第五版儀器分析光譜法儀器與光學(xué)儀器課件

第二節(jié)光譜法儀器與光學(xué)器件第二章

光譜分析法導(dǎo)論

anintroductiontoopticalanalysis

instrumentsforspectro-metryandopticalparts2022/12/261優(yōu)秀課件，精彩無限！第二節(jié)第二章

光譜分析法導(dǎo)論anintroduc一、光譜分析儀器原理和基本結(jié)構(gòu)1、光譜分析儀器原理例：紫外-可見吸收光譜----朗伯比耳定律2022/12/262優(yōu)秀課件，精彩無限！一、光譜分析儀器原理和基本結(jié)構(gòu)2022/12/202優(yōu)秀課件2、光譜分析儀器基本結(jié)構(gòu)（1）光源(輻射源)；（2）色散元件(單色器)；（3）盛裝樣品的容器；（4）檢測(cè)器或換能器；（5）信號(hào)處理器或讀出裝置(顯示與數(shù)據(jù)處理)mainpartsofspectrometry2022/12/263優(yōu)秀課件，精彩無限！2、光譜分析儀器基本結(jié)構(gòu)mainpartsofspec2022/12/264優(yōu)秀課件，精彩無限！2022/12/204優(yōu)秀課件，精彩無限！二、光源系統(tǒng)--要求有足夠的輸出功率以便容易檢測(cè)和測(cè)定.有足夠的穩(wěn)定性.

在儀器設(shè)計(jì)中,常將光源發(fā)出的光分為二束,一束通過試樣,另一束不通過試樣,測(cè)量?jī)墒庑盘?hào)比作為分析的變量,用以克服光源穩(wěn)定性帶來的問題.差值ΔA光源單色器吸收池檢測(cè)器顯示光束分裂器2022/12/265優(yōu)秀課件，精彩無限！二、光源系統(tǒng)--要求有足夠的輸出功率以便容易檢測(cè)和測(cè)定.有足

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：1、連續(xù)光源：應(yīng)用于紫外-可見吸收，分子熒光、分子磷光、紅外吸收光譜中。能在較大波長(zhǎng)范圍提供連續(xù)波長(zhǎng)的光源如：氫燈、氘燈、鎢絲燈等在紫外光區(qū)最普通的光源是氫燈或氘燈.需要特別強(qiáng)的光源時(shí),選用高壓、充有氬氣、氦氣或汞蒸氣的充氣弧燈.

可見光區(qū),采用鎢絲燈.

紅外光源,采用將惰性固體加熱到1500-2000K2022/12/266優(yōu)秀課件，精彩無限！依據(jù)方法不同，采用不同的光源：火焰、燈、激光、2022/12/267優(yōu)秀課件，精彩無限！2022/12/207優(yōu)秀課件，精彩無限！2、線光源—應(yīng)用于原子吸收、原子熒光以及拉曼光譜中

提供特定波長(zhǎng)的光源，常見的有：金屬蒸氣燈(汞燈、鈉蒸氣燈)、空心陰極燈、無極放電燈等；紫外和可見光區(qū)----汞蒸氣燈和鈉蒸氣燈原子吸收和原子熒光光譜----空心陰極燈和無極放電燈2022/12/268優(yōu)秀課件，精彩無限！2、線光源—應(yīng)用于原子吸收、原子熒光以及拉曼光譜中2022/空心陰極燈陰極:鎢棒作成圓筒形，筒內(nèi)熔入被測(cè)元素陽極:鎢棒裝有鈦,鋯,鉭金屬作成的陽極管內(nèi)充氣：氬或氖稱載氣，極間加壓500--300伏，要求穩(wěn)流電源供電。2022/12/269優(yōu)秀課件，精彩無限！空心陰極燈陰極:鎢棒作成圓筒形，筒內(nèi)熔入被測(cè)元素2022/空心陰極燈的原理

