透射光柵-反射光柵

1、第十一章第十一章 光學(xué)分析法導(dǎo)論光學(xué)分析法導(dǎo)論 利用光電轉(zhuǎn)換或其它電子器件測(cè)定利用光電轉(zhuǎn)換或其它電子器件測(cè)定“輻射與物輻射與物質(zhì)相互作用質(zhì)相互作用” ”之后的之后的輻射強(qiáng)度輻射強(qiáng)度等光學(xué)特性，進(jìn)行物等光學(xué)特性，進(jìn)行物質(zhì)的質(zhì)的定性和定量分析定性和定量分析的方法。的方法。 歷史上，此相互作用只是局限于電磁輻射與歷史上，此相互作用只是局限于電磁輻射與物質(zhì)的作用，這也是目前應(yīng)用最為普遍的方法。物質(zhì)的作用，這也是目前應(yīng)用最為普遍的方法?，F(xiàn)在，光譜方法已擴(kuò)展到現(xiàn)在，光譜方法已擴(kuò)展到其它各種形式其它各種形式的能量與的能量與物質(zhì)的相互作用，如聲波、粒子束（離子和電子物質(zhì)的相互作用，如聲波、粒子束（離子和電子）

2、等與物質(zhì)的作用。）等與物質(zhì)的作用。 一電磁波的基本性質(zhì)一電磁波的基本性質(zhì)1 1電磁波的種類：電磁波的種類： 波波長(zhǎng)長(zhǎng)5 51010-3-30.10.10.10.110101010200200200200400400名名稱稱射線射線x x射線射線遠(yuǎn)紫外光遠(yuǎn)紫外光近紫外光近紫外光波波長(zhǎng)長(zhǎng)4 0 04 0 0 7507507 5 0 1.01061.01.010106 61.01.010109 91.01.010109 91.01.010101212名名稱稱可見光可見光紅外光紅外光微波微波無線電波無線電波 射射線線x射射線線紫外紫外光光紅外紅外光光微微波波無線無線電波電波10-2 nm 10 nm

3、102 nm 104 nm 0.1 cm 10cm 103 cm 105 cm可可 見見 光光表征電磁波特性的參數(shù)：表征電磁波特性的參數(shù)： 可以用波長(zhǎng)可以用波長(zhǎng)、頻率、頻率、速度、速度c c、波數(shù)波數(shù)、能量等來表示其特性。、能量等來表示其特性。 波長(zhǎng)（波長(zhǎng)（）：表示相鄰兩個(gè)光波各）：表示相鄰兩個(gè)光波各相應(yīng)點(diǎn)間的直線距離（或相應(yīng)兩個(gè)波相應(yīng)點(diǎn)間的直線距離（或相應(yīng)兩個(gè)波峰或波谷間的直線距離）。峰或波谷間的直線距離）。 波數(shù)（波數(shù)（）：指在單位長(zhǎng)度內(nèi)波的）：指在單位長(zhǎng)度內(nèi)波的數(shù)目。數(shù)目。 頻率（頻率（）：指在）：指在1 1秒時(shí)間內(nèi)經(jīng)過秒時(shí)間內(nèi)經(jīng)過某點(diǎn)的波數(shù)（即每秒內(nèi)振動(dòng)的次數(shù)）。某點(diǎn)的波數(shù)（即每秒內(nèi)振

4、動(dòng)的次數(shù)）。 能量能量(E)(E)：光子所具有的能量。光子所具有的能量。光的能量與光的波長(zhǎng)及頻率之間的關(guān)光的能量與光的波長(zhǎng)及頻率之間的關(guān)系為：系為：=h=hc/=h=hc/式中為光的能量（爾格）；式中為光的能量（爾格）；為頻為頻率；率；為波長(zhǎng)；為波長(zhǎng)；h h為普朗克常數(shù)，其值為普朗克常數(shù)，其值為為6.62566.62561010-27-27爾格爾格秒；秒；c c為光速。為光速。三、物質(zhì)與光的相互作用：三、物質(zhì)與光的相互作用：1 1、折射和反射、折射和反射2 2、散射、散射3 3、吸收和發(fā)射、吸收和發(fā)射 光學(xué)分析法可分為光學(xué)分析法可分為光譜法光譜法和和非光譜非光譜法法兩大類。兩大類。 二、光學(xué)分

5、析法分類二、光學(xué)分析法分類 光譜法光譜法 光譜法是基于物質(zhì)與輻射能作用時(shí)，光譜法是基于物質(zhì)與輻射能作用時(shí)，測(cè)量由物質(zhì)內(nèi)部發(fā)生量子化的能級(jí)之間測(cè)量由物質(zhì)內(nèi)部發(fā)生量子化的能級(jí)之間的躍遷而產(chǎn)生的發(fā)射、吸收或散射輻射的躍遷而產(chǎn)生的發(fā)射、吸收或散射輻射的波長(zhǎng)和強(qiáng)度進(jìn)行分析的方法。的波長(zhǎng)和強(qiáng)度進(jìn)行分析的方法。 它又可分為吸收光譜法、發(fā)光光它又可分為吸收光譜法、發(fā)光光譜法、散射光譜法三種。譜法、散射光譜法三種。 ）吸收光譜法：它是利用物質(zhì)吸）吸收光譜法：它是利用物質(zhì)吸收光后所產(chǎn)生的吸收光譜來進(jìn)行分收光后所產(chǎn)生的吸收光譜來進(jìn)行分析的方法。析的方法。 ）發(fā)光光譜法：物質(zhì)中的粒子）發(fā)光光譜法：物質(zhì)中的粒子用一定的

