第3节光谱法仪器与光学器件
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
01:43:36
光栅
透射光栅，反射光栅Fra Baidu bibliotek 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；
01:43:36
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。
01:43:36
（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。
01:43:36
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；
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。
01:43:36
光栅的线色散率
dl d f n f n f d d d cos d
f 为会聚透镜的焦距。 光栅的分辨能力根据
Rakleigh准则来确定。
第十二章 光分析导论
an introduction to optical analysis
第四节
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
光谱法仪器与光 学器件
instruments for spectrometry and optical parts
01:43:36
3.试样装置
光源与试样相互作用的场所 （1）吸收池
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 光强约为中央最大的80%，在这种情况下，两谱线中央最大 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）；
01:43:36
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）
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 = DW D为线色散率的倒数；W为狭缝宽度；
01:43:36
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；
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。
01:43:36
光栅的特性：
如果： d =AC=CE JC+CK=d (sinα+sinθ)=nλ
即光栅公式：d (sinα+sinθ)=nλ
α、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。
01:43:36
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。
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，
01:43:36
（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。
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；
01:43:36
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；
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。
01:43:36
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 n d d cos
dθ/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
的乘积：
R nN
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
01:43:36
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。
01:43:36
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；
01:43:36
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：
棱镜的光学特性可 用色散率和分辨率来表 征；
01:43:36
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
2sin
2
dn
1 n2 sin 2 d
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；
光栅
透射光栅，反射光栅Fra Baidu bibliotek 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；
01:43:36
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。
01:43:36
（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。
01:43:36
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；
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。
01:43:36
光栅的线色散率
dl d f n f n f d d d cos d
f 为会聚透镜的焦距。 光栅的分辨能力根据
Rakleigh准则来确定。
第十二章 光分析导论
an introduction to optical analysis
第四节
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
光谱法仪器与光 学器件
instruments for spectrometry and optical parts
01:43:36
3.试样装置
光源与试样相互作用的场所 （1）吸收池
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 光强约为中央最大的80%，在这种情况下，两谱线中央最大 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）；
01:43:36
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）
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 = DW D为线色散率的倒数；W为狭缝宽度；
01:43:36
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；
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。
01:43:36
光栅的特性：
如果： d =AC=CE JC+CK=d (sinα+sinθ)=nλ
即光栅公式：d (sinα+sinθ)=nλ
α、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。
01:43:36
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。
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，
01:43:36
（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。
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；
01:43:36
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；
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。
01:43:36
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 n d d cos
dθ/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
的乘积：
R nN
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
01:43:36
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。
01:43:36
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；
01:43:36
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：
棱镜的光学特性可 用色散率和分辨率来表 征；
01:43:36
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
2sin
2
dn
1 n2 sin 2 d
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；