施加適當(dāng)電壓時(shí)，使陰極表面的金屬原子濺射出來，濺射出來的金屬原子與電子、惰性氣體原子及離子發(fā)生撞碰而被激發(fā)，發(fā)射出相應(yīng)元素的特征譜線-----共振譜線。用不同待測(cè)元素作陰極材料，可制成相應(yīng)空心陰極燈。2022/12/2610優(yōu)秀課件，精彩無限！空心陰極燈的原理施加適當(dāng)電壓時(shí)，使陰極表面的金屬原子濺3、激光光源—高單色性，方向性強(qiáng)，亮度高，相干性好拉曼光譜，分子吸收光譜，發(fā)射光譜，傅立葉變換紅外光譜等2022/12/2611優(yōu)秀課件，精彩無限！3、激光光源—高單色性，方向性強(qiáng)，亮度高，相干性好2022/三、波長(zhǎng)選擇系統(tǒng)2022/12/2612優(yōu)秀課件，精彩無限！三、波長(zhǎng)選擇系統(tǒng)2022/12/2012優(yōu)秀課件，精彩無限！色散元件的功能：使光發(fā)生色散，使光按照波長(zhǎng)順序排列，常用光柵或棱鏡狹縫的功能：采光，即采集按照波長(zhǎng)順序排列的而一定波段的光進(jìn)入檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)狹縫的選擇:

一般來說,狹縫越小，光譜的分辨率越高,越接近真實(shí)光譜.但狹縫太小光信號(hào)太弱,檢測(cè)器難以有效測(cè)到光信號(hào).

所以,如果需要得到高分辨率光譜,可以采用較小寬度的狹縫.

如果進(jìn)行定量測(cè)定,則適當(dāng)采用較大寬度的狹縫.2022/12/2613優(yōu)秀課件，精彩無限！色散元件的功能：使光發(fā)生色散，使光按照波長(zhǎng)順2022/1（一）單色器：將復(fù)合光分解成單色光或有一定寬度的譜帶的裝置。主要部件：（1）進(jìn)、出口狹縫；（2）準(zhǔn)直裝置(透鏡或反射鏡)：使輻射束成為平行光線傳播的透鏡或反射鏡

（3）色散元件(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2022/12/2614優(yōu)秀課件，精彩無限?。ㄒ唬﹩紊鳎簩?fù)合光分解成單色光或有一定寬度的譜帶的裝置。棱鏡單色儀—用來色散紫外、可見和紅外輻射2022/12/2615優(yōu)秀課件，精彩無限！棱鏡單色儀—用來色散紫外、可見和紅外輻射2022/12/20光柵單色儀—有透射光柵和反射光柵。2022/12/2616優(yōu)秀課件，精彩無限！光柵單色儀—有透射光柵和反射光柵。2022/12/2016優(yōu)(二)濾光片1、吸收濾光片---由有色玻璃或夾在玻璃兩片間的分散在明膠薄層中的吸光染料組成。適用于可見光區(qū)。特點(diǎn)：帶寬較寬，透射效率低。用于較簡(jiǎn)單的定量測(cè)定，便宜，較好的熱穩(wěn)定性。2、干涉濾光片---由兩層半透明銀膜和銀膜間的介電薄膜（氟化鈣或氟化鎂）組成?？色@得較窄的輻射寬帶。

波長(zhǎng)選擇性比吸收濾光片好。2022/12/2617優(yōu)秀課件，精彩無限！(二)濾光片2022/12/2017優(yōu)秀課件，精彩無限?。ㄈ├忡R—根據(jù)光的折射現(xiàn)象進(jìn)行分光棱鏡對(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?。徊ㄩL(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)聚焦后在焦面上的不同位置上成像，獲得按波長(zhǎng)展開的光譜；

2022/12/2618優(yōu)秀課件，精彩無限?。ㄈ├忡R—根據(jù)光的折射現(xiàn)象進(jìn)行分光棱鏡對(duì)不同波長(zhǎng)的棱鏡的光學(xué)特性可用色散率和分辨率來表征；（1）色散率

