光譜分析法導論演示文稿

光譜分析法導論演示文稿當前第1頁\共有67頁\編于星期四\19點優(yōu)選光譜分析法導論當前第2頁\共有67頁\編于星期四\19點2.1.1電磁輻射的波動性當前第3頁\共有67頁\編于星期四\19點

電磁輻射的微粒性

電磁輻射還具有微粒性，表現(xiàn)為電磁輻射的能量不是均勻連續(xù)分布在它傳播的空間，而是集中在輻射產(chǎn)生的微粒上。因此，電磁輻射不僅具有廣泛的波長（或頻率、能量）分布，而且由于電磁輻射波長和頻率的不同而具有不同的能量和動量，通常用eV表示電磁輻射的能量，1eV為一個電子通過1V電壓降時所具有的能量。當前第4頁\共有67頁\編于星期四\19點

電磁波譜

電磁輻射具有廣泛的波長（或頻率、能量）分布，將電磁輻射按其波長（或頻率、能量）順序排列，即為電磁波譜。與不同量子躍遷對應的電磁輻射具有不同的波長（或頻率、能量）區(qū)域，而且產(chǎn)生的機理也不相同。通常以一種量子躍遷為基礎可以建立一種電磁波譜方法，不同的量子躍遷對應不同的波譜方法。吸收；發(fā)射；共振。當前第5頁\共有67頁\編于星期四\19點

電磁輻射與物質(zhì)的相互作用吸收當電磁波作用于固體、液體和氣體物質(zhì)時，若電磁波的能量正好等于物質(zhì)某兩個能級（如第一激發(fā)態(tài)和基態(tài)）之間的能量差時，電磁輻射就可能被物質(zhì)所吸收，此時電磁輻射能被轉(zhuǎn)移到組成物質(zhì)的原子或分子上，原子或分子從較低能態(tài)吸收電磁輻射而被激發(fā)到較高能態(tài)或激發(fā)態(tài)。當前第6頁\共有67頁\編于星期四\19點

吸收1.原子吸收當電磁輻射作用于氣態(tài)自由原子時,電磁輻射將被原子所吸收。原子外層電子任意兩能級之間的能量差所對應的頻率基本上處于紫外或可見光區(qū)，氣態(tài)自由原子主要吸收紫外或可見電磁輻射。電子能級數(shù)有限，吸收的特征頻率也有限。原子通常處于基態(tài)，由基態(tài)向更高能級的躍遷具有較高的概率。在現(xiàn)有的檢測技術條件下，通常只有少數(shù)幾個非常確定的頻率被吸收，表現(xiàn)為原子中的基態(tài)電子吸收特定頻率的電磁輻射后，躍遷到第一激發(fā)態(tài)、第二激發(fā)態(tài)或第三激發(fā)態(tài)等。當前第7頁\共有67頁\編于星期四\19點2.1.4.1吸收當前第8頁\共有67頁\編于星期四\19點2.1.4.1吸收2.分子吸收當電磁輻射作用于分子時，電磁輻射也將被分子所吸收。分子除外層電子能級外，每個電子能級還存在振動能級，每個振動能級還存在轉(zhuǎn)動能級，因此分子吸收光譜較原子吸收光譜要復雜得多。分子的任意兩能級之間的能量差所對應的頻率基本上處于紫外、可見和紅外光區(qū)，因此,分子主要吸收紫外、可見和紅外電磁輻射，表現(xiàn)為紫外-可見吸收光譜和紅外吸收光譜。當前第9頁\共有67頁\編于星期四\19點2.1.4.1吸收

