fā)光源（二）分光系統(tǒng)（二）分光系統(tǒng)（三）檢測器（三）檢測器作用作用：將激發(fā)試樣所獲得復(fù)合光，分解為按將激發(fā)試樣所獲得復(fù)合光，分解為按波長順序排列的單色光。波長順序排列的單色光。棱棱 鏡鏡光光 柵柵（三）檢測系統(tǒng)（三）檢測系統(tǒng)：儀器類型儀器

2、類型一 、 棱鏡攝譜儀棱鏡攝譜儀二、 光柵攝譜儀光柵攝譜儀三、光電直讀光譜儀光電直讀光譜儀（一）激發(fā)光源（一）激發(fā)光源 作用：作用：提供使試樣中被測元素蒸發(fā)，解離、提供使試樣中被測元素蒸發(fā)，解離、原子化和激發(fā)所需的能量原子化和激發(fā)所需的能量 類型：類型：（二）分光系統(tǒng)（二）分光系統(tǒng)1、直流電弧、直流電弧 2、低壓交流電弧、低壓交流電弧3、高壓電容火花、高壓電容火花 4、電感耦合等離子體光源、電感耦合等離子體光源（一）目視法（一）目視法 （二）攝譜法（二）攝譜法 （三）光電法（三）光電法類型：類型： 電流通過氣體的現(xiàn)象稱為氣體放電。電流通過氣體的現(xiàn)象稱為氣體放電。 發(fā)射光譜發(fā)射光譜所用的激發(fā)光源

3、如電弧、電火花、等離子體炬等屬所用的激發(fā)光源如電弧、電火花、等離子體炬等屬于氣體的常壓放電于氣體的常壓放電 一、激發(fā)光源一、激發(fā)光源、具有足夠的蒸發(fā)、原子化和激發(fā)的能力。、具有足夠的蒸發(fā)、原子化和激發(fā)的能力。、靈敏度高、穩(wěn)定性好、光譜背影小。、靈敏度高、穩(wěn)定性好、光譜背影小。 3、 結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、使用安全。結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、使用安全。要求：要求： 在通常情況下，氣體分子為中性，不導(dǎo)電。若用外部能在通常情況下，氣體分子為中性，不導(dǎo)電。若用外部能量將氣體電離轉(zhuǎn)變成有一定量的離子和電子時，氣體可以導(dǎo)量將氣體電離轉(zhuǎn)變成有一定量的離子和電子時，氣體可以導(dǎo)電。若用火焰、紫外線、電。若用火焰、紫外線

4、、X射線等照射氣體使其電離，在停射線等照射氣體使其電離，在停止照射后，氣體又轉(zhuǎn)變?yōu)榻^緣體。這種放電稱為止照射后，氣體又轉(zhuǎn)變?yōu)榻^緣體。這種放電稱為被激放電被激放電。 若在外電場作用下，使氣體中原有少量的離子和電子向若在外電場作用下，使氣體中原有少量的離子和電子向兩極作加速運動并獲得能量，在趨向電極的途中因分子、原兩極作加速運動并獲得能量，在趨向電極的途中因分子、原子的碰撞而使之電離。因此生成的電子和離子又被電場加速，子的碰撞而使之電離。因此生成的電子和離子又被電場加速，使新的分子原子被電離，從而使氣體具有導(dǎo)電性。這種稱為使新的分子原子被電離，從而使氣體具有導(dǎo)電性。這種稱為自激放電自激放電。 產(chǎn)生

5、自激放電的電壓稱為產(chǎn)生自激放電的電壓稱為擊穿電壓擊穿電壓。幾個基礎(chǔ)概念幾個基礎(chǔ)概念：氣體放電氣體放電: :電流通過氣體的現(xiàn)象電流通過氣體的現(xiàn)象氣體導(dǎo)電氣體導(dǎo)電: :中性不導(dǎo)電中性不導(dǎo)電, ,有一定量離子或電子時有一定量離子或電子時, ,氣體可以導(dǎo)電氣體可以導(dǎo)電被激放電被激放電: :紫外線照射紫外線照射XX射線射線 火焰火焰, ,停止照射后停止照射后, ,為絕緣體為絕緣體自激放電自激放電: :外電場外電場離子、電子兩極運動離子、電子兩極運動-碰撞碰撞-電離電離-碰碰撞撞-導(dǎo)電性。導(dǎo)電性。光譜分析用的電光源（電弧和火花）光譜分析用的電光源（電弧和火花），都屬于自都屬于自激放電類型。激放電類型。擊穿

