光学分析方法

1、光学分析方法光学分析方法第一章第一章 光学分析方法导论光学分析方法导论 一、一、光学分析法及其分类光学分析法及其分类二、电磁辐射的描述二、电磁辐射的描述 1. 光的波动性光的波动性 2. 光的粒子性光的粒子性三、电磁波谱三、电磁波谱四、光谱仪器及其组成四、光谱仪器及其组成 1. 光源光源 2. 分光系统（棱镜和光栅、狭缝、光谱仪结构）分光系统（棱镜和光栅、狭缝、光谱仪结构） 3. 吸收池吸收池 4. 光谱分析检测器光谱分析检测器 光学分析方法：光学分析方法： 利用光电转换或其它电子器件测定利用光电转换或其它电子器件测定“电磁电磁辐射与辐射与物质相互作用物质相互作用” ”之后的辐射强度等光学特性

2、，进行物质之后的辐射强度等光学特性，进行物质的定性、定量及结构分析的方法。的定性、定量及结构分析的方法。 历史上，此相互作用只是局限于历史上，此相互作用只是局限于电磁辐射电磁辐射与物质与物质的作用，这也是目前应用最为普遍的方法。现在，光的作用，这也是目前应用最为普遍的方法。现在，光谱方法已扩展到其它各种形式的能量与物质的相互作谱方法已扩展到其它各种形式的能量与物质的相互作用，如声波、粒子束（离子和电子）等与物质的作用用，如声波、粒子束（离子和电子）等与物质的作用。 电磁辐射的描述电磁辐射的描述 1. 光的波动性光的波动性 电磁辐射为正弦波（波长、频率、速度、振幅）。与电磁辐射为正弦波（波长、频

3、率、速度、振幅）。与其它波，如声波不同，电磁波不需传播介质，可在真空中其它波，如声波不同，电磁波不需传播介质，可在真空中传输。传输。 磁场磁场传播方向传播方向电场电场光的传播光的传播y = A sin( t + ) = A sin(2 vt + )yt1/11/11/()频率相同的正弦波叠加得相同频率的合频率相同的正弦波叠加得相同频率的合成正弦波成正弦波频率不同的正弦波叠加得不同频率的非正弦波；频率不同的正弦波叠加得不同频率的非正弦波；更多的正弦波叠加可形成更多的正弦波叠加可形成方波方波1）波的叠加（）波的叠加（Superposition） 平行光束平行光束单缝衍射单缝衍射双缝衍射双缝衍射2）

4、光波的衍射（）光波的衍射（Diffraction） 衍射：当一束平行光通过窄的开口如狭缝时发生弯曲的现象。衍射：当一束平行光通过窄的开口如狭缝时发生弯曲的现象。 3） 光的干涉（光的干涉（Coherent interference） 当频率相同、振动方向相同、周相相等或周相当频率相同、振动方向相同、周相相等或周相差保持恒定的波源所发射的相干波互相叠加时，差保持恒定的波源所发射的相干波互相叠加时，会产生波的干涉现象。通过干涉现象，可以得到会产生波的干涉现象。通过干涉现象，可以得到明暗相间的条纹。明暗相间的条纹。4）光的折射（）光的折射（Refraction）5） 光的反射（光的反射（Reflec

5、tion）6） 光的传输（光的传输（Transmission） 7）光的偏振（）光的偏振（Polarization） 8）光的散射（）光的散射（Scattering）2. 光的粒子性光的粒子性 当物质发射电磁辐射或者电磁辐射被物质吸收时，当物质发射电磁辐射或者电磁辐射被物质吸收时，就会发生能量跃迁。此时，电磁辐射不仅具有波的特就会发生能量跃迁。此时，电磁辐射不仅具有波的特征，而且具有粒子性，最著名的例子是光电效应现象征，而且具有粒子性，最著名的例子是光电效应现象的发现。的发现。 1）光电效应（）光电效应（Photoelectric effect）现象：现象：1887，Heinrich Hetz

6、（在光照时，两间隙间更（在光照时，两间隙间更 易发生火花放电现象）易发生火花放电现象）解释：解释：1905，Einstein理论，理论，E=h 证明：证明：1916，Millikan（真空光电管）（真空光电管）2） 能态（能态（Energy state） 量子理论量子理论(Max Planck，1900)： 物质粒子总是处于特定的不连续的能量状态，物质粒子总是处于特定的不连续的能量状态，即能量是量子化的；处于不同能量状态粒子之间发生即能量是量子化的；处于不同能量状态粒子之间发生能量跃迁时的能量差能量跃迁时的能量差 E 可用可用 h 表示。表示。 两个重要推论：两个重要推论： 物质粒子存在不连续

