5_吸收光谱

图4-12 饱和吸收法稳频的装置示意图
k v L 0
E2
L k v
0
E1
(3)，压力变宽 由于辐射原子与其它粒子（分子、原子、离子和电子等） 间的相互作用而产生的谱线变宽，统称为压力变宽。压力变 宽通常随压力增大而增大。 在压力变宽中，凡是同种粒子碰撞引起的变宽叫 Holtzmark（赫尔兹马克）变宽；凡是由异种粒子引起的变 宽叫Lorentz（罗伦兹）变宽。 此外，在外电场或磁场作用下，能引起能级的分裂，从 而导致谱线变宽，这种变宽称为场致变宽。
主要内容 一、太阳光谱
二、谱线线宽及增宽 三、吸收光谱的特点 四、发射光谱与吸收光谱的关系 五、普通光谱与激光光谱 六、基本吸收光谱原理 七、饱和吸收光谱
八、饱和吸收光谱稳频
四、发射光谱与吸收光谱的关系
吸收光谱是基于“基态原子”选择性吸收光辐射能(h)，
并使该光辐射强度降低而产生的光谱(共振吸收线)；
N
1 2 k
(2)，多普勒变宽
由于辐射原子处于无规则的热运动状态，因此，辐射原子可 以看作运动的波源。这一不规则的热运动与观测器两者间形 成相对位移运动，从而发生多普勒效应，使谱线变宽。这种 谱线的所谓多普勒变宽，是由于热运动产生的，所以又称为 热变宽，一般可达10-3nm，是谱线变宽的主要因素。
主要内容 一、太阳光谱
二、谱线线宽及增宽 三、吸收光谱的特点 四、发射光谱与吸收光谱的关系 五、普通光谱与激光光谱 六、基本吸收光谱原理 七、饱和吸收光谱
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八、饱和吸收光谱稳频
三、吸收光谱的特点
1）灵敏度高 2）准确度高： 3）干扰小，选择性极好； 4）测定范围广，可测70 种元素。
不足：多元素同时测定有困难； 对非金属及难熔元素的测定尚有困难； 对复杂样品分析干扰也较严重； 石墨炉原子吸收分析的重现性较差。
以上因素使腔长L及折射率n都在一定范围内变化,当L的变 化为L，n的变化为n时，引起的频率相对变化为
ν L n ( ) ν L n
总结：腔长变化、折射率变化都是影响频率稳定的因素
2、稳频方法概述
稳频的一般原理：采用负反馈电路控制激光频率
稳频的实质：保持n、L不变。 稳频方法:被动式与主动式稳频
谱线具有一定的宽度，主要有两方面的因素：一类是由原子 性质所决定的，例如，自然宽度；另一类是外界影响所引起 的，例如，热变宽、碰撞变宽等。 （1），自然宽度 没有外界影响，谱线仍有一定的宽度称为自然宽度。它与激 发态原子的平均寿命有关，平均寿命越长，谱线宽度越窄。 不同谱线有不同的自然宽度，多数情况下约为10-5nm数量级。
二、谱线线宽及增宽 三、吸收光谱的特点 四、发射光谱与吸收光谱的关系 五、普通光谱与激光光谱 六、基本吸收光谱原理 七、饱和吸收光谱
八、饱和吸收光谱稳频
二、谱线线宽及增宽
1、光谱轮廓 光谱线有相当窄的频率或波长范围，即有一定宽度。
I0 h
原子蒸汽
l
I
一束不同频率强度为I0 的平行光通过厚度为l的原子蒸气， 一部分光被吸收，透过光的强度I服从吸收定律 I = I0 exp(-kl) 式中k是基态原子对频率为的光的吸收系数。不同元素原 子吸收不同频率的光，透过光强度对吸收光频率作图，如 下图：
2.鉴频器：是稳频的关键部件。
①任务：a.提供标准频率。b.频率鉴别：当激光器振荡频率偏离 标准频率时，能够鉴别出来。 ②对鉴频器的要求：a.中心频率要稳定，标准频率不能有漂移。b. 灵敏度要高，微小变化能鉴别。 ③ 鉴频器的类型：以原子谱线本身作为鉴频器以外界标准频率做 鉴频器
3 、饱和吸收稳频
利用原子谱线中心频率作为鉴别器进行稳频
饱和吸收稳频——即在谐振腔中（外）放入一个充有低气压气体原子 (或分子)的吸收管,它有和激光振荡频率配合很好的吸收线。吸收管内 气压很低,通常只有1～1OPa。低压气体吸收峰的频率很稳定,因此频率 复现性好。