6、電壓擊穿電壓：產(chǎn)生自激放電的電壓：產(chǎn)生自激放電的電壓氣體放電可以作激發(fā)光源氣體放電可以作激發(fā)光源：碰撞過程中，雖不能電離，但可以：碰撞過程中，雖不能電離，但可以從中獲得能量而激發(fā)，發(fā)射出光譜。從中獲得能量而激發(fā)，發(fā)射出光譜。（一（一 ）直）直 流流 電電 弧弧工作原理工作原理：一對電極在外加電壓下，電極間依靠氣態(tài)：一對電極在外加電壓下，電極間依靠氣態(tài)帶電原子和離子維持導(dǎo)電，產(chǎn)生弧光放電。帶電原子和離子維持導(dǎo)電，產(chǎn)生弧光放電。VARLU+-G ：分析間隙：分析間隙直流電作為激發(fā)能源，電壓直流電作為激發(fā)能源，電壓150 380V，電流電流5 30A； 兩支石墨電極，試樣放置在一支電極兩支石墨電極，

7、試樣放置在一支電極(下電極下電極)的凹槽內(nèi)；的凹槽內(nèi)； 使分析間隙的兩電極接觸或用導(dǎo)體接觸兩電極，通電，電極使分析間隙的兩電極接觸或用導(dǎo)體接觸兩電極，通電，電極尖端被燒熱，點燃電弧，再使電極相距尖端被燒熱，點燃電弧，再使電極相距4 6mm；分析間隙一般以兩個碳電極作為陰陽兩極。分析間隙一般以兩個碳電極作為陰陽兩極。直流電弧結(jié)構(gòu)陰極陰極點外焰弧柱陽極點陽極 直流電弧引燃可用兩種方法：一種是接通電源后，使上下電極直流電弧引燃可用兩種方法：一種是接通電源后，使上下電極接觸短路并拉開數(shù)毫米距離即可點燃電??；另一種是高頻引燃。接觸短路并拉開數(shù)毫米距離即可點燃電?。涣硪环N是高頻引燃。引燃后陰極產(chǎn)生熱電子發(fā)

8、射，在電場作用下電子高速通過分析引燃后陰極產(chǎn)生熱電子發(fā)射，在電場作用下電子高速通過分析間隙射向陽極。在分析間隙里，電子又會和分子、原子、離子間隙射向陽極。在分析間隙里，電子又會和分子、原子、離子等碰撞，使氣體電離。電離產(chǎn)生的陽離子高速射向陰極，又會等碰撞，使氣體電離。電離產(chǎn)生的陽離子高速射向陰極，又會引起陰極二次電子發(fā)射，同時也可使氣體電離。這樣反復(fù)進行，引起陰極二次電子發(fā)射，同時也可使氣體電離。這樣反復(fù)進行，電流持續(xù)，電弧不滅。電流持續(xù)，電弧不滅。 由于電子的轟擊，陽極表面白熱，產(chǎn)生亮點形成由于電子的轟擊，陽極表面白熱，產(chǎn)生亮點形成“陽極斑點陽極斑點”。陽極斑點溫度高，可達陽極斑點溫度高，可

9、達4000K （石墨電極），因此通常將試樣（石墨電極），因此通常將試樣置于陽極，在此高溫下使試樣蒸發(fā)、原子化。在弧柱內(nèi)原子與置于陽極，在此高溫下使試樣蒸發(fā)、原子化。在弧柱內(nèi)原子與分子、原子、離子、電子等碰撞，被激發(fā)而發(fā)射光譜。陰極溫分子、原子、離子、電子等碰撞，被激發(fā)而發(fā)射光譜。陰極溫度在度在3000K 以下，也形成以下，也形成“陰極斑點陰極斑點”。1、 直流電弧放電時，直流電弧放電時，電極溫度極高，有利于難揮發(fā)元素電極溫度極高，有利于難揮發(fā)元素的蒸發(fā)，分析的絕對靈敏度高的蒸發(fā)，分析的絕對靈敏度高。2、 直流電弧光譜，除用石墨或炭電極產(chǎn)生氰帶光譜外，直流電弧光譜，除用石墨或炭電極產(chǎn)生氰帶光譜外

