>300mm
2.2 电磁辐射及电磁波谱
波谱区 g-射线 X-射线 远紫外光
波长 <0.005nm 0.005~10nm 10~200nm
跃迁类型 核能级
原子内层电子能级
近紫外光
可见光
200~400nm 400~800nm
原子/分子外层电子能级
莫斯鲍尔光谱法:g-射线®原子核® g-射线吸收
远紫外光----真空紫外区。此部分光谱会被空气吸收
光学分析法
非光谱分析法
光谱分析法
圆X
折
二
射 线
干
旋
射色衍涉 光
法性 法 法
射
法
法
原子光谱
原原原 X 射
子子子 吸发荧线
荧 收射光
光 光光光 谱谱谱光
谱
分子光谱
紫
分分核
外红子子磁
可外荧磷共
见光光光振
光谱光光波
谱法谱谱谱
法
法法法
2.4 光 谱 法 仪 器
一. 光谱仪器的基本单元:
光谱仪器通常包括 五个基本单元：
分辨率公式，并进行简单计算。
第二章
光学分析法概述
主要内容
¯ 2.1 光学分析法及其特点 ¯ 2.2 电磁辐射及电磁波谱 ¯ 2.3 光学分析法分类 ¯ 2.4 光谱法仪器
2.1 光学分析法及其特点
光学分析法：基于电磁辐射能量与待测物质相 互作用后所产生的辐射信号与物质组成及结构关系 所建立起来的分析方法；
电磁辐射范围：γ射线~无线电波所有范围； 相互作用方式：发射、吸收、反射、折射、散 射、干涉、衍射等；
测器、半导体检测器。
（2）热检测器 主要有： 真空热电偶检测器；热释电检测器。
2.4 光 谱 法 仪 器
八. 信息处理与显示装置： 现代分析仪器多配有计算机完成数据采集、
信号处理、数据分析、结果打印，工作站软件系 统；
学习要求
¯ 掌握光学分析法内涵和分类。 ¯ 掌握光谱仪的主要部件，特别是单色器的组成。 ¯ 掌握光栅单色器的色散方程，特别是色散率、
2.4 光 谱 法 仪 器
IRIS Advantage 中阶梯光栅 分光系统（实物图）
2.4 光 谱 法 仪 器
五. 狭缝：
构成：狭缝是两片经过精密加工、具有锐利边缘的金属组 成。两片金属处于相同平面上且相互平行。入射狭 缝可看作是一个光源。
整个单色器的分辨能力除与分光元件的色散率有关 外，还与狭缝宽度有关。 有效带宽S：指单色器出射狭缝的辐射波长区间宽度。
E0
原子吸收光谱
2.3 光学分析法分类
B. 分子光谱 带光谱 Band spectra 分子的电子能级、振动能 级和转动能级变化； 由几个光带和暗区相间而 成的光谱。
分子发射光谱
带 光 谱
分子吸收光谱
2.3 光学分析法分类
光学分析法 光谱分析法
原子光谱
分子光谱
原原原 X 射
子子子 吸发荧线
荧 收射光
2.3 光学分析法分类
光 谱 法：是基于物质与辐射作用时，测量由物 质内部发生量子化的能级之间的跃迁而产生的发 射、吸收或散射辐射的波长和强度进行分析的方
法。
原子发射光谱 E3
A. 原子光谱
E2
线光谱 Line spectra
E1
原子内层和外层电子能级变化;
由若干条强度不同的谱线和暗区
相间而成的光谱.
① 角色散率：dθ/dλ (衍射角对波长的变化率)
当入射角不变时，光栅的角色散率可通过对光栅公式求 导得到：
② 线色散率：dl /dλ (两条波长相差dλ的光谱线在成像焦面 上分开的距离dl)
f—会聚透镜的焦距
2.4 光 谱 法 仪 器
当θ=00~80时，cosθ=1~0.99:
光栅的角色散率和线色散率可以认为是常数，不随波长 改变。这样的光谱称为“匀排光谱” （优于棱镜之处）。
相遇叠加，在叠加区域某些点的光振动失重加强，某些点的 光振动始终减弱，即在干涉区域内振动强度有稳定的空间分 布。
白光干涉条纹
2.4 光 谱 法 仪 器
光栅的衍射条纹是衍射和干涉 的总效果。
1. 平面光栅衍射的色散方程: nλ = d (sinα+sinθ)
n—(级数) 0, 1, 2,… d --为光栅常数 α--为入射角 θ--为衍射角
2.4 光 谱 法 仪 器
三. 单色器：
单色器：获得高光谱纯度辐射束的装置，它的作用是将复 合光分解为单色光或有一定宽度的谱带。
2.4 光 谱 法 仪 器
棱镜单色器基本组成：
入射狭缝
准直装置
聚焦装置 f
色散装置
聚焦面 出射狭缝
主要部件：
（1）入射狭缝； （2）准直装置(透镜或反射镜)：使辐射束成为平行光线； （3）色散装置(棱镜、光栅)：使不同波长的辐射以不同的角度进行传播； （4）聚焦装置(透镜或反射镜)，使每个单色光束在单色器的出口曲面上成像 。 （5）出射狭缝。
