《儀器分析》課程：第08章 光學(xué)分析法導(dǎo)論

1、儀器分析課程廈門大學(xué)精品課程儀器分析(含實(shí)驗(yàn))第八章光學(xué)分析法導(dǎo)論Chapter EightGuide of Optics Analytical Method8.1 電磁輻射及電磁波譜一. 電磁輻射的波粒二象性1.電磁輻射的波動(dòng)性散射折射與反射衍射干涉偏振波 長(zhǎng) cm、m、nm、A 頻 率 Hz sec-1波 數(shù) cm-1 傳播速度 cm/ sec2.電磁輻射的粒子性3.普朗克(Planch)公式E -光子的能量 J, 焦耳 -光子的頻率 Hz, 赫茲 -光子的波長(zhǎng) cmC -光速 2.99791010 cm.s-1h -Planch常數(shù) 6.625610-34 J.s 焦耳. 秒光電效應(yīng) 康

2、普敦效應(yīng) 黑體輻射二.電磁輻射與物質(zhì)的相互作用及其光譜1.物質(zhì)的能態(tài)2.電磁輻射的吸收與發(fā)射原子、離子 分子A. 原子光譜 線光譜 Line spectraE2E0E1E3hi波長(zhǎng)半寬度10-210-5Na 5890、5896原子吸收光譜原子發(fā)射光譜B. 分子光譜 帶光譜 Band spectra 有機(jī)、無(wú)機(jī)分子E2E1E0半寬度20100nm分子吸收光譜分子發(fā)射光譜hi波長(zhǎng)/nmA(T)波長(zhǎng)/nmI半寬度20100nmC. 熒光發(fā)射光致發(fā)光 h原子熒光-線光譜 分子熒光-帶光譜 E2E0E1E3hiE2E1E0hihi三.光學(xué)分析法波譜1.電磁波譜與現(xiàn)代儀器分析方法波譜區(qū)-射線波長(zhǎng)5140

3、pm躍遷類型核能級(jí)X-射線遠(yuǎn)紫外光10-310nm10200nm原子內(nèi)層電子莫斯鮑爾光譜法:-射線原子核 -射線吸收X-射線吸收光譜法: X-射線/放射源原子內(nèi)層電子（n10) X -射線吸收X-熒光光譜法: X-射線原子內(nèi)層電子 特征X -射線發(fā)射遠(yuǎn)紫外光-真空紫外區(qū)。此部分光譜會(huì)被空氣吸收原子光譜：原子發(fā)射光譜、原子吸收光譜、原子熒光光譜分子光譜：紫外-可見(jiàn)吸收光譜、分子熒光/磷光光譜、化學(xué)發(fā)光近紫外光可見(jiàn)光200400nm400750nm原子外層電子/分子成鍵電子2.光學(xué)分析法的分類波譜區(qū)近紅外光中紅外光波長(zhǎng)0.752.5m2.550m躍遷類型分子振動(dòng)遠(yuǎn)紅外光微波射頻501990m0.1

4、100cm1100 m分子轉(zhuǎn)動(dòng)電子、核自旋近紅外光譜區(qū):配位化學(xué)的研究對(duì)象紅外吸收光譜法:紅外光分子吸收遠(yuǎn)紅外光譜區(qū)電子自旋共振波譜法:微波分子未成對(duì)電子吸收核磁共振波譜法:射頻原子核自旋吸收光 譜 法：以光的波長(zhǎng)與強(qiáng)度為特征信號(hào)的儀器分析方法 非光譜法：以光輻射的某些性質(zhì)變化特征信號(hào)的儀器分析方法 吸收光譜法、發(fā)射光譜法、散射光譜法折射法、旋光法、圓二色法、比濁法、衍射法 8.2 光學(xué)分析法中的光柵單色器二. 光柵單色器基本組成入射狹縫準(zhǔn)直鏡平面衍射光柵聚焦物鏡出射狹縫聚焦面ff一.棱鏡單色器基本組成入射狹縫準(zhǔn)直鏡棱鏡單色器聚焦物鏡聚焦面出射狹縫 n = d(sinsin)三. 平面衍射光柵