10、，通常通常背景淺背景淺。3、 直流電弧放電不穩(wěn)定直流電弧放電不穩(wěn)定，弧柱在電極表面上反復(fù)無常游，弧柱在電極表面上反復(fù)無常游動，導(dǎo)致結(jié)果重復(fù)性差。動，導(dǎo)致結(jié)果重復(fù)性差。4、 直流電弧激發(fā)時，其弧層較厚，譜線直流電弧激發(fā)時，其弧層較厚，譜線易發(fā)生自吸易發(fā)生自吸，故故不適于高含量定量分析不適于高含量定量分析。直流電弧的分析性能直流電弧的分析性能應(yīng)用應(yīng)用：定性分析及礦石、礦物等難熔物質(zhì)中痕量組分的定性分析及礦石、礦物等難熔物質(zhì)中痕量組分的定量分析。定量分析。（二）低（二）低 壓壓 交交 流流 電電 弧弧工作原理工作原理：由交流電源維持電弧放電。由交流電源維持電弧放電。電路由兩部分組成電路由兩部分組成：

11、1、高頻引燃電路高頻引燃電路 2、 低壓電弧線路低壓電弧線路。分分 析析 性性 能能 1、由于電弧放電的間歇性，、由于電弧放電的間歇性，電極溫度低。電極溫度低。 2、 交流電弧的交流電弧的弧溫高，激發(fā)能力強弧溫高，激發(fā)能力強。3、交流電弧的、交流電弧的穩(wěn)定性好穩(wěn)定性好。試樣蒸發(fā)均勻，重現(xiàn)性好。試樣蒸發(fā)均勻，重現(xiàn)性好。4 、交流電弧的靈敏度接近于直流電弧。、交流電弧的靈敏度接近于直流電弧。應(yīng)用應(yīng)用：金屬、合金中低含量元素的定量分析金屬、合金中低含量元素的定量分析。（三）高（三）高 壓壓 電電 容容 火火 花花工作原理工作原理：采用高電壓（采用高電壓（10-15kV）或者大電容（或者大電容（10-

12、100F）都能使電容器儲存很高的能量，產(chǎn)生很大電流密度的火花放都能使電容器儲存很高的能量，產(chǎn)生很大電流密度的火花放電。電。分分 析析 性性 能能1 、激發(fā)溫度很高激發(fā)溫度很高，能激發(fā)激發(fā)電位很高的原子線能激發(fā)激發(fā)電位很高的原子線和離子線。和離子線。2 、高壓電容火花放電時高壓電容火花放電時，電極溫度低，穩(wěn)定性好電極溫度低，穩(wěn)定性好。3、 需要較長的預(yù)燃和爆光時間，在紫外區(qū)光譜需要較長的預(yù)燃和爆光時間，在紫外區(qū)光譜背景較深。背景較深。應(yīng)用應(yīng)用：難激發(fā)元素或易熔金屬、合金試樣的分析以及高含難激發(fā)元素或易熔金屬、合金試樣的分析以及高含量元素的定量分析。量元素的定量分析。組成：組成：ICP 高頻發(fā)生器

13、高頻發(fā)生器+ 炬管炬管 + 樣品引入系統(tǒng)樣品引入系統(tǒng)炬管包括：炬管包括：外管外管冷卻氣冷卻氣中管中管輔助氣，點燃輔助氣，點燃 ICP (點點 燃后切斷燃后切斷)內(nèi)管內(nèi)管載氣載氣，樣品引入樣品引入 載載氣（氣（Ar）輔助氣輔助氣冷卻氣冷卻氣絕緣屏蔽絕緣屏蔽載氣載氣Ar + 樣品樣品樣品溶液樣品溶液廢液廢液（四）電感耦合等離子體光源（四）電感耦合等離子體光源（ICP或或ICPT） 在有氣體的石英管外套在有氣體的石英管外套裝一個高頻感應(yīng)線圈，感應(yīng)裝一個高頻感應(yīng)線圈，感應(yīng)線圈與高頻發(fā)生器連接。當(dāng)線圈與高頻發(fā)生器連接。當(dāng)高頻電流通過線圈時，在管高頻電流通過線圈時，在管的內(nèi)外形成強烈的振蕩磁場。的內(nèi)外形成