7、的能态，各能态具有特定物质粒子存在不连续的能态，各能态具有特定的能量。当粒子的状态发生变化时，该粒子将吸收或的能量。当粒子的状态发生变化时，该粒子将吸收或发射完全等于两个能级之间的能量差；发射完全等于两个能级之间的能量差； 反之亦是成立的，即反之亦是成立的，即 E =E1-E0=h 31010 3108 3106 3104 3102 3100 310-2 310-4 波数， cm-1 1021 1019 1017 1015 1013 1011 109 107 频率，Hz 10-4 10-2 100 102 104 106 108 109 波长， nm X 射线 可见 微波 射线 紫外 红外 无

8、线电 三、电磁波谱三、电磁波谱电磁辐射波谱图电磁辐射波谱图光谱类型光谱类型 波长范围波长范围 波数范围波数范围 量子跃迁类量子跃迁类型型 -射线发射光谱射线发射光谱 0.005-1.4A - 核核 X-吸收、发射、荧吸收、发射、荧光、衍射光谱光、衍射光谱 0.1-100A - 内层电子内层电子 真空紫外吸收光谱真空紫外吸收光谱 10-180 nm 1 106-5 104 外层键合电外层键合电子子 UV-Vis 吸收、发射吸收、发射及荧光光谱及荧光光谱 180-780 nm 5 104-1.3 104 外层键合电外层键合电子子 红外吸收红外吸收 拉曼散射光谱拉曼散射光谱 0.78-300 m 1

9、.3 104-33 分子振动分子振动-转转动动 微波吸收微波吸收 0.75-3.75 mm 13-27 分子转动分子转动 电子自旋共振光谱电子自旋共振光谱 3 cm 0.33 磁场中磁场中电子电子自旋自旋 核磁共振核磁共振 0.6-10 m 1.7 10-2-1 103 磁场中磁场中核自核自旋旋 光学分析法及其分类光学分析法及其分类 光学分析法可分为光学分析法可分为光谱法光谱法和和非光谱法非光谱法两大类。两大类。 光谱法是基于物质与辐射能作用时，测量由物质内部发生量子化的能级之间的跃迁而产生的发射、吸收或散射辐射的波长和强度进行分析的方法。 光谱法可分为光谱法可分为原子光谱法原子光谱法和和分子

10、光谱法分子光谱法。 原子光谱法是由原子外层或内层电子原子外层或内层电子 能级的变化产生的，它的表现形式为线光谱线光谱。属于这类分析方法的有原子发射光谱法（AES）、原子吸收光谱法（AAS），原子荧光光谱法（AFS）以及X射线荧光光谱法（XFS）等。 分子光谱法是由 分子中电子能级、振动和转动能级分子中电子能级、振动和转动能级 的变化产生的，表现形式为带光谱带光谱。属于这类分析方法的有紫外-可见分光光度法（UV-Vis），红外光谱法（IR），分子荧光光谱法（MFS）和分子磷光光谱法（MPS）等。 非光谱法是基于物质与辐射相互作用时，测量辐射的某些性质，如折射、散射、干涉、衍射、偏振等变化的分析方

11、法。 本章主要介绍光谱法。如果按照电磁辐射和物质相互作用的结果，可以产生发射、吸收和联合散射三种类型的光谱。3. 光谱组成光谱组成 线光谱线光谱(Line spectra): 由处于气相的单个原子发生电子能级跃迁所产生的由处于气相的单个原子发生电子能级跃迁所产生的锐线光谱，线宽大约为锐线光谱，线宽大约为10-4A。带状光谱带状光谱(Band spectra): 由气态自由基或小分子振动由气态自由基或小分子振动-转动能级跃迁所产生转动能级跃迁所产生的光谱，由于各能级间的能量差较小，因而产生的谱的光谱，由于各能级间的能量差较小，因而产生的谱线不易分辨开而形成所谓的带状光谱，其带宽达几个线不易分辨开