由于振動能級相同但轉(zhuǎn)動能級不同的兩個能級之間的能量差很小，由同一能級躍遷到該振動能級相同但轉(zhuǎn)動能級不同的兩個躍遷的能量差也很小，因此對應的吸收頻率或波長很接近，通常的檢測系統(tǒng)很難分辨出來，而分子能量相近的振動能級又很多，因此，表觀上分子吸收的量子特性表現(xiàn)不出來，而表現(xiàn)為對特定波長段的電磁輻射的吸收，光譜上表現(xiàn)為連續(xù)光譜。分子的總能量Ｅ分子通常包括三個部分：Ｅ分子＝Ｅ電子＋Ｅ振動＋Ｅ轉(zhuǎn)動當前第10頁\共有67頁\編于星期四\19點2.1.4.1吸收圖2-3電子能級的吸收躍遷示意圖圖2-4分子振動能級的吸收躍遷示意圖當前第11頁\共有67頁\編于星期四\19點2.1.4.1吸收3.磁場誘導吸收將某些元素原子放入磁場，其電子和核受到強磁場的作用后，它們具有磁性質(zhì)的簡并能級將發(fā)生分裂，并產(chǎn)生具有微小能量差的不同量子化的能級，進而可以吸收低頻率的電磁輻射。以自旋量子數(shù)為1/2的常見原子核1H、13C、19F及31P等為例，自旋量子數(shù)為1/2的能級實際上是磁量子數(shù)分別為+1/2和-1/2但自旋量子數(shù)均為1/2的兩個能級的簡并能級，該兩個能級在通常情況下能量相同，只有在外磁場作用下，由于不同磁量子數(shù)的能級在磁場中取向不同，因而與磁場的相互作用也不同，最終導致能級的分裂。當前第12頁\共有67頁\編于星期四\19點2.1.4.1吸收

這種磁場誘導產(chǎn)生的不同能級間的能量差很小，對于原子核，一般吸收30~500MHz（λ=1000~60cm）的射頻無線電波，而對于電子來講，則吸收頻率為9500MHz（λ=3cm）左右的微波，據(jù)此分別建立了核磁共振波譜法（NMR）和電子自旋共振波譜法（ESR）。當前第13頁\共有67頁\編于星期四\19點

發(fā)射

當原子、分子和離子等處于較高能態(tài)時，可以以光子形式釋放多余的能量而回到較低能態(tài)，產(chǎn)生電磁輻射，這一過程叫做發(fā)射躍遷。當前第14頁\共有67頁\編于星期四\19點2.1.4.2發(fā)射1.原子發(fā)射當氣態(tài)自由原子處于激發(fā)態(tài)時，將發(fā)射電磁波而回到基態(tài)，所發(fā)射的電磁波處于紫外或可見光區(qū)。通常采用的電、熱或激光的形式使樣品原子化并激發(fā)原子，一般將原子激發(fā)到以第一激發(fā)態(tài)為主的有限的幾個激發(fā)態(tài)，致使原子發(fā)射具有限的特征頻率輻射，即特定原子只發(fā)射少數(shù)幾個具有特征頻率的電磁波。當前第15頁\共有67頁\編于星期四\19點2.1.4.2發(fā)射2.分子發(fā)射與分子外層電子能級、振動能級和轉(zhuǎn)動能級相關。激發(fā)不能采用電熱等極端形式，而采用光激發(fā)或化學能激發(fā)。基本上處于紫外、可見和紅外光區(qū)，因此,分子主要發(fā)射紫外、可見電磁輻射，據(jù)此建立了熒光光譜法、磷光光譜法和化學發(fā)光法。圖2-8分子發(fā)射示意圖當前第16頁\共有67頁\編于星期四\19點2.1.4.2發(fā)射2.分子發(fā)射通過光激發(fā)而處于高能態(tài)的原子和分子的壽命很短，它們一般通過不同的弛豫過程返回到基態(tài)，這些弛豫過程分為輻射弛豫和非輻射弛豫。輻射弛豫通過分子發(fā)射電磁波的形式釋放能量，而非輻射弛豫通過其他形式釋放能量。圖2-9輻射弛豫和非輻射弛豫示意圖當前第17頁\共有67頁\編于星期四\19點