14、強烈的振蕩磁場。管內(nèi)磁力線沿軸線方向。管管內(nèi)磁力線沿軸線方向。管外磁力線成橢圓閉合回路。外磁力線成橢圓閉合回路。一旦管內(nèi)氣體開始電離（如一旦管內(nèi)氣體開始電離（如用點火器），電子和離子則用點火器），電子和離子則受到高頻磁場所加速，產(chǎn)生受到高頻磁場所加速，產(chǎn)生碰撞電離，電子和離子急劇碰撞電離，電子和離子急劇增加，此時在氣體中感應(yīng)產(chǎn)增加，此時在氣體中感應(yīng)產(chǎn)生渦流。這個高頻感應(yīng)電流，生渦流。這個高頻感應(yīng)電流，產(chǎn)生大量的熱能，又促進氣產(chǎn)生大量的熱能，又促進氣體電離，維持氣體的高溫，體電離，維持氣體的高溫，從而從而形成形成等離子炬。等離子炬。 等離子炬管分為三層。最外層通等離子炬管分為三層。最外層通ArA

15、r氣作氣作為冷卻氣，沿切線方向引入，并螺旋上升，為冷卻氣，沿切線方向引入，并螺旋上升，其作用：第一，將等離子體吹離外層石英其作用：第一，將等離子體吹離外層石英管的內(nèi)壁，可保護石英管不被燒毀；第二，管的內(nèi)壁，可保護石英管不被燒毀；第二，是利用離心作用，在炬管中心產(chǎn)生低氣壓是利用離心作用，在炬管中心產(chǎn)生低氣壓通道，以利于進樣；第三，這部分通道，以利于進樣；第三，這部分ArAr氣流氣流同時也參與放電過程。中層管做成喇叭形同時也參與放電過程。中層管做成喇叭形, ,通入通入ArAr氣，起維持等離子體的作用。內(nèi)層氣，起維持等離子體的作用。內(nèi)層石英管內(nèi)徑為石英管內(nèi)徑為1-2mm1-2mm左右，載氣帶著試樣左

16、右，載氣帶著試樣氣溶膠由內(nèi)管進入等離子體內(nèi)。氣溶膠由內(nèi)管進入等離子體內(nèi)。用用Ar做工作氣體的優(yōu)點：做工作氣體的優(yōu)點：Ar為單原子惰性氣體，為單原子惰性氣體，不與試樣組份反應(yīng)不與試樣組份反應(yīng),不會形成難離解的穩(wěn)定化合物，不會形成難離解的穩(wěn)定化合物，也不象分子那樣因離解而消耗能量，有良好的激也不象分子那樣因離解而消耗能量，有良好的激發(fā)性能，本身光譜簡單。發(fā)性能，本身光譜簡單。 環(huán)狀結(jié)構(gòu)可以分為若干區(qū)，各區(qū)的溫度不同，環(huán)狀結(jié)構(gòu)可以分為若干區(qū)，各區(qū)的溫度不同，性狀不同，輻射也不同。性狀不同，輻射也不同。（1 1）焰心區(qū)）焰心區(qū) 感應(yīng)線圈區(qū)域內(nèi)，白色不透明的焰心，高頻感應(yīng)線圈區(qū)域內(nèi)，白色不透明的焰心，高

17、頻電流形成的渦流區(qū)，溫度最高達電流形成的渦流區(qū)，溫度最高達10000K10000K，電子密電子密度高。它發(fā)射很強的連續(xù)光譜，光譜分析應(yīng)避開度高。它發(fā)射很強的連續(xù)光譜，光譜分析應(yīng)避開這個區(qū)域。試樣氣溶膠在此區(qū)域被預(yù)熱、蒸發(fā)，這個區(qū)域。試樣氣溶膠在此區(qū)域被預(yù)熱、蒸發(fā)，又叫又叫預(yù)熱區(qū)預(yù)熱區(qū)。（2 2）內(nèi)焰區(qū)）內(nèi)焰區(qū) 在感應(yīng)圈上在感應(yīng)圈上10 -20mm10 -20mm左右處，淡藍色半透明的左右處，淡藍色半透明的炬焰，溫度約為炬焰，溫度約為6000 -8000K6000 -8000K。試樣在此原子化、試樣在此原子化、激發(fā)，然后發(fā)射很強的原子線和離子線。這是光譜激發(fā)，然后發(fā)射很強的原子線和離子線。這是光