12、而形成所谓的带状光谱，其带宽达几个至几十个至几十个nm)；线光谱线光谱带光谱带光谱连续光谱连续光谱(Continuum spectra)： 固体被加热到炽热状态时，无数原子和分子的固体被加热到炽热状态时，无数原子和分子的运动或振动所产生的热辐射，也称黑体辐射。通运动或振动所产生的热辐射，也称黑体辐射。通常产生背景干扰。温度越高，辐射越强，而且短常产生背景干扰。温度越高，辐射越强，而且短波长的辐射强度增加得最快！波长的辐射强度增加得最快！ 另一方面，炽热的固体所产生的连续辐射是红另一方面，炽热的固体所产生的连续辐射是红外、可见及较长波长的重要辐射源（光源）。外、可见及较长波长的重要辐射源（光源）

13、。电子或者其它电子或者其它基本粒子基本粒子原子原子,离子离子,分子分子轰击轰击原子原子*, 离离子子*,分子分子*原子原子,离子离子,分子分子X激发激发激发态激发态基态基态基态基态能量能量发射发射电弧电弧,火花火花,火火焰焰, ICP原子原子,离子离子,分子分子原子原子*,离子离子*,分子分子*原子原子,离子离子,分子分子UV,VIS,IR激发激发激发态激发态基态基态基态基态能量能量发射发射电磁辐射或者电磁辐射或者化学反应化学反应原子原子,离子离子,分子分子光（一次光）光（一次光）原子原子*, 离离子子*,分子分子*原子、离原子、离子、分子子、分子荧光（二次光）荧光（二次光）激发激发激发态激发

14、态基态基态基态基态能量能量发射发射4.4.电磁波的发射电磁波的发射光谱图光谱图AESX-rayAFS,MFS,XFS 产生的辐射通称为发射光谱，以辐产生的辐射通称为发射光谱，以辐射能对辐射频率或波长作图可得到发射射能对辐射频率或波长作图可得到发射光谱图：光谱图：H2-O2火焰中海水的发射光谱图火焰中海水的发射光谱图5.电磁波的吸收电磁波的吸收 现象：当电磁辐射通过固体、液体或气体时，具一定现象：当电磁辐射通过固体、液体或气体时，具一定 频率频率(能量能量)的辐射将能量转移给处于基态的原的辐射将能量转移给处于基态的原 子、分子或离子，并跃迁至高能态，从而使这子、分子或离子，并跃迁至高能态，从而使

15、这 些辐射被些辐射被选择性地选择性地吸收。吸收。原子吸收：原子吸收光谱分析原子吸收：原子吸收光谱分析(AAS);分子吸收：紫外可见光度分析分子吸收：紫外可见光度分析(UV-Vis)；分子吸收：红外光谱分析分子吸收：红外光谱分析(IR)及拉曼光谱及拉曼光谱(Raman) ；核吸收：核磁共振光谱核吸收：核磁共振光谱(NMR)。电磁辐射电磁辐射原子、离原子、离子、分子子、分子光光原子原子* *、离、离子子* *、分子、分子* *原子、离原子、离子、分子子、分子激发激发激发态激发态基态基态基态基态能量能量吸收吸收Raman散射散射 频率为频率为 0 0的单色光照射到透明物质上，的单色光照射到透明物质上

16、，物质分子会发生散射现象。如果这种散射是物质分子会发生散射现象。如果这种散射是光子与物质分子发生能量交换的，即不仅光光子与物质分子发生能量交换的，即不仅光子的运动方向发生变化，它的能量也发生变子的运动方向发生变化，它的能量也发生变化，则称为化，则称为RamanRaman散射。散射光的频率（散射。散射光的频率（mm）与入射光的频率不同，称为）与入射光的频率不同，称为RamanRaman位移。位移。RamanRaman位移的大小与分子的振动和转动的能位移的大小与分子的振动和转动的能级有关，利用级有关，利用RamanRaman位移研究物质结构的方位移研究物质结构的方法称为法称为RamanRaman光

17、谱法。光谱法。四、光谱仪器四、光谱仪器组成：光源，单色器，样品池，检测器（光电转换器、电子读组成：光源，单色器，样品池，检测器（光电转换器、电子读 出、数据处理及记录），出、数据处理及记录），读出器件读出器件光源或光源或炽热固体炽热固体样品容器样品容器分光系统分光系统光电转换光电转换信号处理器信号处理器光源灯或光源灯或激光激光样品容器样品容器分光系统分光系统光电转换光电转换信号处理器信号处理器光源光源+ +样品样品分光系统分光系统光电转换光电转换信号处理器信号处理器吸收吸收荧光荧光发射发射1、光源、光源H2灯灯 紫外光源紫外光源 D2灯灯 160-375nm W 灯灯 320-2500nm 可