角色散率：用dθ/dλ表示，表示偏向角θ對(duì)波長(zhǎng)的變化率；

棱鏡的頂角α越大或折射率n越大，角色散率越大，分開兩條相鄰譜線的能力越強(qiáng)，但頂角越大，反射損失也增大，通常為60度角；

2022/12/2619優(yōu)秀課件，精彩無限！棱鏡的光學(xué)特性可用色散率和分辨率來表征；（1）色散率（2）分辨率

相鄰兩條靠得很近的譜線分開的能力：；兩條相鄰譜線的平均波長(zhǎng)；△λ：兩條譜線的波長(zhǎng)差；b：棱鏡的底邊長(zhǎng)度；n：棱鏡介質(zhì)材料的折射率。棱鏡的分辨能力取決于棱鏡的幾何尺寸和材料；

分辨率與波長(zhǎng)有關(guān)，長(zhǎng)波的分辨率要比短波的分辨率小，棱鏡分離后的光譜屬于非均排光譜。2022/12/2620優(yōu)秀課件，精彩無限！（2）分辨率相鄰兩條靠得很近的譜線分開的能力：（四）光柵

通過在平板玻璃或金屬板上刻劃出一道道等寬、等間距的刻痕制成。常用的光柵刻痕密度每毫米為1200條、1800條或2400條；根據(jù)工作方式不同分為：透射光柵，反射光柵（平面反射光柵，凹面反射光柵）；2022/12/2621優(yōu)秀課件，精彩無限?。ㄋ模┕鈻磐ㄟ^在平板玻璃或金屬板上刻劃出一道道等寬、等光柵光譜的產(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；2022/12/2622優(yōu)秀課件，精彩無限！光柵光譜的產(chǎn)生是多狹縫干涉與單狹縫衍射共(1)光柵的色散原理光柵公式：d(sinα±sinθ)=Kλ=nλα、θ分別為入射角和衍射角；K或n為光譜級(jí)次,K=0,

±1,±2,…整數(shù)

d為光柵常數(shù)(mm):相鄰兩刻痕間的距離λ為入射光的波長(zhǎng)2022/12/2623優(yōu)秀課件，精彩無限！(1)光柵的色散原理光柵公式：d(sinα±sinθ)=K光柵公式

d(sinα±sinθ)=Kλdsinα為相鄰入射光波Ⅰ與Ⅱ的光程差；dsinθ為相鄰衍射光波Ⅰ’與Ⅱ’的光程差；d(sinα±sinθ)為光波ⅠⅠ’與光波ⅡⅡ’的總光程差；加號(hào)表示衍射光和入射光在光柵法線的同側(cè)減號(hào)表示它們?cè)诠鈻欧ň€的異側(cè)；當(dāng)一束復(fù)合光以一定的入射角α照射光柵時(shí)，不同波長(zhǎng)的單色光在不同衍射角θ的方向發(fā)生干涉。2022/12/2624優(yōu)秀課件，精彩無限！光柵公式d(sinα±sinθ)=Kλ2022/12/

在某一光譜級(jí)次中，即當(dāng)K,α,d一定時(shí)，波長(zhǎng)愈長(zhǎng)的單色光，衍射角愈大。對(duì)于給定的光柵，可以通過旋轉(zhuǎn)光柵轉(zhuǎn)臺(tái)來獲得需要的波長(zhǎng)范圍和光譜級(jí)次。2022/12/2625優(yōu)秀課件，精彩無限！在某一光譜級(jí)次中，即當(dāng)K,α,d一定時(shí)，波（2）幾種典型的光柵A、凹面反射光柵B、閃耀光柵C、中階梯光柵D、全息光柵2022/12/2626優(yōu)秀課件，精彩無限！（2）幾種典型的光柵2022/12/2026優(yōu)秀課件，精彩無(3)光柵的性能指標(biāo)光柵的特性可用色散率和分辨率來表征A、當(dāng)入射角不變時(shí)，光柵的角色散率可通過對(duì)光柵公式求導(dǎo)得到：