18、譜分析所利用的區(qū)域，稱為分析所利用的區(qū)域，稱為測光區(qū)測光區(qū)。測光時在感應(yīng)線。測光時在感應(yīng)線圈上的高度稱為觀測高度。圈上的高度稱為觀測高度。（3 3）尾焰區(qū)）尾焰區(qū) 在內(nèi)焰區(qū)上方，無色透明，溫度低于在內(nèi)焰區(qū)上方，無色透明，溫度低于6000K6000K，只只能發(fā)射激發(fā)電位較低的譜線。能發(fā)射激發(fā)電位較低的譜線。 光路圖工作原理工作原理：高頻電能通過電感耦合到等離子體所得到的外高頻電能通過電感耦合到等離子體所得到的外觀上類似火焰的高頻放電光源。觀上類似火焰的高頻放電光源。分分 析析 性性 能能1、 激發(fā)溫度高，激發(fā)溫度高，有利于難激發(fā)元素的激發(fā)；離子有利于難激發(fā)元素的激發(fā)；離子線強度大，有利于靈敏線為

19、離子線的元素的測定。線強度大，有利于靈敏線為離子線的元素的測定。2 、原子化程度高原子化程度高，原子在等離子停留時間長，原原子在等離子停留時間長，原子化完全，子化完全，化學(xué)干擾小，基體效應(yīng)小，穩(wěn)定性好，化學(xué)干擾小，基體效應(yīng)小，穩(wěn)定性好，譜線強度大。譜線強度大。3、自吸效應(yīng)小自吸效應(yīng)??；樣品在惰性氣氛中蒸發(fā)，；樣品在惰性氣氛中蒸發(fā)，光譜背景小。光譜背景小。應(yīng)用應(yīng)用：分析液體的最佳光源；高、低、微含量金屬和難揮分析液體的最佳光源；高、低、微含量金屬和難揮發(fā)元素的分析測定。發(fā)元素的分析測定。不足：對氣體和一些非金屬等測定的靈敏度低；固體進樣問題有待解不足：對氣體和一些非金屬等測定的靈敏度低；固體進樣

20、問題有待解決決;儀器昂貴；維持費高。儀器昂貴；維持費高。 二、分光系統(tǒng)二、分光系統(tǒng)作用：將激發(fā)試樣所獲得的復(fù)合光分解為按波作用：將激發(fā)試樣所獲得的復(fù)合光分解為按波長順序排列的單色光。長順序排列的單色光。常用的分光元件：棱鏡常用的分光元件：棱鏡棱鏡光譜儀棱鏡光譜儀 光柵光柵光柵光譜儀光柵光譜儀( ( (一一一一一一) ) )棱鏡棱鏡棱鏡棱鏡棱鏡棱鏡棱鏡對光的色散作用基于光的棱鏡對光的色散作用基于光的折射現(xiàn)象折射現(xiàn)象 棱鏡的分辨能力取決于棱鏡的幾何尺寸和材料棱鏡的分辨能力取決于棱鏡的幾何尺寸和材料 不同波長的光在同一介質(zhì)中具有不同的折射率。不同波長的光在同一介質(zhì)中具有不同的折射率。 玻璃、石英、巖

21、鹽等材料制成的玻璃、石英、巖鹽等材料制成的折射率折射率（科希公式）科希公式）：242BACBAn棱鏡的光學(xué)特性可用色散率和分辨率來表征棱鏡的光學(xué)特性可用色散率和分辨率來表征分光元件把不同波長的光分散開的能力分光元件把不同波長的光分散開的能力1、色散率：、色散率：i12（1）.角色散率（角色散率（d /d ）：兩條波長相差為兩條波長相差為d 的光線被棱鏡的光線被棱鏡 色散后所分開的角度的大小。色散后所分開的角度的大小。 在在400800nm波長范圍內(nèi)，玻璃棱鏡比石英棱鏡的波長范圍內(nèi)，玻璃棱鏡比石英棱鏡的色散率大。在色散率大。在200400nm波長范圍內(nèi)，由于玻璃強烈地波長范圍內(nèi)，由于玻璃強烈地吸

22、收紫外線，只能用石英。吸收紫外線，只能用石英。8001200nm用巖鹽。用巖鹽。 同一材料的棱鏡，波長越短，折射率越大，角色散同一材料的棱鏡，波長越短，折射率越大，角色散率越大。率越大。dd2sin12sin2dd22nn 線色散率除了與角色散率有關(guān)外，還與投影物鏡線色散率除了與角色散率有關(guān)外，還與投影物鏡 的焦距以及焦面與光軸的夾角有關(guān)，的焦距以及焦面與光軸的夾角有關(guān)，可以證明：可以證明：fD 1 =s i nd ldddf照相物鏡焦距；照相物鏡焦距；焦面對波長為焦面對波長為 的主光線的傾斜角的主光線的傾斜角。采用長焦距物鏡和減小采用長焦距物鏡和減小可增大色散能力可增大色散能力。3.倒線色散