由于吸收管气压很低，故碰撞加宽很小， 可以忽略不计，吸收线中心频率的压力 位移也很小，吸收管一般没有放电作用， 故谱线中心频率比较稳定。所以在吸收 线中心处形成一个位置稳定且宽度很窄 的凹陷，以此作为稳频的参考点，可使 其频率稳定性和复现性精度得到很大的 提高。
普通光谱与激光光谱
普通光谱与激光光谱
经典光谱学的光谱分辨率:取决于所用仪器设备 的线宽． 如特大型光栅光谱仪或长光路傅里叶光谱仪， 所能达到的分辨率为0.01cm-1量级．而商用设 备的分辨率是0.1cm-1
激光光谱的分辨率：取决于被测物质的谱线宽度， 一般光谱仪仅起一个滤波器的作用
一般物质的自然线宽为几MHz，二激光的理想频 宽100MHz,因此，无法测量自然线宽 解决方法：激光压窄线宽，稳频 另一方面要消除各种谱线展宽效应，如压力展宽、 碰撞展宽、多普勒展宽等． 目前激光光谱分辨：是在lkHz的水平．
八、饱和吸收光谱稳频
七、饱和吸收光谱
实际的光谱线宽，是原子或分子 自身的由能级寿命决定，无法消 除 如何消除？
原子速度 分布服从 麦克斯韦 分布
类似地我们可以求出能级2上的粒子数表达式
为 了 测 量 贝 纳 特 孔， 我 们
主要内容 一、太阳光谱
二、谱线线宽及增宽 三、吸收光谱的特点 四、发射光谱与吸收光谱的关系 五、普通光谱与激光光谱 六、基本吸收光谱原理 七、饱和吸收光谱
研究生课现代物理实验方法之
吸收光谱
马艳
主要内容 一、太阳光谱
二、谱线线宽及增宽 三、吸收光谱的特点 四、发射光谱与吸收光谱的关系 五、普通光谱与激光光谱 六、基本吸收光谱原理 七、饱和吸收光谱
八、饱和吸收光谱稳频
一、太阳光谱
牛顿观察到的太阳光谱
为什么有黑线？ 基尔霍夫和本生怎么解释？
主要内容 一、太阳光谱
主要内容 一、太阳光谱
二、谱线线宽及增宽 三、吸收光谱的特点 四、发射光谱与吸收光谱的关系 五、普通光谱与激光光谱 六、基本吸收光谱原理 七、饱和吸收光谱
八、饱和吸收光谱稳频
六、基本吸收光谱原理
如何求吸收系数？
主要内容 一、太阳光谱
二、谱线线宽及增宽 三、吸收光谱的特点 四、发射光谱与吸收光谱的关系 五、普通光谱与激光光谱 六、基本吸收光谱原理 七、饱和吸收光谱
一. 被动式稳频 利用热膨胀系数低的材料制做谐振腔的间隔器；或用膨胀系 数为负值的材料和膨胀系数为正值的材料按一定长度配合
二.主动式稳频 1.稳频的原理:采用负反馈电路控制稳频技术。选取一个稳 定的参考标准频率，当外界影响使激光频率偏离标准频率 时，鉴频器给出误差讯号,通过负反馈电路去控制腔长，使 激光频率自动回到标准频率上。
八、饱和吸收光谱稳频
八、饱和吸收光谱稳频
主要内容：
1、影响稳频的因素
2、稳频方法概述
3、饱和吸收稳频
1、 影响频率稳定的因素
激光谐振腔的共振频率为：
c ν q 2nL
•环境温度的起伏、激光管的发热及机械振动都会引起谐振腔 几何长度的改变。
•温度的变化、介质中反转集居数的起伏以及大气的气压、湿 度变化都会影响激光工作物质及谐振腔裸露于大气部分的折射 率。：
发射光谱是基态原子受到热、电或光能的作用，原子从
基态跃迁至激发态，然后再返回到基态时所产生的光谱 (共振发射线和非共振发射线)。
主要内容 一、太阳光谱
二、谱线线宽及增宽 三、吸收光谱的特点 四、发射光谱与吸收光谱的关系 五、普通光谱与激光光谱 六、基本吸收光谱原理 七、饱和吸收光谱
八、饱和吸收光谱稳频
I
I0
0
I 与 的关系
由图可知，在频率 0处透过光强度最小，即吸收最大。若将 吸收系数对频率作图，所得曲线为吸收线轮廓。原子吸收线 轮廓以原子吸收谱线的中心频率（或中心波长）和半宽度 表 征。中心频率由原子能级决定。半宽度是中心频率位臵，吸 收系数极大值一半处，谱线轮廓上两点之间频率或波长的距 离。