dθ/dλ為衍射角對(duì)波長(zhǎng)的變化率，即光柵的角色散率。

當(dāng)θ很小，且變化不大時(shí)，cosθ≈1，光柵的角色散率決定于光柵常數(shù)

d

和光譜級(jí)數(shù)K

?？梢姽鈻诺慕巧⒙蕿橐粋€(gè)常數(shù)，不隨波長(zhǎng)改變，是均排光譜（優(yōu)于棱鏡之處）。

角色散率只與色散元件的性能有關(guān)。2022/12/2627優(yōu)秀課件，精彩無限！(3)光柵的性能指標(biāo)光柵的特性可用色散率和B、光柵的線色散率

f為會(huì)聚透鏡的焦距。在實(shí)際工作中，常用倒線色散率：用dλ/dl表示

dλ/dl

值越大，色散率越小線色散率還與儀器的焦距有關(guān)。D=2022/12/2628優(yōu)秀課件，精彩無限！B、光柵的線色散率f為會(huì)聚透鏡的焦C、光柵的分辨能力

光柵的分辨能力根據(jù)Rakleigh準(zhǔn)則來確定。在波長(zhǎng)相近的兩條譜線中，當(dāng)一條譜線波長(zhǎng)的極大值正好落在另一條譜線波長(zhǎng)的極小值上時(shí)，認(rèn)為這兩條線是可分辨的。實(shí)際工作中，兩衍射圖樣中間的光強(qiáng)約為中央最大的80%，在這種情況下，兩譜線中央最大距離即是光學(xué)儀器能分辨的最小距離（可分離的最小波長(zhǎng)間隔）；2022/12/2629優(yōu)秀課件，精彩無限！C、光柵的分辨能力在波長(zhǎng)相近的兩條譜線D、光柵的分辨率R光柵的分辨率R等于光譜級(jí)次（K）與光柵刻痕條數(shù)（N）的乘積：

光柵越寬、單位刻痕數(shù)越多、R越大。如：寬度50mm，N=1200條/mm，一級(jí)光譜的分辨率：

R=1×50×1200=6×1042022/12/2630優(yōu)秀課件，精彩無限！D、光柵的分辨率R光柵的分辨率R等于光譜級(jí)次（（4）光柵與棱鏡的比較作為色散元件,光柵比棱鏡要好：光柵的色散幾乎與波長(zhǎng)無關(guān)在相同色散率時(shí)，光柵的尺寸要小光柵對(duì)棱鏡不適用的遠(yuǎn)紫外遠(yuǎn)紅外區(qū)可以用光柵的雜散輻射，高級(jí)光譜干擾等問題已經(jīng)可以解決比較高的光柵價(jià)格已經(jīng)降下來（5）光柵光譜與棱鏡光譜的比較1、光柵光譜為勻排光譜，棱鏡光譜為非勻排光譜（短波疏，長(zhǎng)波密）2、光柵光譜分級(jí)，棱鏡光譜不分級(jí)2022/12/2631優(yōu)秀課件，精彩無限?。?）光柵與棱鏡的比較2022/12/2031優(yōu)秀課件，精彩（五）狹縫狹縫由金屬構(gòu)成，兩片刀口的邊緣應(yīng)銳利且位于同一平面上；

單色器的進(jìn)口狹縫起著單色器光學(xué)系統(tǒng)虛光源的作用。復(fù)合光經(jīng)色散元件分開后，在出口曲面上形成相當(dāng)于每條光譜線的像，即光譜。轉(zhuǎn)動(dòng)色散元件可使不同波長(zhǎng)的光譜線依次通過。2022/12/2632優(yōu)秀課件，精彩無限?。ㄎ澹┆M縫狹縫由金屬構(gòu)成，兩片刀口的邊緣應(yīng)銳分辨率大小不僅與色散元件的性能有關(guān)，也取決于成像的大小，因此希望采用較窄的進(jìn)口狹縫。