23、率（倒線色散率（ d / dl ）：焦面上單位長度內(nèi)容納的波長數(shù)。焦面上單位長度內(nèi)容納的波長數(shù)。 2.線色散率（線色散率（dl/ d ）：波長相差為波長相差為d 的兩條譜線在焦面的兩條譜線在焦面 上被分開的距離。上被分開的距離。R-根據(jù)瑞利準(zhǔn)則恰能分辨的兩條譜線的波長差根據(jù)瑞利準(zhǔn)則恰能分辨的兩條譜線的波長差-兩條譜線的平均波長兩條譜線的平均波長 2、理論分辨率、理論分辨率:若兩條譜線的平均波長為若兩條譜線的平均波長為,當(dāng)它們的波長之差達到當(dāng)它們的波長之差達到時時剛好能分辨清楚，如圖，則剛好能分辨清楚，如圖，則分辨率分辨率+一般光譜的分辨率在一般光譜的分辨率在500060000之間之間例：某光譜

24、儀在例：某光譜儀在300nm附近分辨率為附近分辨率為50000，R 表明在此波長附近，波長差大于表明在此波長附近，波長差大于0.006nm兩條譜兩條譜線才能被分開。線才能被分開。3000.00650000nmR（二）（二）、光柵、光柵 光柵實際上是一系列相距很近、等距、等寬平行光柵實際上是一系列相距很近、等距、等寬平行排列的狹縫陣列。有透射光柵和反射光柵之分。目前排列的狹縫陣列。有透射光柵和反射光柵之分。目前大多用平面反射式閃耀光柵作色散元件。大多用平面反射式閃耀光柵作色散元件。 光柵光譜的產(chǎn)生是多縫干涉和單縫衍射聯(lián)合作用光柵光譜的產(chǎn)生是多縫干涉和單縫衍射聯(lián)合作用的結(jié)果。干涉決定光譜線的空間位

25、置，衍射決定各級的結(jié)果。干涉決定光譜線的空間位置，衍射決定各級光譜線相對強度。光譜線相對強度。sinsinKd光柵的色散作用滿足光柵方程：光柵的色散作用滿足光柵方程： 光柵常數(shù)光柵常數(shù)兩刻痕間兩刻痕間距離距離入射角入射角入 射 光入 射 光與 光 柵與 光 柵平 面 法平 面 法線夾角線夾角衍射角衍射角衍 射 光衍 射 光與 光 柵與 光 柵平 面 法平 面 法線夾角線夾角光光譜譜級級次次波長波長：同側(cè)取正，異側(cè)取負(fù)同側(cè)取正，異側(cè)取負(fù)K=-1K=10級光譜亮度0-1-212紅紅紫紫紫紫紅紅光柵分光原理光柵分光原理零級光譜不分光零級光譜不分光sinsinKdiMMid定向閃耀定向閃耀入射光入射光

26、衍射光衍射光i iiK2sinbdii垂直對稱式閃耀光柵垂直對稱式閃耀光柵入射光入射光光柵光譜與棱鏡光譜的主要區(qū)別：光柵光譜與棱鏡光譜的主要區(qū)別：1、光柵光譜是均勻排列的光譜，而棱鏡光譜因色散率與、光柵光譜是均勻排列的光譜，而棱鏡光譜因色散率與波長有關(guān)，為非均勻排列光譜。波長有關(guān)，為非均勻排列光譜。2、在光柵光譜中，光的波長越短其衍射角、在光柵光譜中，光的波長越短其衍射角越??；而棱鏡越?。欢忡R光譜中光的波長越短其偏向角越大。光譜中光的波長越短其偏向角越大。3、復(fù)合光通過光柵后、復(fù)合光通過光柵后,中央條紋中央條紋(或零級條紋或零級條紋)為白色條紋為白色條紋.在中央條紋兩邊在中央條紋兩邊,對稱排

