紫外吸收光谱分析法

第三章紫外-可见吸收光谱法一、基本组成二、分光光度计的类型第三节紫外—可见分光光度计仪器紫外-可见分光光度计一、基本部件光源单色器 样品室 检测器

显示（一）光源在整个紫外光区或可见光谱区可以发射连续光谱，具有足够的辐射强度、较好的稳定性、较长的使用

。可见光区：钨灯作为光源，其辐射波长范围在320～2500

nm。紫外区：氢、氘灯。发射185～400

nm的连

续光谱。（二）单色器将光源发射的复合光分解成单色光并可从中选出一任波长单色光的光学系统。①入射狭缝：光源的光由此进入单色器；②准光装置：透镜或返射镜使入射光成为平行光束；③色散元件：将复合光分解成单色光；棱镜或光栅；④聚焦装置：透镜或凹面反射镜，将分光后所得单色光聚焦至出射狭缝；⑤出射狭缝。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dθ/dλ表示，偏向角θ对波长的变化率；2

sin

d

d1

n2

sin

2

d

2

dn2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：R

b

dn

d：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，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。光栅的特性：如果：d=AC=CEJC+CK=d

(sinα+sinθ)=nλ即光栅公式：d(sinα+sinθ)=nλα、θ分别为入射角和反射角；整数n为光谱级次；d为光栅常数；α角规定取正值，如果θ角与α角在光栅法线同侧，θ角取正值，反之区负值；当n=0时，零级光谱，衍射角与波长无关，无分光作用。光栅的特性：将反射光栅的线槽加工成适当形状能使有效强度集中在特定的衍射角上。图所示反射光栅是由与光栅表面成β角的小斜面构成(小阶梯光栅，闪耀光栅)，β角叫做闪耀角。选择适宜的闪耀角，可以使90%的有效能量集中在单独一级的衍射上。光栅的参数：光栅的特性可用色散率和分辨率来表征，当入射角不变时，光栅的角色散率可通过对光栅公式求导得到：d

nd

d

cosdθ/dλ为入射角对波长的变化率，即光栅的角色散率。当θ很小，且变化不大时，cosθ≈1，光栅的角色散率决定于光栅常数d和光谱级数n，常数，不随波长改变，均排光谱（优于棱镜之处）。角色散率只与色散元件的性能有关；线色散率还与仪器的焦距有关。光栅的线色散率

n

fdl

d

f

n

fd

d

d

cos

df

为会聚透镜的焦距。光栅的分辨能力根据Rakleigh准则来确定。等强度的两条谱线（I，II）中，一条（II）的衍射最大强度落在另一条的第一最小强度上时，两衍射图样中间的光强约为最大的80%，在这种情况下，两谱线最大距离即是光学仪器能分辨的最小距离（可分离的最小波长间隔）；光栅的分辨率R光栅的分辨率R

等于光谱级次（n）与光栅刻痕条数（N）的乘积：R

n

N光栅越宽、单位刻痕数越多、R

越大。宽度50mm，N=1200条/mm，一级光谱的分辨率：

R=1×50×1200=6×104狭缝单色器的进口狭缝起着单色器光学系统虚光源的作用。复合光经色散元件分开后，在出口曲面上形成相当于每条光谱线的像，即光谱。转动色散元件可使不同波长的光谱线依次通过。分辨率大小不仅与色散元件的性能有关，也取决于成像的大小，因此希望采用较窄的进口狭缝。分辨率用来衡量单色器能分开波长的最小间隔的能力；最小间隔的大小用有效带宽表示：S

= D

·

WD为线色散率的倒数；W为狭缝宽度；在原子发射光谱分析中，定性分析时，减小狭缝宽度，使相邻谱线的分辨率提高；定量分析时，增大狭缝宽度，可使光强增加。狭缝两边的边缘应锐利且位于同一平面上；3.样品室样品室放置各种类型的吸收池（比色皿）和相应的池架附件。吸收池主要有石英池和玻璃池两种。在紫外区须采用石英池，可见区一般用玻璃池。4.检测器利用光电效应将透过吸收池的光信号变成可测的电信号，常用的有光电池、光电管或光电倍增管。光电倍增管分光后的光照射到光敏阴极K上，轰击出的光电子又射向光敏阴极1，轰击出 的光电子，依次倍增，在最后放出的光电子

比最初多到106倍以上，最大电流可达10μA，电流经负载电阻转变为电压信号送入放大器。5.显示、记录系统检流计、数字显示、微机进行仪器自动控制和结果处理。二、分光光度计的类型（一）单光束分光光度计简单，价廉，适于在给定波长处测量吸光度或透光度，一般不能作全波段光谱扫描，要求光源和检测器有高的稳定性。（二）双光束分光光度计自动记录，快速全波段扫描