折射和反射

當光作用于兩種物質(zhì)的界面時，將發(fā)生折射和反射現(xiàn)象，光的折射和反射如圖2-10所示。圖中AO為入射光，OB為反射光，OC為折射光，NN’為法線，i為入射角，i’為反射角，r為折射角。當前第18頁\共有67頁\編于星期四\19點

干涉和衍射

當頻率相同、振動相同、相位相等或相差保持恒定的波源所發(fā)射的相干波互相疊加時，會產(chǎn)生波的干涉現(xiàn)象。光波繞過障礙物而彎曲地向它后面?zhèn)鞑サ默F(xiàn)象，稱為波的衍射現(xiàn)象。圖2-11單縫衍射示意圖當前第19頁\共有67頁\編于星期四\19點2.2

光學分析法非光譜法折射法

基于測量物質(zhì)折射率的方法稱為折射法?？捎糜诩兓衔锏亩ㄐ约凹兌葴y定，并可用作二元混合物的定量分析，還可得到物質(zhì)的基本性質(zhì)和結(jié)構(gòu)的某些信息。方法簡單，但應用范圍有限。目前，已有攜帶式Rayleigh干涉儀可供實際工作應用。這種方法已被應用于研究水、膠體溶液、發(fā)酵液、牛奶以及測定血漿、血液中的二氧化碳，酶的活性和重水濃度等。當前第20頁\共有67頁\編于星期四\19點

非光譜法旋光法

溶液的旋光性與分子非對稱結(jié)構(gòu)有密切的關系，因此，旋光法可作為鑒定物質(zhì)化學結(jié)構(gòu)的一種手段。它對于研究某些天然產(chǎn)物及絡合物的立體化學問題，更有特殊的效果。此外，它還可用于物質(zhì)純度的鑒定，例如“糖量計”就是專用于測定具有旋光性的糖含量。比濁法

本法是測量光線通過膠體溶液或懸浮液后的散射光強度來進行定量分析，主要適用于測定BaSO4、AgCl及其他膠體沉淀溶液的濃度。當前第21頁\共有67頁\編于星期四\19點

衍射法1.X射線衍射法

以X射線照射晶體時，由于晶體的點陣常數(shù)與X射線的波長為同一個數(shù)量級（約10-8cm），故可產(chǎn)生衍射現(xiàn)象。Bragg（布拉格）方程表示X射線的波長λ、衍射角θ與晶格間距d的關系，即2.電子衍射法在電鏡中，電子透鏡使衍射束會聚成為衍射斑點，晶體試樣的各衍射點構(gòu)成了衍射圖。電子衍射的衍射角小，一般為1~2°；形成衍射圖的時間短，只需幾秒鐘。但電子束的穿透能力小，所以只適用于研究薄晶體。當前第22頁\共有67頁\編于星期四\19點2.2.2光譜法

光譜分析方法涉及不同能級之間的躍遷，這種躍遷可以是吸收輻射的躍遷，也可以是發(fā)射輻射的躍遷。由此建立了基于外層電子能級躍遷的光譜法、基于轉(zhuǎn)動及振動能級躍遷的光譜法、基于內(nèi)層電子能級躍遷的光譜法、基于原子核能級躍遷的光譜法，以及Raman散射光譜法。當前第23頁\共有67頁\編于星期四\19點2.2.2.1基于原子、分子外層電子能級躍遷的光譜法