分辨率用來衡量單色器能分開最小波長(zhǎng)間隔的能力；最小間隔的大小用有效帶寬或光譜通帶（W）表示：W=DS

（D為線色散率；S為狹縫寬度）

在原子發(fā)射光譜分析中：

定性分析時(shí)，減小狹縫寬度，使相鄰譜線的分辨率提高；

定量分析時(shí)，增大狹縫寬度，可得到較大的譜線強(qiáng)度。2022/12/2633優(yōu)秀課件，精彩無限！分辨率大小不僅與色散元件的性能有關(guān)，也四、試樣引入系統(tǒng)

光源與試樣相互作用的場(chǎng)所（1）吸收池紫外，熒光分析法：石英比色皿可見分光光度法：玻璃比色皿紅外分光光度法：將試樣與溴化鉀壓制成透明片2022/12/2634優(yōu)秀課件，精彩無限！四、試樣引入系統(tǒng)光源與試樣相互作用的場(chǎng)所2022（2）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；2022/12/2635優(yōu)秀課件，精彩無限?。?）特殊裝置2022/12/2035優(yōu)秀課件，精彩無限！五、檢測(cè)系統(tǒng)（1）光子檢測(cè)器主要有以下幾種：硒光電池、光電二極管、光電倍增管、硅二極管陣列檢測(cè)器、半導(dǎo)體檢測(cè)器；（2）熱檢測(cè)器主要有：真空熱電偶檢測(cè)器：紅外光譜儀中常用的一種熱釋電檢測(cè)器：六、信號(hào)處理和讀出系統(tǒng)

現(xiàn)代分析儀器多配有計(jì)算機(jī)完成數(shù)據(jù)采集、信號(hào)處理、數(shù)據(jù)分析、結(jié)果打印，工作站軟件系統(tǒng)；2022/12/2636優(yōu)秀課件，精彩無限！五、檢測(cè)系統(tǒng)（1）光子檢測(cè)器2022/12/2036優(yōu)秀課件第二節(jié)光譜法儀器與光學(xué)器件第二章

光譜分析法導(dǎo)論

anintroductiontoopticalanalysis

instrumentsforspectro-metryandopticalparts2022/12/2637優(yōu)秀課件，精彩無限！第二節(jié)第二章

光譜分析法導(dǎo)論anintroduc一、光譜分析儀器原理和基本結(jié)構(gòu)1、光譜分析儀器原理例：紫外-可見吸收光譜----朗伯比耳定律2022/12/2638優(yōu)秀課件，精彩無限！一、光譜分析儀器原理和基本結(jié)構(gòu)2022/12/202優(yōu)秀課件2、光譜分析儀器基本結(jié)構(gòu)（1）光源(輻射源)；（2）色散元件(單色器)；（3）盛裝樣品的容器；（4）檢測(cè)器或換能器；（5）信號(hào)處理器或讀出裝置(顯示與數(shù)據(jù)處理)mainpartsofspectrometry2022/12/2639優(yōu)秀課件，精彩無限！2、光譜分析儀器基本結(jié)構(gòu)mainpartsofspec2022/12/2640優(yōu)秀課件，精彩無限！2022/12/204優(yōu)秀課件，精彩無限！二、光源系統(tǒng)--要求有足夠的輸出功率以便容易檢測(cè)和測(cè)定.有足夠的穩(wěn)定性.

在儀器設(shè)計(jì)中,常將光源發(fā)出的光分為二束,一束通過試樣,另一束不通過試樣,測(cè)量?jī)墒庑盘?hào)比作為分析的變量,用以克服光源穩(wěn)定性帶來的問題.差值ΔA光源單色器吸收池檢測(cè)器顯示光束分裂器2022/12/2641優(yōu)秀課件，精彩無限！二、光源系統(tǒng)--要求有足夠的輸出功率以便容易檢測(cè)和測(cè)定.有足

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：1、連續(xù)光源：應(yīng)用于紫外-可見吸收，分子熒光、分子磷光、紅外吸收光譜中。能在較大波長(zhǎng)范圍提供連續(xù)波長(zhǎng)的光源如：氫燈、氘燈、鎢絲燈等在紫外光區(qū)最普通的光源是氫燈或氘燈.需要特別強(qiáng)的光源時(shí),選用高壓、充有氬氣、氦氣或汞蒸氣的充氣弧燈.

