分析化学(仪器分析部分)(03)课件

1、特点：特点：更高的分辨率和色散率更高的分辨率和色散率工作波长范围宽（紫外、可见、红外）工作波长范围宽（紫外、可见、红外）匀排光谱匀排光谱材料和结构：材料和结构：玻璃、金属（铝）玻璃、金属（铝）等宽、等间距、平行排列的狭缝等宽、等间距、平行排列的狭缝分光原理分光原理：单缝衍射，多缝干涉：单缝衍射，多缝干涉光栅方程：光栅方程：d(sin sin )=k 其中光谱级次其中光谱级次k=0, 1, 2, ，入射光，入射光与与衍射光同侧取衍射光同侧取“”，异侧，异侧“-”。若若d(光栅常数）光栅常数）,入射光方向（入射光方向（ ）一定，在一定的光谱级）一定，在一定的光谱级次（次（k)上，不同上，不同 有不

2、同的衍射角有不同的衍射角 。（。（分光原理分光原理）零级光谱（零级光谱（K0）不起色散作用。不同）不起色散作用。不同 始终有始终有 。若若d(光栅常数）光栅常数）,入射光方向（入射光方向（ ）一定，在同一衍射方向）一定，在同一衍射方向上，不同光谱级次上，不同光谱级次k有不同波长的重叠。有不同波长的重叠。 K1 1= K2 2 = K3 3= 如一级谱线如一级谱线600nm,二级谱线二级谱线300nm和三级谱线和三级谱线200nm重叠。重叠。 消除方法：滤光片或附加棱镜作谱级消除方法：滤光片或附加棱镜作谱级 分离器。分离器。d(sin sin )=k （1）光栅的光栅的色散率色散率角角色散率：色

3、散率： d /d =k/dcos 线色散率：线色散率： dl/d = f /d =kf/dcos kf /d ( 很小，且变化不大）很小，且变化不大）l匀排光谱匀排光谱l光栅刻线数越多，即光栅刻线数越多，即d越小，越小， dl/d 越大越大l光谱级次越大，物镜焦距越大，光谱级次越大，物镜焦距越大， dl/d 越大越大l物镜焦距物镜焦距f越大，越大， dl/d 越大。越大。R R / /kN, k kN, k 光谱级次，光谱级次，N N光栅刻线数光栅刻线数一般一般K K1 1、2 2，增大，增大R R可通过增大光栅尺寸或增大刻线密度。可通过增大光栅尺寸或增大刻线密度。例题：光栅刻线密度为例题：光

4、栅刻线密度为1200条条/mm, 光栅宽度为光栅宽度为5cm, 问用一级问用一级光谱能否分辨下列三条谱线？光谱能否分辨下列三条谱线？600.013，600.019，600.038 nm解：解： N=1200506104, K=1R=KN= 6104, =600, 600/61040.01nm1=0.006nm 2=0.019nm故前两条故前两条谱线不能分开，后谱线不能分开，后两条两条谱线可以分开。谱线可以分开。2kd212wwwRkNKkdk2w例题例题: 求证宽度为求证宽度为W的光栅最大理论分辨率为的光栅最大理论分辨率为辐射能量最大的波长称为闪耀波长（辐射能量最大的波长称为闪耀波长（ b1,

5、 b2, b3)光栅适用范围光栅适用范围: b1/(k+0.5)(短波极限短波极限) b1/(k-0.5)(长波极限长波极限）解：解： b2 b1 /2=800/2400 nm短波极限短波极限= b2/(k+0.5)= 267 nm长波极限长波极限= b2/(k-0.5)= 800 nm 最佳适用范围最佳适用范围:267 nm 800nm特点：特点：刻槽密度低、宽度远大于深度、入射光线落在刻刻槽密度低、宽度远大于深度、入射光线落在刻槽的短斜面，分辨率极高，常采用垂直对称式（即入射槽的短斜面，分辨率极高，常采用垂直对称式（即入射角角 衍射角衍射角 闪耀角闪耀角 ），通常采用高级次（），通常采用高

6、级次（75级）级）光谱和增大闪耀角来提高线色散率，（普通光栅常依靠光谱和增大闪耀角来提高线色散率，（普通光栅常依靠增大物镜焦距增大物镜焦距f）。）。二维色散技术二维色散技术（4）中阶梯光栅：）中阶梯光栅：光栅的线色散率几乎与波长无关，可得到匀排光谱，而光栅的线色散率几乎与波长无关，可得到匀排光谱，而棱镜是非匀排光谱。棱镜是非匀排光谱。在相同色散率时，光栅的尺寸比棱镜要小。而相当尺寸在相同色散率时，光栅的尺寸比棱镜要小。而相当尺寸时光栅的色散率较大。时光栅的色散率较大。光栅可用于棱镜不适用的远紫外、远红外区。光栅可用于棱镜不适用的远紫外、远红外区。光栅的光谱存在重叠现象，而棱镜没有。光栅的光谱存

7、在重叠现象，而棱镜没有。棱镜的价格一般比光栅要低。棱镜的价格一般比光栅要低。1 感光板（玻璃板、感光板（玻璃板、AgBr和助剂）和助剂） 作用作用：记录谱线强度（黑度：记录谱线强度（黑度S，即谱线变黑的程度），即谱线变黑的程度） 特点：具有空间分辨能力，能同时记录、保存宽范围的特点：具有空间分辨能力，能同时记录、保存宽范围的谱线，但线性范围窄（谱线，但线性范围窄（2个数量级），繁琐费时。个数量级），繁琐费时。 如何采用黑度如何采用黑度S进行原子发射光进行原子发射光谱定量分析？谱定量分析？aa i0i测微光度计测黑度原理测微光度计测黑度原理黑度黑度S 曝光量曝光量HkIt 其中其中k为常数，为常

8、数，I为原子发射为原子发射光谱强度，光谱强度，t为曝光时间。为曝光时间。乳剂特性曲线：黑度乳剂特性曲线：黑度S lg H(曝光量）曲线曝光量）曲线根据根据S H I 黑度黑度S 与曝光与曝光H之间的关系不能用一个简单公式表示，之间的关系不能用一个简单公式表示，通常用图解法。通常用图解法。？AB 曝光不足曝光不足BC 正常曝光正常曝光CD曝光过度曝光过度 DE 负感负感乳剂特性曲线乳剂特性曲线其中其中 =tan 感光板反衬度，感光板反衬度，i= tan lgHi， Hi 感光板惰延量感光板惰延量，iHHilgH)lg(lgtanS=适用于正常曝光适用于正常曝光BC线性范围宽，响应速度快，但无空间分线性范围宽，响应速度快，但无空间分辨能力辨能力光电流光电流 i= k I(分析线强度）分析线强度）电压电压U i I U lgU blg3 图像检测器：图像检测器：兼具兼具PMT和感光板的特点。和感光板的特点。如光电二极管阵列（如光电二极管阵列（PDA）、电荷耦合器件（）、电荷耦合器件（CCD）、）、电荷注入器件（电荷注入器件（CID）摄谱仪摄谱仪 棱镜摄谱仪棱镜摄谱仪 光栅摄谱仪光栅摄谱仪光电直读光谱仪光电直读光谱仪 单道扫描光谱仪单道扫描光谱仪：波长选择方便，但速度慢。：波长选择方便，但速度慢。 多道