分析仪表4光学

4.2 典型测量传感器的基本组成
分光光度计是典型的吸收光谱测量仪表，传感器 部分主要由光源、单色器、吸收池、信号检测器组成。
4.2.1 光源 可见光分光光源采用钨丝白炽灯或碘钨灯；紫
外光光源采用氢弧灯或氘灯。为使光源的强度稳定， 光源灯的供电采用直流稳流电源或稳压电源。 4.2.2 单色器
单色器是将来自光源的复合光分解为单色光， 并分离出所需要波段光束的装置。
棱镜 平面镜
4.2.2 单色器
光栅分光 光栅分光的单色器主要由入射狭缝、反射镜、光
栅、准光镜、出射狭缝组成。光栅分为透射光栅和反 射光栅两大类，最常用的为反射光栅。光栅是利用衍 射和干涉的原理，它由抛光的金属或镀有金属膜的玻 璃片制成，表面准确地刻有大量宽度和距离相等的平 行线，每一条刻线上会产生衍射，各衍射光束间的干 涉引起色散。
L
c
It
当一束入射光强度为I0的单色光，穿过厚度为L、 浓度为c的有色透明溶液时，部分光被溶液吸收， 从另一侧出来的透射光强度为It。
4.1.2 朗伯—比耳定律
为了便于推导，将溶液厚
度分成L个小层，当溶液浓度
c不变时，透过每个小层后的
光强度为前一个的 1 ，则
n
I1=
1 n
I0
I2 =
1 n
I1=
在可见光中，紫色光的波长范围是390～455nm，蓝 色光的波长范围是455～492nm，绿色光的波长范围是 492～577nm，黄色光的波长范围是577～591nm，橙 色光的波长范围是591～622nm，红色光的波长范围是 622～770nm。
4.1.1 光的波长与颜色
一束波长范围很窄的光称为单色光；包含了相当宽 波长范围的光称为复色光；而包含了全部可见光波 长范围的复色光被称为白光。
当白光照在不透明的物体上，若物体吸收了所有波 长的光，物体呈黑色；若物体反射了所有波长的光， 物体呈白色；若物体反射了某一色光，而吸收了其 余波长的光，物体就呈这一颜色。因此，不透明物 体的颜色由被物体表面反射的光的颜色决定的。
4.1.1 光的波长与颜色
当白光照在透明或半透明的物体上，若物体能透过 所有波长的光，物体呈无色；若物体能透过或散射 某一色光，而吸收了其余波长的光，物体就呈这一 颜色。因此，透明或半透明物体的颜色由其透射或 散射光的颜色决定的。
伯—比尔I 0 定律为：
It
A
lg
It I0
KLc
或
A l g TKLc
式中，I0——入射光强度；
It——透射光强度；
T——透光率，％；
A——吸光度，透光率的负对数；
K——吸光系数；
L——溶液的厚度，也称光程长，cm；
c——有色溶液的浓度，µg/l、mg/l等。
4.1.3 测量目的
吸收光谱的测量仪表是利用被测有色透明溶液的互 补色为光源，通过测量经显色处理的溶液的透光率， 从而获知溶液中被测物质的浓度。浓度越大，颜色 越深，透光率就越小 。
4.2.2 单色器
棱镜分光
棱镜分光的单色器 主要由入射狭缝、准直 镜、棱镜、出射狭缝组 成。入射狭缝的作用是 选取光源，限制杂散光 进入；准直镜是将来自 入射狭缝的光束转化为 平行光；
入射狭缝 准直镜 出射狭缝
棱镜 平面镜
4.2.2 单色器
棱镜是色散元件，利用折 射原理将复合光分解为单色光。 入射狭缝 准直镜 它是玻璃或石英的三棱柱。当 包含有不同波长的复合光通过 棱镜时，由于各种波长的光在 棱镜内的折射率不同（波长越 出射狭缝 长，折射率越小），各种波长 的光就可以被分开，这就是棱 镜的色散作用；出射狭缝是将 所选的一定波长范围的单色光 取出对准被测溶液。
It
K 1L
或
lg
It I0
K 1L
(4-1)
4.1.2 朗伯—比耳定律
比耳定律
比耳定律是表述当一束单色光穿过有色透明的 溶液时，溶液的吸光度与溶液中有色物质的浓度成 正比。
当溶液厚度L不变时，同理可证
lg
It I0
K 2c
(4-2)
4.1.2 朗伯—比耳定律
朗伯—比尔定律 朗伯—比尔定律是光吸收的基本定律。以上4-
1 n
2
I0
……
123 4
L
I0 c I1 c I2 c I3 c I4 …… c It
It =
1 n
L
I0
4.1.2 朗伯—比耳定律
整理后
I0 It
n
L ，两边取对数，lg
I0 It
L lg n 。
当溶液的浓度c不变时，n为常数，lg n 用K1表示，
朗伯定律表示为
I lg 0
光学式分析仪表
4 光学式分析仪表
内容提要 4.1 光学式分析仪表原理 4.2 典型测量传感器的基本组成 4.3 在线硅酸根分析仪 4.4 磷酸根分析仪表 4.5 浊度分析仪表Βιβλιοθήκη 4.1 光学式分析仪表原理
4.1.1 光的波长与颜色
光具有电磁波的特征。可见光的波长范围为 390～770nm。除可见光外，还有人们视觉无法看见的 红外光和紫外光。红外光的波长范围为770～106nm， 紫外光的波长范围为10～390nm。
4.1.1 光的波长与颜色
综上所述，物体在白光 下所呈现的颜色与被物 体吸收的光的颜色可相 互补充成为白光，因此， 无论透明体还是非透明 体，物体的颜色是被该 物体吸收的色光的互补 色。互补色的关系如图。
青 蓝绿
绿
蓝 紫 紫红
绿黄 黄
红 橙
4.1.2 朗伯—比耳定律
朗伯定律
朗伯定律是表述当一束单色光 穿过有色透明的溶液时，部分光被 I0 溶液吸收，通过推导从另一侧透射 出来的光与入射光对比的损失程度， 得出溶液的吸光度与液层厚度成正 比。
1、4-2两式中，K1是与浓度c有关的系数，K2是与 厚度L有关的系数，当c与L同为变量时，以上两定 律合成为朗伯—比耳定律。
朗伯—比尔定律表述当一束单色光穿过有色透 明的溶液时，吸光度与溶液的厚度和溶液的浓度成 正比。
4.1.2 朗伯—比耳定律
将 I t 定义为透光率T，l g I 0 定义为吸光度A，朗
棱镜是不均匀色散，光栅是均匀色散，波长的精 确度比棱镜的要高。
4.2 典型测量传感器的基本组成
4.2.3 吸收池 吸收池也称比色皿，它的尺寸决定透光液层的厚
度。用可见光时可采用玻璃比色皿，用紫外光时要采 用石英比色皿。
4.2.4 信号检测器 信号检测器用来检测透射光的强度，并转换为电
信号。常用的光电转换元件有硅光电池、硒光电池、 光电管、光电管倍增等，分光光度计多采用光电管或 光电倍增管。