可見光區(qū),采用鎢絲燈.

紅外光源,采用將惰性固體加熱到1500-2000K2022/12/2642優(yōu)秀課件，精彩無限！依據(jù)方法不同，采用不同的光源：火焰、燈、激光、2022/12/2643優(yōu)秀課件，精彩無限！2022/12/207優(yōu)秀課件，精彩無限！2、線光源—應(yīng)用于原子吸收、原子熒光以及拉曼光譜中

提供特定波長(zhǎng)的光源，常見的有：金屬蒸氣燈(汞燈、鈉蒸氣燈)、空心陰極燈、無極放電燈等；紫外和可見光區(qū)----汞蒸氣燈和鈉蒸氣燈原子吸收和原子熒光光譜----空心陰極燈和無極放電燈2022/12/2644優(yōu)秀課件，精彩無限！2、線光源—應(yīng)用于原子吸收、原子熒光以及拉曼光譜中2022/空心陰極燈陰極:鎢棒作成圓筒形，筒內(nèi)熔入被測(cè)元素陽極:鎢棒裝有鈦,鋯,鉭金屬作成的陽極管內(nèi)充氣：氬或氖稱載氣，極間加壓500--300伏，要求穩(wěn)流電源供電。2022/12/2645優(yōu)秀課件，精彩無限！空心陰極燈陰極:鎢棒作成圓筒形，筒內(nèi)熔入被測(cè)元素2022/空心陰極燈的原理

施加適當(dāng)電壓時(shí)，使陰極表面的金屬原子濺射出來，濺射出來的金屬原子與電子、惰性氣體原子及離子發(fā)生撞碰而被激發(fā)，發(fā)射出相應(yīng)元素的特征譜線-----共振譜線。用不同待測(cè)元素作陰極材料，可制成相應(yīng)空心陰極燈。2022/12/2646優(yōu)秀課件，精彩無限！空心陰極燈的原理施加適當(dāng)電壓時(shí)，使陰極表面的金屬原子濺3、激光光源—高單色性，方向性強(qiáng)，亮度高，相干性好拉曼光譜，分子吸收光譜，發(fā)射光譜，傅立葉變換紅外光譜等2022/12/2647優(yōu)秀課件，精彩無限！3、激光光源—高單色性，方向性強(qiáng)，亮度高，相干性好2022/三、波長(zhǎng)選擇系統(tǒng)2022/12/2648優(yōu)秀課件，精彩無限！三、波長(zhǎng)選擇系統(tǒng)2022/12/2012優(yōu)秀課件，精彩無限！色散元件的功能：使光發(fā)生色散，使光按照波長(zhǎng)順序排列，常用光柵或棱鏡狹縫的功能：采光，即采集按照波長(zhǎng)順序排列的而一定波段的光進(jìn)入檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)狹縫的選擇:

一般來說,狹縫越小，光譜的分辨率越高,越接近真實(shí)光譜.但狹縫太小光信號(hào)太弱,檢測(cè)器難以有效測(cè)到光信號(hào).

所以,如果需要得到高分辨率光譜,可以采用較小寬度的狹縫.

如果進(jìn)行定量測(cè)定,則適當(dāng)采用較大寬度的狹縫.2022/12/2649優(yōu)秀課件，精彩無限！色散元件的功能：使光發(fā)生色散，使光按照波長(zhǎng)順2022/1（一）單色器：將復(fù)合光分解成單色光或有一定寬度的譜帶的裝置。主要部件：（1）進(jìn)、出口狹縫；（2）準(zhǔn)直裝置(透鏡或反射鏡)：使輻射束成為平行光線傳播的透鏡或反射鏡