27、列著一級、二級等光譜。對稱排列著一級、二級等光譜。4、光柵適用的波長范圍較棱鏡寬。、光柵適用的波長范圍較棱鏡寬。1、光柵的色散率、光柵的色散率:角色散率角色散率：Kcosddd線色散率線色散率：1KcosdlfDdd倒線色散率倒線色散率：cosKdddlf 衍射角衍射角d 光柵常數(shù)（相鄰兩刻線建的距離）光柵常數(shù)（相鄰兩刻線建的距離）K 光譜級次光譜級次f 物鏡焦距物鏡焦距2、光柵級次光柵級次K越高，色散率越大。當(dāng)越高，色散率越大。當(dāng)不大時，線色散率不大時，線色散率與與K成正比。即二級光譜大約是一級光譜的兩倍。成正比。即二級光譜大約是一級光譜的兩倍。3、光譜常數(shù)光譜常數(shù)d越小，即每毫米刻痕數(shù)越多

28、，色散率越大。越小，即每毫米刻痕數(shù)越多，色散率越大。4、當(dāng)衍射角當(dāng)衍射角很小且變化不大時，很小且變化不大時，cos 1，即在同一線光，即在同一線光譜中，色散率基本不隨波長而改變。這種光譜稱勻排光譜譜中，色散率基本不隨波長而改變。這種光譜稱勻排光譜.1、物鏡焦距物鏡焦距f 越長，線色散率越大。越長，線色散率越大。 f =1m的光柵光譜儀，的光柵光譜儀，稱一米光柵光譜儀。每毫米稱一米光柵光譜儀。每毫米1200條刻痕的二米光柵光譜儀，條刻痕的二米光柵光譜儀，線色散率是每毫米線色散率是每毫米1200條刻痕的一米光柵的線色散率的兩條刻痕的一米光柵的線色散率的兩倍。倍。2、光柵的理論分辨率、光柵的理論分辨

29、率：KRN K: 光譜級次光譜級次 N：光柵刻痕總數(shù)光柵刻痕總數(shù)例如例如:一光柵攝譜儀裝一塊一光柵攝譜儀裝一塊1200條條/mm刻痕的光柵刻痕的光柵,其寬度其寬度為為5.0cm,求在第一級光譜的理論分辨率求在第一級光譜的理論分辨率.理論分辨率理論分辨率 R=KN=1120050=60000例例1：若光柵刻痕為：若光柵刻痕為1200條條/mm，當(dāng)入射光垂直照射時，當(dāng)入射光垂直照射時，求求300nm波長光的一級衍射角。波長光的一級衍射角。d光柵常數(shù) 1/1200 mm入射角 00衍射角60K13 0 0s in11 01 2 0 02 1 .1 0d解：光柵方程：解：光柵方程：sinsinKd2、

30、某光柵光譜儀、某光柵光譜儀,光柵刻數(shù)為光柵刻數(shù)為600條條/mm，光柵面積光柵面積55cm2，試試問：問： 1）光柵的理論分辨率是多少（一級）？）光柵的理論分辨率是多少（一級）？ 2）一級光譜中波長為）一級光譜中波長為3100.303100.66的雙線能否分開？的雙線能否分開？ 解：解：1)光柵面積為光柵面積為55cm2，則表示光柵寬為則表示光柵寬為50mm,而刻數(shù)為而刻數(shù)為600條條/mm，所以所以一級光譜理論分辨率為一級光譜理論分辨率為 R理理=KN=160050=30000 2)已知已知R理理=30000 = /R理理=（3100.30+3100.66）/(230000)=0.103 而

31、而 = 0.36 . 所以能分開。所以能分開。3、某紅外光柵（、某紅外光柵（72條條/mm），），當(dāng)入射角為當(dāng)入射角為50o，反射角為反射角為20o，求一級光譜的波長？求一級光譜的波長？解：解：1/72（sin50+sin20）=1 1=15.4m4、某光譜儀能分辨、某光譜儀能分辨207.3nm和和215.1nm相鄰兩條譜相鄰兩條譜線，計算分辨率。若要求兩條譜線在焦面上的分離達線，計算分辨率。若要求兩條譜線在焦面上的分離達2.5mm，計算儀器的線色散率和倒線色散率。計算儀器的線色散率和倒線色散率。 解：解：R=（207.3+215.1）/2（215.1-207.3） =211.2/7.8=27

