第十二章 一、光谱法仪器的基本流程 光分析导论 general process of spectrometr an introduction to 二、光谱仪器的基本器件 optical analysis main parts of spectrometry 第四节 光谱法仪器与光 学器件 instruments for spectro- metry and optical parts 下一页 15:37:26
15:37:26 第四节 光谱法仪器与光 学器件 一、光谱法仪器的基本流程 general process of spectrometry 二、光谱仪器的基本器件 main parts of spectrometry 第十二章 光分析导论 an introduction to optical analysis instruments for spectrometry and optical parts
光分析法仪器的基本流程 general process of spectrometry 光谱仪器通常包括五 光源 单色器 检测器 个基本单元： 读出器件 光源；单色器；样品； 检 出样品 (a) 测器；显示与数据处理； 作 单色器 样品 检测器 读出器件 (b) 样品 单色器 检测器 读出器件 光源 (⊙ 各类光谱仪部件图 (a)发射光谐仪 (b)吸收光谱仪(@)荧光和敢射光谱仪 15:3726
15:37:26 一、光分析法仪器的基本流程 general process of spectrometry 光谱仪器通常包括五 个基本单元： 光源；单色器；样品；检 测器；显示与数据处理；
二、光分析法仪器的基本单元 main parts of spectrometry 1.光源 依据方法不同，采用不同的光源：火焰、灯、激光、电 火花、电弧等；依据光源性质不同，分为： /nm100 2004007001000200040007000100002000040000 连续光源：在较大范 真空紫外可见近红外 红 外 远红外 波谱区 紫外 围提供连续波长的光源， 氩灯 氙灯 氢灯、氘灯、钨丝灯等； H2或D3灯 钨丝灯 线光源：提供特定波 能斯特灯（亿02+Y0) 长的光源，金属蒸气灯( 源 镍铬丝灯 硅碳棒 汞灯、钠蒸气灯)、空心 空心阴极灯 阴极灯、激光等： 图 不同波谱区所用的光源 15:37:26
15:37:26 二、光分析法仪器的基本单元 main parts of spectrometry 1. 光源 依据方法不同，采用不同的光源：火焰、灯、激光、电 火花、电弧等；依据光源性质不同，分为： 连续光源：在较大范 围提供连续波长的光源， 氢灯、氘灯、钨丝灯等； 线光源：提供特定波 长的光源，金属蒸气灯( 汞灯、钠蒸气灯)、空心 阴极灯、激光等；
2.单色器 单色器：获得高光谱纯度辐射束的装置，而辐射束的波长 可在很宽范围内任意改变； 主要部件： (1)进口狭缝； (2)准直装置（透镜或反射镜）：使辐射束成为平行光线； (3)色散装置（棱镜、光栅）：使不同波长的辐射以不同的 角度进行传播： 15:37:26
15:37:26 2.单色器 单色器：获得高光谱纯度辐射束的装置，而辐射束的波长 可在很宽范围内任意改变； 主要部件： （1）进口狭缝； （2）准直装置(透镜或反射镜)：使辐射束成为平行光线； （3）色散装置(棱镜、光栅)：使不同波长的辐射以不同的 角度进行传播；
(4)聚焦透镜或凹面反射镜，使每个单色光束在单色器 的出口曲面上成像。 出口狭缝 dl d0 色散元件 聚焦元件 出口曲面 进口 准光镜 狭缝 单色器的组成图 15:37:26
15:37:26 （4）聚焦透镜或凹面反射镜，使每个单色光束在单色器 的出口曲面上成像