18、见光源可见光源 氙灯氙灯 250-700nm Nernst 灯灯 连续光连续光源源 红外光源红外光源 硅碳棒硅碳棒 6000-5000cm-1之之间有最大强度间有最大强度 Hg 灯灯 254-734nm 金属蒸汽灯金属蒸汽灯 Na 灯灯 589.0nm， 589.6nm 空心阴极灯空心阴极灯 空心阴极灯空心阴极灯 高强度空心阴极高强度空心阴极灯灯 也称元素灯也称元素灯 红宝石激光器红宝石激光器 693.4nm He-Ne 激光器激光器 632.8nm 激光激光* Ar 离子激光器离子激光器 515.4nm， 488.0nm 直流电弧直流电弧 交流电弧交流电弧 火花火花 线光源线光源 发射光谱光

19、发射光谱光源源 ICP 电能电能 对光源的要求对光源的要求：强度大（分析灵敏度高）、稳定（分析重现性好）。：强度大（分析灵敏度高）、稳定（分析重现性好）。 *Laser=light amplification by stimulated emission of radiation 2. 分光系统分光系统（monochromator, wavelength selector）定义：将由不同波长的定义：将由不同波长的“复合光复合光”分开为一系列分开为一系列“单单一一” 波长的波长的“单色光单色光”的器件。的器件。 理想的理想的100%的单色光是不可能达到的，实的单色光是不可能达到的，实 际上只能获

20、得的是具有一定际上只能获得的是具有一定“纯度纯度”的单色光的单色光，即，即 该该“单色光具有一定的宽度（有效带宽）。有单色光具有一定的宽度（有效带宽）。有效效 带宽越小，分析的灵敏度越高、选择性越好、带宽越小，分析的灵敏度越高、选择性越好、 分析物浓度与光学响应信号的线性相关性也越分析物浓度与光学响应信号的线性相关性也越 好。好。构成：狭缝、准直镜、棱镜或光栅、会聚透镜。构成：狭缝、准直镜、棱镜或光栅、会聚透镜。 入射狭缝入射狭缝准直镜准直镜物镜物镜棱镜棱镜焦面焦面出射狭缝出射狭缝f入射狭缝入射狭缝准直镜准直镜光栅光栅物镜物镜出射狭缝出射狭缝f其中最主要的分光元件为棱镜和光栅。其中最主要的分光

21、元件为棱镜和光栅。 1）棱镜）棱镜（Prism）： 棱镜的色散作用是基于构成棱镜的光学材料对不棱镜的色散作用是基于构成棱镜的光学材料对不同波长的光具有不同的折射率。波长大的折射率小，同波长的光具有不同的折射率。波长大的折射率小，波长小的折射率大。波长小的折射率大。 n = A + B/2 + C/4式中n为折射率，为波长，A、B、C为常数Cornu棱镜棱镜 b Littrow棱镜棱镜（左旋（左旋+右旋右旋-消除双像）消除双像） （镀膜反射）（镀膜反射）棱镜特性棱镜特性色散率：色散率：角色散率角色散率d /d ，表示偏向角，表示偏向角 对波长的变化。在最小偏向角时（对波长的变化。在最小偏向角时（

22、折射线平行于棱镜底边），可以导出：折射线平行于棱镜底边），可以导出： 可见角色散率与折射率可见角色散率与折射率 n 及棱镜顶角及棱镜顶角 有关。有关。因此，增加角色散率因此，增加角色散率 d /d 的方式有三：的方式有三： 改变棱镜材料，玻璃比石英的折射率大，但玻璃只适于可见改变棱镜材料，玻璃比石英的折射率大，但玻璃只适于可见 光区；光区； 增加棱镜顶角，多选增加棱镜顶角，多选 600； 增加棱镜数目，但由于设计及结构上的困难，最多用增加棱镜数目，但由于设计及结构上的困难，最多用2个。个。 ddnndd)2/(sin1)2/sin(222线色散率线色散率dl/d 或或倒线色散率倒线色散率d /