32、.07 Dl=dl/d=2.5/7.8=0.32mm/nm D=3.13nm/mm5、有一垂直對稱式光柵攝譜儀，裝有一塊、有一垂直對稱式光柵攝譜儀，裝有一塊1200條條/mm刻線的光柵，其寬度為刻線的光柵，其寬度為5.0cm，衍射角為，衍射角為20o，計算：計算： （1）一級光譜中光柵的理論分辨率；）一級光譜中光柵的理論分辨率； （2）若暗箱物鏡焦距為）若暗箱物鏡焦距為1000mm，求一級光譜求一級光譜的倒線色散率。的倒線色散率。解：（解：（1）R=KN=120050=60000（2）d/Dl=dcos /Kf=0.78nm/mm三、檢測系統(tǒng)三、檢測系統(tǒng) 用眼睛觀察試樣中元素的特征譜線的強度大

33、小來確定用眼睛觀察試樣中元素的特征譜線的強度大小來確定試樣的含量及組成。試樣的含量及組成。應(yīng)用：應(yīng)用：合金鋼、有色金素合金的定性和半定量分析。合金鋼、有色金素合金的定性和半定量分析。 注注：由于眼睛感光范圍有限，工作波段僅限于可見光區(qū)由于眼睛感光范圍有限，工作波段僅限于可見光區(qū)的的400-700nm。1、目視法、目視法2、攝、攝 譜譜 法法 感光板置于分光系統(tǒng)的焦面處，接受被分析試樣的感光板置于分光系統(tǒng)的焦面處，接受被分析試樣的光譜的作用而感光，再經(jīng)過顯影、定影等操作制成光譜光譜的作用而感光，再經(jīng)過顯影、定影等操作制成光譜底片。然后，在映譜儀上觀察譜線的位置及大致強度，底片。然后，在映譜儀上觀

34、察譜線的位置及大致強度，進行定性及半定量分析；在測微光度計上測量譜線的黑進行定性及半定量分析；在測微光度計上測量譜線的黑度，進行光譜定量分析。度，進行光譜定量分析。操作過程操作過程（一）光譜干板的結(jié)構(gòu)（一）光譜干板的結(jié)構(gòu)： 感光板主要由感光層和片基組成。感光層又稱感光板主要由感光層和片基組成。感光層又稱乳劑，由感光物質(zhì)（鹵化銀）、明膠和增感劑組成。乳劑，由感光物質(zhì)（鹵化銀）、明膠和增感劑組成。 （二）乳劑的特性（二）乳劑的特性 乳劑的曝光部分經(jīng)過顯影，就產(chǎn)生黑色影像。曝乳劑的曝光部分經(jīng)過顯影，就產(chǎn)生黑色影像。曝 光量光量H愈大，影像就愈黑。愈大，影像就愈黑。黑度黑度S：譜線變黑的程度譜線變黑的

35、程度00l gl gl giSiii曝光量越大譜線越黑，曝光量越大譜線越黑，曝光量曝光量 ：E照度照度tIKtEH 黑度黑度S與曝光量與曝光量H之間關(guān)系復(fù)雜，不能用一個簡單之間關(guān)系復(fù)雜，不能用一個簡單的數(shù)學(xué)式完全表達，通常用圖解法表示。的數(shù)學(xué)式完全表達，通常用圖解法表示。乳劑特性曲線乳劑特性曲線ABCDlgHilgHS0S=tg：反襯度反襯度 Hi：惰延量惰延量乳劑特性曲線乳劑特性曲線：攝譜法是利用感光板來記錄光譜的。乳劑特性曲線是感光板上：攝譜法是利用感光板來記錄光譜的。乳劑特性曲線是感光板上感光層的黑度（感光層的黑度（S）與作用其上的曝光量（與作用其上的曝光量（H）之間的關(guān)系曲線。之間的關(guān)系曲線。以以S為縱坐標(biāo)，為縱坐標(biāo)，logH為橫坐標(biāo)。分三部分：曝光不足部分（為橫坐標(biāo)。分三部分：曝光不足部分（AB）；）；曝光正常部曝光正常部分（分（BC）；）；曝光過量部分（曝光過量部分（CD）。）。在光譜定量分析中利用的是正常曝光部分在光譜定量分析中利用的是正常曝光部分（BC），），因為此部分因為此部分S與與logH成正比，用簡單的數(shù)學(xué)式表示為：成正比，用簡單的數(shù)學(xué)式表示為：iHSlg)lg(lgiHHSABCDlgHilgHS0S=