包括原子吸收光譜法、原子發(fā)射光譜法、原子熒光光譜法、紫外-可見吸收光譜法、分子熒光光譜法、分子磷光光譜法、化學發(fā)光分析法，吸收或發(fā)射光譜的波段范圍在紫外-可見光區(qū)，即200nm～800nm之間。對于原子來講，其外層電子能級和電子躍遷相對簡單，只存在不同的電子能級，因此其外層電子的躍遷僅僅在不同電子能級之間進行，光譜為線光譜。對于分子來講，其外層電子能級和電子躍遷相對復雜，不僅存在不同的電子能級，而且存在不同的振動和轉(zhuǎn)動能級，宏觀上光譜為連續(xù)光譜，即帶光譜。當前第24頁\共有67頁\編于星期四\19點2.2.2.1基于原子、分子外層電子能級躍遷的光譜法1.原子吸收光譜法基于基態(tài)原子外層電子對其共振發(fā)射的吸收的定量分析方法，其定量基礎是Lambert-Beer(朗伯-比爾)定律。可定量測定周期表中六十多種金屬元素，檢出限在ng/mL水平。2.原子發(fā)射光譜法基于受激原子或離子外層電子發(fā)射特征光學光譜而回到較低能級的定量和定性分析方法。其定量基礎是受激原子或離子所發(fā)射的特征光強與原子或離子的量呈正比相關；其定性基礎是受激原子或離子所發(fā)射的特征光的頻率或波長由該原子或離子外層的電子能級所決定。當前第25頁\共有67頁\編于星期四\19點2.2.2.1基于原子、分子外層電子能級躍遷的光譜法3.原子熒光光譜法氣態(tài)自由原子吸收特征波長的輻射后，原子外層電子從基態(tài)或低能態(tài)躍遷到高能態(tài)，約經(jīng)10-8s，又躍遷至基態(tài)或低能態(tài)，同時發(fā)射出與原激發(fā)波長相同或不同的輻射，稱為原子熒光。4.紫外-可見吸收光譜法紫外-可見吸收光譜是一種分子吸收光譜法，該方法利用分子吸收紫外-可見光，產(chǎn)生分子外層電子能級躍遷所形成的吸收光譜，可進行分子物質(zhì)的定量測定，其定量測定基礎是Lambert-Beer定律。當前第26頁\共有67頁\編于星期四\19點2.2.2.1基于原子、分子外層電子能級躍遷的光譜法5.分子熒光光譜法和分子磷光光譜法分子吸收電磁輻射后激發(fā)至激發(fā)單重態(tài)，并通過內(nèi)轉(zhuǎn)移和振動馳豫等非輻射馳豫釋放部分能量而到達第一激發(fā)單重態(tài)的最低振動能層，然后通過發(fā)光的形式躍遷返回到基態(tài)，所發(fā)射的光即為熒光。當分子吸收電磁輻射后激發(fā)至激發(fā)單重態(tài)，并通過內(nèi)轉(zhuǎn)移、振動馳豫和系間竄躍等非輻射馳豫釋放部分能量而到達第一激發(fā)三重態(tài)的最低振動能層，然后通過發(fā)光的形式躍遷返回到基態(tài)，所發(fā)射的光即為磷光。當前第27頁\共有67頁\編于星期四\19點2.2.2.2基于分子轉(zhuǎn)動、振動能級躍遷的光譜法

基于分子轉(zhuǎn)動、振動能級躍遷的光譜法即紅外吸收光譜法，紅外吸收光譜的波段范圍在近紅外光區(qū)和微波光區(qū)之間，即750nm～1000μm之間，是復雜的帶狀光譜。不存在電子能級之間的躍遷，只存在振動能級和轉(zhuǎn)動能級之間的躍遷，而分子中官能團的各種形式的振動和轉(zhuǎn)動直接反映在分子的振動和轉(zhuǎn)動能級上，分子精細而復雜的振動和轉(zhuǎn)動能級，蘊涵了大量的分子中各種官能團的結(jié)構(gòu)信息，因此，只要能精細地檢測不同頻率的紅外吸收，就能獲得分子官能團結(jié)構(gòu)的有效信息。通常情況下，紅外吸收光譜是一種有效的結(jié)構(gòu)分析手段。當前第28頁\共有67頁\編于星期四\19點2.2.2光譜法基于原子內(nèi)層電子能級躍遷的光譜法與原子內(nèi)層電子能級躍遷相關的光譜法為X射線分析法，它是基于高能電子的減速運動或原子內(nèi)層電子躍遷所產(chǎn)生的短波電磁輻射所建立的分析方法，包括X射線熒光法、X射線吸收法和X射線衍射法。2.2.2.4基于原子核能級躍遷的光譜法基于原子核能級躍遷的光譜法為核磁共振波譜法。在強磁場作用下，核自旋磁矩與外磁場相互作用分裂為能量不同的核磁能級，核磁能級之間的躍遷吸收或發(fā)射射頻區(qū)的電磁波。當前第29頁\共有67頁\編于星期四\19點