23、dl：它表示两条谱线在：它表示两条谱线在焦面上被分开的距离对波长的变化率：焦面上被分开的距离对波长的变化率： 可见线色散率除与角色散率有关外，还与会聚透镜焦可见线色散率除与角色散率有关外，还与会聚透镜焦距距 f 及焦面和光轴间夹角及焦面和光轴间夹角 有关。有关。 因此，因此，增加透镜焦距、减小焦面与光轴夹角棱镜增加透镜焦距、减小焦面与光轴夹角棱镜色散能力提高。色散能力提高。 sinfddddl分辨率分辨率R：指将两条靠得很近的谱线分开的能力指将两条靠得很近的谱线分开的能力（Rayleigh准则），可表示为准则），可表示为 其中，其中，m-棱镜个数；棱镜个数；b底边有效长度（底边有效长度（cm）

24、 可见，分辨率随波长变化而变化，在短波部分分辨率可见，分辨率随波长变化而变化，在短波部分分辨率较大，即棱镜分光具有较大，即棱镜分光具有“非匀排性非匀排性”，色谱的光谱为，色谱的光谱为“非匀排光谱非匀排光谱”。这是棱镜分光最大的不足。这是棱镜分光最大的不足。ddnmbR2）光栅）光栅制作：制作：以特殊的工具（如钻石），在硬质、磨光的光以特殊的工具（如钻石），在硬质、磨光的光 学平面上刻出大量紧密而平行的刻槽。以此为母板，可用学平面上刻出大量紧密而平行的刻槽。以此为母板，可用液态树脂在其上复制出光栅。制作的光栅有平面透射光栅液态树脂在其上复制出光栅。制作的光栅有平面透射光栅、平面反射光栅、平面反射

25、光栅（或称闪耀光栅）及凹面反射光栅。刻制及凹面反射光栅。刻制质量不高的光栅易产生散射线及鬼线（质量不高的光栅易产生散射线及鬼线（Ghost lines）。）。 通常的刻线数为通常的刻线数为300-2000刻槽刻槽/mm。最常用的是。最常用的是1200-1400刻槽刻槽/mm（紫外可见）及（紫外可见）及100-200刻槽刻槽/mm（红外）。红外）。光栅的分光原理光栅的分光原理1.光的干涉光的干涉 当频率相同、振动方向相同、周相相等或周相差当频率相同、振动方向相同、周相相等或周相差保持恒定的波源所发射的相干波互相叠加时，会产保持恒定的波源所发射的相干波互相叠加时，会产生波的干涉现象。生波的干涉现象

26、。 若两波光程差若两波光程差 等于波长等于波长 的整数倍时，两波的整数倍时，两波将互相加强到最大程度，形成明条纹。将互相加强到最大程度，形成明条纹。 = = K K （K = 0K = 0，1 1，22） 相反，当两波的光程差等于半波长的奇数相反，当两波的光程差等于半波长的奇数倍时，两波将相互减弱到最大程度，倍时，两波将相互减弱到最大程度，形成暗条纹。形成暗条纹。 = = （2 K+12 K+1） /2 /2 （K = 0K = 0，1 1，22）2.2.光的衍射光的衍射 光波绕过障碍物而弯曲地向它后面传播的现象，称为波光波绕过障碍物而弯曲地向它后面传播的现象，称为波的衍射现象。的衍射现象。

27、若以平行光束通过狭缝若以平行光束通过狭缝ABAB，狭缝宽度为，狭缝宽度为a a，入射角为，入射角为 角角方向传播，经透镜聚焦后会聚于方向传播，经透镜聚焦后会聚于P P点则点则APAP与与BPBP的光程差的光程差ACAC（）为）为 =a sin=a sin P P点的明暗取决于光程差点的明暗取决于光程差。对应于某确定角度。对应于某确定角度 ，如果，如果狭缝可以分成为偶数波带（狭缝可以分成为偶数波带（ /2 /2），则在），则在P P点出现暗条纹。点出现暗条纹。如果狭缝可以分成为奇数波带，则出现明条纹如果狭缝可以分成为奇数波带，则出现明条纹单缝衍射aABP0P3.3.光栅光栅 光栅分为透射光栅和反

