50
100
真空光电管
择电压的依据
120μlm 100μlm 80μlm
60μlm 40μlm 20μlm
光通量φ： 是由光源向各
个方向射出的光功 率,也即每一单位时 间射出的光能量,以 φ表示,单位为流明
150
(lumen,简称 lm).
阴极电压/V
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（2）光电管的光照特性
当光电管的阴极和阳极之间所加的电压一定时，光通
利用光电池或光电管等光电元件作检测器来测量 通过有色溶液的透射比和吸光度，进而求出物质 含量的方法叫光电比色法，基于这种方法而设计 的仪器叫光电比色计。
光源 滤光片 比色皿
检测器
放大
显示
光电比色计结构框图
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（一）光源
理想光源应在整个所需要的波长范围内具有均匀的 发光强度。 实际上，理想光源并不存在，所有光源强度都随波 长而变，在可见光范围内常用的光源 有钨丝灯和卤钨灯。 1.钨丝灯：适应波长范围在320~2500nm 之间。不足之处，在点燃时钨丝会不断 向外蒸发出钨分子。钨丝的蒸发使灯丝 变细，寿命变短，情况严重的使灯壁发 黑，无法使用。
v0 ——电子逸出物体表面时的初速度
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外光电效应
上式即为著名的爱因斯坦光电方程式，它阐明 了光电效应的基本规律。由上式可知：
（1）电子能否逸出物体表面取决于光子具有的能量是 否大于该物体的表面电子逸出功A0，而只与光的频率有 关，因此电子能否逸出物体表面取决于光的频率，与光 强无关，光强再大也不会产生光电发射。
光电管的光谱灵敏度与阴极材料有关。
不同颜色的光应选择不同材料的光电管。
各 光 电 管 的 光 谱 特 性
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光电管具有很高的内阻，产生的电流容易放 大，所以光电管比硒光电池更适合于微弱信号 的放大。其极间及连接导线之间的绝缘、屏蔽 十分重要。
暗电流：光电管在加上工作电压后无光照射也 会有一个微小的电流流过，这一微小电流成为 暗电流。暗电流的存在，限制了光电管能够检 测的最小光通量的变化。对暗电流的要求是越 小越好。
T=
It
= 10−kbc
光度与液层厚度及溶液 浓度成正比。
I0
A = −lgT = −lg It = lg I0 = lg 1 = kbc
I0
It
T
I0
It
I0：入射光强度
b:液层厚度
C:溶液浓度 It:透射光强度
T:透光度
A:吸光度
k:吸光系数（表示单位浓度和单位厚度的吸
光度）
b
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3 光电倍增管(PMT)
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光电倍增管
光电倍增管的电流是逐级增加的。由于光电倍增管具有放 大作用，因此适用做灵敏的弱光探测器。
K为光电阴极,A为光电阳极；D1、D2、D3…等若干个光电
倍增极(又称二次发射极)，涂有光敏物质。
K
工作时，这些电极的电位是逐级
入射光
则 c=4.19×10-5(mol/l)
因此，溶液的浓度范围应介于
2401.31-4-92 ×10-5 ~1.56×10-4 之间。
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主要内容
1.光电比色计的原理和结构：
比色皿 光电管 光电倍增管
2.分光光度计的原理和结构
分光光度计
3.分光光度计的分类
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§ 4 光电比色计的基本原理和结构
（2）如果产生了光电发射，在入射光频率不变的情况 下，逸出的电子数目与光强成正比。光强愈强意味着入 射的光子数目愈多，受轰击逸出的电子数目也愈多。
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内光电效应
工作原理：
+
-
PN结
Es
图 光电池工作原理图
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内光电效应一般由半导体材料获得。
光照射PN结时，若hν≧Eg（禁带宽度），使 价带中的电子跃迁到导带，而产生电子空穴 对，在阻挡层内电场的作用下，电子偏向N 区外侧，空穴偏向P区外侧，使P区带正电， N区带负电，形成光生电动势。
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检验比色皿是否符合要求的方法：先在各比 色皿中放入相同的溶液，然后放入仪器进行 测量，在其他条件不变的情况下，读出的透 射比误差应该小于0.5%。否则说明误差太大 不能使用。
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(四)光电检测器
检测器：把光信号转换为电信号的装置。 对检测器的要求： 1.产生的电信号与照射到它上面的光强有恒 定的函数关系； 2.波长响应范围大； 3.灵敏度高，响应速度快，产生的电信号易 于检测、放大，噪声低。
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1 光电池