棱镜 棱镜对不同波长的光具有不同的折射率，波长长的光， 折射率小；波长短的光，折射率大。 平行光经过棱镜后按波长顺序排列成为单色光：经聚焦 后在焦面上的不同位置上成像，获得按波长展开的光谱： 棱镜的分辨能力取 决于棱镜的几何尺寸和 材料； 棱镜的光学特性可 Comu(考纽)棱镜 Littrow(立特鲁)棱镜 用色散率和分辨率来表 棱镜的色散作用图 征； 15:37:26
15:37:26 棱镜 棱镜对不同波长的光具有不同的折射率，波长长的光， 折射率小；波长短的光，折射率大。 平行光经过棱镜后按波长顺序排列成为单色光；经聚焦 后在焦面上的不同位置上成像，获得按波长展开的光谱； 棱镜的分辨能力取 决于棱镜的几何尺寸和 材料； 棱镜的光学特性可 用色散率和分辨率来表 征；
棱镜的特性与参数 (1)色散率 角色散率：用d0/d表示，偏向角0对波长的变化率； Q do 2sin dn d -n2 sin2 2 棱镜的顶角越大或折射率越大，角色散率越大，分开两 条相邻谱线的能力越强，但顶角越大，反射损失也增大，通 常为60度角： 线色散率：用dld表示，两条相邻谱线在焦面上被分开 的距离对波长的变化率； 倒线色散率：用d/dl表示， 15:37:26
15:37:26 棱镜的特性与参数 （1）色散率 角色散率：用dθ/dλ表示，偏向角θ对波长的变化率； d d 2 1 sin 2 2sin d d 2 2 n n − = 棱镜的顶角越大或折射率越大，角色散率越大，分开两 条相邻谱线的能力越强，但顶角越大，反射损失也增大，通 常为60度角； 线色散率：用dl /dλ表示，两条相邻谱线在焦面上被分开 的距离对波长的变化率； 倒线色散率：用dλ/dl 表示
(2)分辨率 相邻两条谱线分开程度的度量： dn R- b △入 d 元两条相邻谱线的平均波长：△：两条谱线的波长差： b:棱镜的底边长度；：棱镜介质材料的折射率。 分辨率与波长有关，长波的分辨率要比短波的分辨率小， 棱镜分离后的光谱属于非均排光谱。 15:37:26
15:37:26 （2）分辨率 相邻两条谱线分开程度的度量： d dn R = b = ： 两条相邻谱线的平均波长；△λ：两条谱线的波长差； b：棱镜的底边长度；n：棱镜介质材料的折射率。 分辨率与波长有关，长波的分辨率要比短波的分辨率小， 棱镜分离后的光谱属于非均排光谱
光栅 透射光栅，反射光栅； 光栅光谱的产生是多狭缝干 涉与单狭缝衍射共同作用的结果 光栅 ,前者决定光谱出现的位置，后 人射狭缝 出射狭缝 者决定谱线强度分布； 单色器 准直 焦距为f 单色辐射 的透镜 强度 单狭缝衍射图 15:37:26 页下
15:37:26 光栅 透射光栅，反射光栅； 光栅光谱的产生是多狭缝干 涉与单狭缝衍射共同作用的结果 ，前者决定光谱出现的位置，后 者决定谱线强度分布；
光栅的特性 ABCDE表示平面光栅的一段； 光线L在AJF处同相，到达AK 平面，光线L2M要比光线LM多 通过JCK这段距离。FEI=2JCK, 其后各缝隙的光程差将以等差级 数增加，3JCK、4JCK等。 当光线M、M)、M到达焦点 时，如果他们沿平面波阵面AKI 同相位，他们就会产生一个明亮 的光源相，只有JCK是光线波长 的整数倍时才能满足条件。 平面透射光栅的衍射图 15:37:26
15:37:26 光栅的特性 ABCDE表示平面光栅的一段； 光线L在AJF处同相，到达AKI 平面，光线L2M2要比光线L1M1多 通过JCK这段距离。FEI=2JCK， 其后各缝隙的光程差将以等差级 数增加，3JCK 、4JCK等。 当光线M1、M2、M3到达焦点 时，如果他们沿平面波阵面AKI 同相位，他们就会产生一个明亮 的光源相，只有JCK是光线波长 的整数倍时才能满足条件