2.4 光 谱 法 仪 器
2. 平面光栅衍射的性能指标 色散率 分辨率 闪耀特性 1). 平面光栅的色散率：
准直装置
入射狭缝
① 角色散率 ② 线色散率
平面反射光栅
聚焦装置

聚焦面 出射狭缝
2.4 光 谱 法 仪 器
2. 平面光栅衍射的性能指标 色散率 分辨率 闪耀特性 1). 平面光栅的色散率：
b
a
d
2.4 光 谱 法 仪 器
中阶梯光栅：
1949 年 ， 由 美 国 麻 省 理 工学院的Harrison教授提出 的一种特殊光栅。
中阶梯光栅是一种刻槽 密度低(8~80条/mm)、刻槽 深度大(µm级)、分辨率极高 的衍射光栅。
它通过增大闪耀角 β(63.26°) ， 利 用 高 光 谱 级 次(n=40~120)的方法来提高 分辨率。
光 光光光 谱谱谱光
谱
紫
分分核
外红子子磁
可外荧磷共
见光光光振
光谱光光波
谱法谱谱谱
法
法法法
2.3 光学分析法分类
A. 吸收光谱法： 原子吸收光谱、紫外-可见分光光度法、红外吸收光谱、 核磁共振等
B. 发射光谱法： 原子发射光谱、原子荧光光谱、分子荧光光谱、X射线 荧光光谱等
C. 散射光谱法： 拉曼光谱等
透射光栅，反射光栅； 平面反射光栅（闪耀光栅） 和凹面反射光栅 平面反射光栅： 300~2000条/mm
2.4 光 谱 法 仪 器
光的衍射： 光在传播路径中，遇到不透明或透明的障碍物，绕过障碍
物，产生偏离直线传播的现象称为光的衍射。
白光衍射条纹
2.4 光 谱 法 仪 器
光的干涉： 当频率相同、振动方向相同、相位差恒定的两列相干光波
2.电磁辐射的粒子性 光电效应 康普敦效应 黑体辐射
普朗克(Planch)公式： E --光子的能量 J, 焦耳
υ ---光子的频率 Hz, 赫兹
l ---光子的波长 cm
c ---光速
2.9979´1010 cm.s-1
h ---Planch常数 6.6256´10-34 J.s 焦耳. 秒
2.2 电磁辐射及电磁波谱
件优化确定最佳狭缝宽度。
2.4 光 谱 法 仪 器
六. 吸收池： 光源与试样相互作用的场所，一般由透明材
料制成。如： 紫外光区：石英材料 可见光区：硅酸盐玻璃 红外光区：NaCl、KBr等晶体
2.4 光 谱 法 仪 器
七. 检测器：
在现代仪器中，用光电转换器作为检测器。
（1）光检测器 主要有以下几种： 硒光电池、光电二极管、光电倍增管、硅二极管阵列检
X-射线吸收光谱法: X-射线/放射源®原子内层电子（n>10)® X -射线吸收 X-荧光光谱法: X-射线®原子内层电子® 特征X -射线发射
原子光谱：原子发射光谱、原子吸收光谱、原子荧光光谱 分子光谱：紫外-可见吸收光谱、分子荧光/磷光光谱、化学发光
2.2 电磁辐射及电磁波谱
波谱区 近红外光 中红外光 远红外光
2.4 光 谱 法 仪 器
习题1：对一块宽度为 50.0 mm，刻线数为1200 条/mm的光栅， 它的一级光谱的分辩能力为多少？在6000 埃 附近能分辨的 两条谱线的波长差为多少？
习题2：用刻有2000条/mm的光栅来色散Li的460.20nm和460.30nm 两条谱线(一级谱线)，计算光栅的分辨率和宽度。
二.电磁波谱与现代仪器分析方法：
波谱区 g-射线 X-射线 远紫外光 近紫外光
波长 <0.005nm 0.005~10nm 10~200nm 200~400nm
波谱区 近红外光 中红外光 远红外光
微波
波长 0.8~2.5µm 2.5~50µm 50~1000µm 1~300mm
可见光 400~800nm 无线电波
D: 线色散率的倒数； W : 狭缝宽度；
当单色器的色散率固定时，有效带宽随狭缝宽度变化。
2.4 光 谱 法 仪 器
狭缝宽度的选择原则:
Ø 定性分析：选择较窄的狭缝宽度—提高分辨率，减少
其它谱线的干扰，提高选择性；
Ø 定量分析：选择较宽的狭缝宽度—增加照亮狭缝的亮
度，提高分析的灵敏度；
Ø 应根据样品性质和分析要求确定狭缝宽度。并通过条
光源；单色器；样 品；检测器；显示与 数据处理。
2.4 光 谱 法 仪 器
二. 光源：
依据方法不同，采用不同的光源：火焰、灯、激光、电 火花、电弧等；依据光源性质不同，分为：
ó连续光源：在较大范围 提供连续波长的光源，氢 灯、氘灯、钨丝灯等；
ó线光源：提供特定波长
的光源，金属蒸气灯(汞灯、 钠蒸气灯)、空心阴极灯、 激光等；