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光电池产生的光电流与入射光强成正比。 不同材料的光电池，其光谱灵敏范围不一样。 缺点：对光响应速度慢，内阻小，不便进行放 大；不适用于十分微弱的光的测量。
相 100 对 80 硒
硅
光 谱 特
灵 60
敏 度
40
20
性 曲 线
/%
0 400 600 800 1000 1200
增高的，当光线照射到光电阴极 第一倍增极
后，它产生的光电子受第一级倍增 D1
极D1正电位作用，加速并打在这
个倍增极上，产生二次发射；由第
一倍增极D1产生的二次发射电
子，在更高电位的D2极作用下， 第n倍增极
又将加速入射到电极D2上，在D2
极上又将产生二次发射…，这样逐
级2013前-4-2 进，一直到达阳极A为止。
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这个特性可作为物质定量分析的依据。在测 定时，只有在λmax 处测定吸光度，其灵敏 度最高。
因此，吸收曲线是吸光光度法中选择测量波 长的依据。
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♥不同物质吸收曲线的形状和最大吸收波长均不 相同。 ♥光吸收曲线与物质特性有关，故据此可作为物 质定性分析的依据。
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各种颜色的波长范围
λ/nm
颜色
互补色
400-450 450-480 480-490 490-500
紫 蓝 绿蓝 蓝绿
黄绿 黄 橙 红
500-560 560-580 580-610
绿 黄绿 黄
红紫 紫 蓝
610-650 650-760
橙
绿蓝
红
蓝绿
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复习光学的几个概念
互补色
Φi
光源
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光电效应
光可以被看成具有一定能量的粒子流，这些粒 子即光子，每个光子所具有的能量E正比于光 子的频率υ ，即 E=h · υ
式中h为普朗克常量(h=6.626×10-3J.S)。因而 当光照射到物体上时，就可以看成一连串的具 有能量为E的粒子轰击在物体上，而所谓的光 电效应就是由于物体吸收了能量为E的光子而 产生的效应。光电效应分为内、外光电效应。
A
光电阴极 第二倍增极
D2
阳极
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主要参数：
（1）倍增系数M：等于各个倍增电极的二次发 射电子数的乘积。
M = Ia / Ik = δ n
δ 式中Ia为阳极电流，Ik为阴极电流， 为每次发射出的电
子的平均数，n为倍增极个数。
M与所加的电压有关。一般阳极和阴极之间的 电压为1000~2500V，两个相邻的倍增电极的 电位2013-差4-2 为50~100V。
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外光电效应
当物体在光线照射作用下，一个电子吸收了一
个光子的能量后，其中的一部分能量消耗于电子
由物体内逸出表面时所作的逸出功，另一部分则
转化为逸出电子的动能。根据能量守恒定律，可
得
hν=1 2源自mυ02+
A0
式中 A0 ——电子逸出物体表面所需的功 m ——电子的质量， m = 9.109 ×10−31 kg
不发光体
非选择性吸收
Φa
选择性吸收
Φo Φr
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物体对光的透射、吸收与反射 5
§ 2 有色物质的显色原理
当依次将各种波长的单色光通过某一有色溶 液，测量每一波长下有色溶液对该波长光的 吸收程度（吸光度A），然后以波长为横坐 标，吸光度为纵坐标作图，得到一条曲线， 称为该溶液的吸收曲线，亦称为吸收光谱。
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2.卤钨灯：在钨灯中加入适量的卤素或卤化物而制 成的，其灯壁多采用石英或高硅氧玻璃。 卤钨灯比普通钨灯高得多的发光效率和长的多的 寿命。 这两种钨灯既可以用交流供电，也可以用直流供 电。
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（二）滤光片
滤光片又叫滤色片，其作用是控制波长或能量的分 布，即它只让一定波长范围内的光通过，而将其余 不需要的波长的光滤去，相当于电路中的带通滤波 器。 滤光片通过的波长范围越窄、透射比越大，质量就 越好。 常用的滤光片有：带通滤光片、截止滤光片和复合 滤光片 国内生产的光电比色计一般只附有常用的42号、50 号201和3-4-265号3块滤光片。
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入射光波长λ/nm
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2 光电管
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光电管
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（1）光电管的伏安特性
在一定的光照射下，对光电器件的阴极所加电
压与阳极所产生的电流之间的关系称为光电管