基于Raman散射的光譜法

頻率為ν0的單色光照射到透明物質(zhì)上，物質(zhì)分子會發(fā)生散射現(xiàn)象。如果這種散射是光子與物質(zhì)分子發(fā)生能量交換所產(chǎn)生，則不僅光子的運動方向發(fā)生變化，它的能量也發(fā)生變化，則稱為Raman散射，其散射光的頻率與入射光的頻率不同，產(chǎn)生Raman位移。

Raman位移的大小與分子的振動和轉(zhuǎn)動能級有關，利用Raman位移研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的方法稱為Raman光譜法。當前第30頁\共有67頁\編于星期四\19點

光譜的形狀1.線光譜2.帶光譜當前第31頁\共有67頁\編于星期四\19點

光譜的形狀3.連續(xù)光譜固體在熾熱狀況下會產(chǎn)生黑體輻射，黑體輻射是通過熱能激發(fā)凝聚體中無數(shù)原子和分子振蕩所產(chǎn)生的輻射，其輻射波長范圍隨溫度的升高向短波方向擴展。由于無數(shù)原子和分子振蕩所產(chǎn)生輻射躍遷的能量非常接近，因而表現(xiàn)為連續(xù)光譜，這種連續(xù)光譜實際上是無數(shù)譜線緊密排列在一起所形成的。一般來說，在原子光譜分析中連續(xù)光譜是一種干擾因素。但是，黑體輻射所產(chǎn)生的連續(xù)光譜可以用做連續(xù)光源，典型的例子是生活中的白熾燈。當前第32頁\共有67頁\編于星期四\19點2.2.2.7光譜法的分類當前第33頁\共有67頁\編于星期四\19點2.2.2.7光譜法的分類當前第34頁\共有67頁\編于星期四\19點2.3光譜分析儀器2.3.1.1.光譜分析儀器原理

光譜分析儀器是在物質(zhì)與光的吸收、發(fā)射、散射等相互作用基礎上，根據(jù)相應的光譜分析原理構(gòu)建起來的。紫外-可見吸收光譜原理：

構(gòu)建紫外-可見吸收光譜儀的核心就是要能夠檢測不同波長的吸光度值A，而吸光度值A不是一個可直接檢測的信號，構(gòu)建紫外-可見吸收光譜儀的核心轉(zhuǎn)化為要能夠檢測不同波長的入射光強度I0與出射光強度I。當前第35頁\共有67頁\編于星期四\19點2.3.1.2.光譜分析儀器基本結(jié)構(gòu)當前第36頁\共有67頁\編于星期四\19點2.3.1.2.光譜分析儀器基本結(jié)構(gòu)典型的光譜儀一般都由五個部分組成，即：

1.穩(wěn)定的光源系統(tǒng)；

2.樣品引入系統(tǒng)；

3.波長選擇系統(tǒng)，通常是色散元件和狹縫組成的單色器；

4.檢測系統(tǒng)，一般是將輻射能轉(zhuǎn)換成電信號；

5.信號處理或讀出系統(tǒng)，并在標尺、示波器、數(shù)字計、記錄紙等顯示器上顯示轉(zhuǎn)換信號。根據(jù)光譜分析儀器結(jié)構(gòu)及光與物質(zhì)的相互作用差異，可以將光譜分析儀分為三大類，即吸收光譜儀、吸收/發(fā)射和光散射光譜儀以及發(fā)射光譜析儀。當前第37頁\共有67頁\編于星期四\19點2.3.1.2.光譜分析儀器基本結(jié)構(gòu)當前第38頁\共有67頁\編于星期四\19點2.3.2.光源系統(tǒng)當前第39頁\共有67頁\編于星期四\19點

