光栅

的线色散率随波长增加而减小。
光栅
grating
光栅是一种多狭缝部件。光栅光谱的产生是多狭缝
干涉和单狭缝衍射两者联合作用的结果。多缝干涉
决定光谱线出现的位置，单缝衍射决定谱线的强度
分布 。光栅分为透射光栅和反射光栅，用得较多的
是反射光栅。反射光栅又可分为平面反射光栅(或称
闪耀光栅)和凹面反射光栅(简称凹面光栅)。
光栅
grating
光栅单色器的工作原理
光栅
grating 平面反射光栅
光栅公式：
d (sin +sin) = K
其中：d为光栅常数，为入射角，为衍射角，K为光谱级， K= 0， 1，2，…（衍射角与入射角同测，取正号,否则， 取负号）
光栅 grating
当一定（K≠0）时，反射角随波长而异，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； 当K=0时，即零级光谱，此时反射光与波长无关，即 为白光； 当K11= K22= K33=…..时，谱线会发生重叠。
光板 （4）多道型检测器（p22）
2.热检测器： （1） 真空热电偶（2）热释电检测器 读出装置（信号显示系统）
光分析方法的进展 Development of optical analysis
1. 采用新光源，提高灵敏度 2. 联用技术 3. 新材料 4. 交 叉 5. 检测器的发展
几个重要物理量的换算
光栅
grating 影响光谱色散率的几个因素： a 物镜焦距越大，线色散率越大 b 光谱的级次K愈高，色散率愈大 c 光栅常数d愈小，即每毫米刻线数愈多，光谱仪色散率愈大 d 当衍射角(<20º )很小、且变化不大时，cos=1 在同一级光 谱中，色散率基本上不随波长而变，这样的光谱叫匀排光谱。
1 m = 109nm = 1010 A
光速 = 3.0 × 1010 cm/s（真空中）
1eV = 1.602 × 10-19 J
h = 6.626 × 10-34 J ● S 玻兹曼常数 k = 1.38 × 10-34 J
●
K-1
棱镜的分辨率是指将两条靠得很近 的谱线分开的能力，在最小偏向角 的条件下，R可表示为：
R


：两条谱线的平均波长；：刚 好能分开的两条谱线间的波长差
棱镜
prism
色散率：分光元件把不同波长的光分散开来的能力。
用角色散力和线色散力表示。 角色散率: D= d/ d 表示两条波长相差d 的谱线被 分开的角度的大小。棱镜安置在最小偏向角的位置 (入射光通过棱镜时与底边平行) 棱镜的顶角愈大或折射率n愈大，棱镜的角色散率 也愈大；角色散率愈大，波长相差很小的两条谱线分
光栅
grating
角色散率：衍射角对波长的变化率。即：d/d = K /(d cos) 在数值上等于波长差为一个单位的两光波经光栅色散后，在空间所 分开的角度差。 线色散率：Dl等于角色散率与物镜焦距f的乘积。即：
Dl= dl/d = f d/d = K f /(d cos) （K为光谱级）
消除干扰：A 利用滤光片吸收干扰波长
B 利用感光板的灵敏区不同，消除干扰波段
C 利用谱级分离器消除干扰
R
KN Klb
增大K N 或 l b，可提高理论分辨率， 通常采用一级、二级光谱级次 采用大块光栅来增加总刻痕数
实际分辨率比理论分辨率低得多，一般仅为 70%~80% 例：某仪器能清楚地分开铁三线（Fe310.67， 310.030，309.997nm），仪器的实际分辨率为
光栅
grating
分辨率 R = / = KN
K：光栅级次；N：光栅刻痕总数 光栅的分辨率比棱镜高得多。光栅的宽度越大，单位宽度的刻痕越多， 分辨率越大。 光谱的重叠及消除 由光谱方程
d (sin sin) = K
可知，当、 d 一定时，衍射角的大小与入射光的波长有关，当K1 = K 2 = K 3 = 时，谱线会发生重叠，造成相互干扰，
辐射能量最大的波长称为闪耀波长。光栅刻痕小反射面与
光栅平面的夹角称为闪耀角。同一光栅上，闪耀波长处强度最
大，其附近一定波长范围内强度也较高。(光栅公式：2d sin= K）知道闪耀波长和光栅级次，估算光栅最佳适用波长：
B /（ K+0.5）〈 〈 B/ （ K-0.5）
例：WPG-100型平面摄谱仪备有两块光栅，一级闪耀波长i （1）分别为300nm和570nm。据上式计算两光栅一级光谱的 使用范围为200~600nm和380~1140nm
310.67 310.030 309.997 310.031 3 R 9395 310.030 309.997 0.033
光栅
grating 闪耀光栅
近代光栅采用定向 闪耀的方法，即将光栅 刻成一定的形状，使衍 射的能量集中到某个衍 射角附近，这种现象称 为闪耀。
光栅 grating
在数值上等于波长差为一单位的两条谱线，在焦面上分开的距离。 常用倒色散率d/dl（nm/mm）来表示光栅的色散率。d / dl表示单 位长度的焦面内，含有光谱的纳米数。该值越小，仪器的色散率越 大。
线色散率

dl Kf d d
实际工作中常用 倒线色散率表示
d d dl Kf
它们与光栅常数d, 光谱级次K,物镜焦距f有关, 与波长基本无关 光栅常数d 越小, 光谱级次K越大, 物镜焦距f 越大, 倒线色散率越小, 线色散率越大, 仪器的 分辨能力越强.
得越开。
棱镜
prism
线色散率Dl： Dl= dl/ d 波长相差d的两条谱线在焦面
上被分开的距离dl 倒线色散率： d / dl 焦面上单位长度内容纳的波长数， 单位是nm/mm Dl= dl/ d=(f/sin) d/ d (f 焦距，是焦面对光线的倾斜角) 棱镜的顶角越大，物镜焦距越长，线色散率越大。棱镜
分光系统(单色器)
spectrometer
分光系统的作用是将试样经激发后产生的复合
光分解成按波长顺序排列的单色光。常用的分光元
件有棱镜和光栅两种，由这两类元件制得的光谱仪
分别被称为棱镜光谱仪和光栅光谱仪。
棱镜
prism 根据光的折射作用进行分光的。不同的材料对不同波长的光 具有不同的折射率。
分辨率


两种分光器的比较
① 分光原理不同，折射和衍射。
② 光栅具有较高的色散与分辨能力,使用的 波长范围宽,谱线按波长均匀排列;棱镜的 波长不均匀排列 ③ 光栅的谱级重叠，有干扰，要考虑消除 ；而棱镜不存在这种情况。
光谱法所பைடு நூலகம்的仪器
光 源 ： 棱镜 连续；线光源
单色器
光栅 狭缝
试样池 （石英或碱金属卤化物晶片） 检测器 ：1.光电检测器 （1）光电管； （2）光 电倍增管 （3）感