6、能量（如光、電、熱等）激用一定的能量（如光、電、熱等）激發(fā)到高能級(jí)后，當(dāng)躍遷回低能級(jí)時(shí)，發(fā)到高能級(jí)后，當(dāng)躍遷回低能級(jí)時(shí)，便產(chǎn)生出特征的發(fā)射光譜，利用此發(fā)便產(chǎn)生出特征的發(fā)射光譜，利用此發(fā)射光譜進(jìn)行的分析的方法射光譜進(jìn)行的分析的方法 ）散射光譜法：利用物質(zhì)對(duì)光）散射光譜法：利用物質(zhì)對(duì)光的散射來進(jìn)行分析的方法。的散射來進(jìn)行分析的方法。 非光譜法：非光譜法： 非光譜法是基于物質(zhì)與輻非光譜法是基于物質(zhì)與輻射相互作用時(shí)，測(cè)量輻射的某些射相互作用時(shí)，測(cè)量輻射的某些性質(zhì)，如折射、散射、干涉、衍性質(zhì)，如折射、散射、干涉、衍射、偏振等變化的分析方法。主射、偏振等變化的分析方法。主要有折射法和旋光法。要有折射法和旋

7、光法。三三. .光譜種類光譜種類 （一）依外形分類（一）依外形分類： 線狀光譜線狀光譜: :帶狀光譜帶狀光譜: :連續(xù)光譜：連續(xù)光譜： 線光譜線光譜: : 由若干條強(qiáng)度不同的譜線和由若干條強(qiáng)度不同的譜線和暗區(qū)相間而成的光譜。暗區(qū)相間而成的光譜。 帶狀光譜帶狀光譜: : 由幾個(gè)光帶和暗區(qū)相間而成由幾個(gè)光帶和暗區(qū)相間而成的光譜。的光譜。線光譜線光譜帶光譜帶光譜連續(xù)光譜：在一定范圍內(nèi)。各種連續(xù)光譜：在一定范圍內(nèi)。各種波長(zhǎng)的光都有，連續(xù)不斷，無明波長(zhǎng)的光都有，連續(xù)不斷，無明顯的譜線和譜帶。顯的譜線和譜帶。（二）分子光譜和原子光譜：（二）分子光譜和原子光譜：原子光譜主要是由于核外電子能級(jí)發(fā)原子光譜主要是

8、由于核外電子能級(jí)發(fā)生變化而產(chǎn)生的輻射或吸收而產(chǎn)生的生變化而產(chǎn)生的輻射或吸收而產(chǎn)生的光譜。光譜。分子光譜則是由于分子中電子能級(jí)及分子光譜則是由于分子中電子能級(jí)及分子的振動(dòng)、分子的轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的變化分子的振動(dòng)、分子的轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的變化而產(chǎn)生的光譜。而產(chǎn)生的光譜。一、一、光分析法儀器的基本流程光分析法儀器的基本流程 光譜儀器通常包括五光譜儀器通常包括五個(gè)基本單元：個(gè)基本單元：光源；單色器；樣品；檢測(cè)器；顯示與數(shù)據(jù)處理；二、二、光分析法儀器的基本單元光分析法儀器的基本單元1. 1. 光源光源 依據(jù)方法不同，采用不同的光源：火焰、燈、激光、電火花、電弧等；依據(jù)光源性質(zhì)不同，分為： 連續(xù)光源連續(xù)光源：在較大范圍提

9、供連續(xù)波長(zhǎng)的光源，氫燈、氘燈、鎢絲燈等； 線光源線光源：提供特定波長(zhǎng)的光源，金屬蒸氣燈(汞燈、鈉蒸氣燈)、空心陰極燈、激光等；2.2.單色器單色器 單色器單色器：獲得高光譜純度輻射束的裝置，而輻射束的波長(zhǎng)可在很寬范圍內(nèi)任意改變； 主要部件主要部件：（1）進(jìn)口狹縫；（2）準(zhǔn)直裝置(透鏡或反射鏡)：使輻射束成為平行光線； （3）色散裝置(棱鏡、光柵)：使不同波長(zhǎng)的輻射以不同的角度進(jìn)行傳播； （4）聚焦透鏡或凹面反射鏡，使每個(gè)單色光束在單色器的出口曲面上成像。棱鏡棱鏡 棱鏡對(duì)不同波長(zhǎng)的光具有不同的折射率，波長(zhǎng)長(zhǎng)的光，折射率??；波長(zhǎng)短的光，折射率大。 平行光經(jīng)過棱鏡后按波長(zhǎng)順序排列成為單色光；經(jīng)聚焦后

10、在焦面上的不同位置上成像，獲得按波長(zhǎng)展開的光譜； 棱鏡的分辨能力取決于棱鏡的幾何尺寸和材料； 棱鏡的光學(xué)特性可用色散率和分辨率來表征；光柵光柵 透射光柵，反射光柵；透射光柵，反射光柵； 光柵光譜的產(chǎn)生是多狹縫干涉與單狹縫衍射共同作用的結(jié)果，前者決定光譜出現(xiàn)的位置，后者決定譜線強(qiáng)度分布；3.3.試樣裝置試樣裝置 光源與試樣相互作用的場(chǎng)所（1）吸收池）吸收池 紫外-可見分光光度法：石英比色皿 熒光分析法： 紅外分光光度法：將試樣與溴化鉀壓制成透明片（2）特殊裝置）特殊裝置 原子吸收分光光度法：霧化器中霧化，在火焰中，元素由離子態(tài)原子； 原子發(fā)射光譜分析：試樣噴入火焰； 詳細(xì)內(nèi)容在相關(guān)章節(jié)中介紹。4. 4. 檢測(cè)器檢測(cè)器（1）光檢測(cè)器）光檢測(cè)器