（3）色散元件(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2022/12/2650優(yōu)秀課件，精彩無限?。ㄒ唬﹩紊鳎簩?fù)合光分解成單色光或有一定寬度的譜帶的裝置。棱鏡單色儀—用來色散紫外、可見和紅外輻射2022/12/2651優(yōu)秀課件，精彩無限！棱鏡單色儀—用來色散紫外、可見和紅外輻射2022/12/20光柵單色儀—有透射光柵和反射光柵。2022/12/2652優(yōu)秀課件，精彩無限！光柵單色儀—有透射光柵和反射光柵。2022/12/2016優(yōu)(二)濾光片1、吸收濾光片---由有色玻璃或夾在玻璃兩片間的分散在明膠薄層中的吸光染料組成。適用于可見光區(qū)。特點(diǎn)：帶寬較寬，透射效率低。用于較簡(jiǎn)單的定量測(cè)定，便宜，較好的熱穩(wěn)定性。2、干涉濾光片---由兩層半透明銀膜和銀膜間的介電薄膜（氟化鈣或氟化鎂）組成?？色@得較窄的輻射寬帶。

波長(zhǎng)選擇性比吸收濾光片好。2022/12/2653優(yōu)秀課件，精彩無限！(二)濾光片2022/12/2017優(yōu)秀課件，精彩無限?。ㄈ├忡R—根據(jù)光的折射現(xiàn)象進(jìn)行分光棱鏡對(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)聚焦后在焦面上的不同位置上成像，獲得按波長(zhǎng)展開的光譜；

2022/12/2654優(yōu)秀課件，精彩無限?。ㄈ├忡R—根據(jù)光的折射現(xiàn)象進(jìn)行分光棱鏡對(duì)不同波長(zhǎng)的棱鏡的光學(xué)特性可用色散率和分辨率來表征；（1）色散率

角色散率：用dθ/dλ表示，表示偏向角θ對(duì)波長(zhǎng)的變化率；

棱鏡的頂角α越大或折射率n越大，角色散率越大，分開兩條相鄰譜線的能力越強(qiáng)，但頂角越大，反射損失也增大，通常為60度角；

2022/12/2655優(yōu)秀課件，精彩無限！棱鏡的光學(xué)特性可用色散率和分辨率來表征；（1）色散率（2）分辨率

相鄰兩條靠得很近的譜線分開的能力：；兩條相鄰譜線的平均波長(zhǎng)；△λ：兩條譜線的波長(zhǎng)差；b：棱鏡的底邊長(zhǎng)度；n：棱鏡介質(zhì)材料的折射率。棱鏡的分辨能力取決于棱鏡的幾何尺寸和材料；

分辨率與波長(zhǎng)有關(guān)，長(zhǎng)波的分辨率要比短波的分辨率小，棱鏡分離后的光譜屬于非均排光譜。2022/12/2656優(yōu)秀課件，精彩無限?。?）分辨率相鄰兩條靠得很近的譜線分開的能力：（四）光柵

通過在平板玻璃或金屬板上刻劃出一道道等寬、等間距的刻痕制成。常用的光柵刻痕密度每毫米為1200條、1800條或2400條；根據(jù)工作方式不同分為：透射光柵，反射光柵（平面反射光柵，凹面反射光柵）；2022/12/2657優(yōu)秀課件，精彩無限?。ㄋ模┕鈻磐ㄟ^在平板玻璃或金屬板上刻劃出一道道等寬、等光柵光譜的產(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；2022/12/2658優(yōu)秀課件，精彩無限！光柵光譜的產(chǎn)生是多狹縫干涉與單狹縫衍射共(1)光柵的色散原理光柵公式：d(sinα±sinθ)=Kλ=nλα、θ分別為入射角和衍射角；K或n為光譜級(jí)次,K=0,

