《儀器分析》課程：第08章 光學(xué)分析法導(dǎo)論

1、儀器分析課程廈門大學(xué)精品課程儀器分析(含實驗)第八章光學(xué)分析法導(dǎo)論Chapter EightGuide of Optics Analytical Method8.1 電磁輻射及電磁波譜一. 電磁輻射的波粒二象性1.電磁輻射的波動性散射折射與反射衍射干涉偏振波 長 cm、m、nm、A 頻 率 Hz sec-1波 數(shù) cm-1 傳播速度 cm/ sec2.電磁輻射的粒子性3.普朗克(Planch)公式E -光子的能量 J, 焦耳 -光子的頻率 Hz, 赫茲 -光子的波長 cmC -光速 2.99791010 cm.s-1h -Planch常數(shù) 6.625610-34 J.s 焦耳. 秒光電效應(yīng) 康

2、普敦效應(yīng) 黑體輻射二.電磁輻射與物質(zhì)的相互作用及其光譜1.物質(zhì)的能態(tài)2.電磁輻射的吸收與發(fā)射原子、離子 分子A. 原子光譜 線光譜 Line spectraE2E0E1E3hi波長半寬度10-210-5Na 5890、5896原子吸收光譜原子發(fā)射光譜B. 分子光譜 帶光譜 Band spectra 有機、無機分子E2E1E0半寬度20100nm分子吸收光譜分子發(fā)射光譜hi波長/nmA(T)波長/nmI半寬度20100nmC. 熒光發(fā)射光致發(fā)光 h原子熒光-線光譜 分子熒光-帶光譜 E2E0E1E3hiE2E1E0hihi三.光學(xué)分析法波譜1.電磁波譜與現(xiàn)代儀器分析方法波譜區(qū)-射線波長5140

3、pm躍遷類型核能級X-射線遠紫外光10-310nm10200nm原子內(nèi)層電子莫斯鮑爾光譜法:-射線原子核 -射線吸收X-射線吸收光譜法: X-射線/放射源原子內(nèi)層電子（n10) X -射線吸收X-熒光光譜法: X-射線原子內(nèi)層電子 特征X -射線發(fā)射遠紫外光-真空紫外區(qū)。此部分光譜會被空氣吸收原子光譜：原子發(fā)射光譜、原子吸收光譜、原子熒光光譜分子光譜：紫外-可見吸收光譜、分子熒光/磷光光譜、化學(xué)發(fā)光近紫外光可見光200400nm400750nm原子外層電子/分子成鍵電子2.光學(xué)分析法的分類波譜區(qū)近紅外光中紅外光波長0.752.5m2.550m躍遷類型分子振動遠紅外光微波射頻501990m0.1

4、100cm1100 m分子轉(zhuǎn)動電子、核自旋近紅外光譜區(qū):配位化學(xué)的研究對象紅外吸收光譜法:紅外光分子吸收遠紅外光譜區(qū)電子自旋共振波譜法:微波分子未成對電子吸收核磁共振波譜法:射頻原子核自旋吸收光 譜 法：以光的波長與強度為特征信號的儀器分析方法 非光譜法：以光輻射的某些性質(zhì)變化特征信號的儀器分析方法 吸收光譜法、發(fā)射光譜法、散射光譜法折射法、旋光法、圓二色法、比濁法、衍射法 8.2 光學(xué)分析法中的光柵單色器二. 光柵單色器基本組成入射狹縫準直鏡平面衍射光柵聚焦物鏡出射狹縫聚焦面ff一.棱鏡單色器基本組成入射狹縫準直鏡棱鏡單色器聚焦物鏡聚焦面出射狹縫 n = d(sinsin)三. 平面衍射光柵

5、 3002000條/mm光柵的分光作用：狹縫的衍射作用形成的1.平面光柵衍射的色散方程n(級數(shù)) 0,1,2, d -為光柵常數(shù)-為入射角 -為衍射角d閃耀光柵： 通過改變a、d、，使衍射的輻射強蘇集中在所需的波長范圍內(nèi)。a閃耀角閃耀波長2.平面光柵衍射的閃耀特性結(jié)論：當(dāng)小于200時，cos 1；平面光柵衍射的線色散率與波長無關(guān)；與d、n、f 有關(guān)。線色散率：fddl倒線色散率：A 色散率角色散率：d/d= n/d cos當(dāng)=0080時，cos=10.99:d/dn/d 2.平面光柵衍射的性能指標(biāo) 色散率 分辨率 聚光本領(lǐng)色散方程: n = d(sinsin)B.分辨率 RN 為光柵的總刻線數(shù)

6、，與面積有關(guān)。例：對一塊寬度為 50.0 mm，刻線數(shù)為1200 條/mm的光柵，它的一級光柵的分辯能力為多少？在6000 埃 附近能分辨的兩條譜線的波長差為多少？ 解：分辨率為：R=1501200=6104 波長差為：=/R =6000/60000 = 0.1 埃C. 聚光本領(lǐng)入射狹縫準直鏡的直徑d,焦距F平面衍射光柵聚光本領(lǐng) f 2 f: 110范圍焦距FD-1:倒線色散率；W :光譜通帶；S :狹縫寬度。四. 光柵單色器光譜通帶1. 狹縫（Slit）構(gòu)成：狹縫是兩片經(jīng)過精密加工、具有銳利邊緣的金屬組成。兩片金屬處于相同平面上且相互平行。入射狹縫可看作是一個光源，在相應(yīng)波長位置，入射狹縫的

7、像剛好充滿整個出射狹縫。有效帶寬：整個單色器的分辨能力除與分光元件的色散率有關(guān)外，還與狹縫寬度有關(guān)。即單色器的分辨能力（有效帶寬S）應(yīng)由下式?jīng)Q定：2.光譜通帶當(dāng)單色儀的色散率固定時，光譜通帶將隨狹縫寬度變化。 3. 狹縫寬度的選擇原則定性分析：選擇較窄的狹縫寬度提高分辨率，減少其它譜線的干擾，提高選擇性；定量分析：選擇較寬的狹縫寬度增加照亮狹縫的亮度，提高分析的靈敏度；應(yīng)根據(jù)樣品性質(zhì)和分析要求確定狹縫寬度。并通過條件優(yōu)化確定最佳狹縫寬度。與發(fā)射光譜分析相比，原子吸收光譜因譜線數(shù)少，可采用較寬的狹縫。但當(dāng)背景大時，可適當(dāng)減小縫寬。2. 理想的光電轉(zhuǎn)換器要求靈敏度高； S/N大； 暗電流??； 響應(yīng)

8、快且在寬的波段內(nèi)響應(yīng)恒定。8.2 光學(xué)分析法中的檢測器一. 光電轉(zhuǎn)換器（Transducer）S = KP + KD= KPS:以電壓或電流為單位的電響應(yīng)；K:校正靈敏度；P：輻射功率；KD: 暗電流(可通過線路補償，使為0)1.定義：光電轉(zhuǎn)換器是將光輻射轉(zhuǎn)化為可以測量的電信號的器件。二. 光電轉(zhuǎn)換器種類及其應(yīng)用波段三、光電倍增管（photomultiplier tube, PMT） 1個光子產(chǎn)生106107個電子共有9個打拿極(dynatron)所加直流電壓共為1090V放大倍數(shù)：2n5n;n=10,103107 最大108109光電流：10-810-3 A 響應(yīng)時間：10-9s光電倍增管示意圖12