連續(xù)光源理想的連續(xù)光源應該具備如下條件：1.足夠的光強度；2.在所屬波長區(qū)域內(nèi)發(fā)射連續(xù)光譜；3.其發(fā)射強度與波長無關，即光源發(fā)射的光在所屬波長區(qū)域強度恒定不變。當前第40頁\共有67頁\編于星期四\19點

線光源

發(fā)射幾條不連續(xù)譜線的線光源廣泛應用于原子吸收、原子熒光光譜及拉曼光譜中。金屬蒸氣燈：汞蒸氣燈和鈉蒸氣燈是常見的金屬蒸氣燈。空心陰極燈：陰極呈空心圓柱型的氣體放電管。其陰極內(nèi)腔襯上或者熔入了被測元素的金屬或化合物，陽極用有吸氣性能的其他金屬制成，放電管內(nèi)充有一定壓力的惰性氣體氖氣或氬氣。

當前第41頁\共有67頁\編于星期四\19點

脈沖光源

線光源和連續(xù)光源都可以通過脈沖最大發(fā)光強度下，采用脈沖方式發(fā)光的脈沖光源可以延長光源壽命。脈沖光源的最大應用在與時間分辨技術的結(jié)合，如熒光壽命分析。當脈沖光激發(fā)待測物質(zhì)至高能態(tài)后，激發(fā)光停止，這時熒光開始衰減，通過時間分辨技術即可檢測熒光衰減的動力學過程，并基于不同物質(zhì)熒光半衰期的不同，進行不同物質(zhì)的分辨和分別測定，或消除背景干擾等。激光器是典型的脈沖光源，通過原子或分子受激輻射產(chǎn)生激光。與普通光源相比，單色性好、強度高、相干性好，除用作強光源外，普遍用于時間分辨光譜分析。當前第42頁\共有67頁\編于星期四\19點2.3.3.波長選擇系統(tǒng)

理論上，光譜分析所檢測的信號，不管是吸收信號、發(fā)射信號或散射信號，都應該是單一波長光的信號。實際上單一波長光是相對的一個概念，即從波長選擇系統(tǒng)輸出的信號不可能是真正意義上的單色光，而是具有極小帶寬的連續(xù)光。當前第43頁\共有67頁\編于星期四\19點2.3.3.波長選擇系統(tǒng)

在許多光譜分析中，通常將狹縫采集的具有極小帶寬的連續(xù)光作為單色光處理。狹縫越小，所采集的光越接近單色光，不僅可以增加光譜測定的分辨率，使所得光譜越真實，同時也是利用光譜方法進行定量測定的必要條件。如熒光光譜定量分析時，必須固定波長，才能保證熒光強度（If）與物質(zhì)的量濃度（c）成正比。狹縫越小，光譜的分辨率越高，越接近真實光譜，但狹縫太小可能導致通過狹縫的光通量太小，光信號太弱，以至于現(xiàn)有的檢測器難以有效地檢測到光信號。當前第44頁\共有67頁\編于星期四\19點2.3.3.1.

單色器典型的單色器主要由五個部分組成：1.入射狹縫；2.準直裝置，功能是使光束成平行光線傳播；3.色散裝置，即棱鏡或光柵；4.聚焦透鏡或凹面反射鏡；5.出射狹縫。當前第45頁\共有67頁\編于星期四\19點

濾光片吸收濾光片：由有色玻璃或夾在兩片玻璃間的分散在明膠薄層中的吸光染料組成，因此只適用于可見光區(qū)的波帶選擇，而且其所選光波帶的帶寬較寬，透射效率低，只能用于較簡單的以定量測定為主的光度計中。干涉濾光片：通過光的干涉作用而獲得窄的輻射帶寬，通常由兩層半透明銀膜和銀膜間的介電薄膜（常為氟化鈣或氟化鎂）組成。介電膜的厚度決定了透射光的波長。當光線通過第一層銀膜后，將在第二層銀膜上反射，并隨之在第一層膜的內(nèi)側(cè)反射。當前第46頁\共有67頁\編于星期四\19點