5、 3002000條/mm光柵的分光作用：狹縫的衍射作用形成的1.平面光柵衍射的色散方程n(級(jí)數(shù)) 0,1,2, d -為光柵常數(shù)-為入射角 -為衍射角d閃耀光柵： 通過(guò)改變a、d、，使衍射的輻射強(qiáng)蘇集中在所需的波長(zhǎng)范圍內(nèi)。a閃耀角閃耀波長(zhǎng)2.平面光柵衍射的閃耀特性結(jié)論：當(dāng)小于200時(shí)，cos 1；平面光柵衍射的線色散率與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)；與d、n、f 有關(guān)。線色散率：fddl倒線色散率：A 色散率角色散率：d/d= n/d cos當(dāng)=0080時(shí)，cos=10.99:d/dn/d 2.平面光柵衍射的性能指標(biāo) 色散率 分辨率 聚光本領(lǐng)色散方程: n = d(sinsin)B.分辨率 RN 為光柵的總刻線數(shù)

6、，與面積有關(guān)。例：對(duì)一塊寬度為 50.0 mm，刻線數(shù)為1200 條/mm的光柵，它的一級(jí)光柵的分辯能力為多少？在6000 埃 附近能分辨的兩條譜線的波長(zhǎng)差為多少？ 解：分辨率為：R=1501200=6104 波長(zhǎng)差為：=/R =6000/60000 = 0.1 埃C. 聚光本領(lǐng)入射狹縫準(zhǔn)直鏡的直徑d,焦距F平面衍射光柵聚光本領(lǐng) f 2 f: 110范圍焦距FD-1:倒線色散率；W :光譜通帶；S :狹縫寬度。四. 光柵單色器光譜通帶1. 狹縫（Slit）構(gòu)成：狹縫是兩片經(jīng)過(guò)精密加工、具有銳利邊緣的金屬組成。兩片金屬處于相同平面上且相互平行。入射狹縫可看作是一個(gè)光源，在相應(yīng)波長(zhǎng)位置，入射狹縫的

7、像剛好充滿整個(gè)出射狹縫。有效帶寬：整個(gè)單色器的分辨能力除與分光元件的色散率有關(guān)外，還與狹縫寬度有關(guān)。即單色器的分辨能力（有效帶寬S）應(yīng)由下式?jīng)Q定：2.光譜通帶當(dāng)單色儀的色散率固定時(shí)，光譜通帶將隨狹縫寬度變化。 3. 狹縫寬度的選擇原則定性分析：選擇較窄的狹縫寬度提高分辨率，減少其它譜線的干擾，提高選擇性；定量分析：選擇較寬的狹縫寬度增加照亮狹縫的亮度，提高分析的靈敏度；應(yīng)根據(jù)樣品性質(zhì)和分析要求確定狹縫寬度。并通過(guò)條件優(yōu)化確定最佳狹縫寬度。與發(fā)射光譜分析相比，原子吸收光譜因譜線數(shù)少，可采用較寬的狹縫。但當(dāng)背景大時(shí)，可適當(dāng)減小縫寬。2. 理想的光電轉(zhuǎn)換器要求靈敏度高； S/N大； 暗電流??； 響應(yīng)

8、快且在寬的波段內(nèi)響應(yīng)恒定。8.2 光學(xué)分析法中的檢測(cè)器一. 光電轉(zhuǎn)換器（Transducer）S = KP + KD= KPS:以電壓或電流為單位的電響應(yīng)；K:校正靈敏度；P：輻射功率；KD: 暗電流(可通過(guò)線路補(bǔ)償，使為0)1.定義：光電轉(zhuǎn)換器是將光輻射轉(zhuǎn)化為可以測(cè)量的電信號(hào)的器件。二. 光電轉(zhuǎn)換器種類及其應(yīng)用波段三、光電倍增管（photomultiplier tube, PMT） 1個(gè)光子產(chǎn)生106107個(gè)電子共有9個(gè)打拿極(dynatron)所加直流電壓共為1090V放大倍數(shù)：2n5n;n=10,103107 最大108109光電流：10-810-3 A 響應(yīng)時(shí)間：10-9s光電倍增管示意圖12