28、射光栅，常用的是反射光栅。光栅分为透射光栅和反射光栅，常用的是反射光栅。 光栅是一种多狭缝部件，光栅光谱的产生是光栅是一种多狭缝部件，光栅光谱的产生是多狭缝干涉多狭缝干涉和单狭缝衍射和单狭缝衍射两者联合作用的结果。它的色散作用可用光两者联合作用的结果。它的色散作用可用光栅公式表示栅公式表示 d d（sinsin + sin + sin ）= n= n 公式中公式中 和和 分别为入射角和衍射分别为入射角和衍射 角，整数角，整数n n为光谱级次，为光谱级次，d d为光栅常数。为光栅常数。 当当n=0n=0时，即零级光谱，衍射角与波时，即零级光谱，衍射角与波 长无关，也就是无分光作用。当长无关，也就

29、是无分光作用。当n n 不等于零时，衍射角或反射角不等于零时，衍射角或反射角 随波长随波长 而异，即不同波长的辐射经光栅反射而异，即不同波长的辐射经光栅反射 后将分散在不同空间位置上，这就是光栅进行分光的依据后将分散在不同空间位置上，这就是光栅进行分光的依据。平面反射光栅平面反射光栅（闪耀光栅，小阶梯光栅）：（闪耀光栅，小阶梯光栅）： 将平行的狭缝刻制成具有相同形状的刻槽（多为将平行的狭缝刻制成具有相同形状的刻槽（多为三角形），此时，入射线的小反射面与夹角三角形），此时，入射线的小反射面与夹角 一定，一定，此时反射线集中于一个方向，从而使光能集中于所需此时反射线集中于一个方向，从而使光能集中于

30、所需要的一级光谱上。此种光栅又称闪耀光栅。当要的一级光谱上。此种光栅又称闪耀光栅。当 = = 时，在衍射角时，在衍射角 方向可获得最大的光强，方向可获得最大的光强， 也称为闪耀也称为闪耀角。角。 如下图所示。如下图所示。 A AB BC CD Dd d P P0 0距离距离相对强度相对强度P P1 1由于由于 CAB= ， DAB= ，因此，因此，CB=d sin , BD=dsin 显然，衍射光束显然，衍射光束2的运行距离比衍射光束的运行距离比衍射光束1长长（CB+BD） 当当（CB+BD）是入射波长的整数倍，即当是入射波长的整数倍，即当（CB+BD）= n 时，时，两衍射光束发生叠加，并产

31、生明线。两衍射光束发生叠加，并产生明线。因此可得光栅方程：因此可得光栅方程：)sin(sin dn12光栅特性光栅特性角色散率角色散率d /d ： 线色散率线色散率dl/d : 从上式中可见，色散率近似与衍射角无关，或者从上式中可见，色散率近似与衍射角无关，或者说，在同一级光谱上，各谱线是均匀排列的！可通过说，在同一级光谱上，各谱线是均匀排列的！可通过增加增加 f 值和减小值和减小 d 值来提高色散率。值来提高色散率。分辨率分辨率R：cosdndd）odnfdnffddddl20(cosnNdWnWR)()sin(sinN光栅总刻线数（条）；光栅总刻线数（条）；W光栅被照亮的宽度（光栅被照亮的

32、宽度（mm）；）；d光栅常数光栅常数(mm) 3）狭缝（）狭缝（Slit）构成：狭缝是两片经过精密加工、具有锐利边缘的金构成：狭缝是两片经过精密加工、具有锐利边缘的金 属组成。两片金属处于相同平面上且相互平行。属组成。两片金属处于相同平面上且相互平行。 入射狭缝可看作是一个光源，在相应波长位置，入射狭缝可看作是一个光源，在相应波长位置， 入射狭缝的像刚好充满整个出射狭缝。入射狭缝的像刚好充满整个出射狭缝。有效带宽：整个单色器的分辨能力除与分光元件的色有效带宽：整个单色器的分辨能力除与分光元件的色 散率有关外，还与狭缝宽度有关。即单色器的分散率有关外，还与狭缝宽度有关。即单色器的分 辨能力（有效