棱鏡

當前第47頁\共有67頁\編于星期四\19點

光柵

光柵分為透射光柵和反射光柵。近代光譜儀主要采用反射光柵作為色散元件，典型的反射光柵是平面反射光柵和凹面反射光柵。1.光柵公式光柵色散作用的產(chǎn)生是多縫干涉和單縫衍射二者聯(lián)合作用的結(jié)果。光柵的色散作用滿足光柵方程：當前第48頁\共有67頁\編于星期四\19點

光柵2.幾種典型的光柵凹面反射光柵：通過在凹面反射鏡上沿其弦刻出等間距、等寬度的平行刻痕線而制成，它不僅起色散分光作用，同時其凹面又具有將光線聚焦于出射狹縫的聚焦作用，因而不需要聚焦物鏡。閃耀光柵：采用定向閃耀的辦法，將光柵刻制成溝槽面與光柵平面成一確定角度的鋸齒結(jié)構(gòu)，使衍射的輻射強度集中可發(fā)生色散的光譜級上。當前第49頁\共有67頁\編于星期四\19點

光柵2.幾種典型的光柵中階梯光柵刻槽密度較?。ㄈ?～80條/mm），但刻槽深度大（為數(shù)微米），閃耀角大，對紫外-可見光譜區(qū)工作級次達40～120級，因此譜級重疊十分嚴重。為了將不同級次的重疊譜線分開，通常采取交叉色散的原理，即使譜線色散方向和譜級散開方向正交，在焦面上形成一個二維色散圖像。當前第50頁\共有67頁\編于星期四\19點

光柵2.幾種典型的光柵全息光柵是為避免機刻光柵和復制機刻光柵的衍射光譜中出現(xiàn)“鬼線”而發(fā)展起來的光柵。制造過程大致如下：在磨制好的光學玻璃基坯上涂上一層給定厚度的光敏物質(zhì)后，將其放入單色激光雙光束干涉場內(nèi)曝光，然后在特殊溶劑中“顯影”，則基坯上形成與整套干涉條紋的明暗強弱相當、有一定截面形狀的槽線。將顯影后的基坯再放入真空系統(tǒng)中鍍反射鋁膜和保護膜就得到全息光柵。目前可在50cm的形面上制造6000條/mm的全息光柵。當前第51頁\共有67頁\編于星期四\19點

光柵3.光柵單色器的性能指標單色器的質(zhì)量取決于它的色散能力和分辨能力等。光柵的色散有角色散和線色散之分：當θ很?。ㄐ∮?0o）時，cosθ≈1，則當前第52頁\共有67頁\編于星期四\19點

光柵3.光柵單色器的性能指標

單色器的分辨能力是儀器分辨相鄰兩條譜線的能力。根據(jù)Rayleigh準則，在波長相近的兩條譜線中，當一條譜線波長的極大值正好落在另一譜線波長的極小值上時，則認為這兩條線是可分辨的。當前第53頁\共有67頁\編于星期四\19點