±1,±2,…整數(shù)

d為光柵常數(shù)(mm):相鄰兩刻痕間的距離λ為入射光的波長(zhǎng)2022/12/2659優(yōu)秀課件，精彩無限！(1)光柵的色散原理光柵公式：d(sinα±sinθ)=K光柵公式

d(sinα±sinθ)=Kλdsinα為相鄰入射光波Ⅰ與Ⅱ的光程差；dsinθ為相鄰衍射光波Ⅰ’與Ⅱ’的光程差；d(sinα±sinθ)為光波ⅠⅠ’與光波ⅡⅡ’的總光程差；加號(hào)表示衍射光和入射光在光柵法線的同側(cè)減號(hào)表示它們?cè)诠鈻欧ň€的異側(cè)；當(dāng)一束復(fù)合光以一定的入射角α照射光柵時(shí)，不同波長(zhǎng)的單色光在不同衍射角θ的方向發(fā)生干涉。2022/12/2660優(yōu)秀課件，精彩無限！光柵公式d(sinα±sinθ)=Kλ2022/12/

在某一光譜級(jí)次中，即當(dāng)K,α,d一定時(shí)，波長(zhǎng)愈長(zhǎng)的單色光，衍射角愈大。對(duì)于給定的光柵，可以通過旋轉(zhuǎn)光柵轉(zhuǎn)臺(tái)來獲得需要的波長(zhǎng)范圍和光譜級(jí)次。2022/12/2661優(yōu)秀課件，精彩無限！在某一光譜級(jí)次中，即當(dāng)K,α,d一定時(shí)，波（2）幾種典型的光柵A、凹面反射光柵B、閃耀光柵C、中階梯光柵D、全息光柵2022/12/2662優(yōu)秀課件，精彩無限?。?）幾種典型的光柵2022/12/2026優(yōu)秀課件，精彩無(3)光柵的性能指標(biāo)光柵的特性可用色散率和分辨率來表征A、當(dāng)入射角不變時(shí)，光柵的角色散率可通過對(duì)光柵公式求導(dǎo)得到：

dθ/dλ為衍射角對(duì)波長(zhǎng)的變化率，即光柵的角色散率。

當(dāng)θ很小，且變化不大時(shí)，cosθ≈1，光柵的角色散率決定于光柵常數(shù)

d

和光譜級(jí)數(shù)K

。可見光柵的角色散率為一個(gè)常數(shù)，不隨波長(zhǎng)改變，是均排光譜（優(yōu)于棱鏡之處）。

角色散率只與色散元件的性能有關(guān)。2022/12/2663優(yōu)秀課件，精彩無限！(3)光柵的性能指標(biāo)光柵的特性可用色散率和B、光柵的線色散率

f為會(huì)聚透鏡的焦距。在實(shí)際工作中，常用倒線色散率：用dλ/dl表示

dλ/dl

值越大，色散率越小線色散率還與儀器的焦距有關(guān)。D=2022/12/2664優(yōu)秀課件，精彩無限！B、光柵的線色散率f為會(huì)聚透鏡的焦C、光柵的分辨能力

光柵的分辨能力根據(jù)Rakleigh準(zhǔn)則來確定。在波長(zhǎng)相近的兩條譜線中，當(dāng)一條譜線波長(zhǎng)的極大值正好落在另一條譜線波長(zhǎng)的極小值上時(shí)，認(rèn)為這兩條線是可分辨的。實(shí)際工作中，兩衍射圖樣中間的光強(qiáng)約為中央最大的80%，在這種情況下，兩譜線中央最大距離即是光學(xué)儀器能分辨的最小距離（可分離的最小波長(zhǎng)間隔）；2022/12/2665優(yōu)秀課件，精彩無限！C、光柵的分辨能力在波長(zhǎng)相近的兩條譜線D、光柵的分辨率R光柵的分辨率R等于光譜級(jí)次（K）與光柵刻痕條數(shù)（N）的乘積：

光柵越寬、單位刻痕數(shù)越多、R越大。如：寬度50mm，N=1200條/mm，一級(jí)光譜的分辨率：

R=1×50×1200=6×1042022/12/2666優(yōu)秀課件，精彩無限！D、光柵的分辨率R光柵的分辨率R等于光譜級(jí)次（（4）光柵與棱鏡的比較