33、带宽辨能力（有效带宽S）应由下式决定：）应由下式决定：D=倒线色散率；倒线色散率；W=狭缝宽度。当单色仪的色散率固定时，波长间隔狭缝宽度。当单色仪的色散率固定时，波长间隔将随狭缝宽度变化。将随狭缝宽度变化。 DWS 狭缝宽度的选择原则狭缝宽度的选择原则 定性分析：选择较窄的狭缝宽度定性分析：选择较窄的狭缝宽度提高分辨率，提高分辨率， 减少其它谱线的干扰，提高选择性；减少其它谱线的干扰，提高选择性； 定量分析：选择较宽的狭缝宽度定量分析：选择较宽的狭缝宽度增加照亮狭缝增加照亮狭缝 的亮度，提高分析的灵敏度；的亮度，提高分析的灵敏度； 应根据样品性质和分析要求确定狭缝宽度。并通应根据样品性质和分析

34、要求确定狭缝宽度。并通 过条件优化确定最佳狭缝宽度。过条件优化确定最佳狭缝宽度。 与发射光谱分析相比，原子吸收光谱因谱线数少，与发射光谱分析相比，原子吸收光谱因谱线数少， 可采用较宽的可采用较宽的狭缝。但当背景大时，可适当减小狭缝。但当背景大时，可适当减小 缝宽。缝宽。3. 吸收池（吸收池（Sample container，Cell，Cuvette） 除发射光谱外，其它所有光谱分析都需要吸收池。除发射光谱外，其它所有光谱分析都需要吸收池。盛放试样的吸收池由光透明材料制成。盛放试样的吸收池由光透明材料制成。v 石英或熔融石英：紫外光区石英或熔融石英：紫外光区可见光区可见光区3 m；v 玻璃：可见

35、光区（玻璃：可见光区（350-2000nm）；）；v 透明塑料：可见光区（透明塑料：可见光区（350-2000nm）；）；v 盐窗（盐窗（NaCl, NaBr晶体）：红外光区。晶体）：红外光区。4. 4. 光电转换器光电转换器（Transducer）A A）定义：光电转换器是将光辐射转化为可以测量的电）定义：光电转换器是将光辐射转化为可以测量的电信号的器件。信号的器件。S = kP + kd = kPK:K:校正灵敏度；校正灵敏度；P P：辐射功率；：辐射功率；k kd d: : 暗电流（可通过线路补偿，使为暗电流（可通过线路补偿，使为0 0）B B）理想的光电转换器要求：）理想的光电转换器要

36、求： 灵敏度高；灵敏度高； S/NS/N大；大； 暗电流小；暗电流小； 响应快且在宽的波段内响应恒定。响应快且在宽的波段内响应恒定。C）光电转换器种类光电转换器种类及及应应用用波波段段 检测器种类检测器种类 检测器检测器 应用波段应用波段 早期检测器早期检测器 人眼人眼(Vis)，相板及照像胶片相板及照像胶片(UV-Vis) UV-Vis 硒光电池硒光电池（Photovoltaic cell, ,光伏管光伏管） 350-(500)max-750nm 真空光电管真空光电管（Vacuum phototube） 据光敏材料而定据光敏材料而定 光电倍增管光电倍增管（Photomultiplier tu

37、be） ibid 光电转换器光电转换器(photo transducer) 硅二极管硅二极管（Silicon diode） 190-1100nm 光二极管阵列光二极管阵列（Photodiode array, PDA） 多通道转换器多通道转换器(Multichannel transducer) 电荷转移器件电荷转移器件Charge-transfer device, CTD： 电荷注入器件电荷注入器件( (Charge-injection device, CID) ) 电荷耦合器件电荷耦合器件(Charge-coupled device, CCD) 电导检测器电导检测器 电导检测器电导检测器（Ph

38、otoconductivity）； UVUV- -V Vis 热电偶热电偶（Thermocouple） 辐射热计辐射热计（Bolometer） 热热检测器检测器(Thermal transducer) 热释电热释电（Pyroelectric transducer） IRIR 硒光电池硒光电池+-SeFe(Cu)h 玻璃玻璃Ag(Au)透明膜透明膜-收集极收集极塑塑料料-( (当外电阻当外电阻400 ，i =10-100 A)优点：优点：光电流直接正比于辐射能；光电流直接正比于辐射能； 使用方便、便于携带（耐用、成本低）；使用方便、便于携带（耐用、成本低）；缺点：缺点：电阻小，电流不易放大；响应较慢。电阻小，电流不易放大；响应较慢。 只在高强度辐射区较灵敏；只在高强度辐射区较灵敏； 长时间使用后，有长时间使用后，有“疲劳疲劳”(fatigue)现象。现象。真空光电管真空光电管90V