狹縫

狹縫由金屬構(gòu)成，且要求兩片刀口的邊緣正好平行并落在同一平面上。選定單色器入射狹縫寬度時，以W（?）表示單色器出射光的帶寬，S（μm）表示出射狹縫寬度，D（?/mm）表示單色器的線色散率，則它們相互間具有如下關系：當前第54頁\共有67頁\編于星期四\19點2.3.4.樣品引入系統(tǒng)電弧原子發(fā)射光譜：固體樣品，放電體系下電極的凹槽內(nèi)；高壓火花原子發(fā)射光譜：直接將金屬樣品制成電極；等離子體原子發(fā)射光譜：溶液樣品，直接噴霧進樣；火焰原子吸收光譜：溶液樣品，直接噴霧進樣；石墨爐原子吸收光譜：溶液樣品，注射器直接加入石墨爐；原子熒光光譜：溶液樣品，噴霧進樣；分子光譜：常溫常壓下的固體、液體或氣體樣品，因此只需要一個透光容器和相應的樣品架即可，或者制成透光的固態(tài)或液態(tài)樣品形式直接引入光路。玻璃容器：普通光學玻璃和石英玻璃；固體壓片或液膜：紅外光譜。當前第55頁\共有67頁\編于星期四\19點2.3.4.樣品引入系統(tǒng)樣品的介質(zhì)條件：原子光譜：對樣品的介質(zhì)條件要求不高，基本上只要能保證有效進樣和有效原子化，同時不損害進樣和原子化系統(tǒng)就可。紫外-可見吸收光譜、分子熒光光譜、分子磷光光譜、化學發(fā)光光譜均適用于紫外-可見波段，均采用溶液樣品，原因是水及一般的溶劑在紫外-可見波段均不吸光。紅外光譜：由于水及一般溶劑均有紅外活性，因而不能采用溶液樣品，通常采用的溴化鉀固體壓片，也是基于溴化鉀在紅外波段沒有紅外活性且其固體壓片透光的事實。當前第56頁\共有67頁\編于星期四\19點2.3.5.檢測系統(tǒng)

理想的檢測器在整個研究波長范圍內(nèi)對光輻射有恒定的響應；具有高靈敏度、高信噪比、響應時間快的特點；在沒有光輻射時，檢測器輸出信號應該為零；響應光輻射所產(chǎn)生的信號還應該正比于光輻射的強度。實際上，理想檢測器是不存在的，主要是因為實際的檢測器不可能在整個研究波長范圍內(nèi)對光輻射有恒定的響應，與實際光源相關的作用于檢測器的光輻射強度I也是波長的函數(shù)，實際檢測器還存在暗信號輸出S0。當前第57頁\共有67頁\編于星期四\19點

光電檢測器

光電檢測器是將光信號轉(zhuǎn)換為可量化輸出的電信號的檢測器。一類檢測器的信號轉(zhuǎn)換功能主要通過光敏材料來實現(xiàn)，當光作用于光敏材料時，光敏材料釋放出電子，由此實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換；另一類檢測器的信號轉(zhuǎn)換功能主要通過半導體材料來實現(xiàn)，當光作用于半導體材料時，半導體材料的導電特性將發(fā)生改變，并實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。當前第58頁\共有67頁\編于星期四\19點

光電檢測器

由于光敏材料釋放出電子以及半導體材料導電特性改變均需要一定的能量，而光能量的大小與波長呈反比，因此光敏材料和半導體材料只對紫外光、可見光和近紅外光敏感，相應的光電檢測器只適用于紫外到近紅外光區(qū)的光譜檢測。所對應的光譜法包括原子吸收光譜、原子發(fā)射光譜、原子熒光光譜、紫外-可見吸收光譜、分子熒光光譜、分子磷光光譜、化學發(fā)光以及近紅外光譜。紅外光的能量較低，不足以使光敏材料釋放出電子，或使半導體材料的導電特性發(fā)生改變，因此光電檢測器不能用做紅外光譜的檢測器。當前第59頁\共有67頁\編于星期四\19點

光電檢測器

常見的光電檢測器包括硒光電池、真空光電管、光導檢測器、硅二極管、光電倍增管以及硅二極管陣列和電荷轉(zhuǎn)移器件等。硒光電池、真空光電管、光導檢測器、硅二極管和光電倍增管為單波長檢測器，它們均需要通過狹縫采光，將不同波長的光投射到檢測器上分別檢測。硅二極管陣列和電荷轉(zhuǎn)移器件為多道檢測器，它們本質(zhì)上是多個單波長檢測器的集成，可進行多波長同時測定。當