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科普知識
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萬用表

光譜儀(攝譜儀)的原理和構成

發(fā)布日期:2022-04-18 點擊率:630

    攝譜儀是利用觀察光源的儀器,它的作用是將來自光源的復合分解成按波長順序排列的單色光,并把它記錄下來。
    根據(jù)分光元件的不同,可分為棱鏡攝譜儀和光柵攝譜儀。根據(jù)記錄光譜的方法不同,又可分為看譜鏡法、攝譜法和光電法。這三種方法基本原理都相同,都是吧激發(fā)試樣獲得的復合光通過如何狹縫在分光元件上,使之色散成光譜,然后通過測量譜線而檢測試樣中的分析元素。而區(qū)別在于看譜法用人眼去接收,攝譜法用感光板接受,而光電法則用光電倍增管接收光譜輯射。今天重點攝譜法,下面根據(jù)兩類產(chǎn)品來做下介紹:
    1.棱鏡攝譜儀
    以棱鏡為分光元件,用照相方式檢測譜線強度的攝譜儀就稱為棱鏡攝譜儀。
    1)構造:其主要包含,座機,電弧電源電機架,聚光燈,狹縫,縫寬調節(jié)鼓輪,入射光管,棱鏡方位調節(jié)鼓輪。棱鏡罩,出射光管,看譜目鏡,攝譜暗箱等,以下是棱鏡攝譜儀的光學系統(tǒng)展示圖片。

棱鏡攝譜儀光學展示圖.jpg

    照明系統(tǒng):指光源到攝譜儀狹縫之間的這一部分。由透鏡L組成。可分為單透鏡和三透鏡照明系統(tǒng)兩類。其作用是:把光源的光聚焦于狹縫上,使盡可能多的光進人狹縫;讓光源不同部位發(fā)出的光均勻地照射到狹縫的各個部位;并使光源電極頭所發(fā)射出來的紅熱白熾光連續(xù)光譜不進入狹縫。
    準光系統(tǒng):由狹縫S及準光鏡O1構成,又稱為準光管或平行光管。其作用是使進入狹縫的光經(jīng)過準光鏡后成為平行光束照射到單色益上。
    色散系統(tǒng):由棱鏡組成。其作用是經(jīng)過準光鏡O1后所得的平行光束,通過棱鏡而產(chǎn)生色散現(xiàn)象,使不同波長的復合光分成按一定波長順序排列的譜像。
    投影系統(tǒng):包括暗箱物鏡02及感光板F。其作用是:將色散后的單色光束,經(jīng)物鏡O2聚集在感光版面上,形成按波長順序排列的狹縫像-光譜。
    2)分光原理
    它是根據(jù)光的折射現(xiàn)象進行分光的。
    在紫外及可見光譜區(qū)域,某一棱鏡材料對光的折射率與光的波長之間滿足經(jīng)驗公式:
    n=A+B/λ2+C/λ4
    根據(jù)式中可以得知,n為折射率,A,B,C均為與棱鏡材料有關的常數(shù);λ為光的波長,由式中可見,波長越長,折射率越小,根據(jù)光的折射定率:

    光的折射定率.jpg

    式中,i為入射角,r為折射角
    當包含不同波長的符合光通過棱鏡時,不同波長的光就會因折射率不同而以不同的折射角r射出棱鏡而分開,這就是棱鏡的分光原理。
    3)色散率與分辨率
    色散率就是把不同波長的分光散開的能力,它可用角色散率和線色散率兩種方法來表示。色散率表示兩條波長相差dλ的光線被棱鏡色散后所分開角度的大小,θ是入射角光與出射光之間的夾角,稱為棱鏡的偏向角。

    當棱鏡處于最小偏向角時公式.jpg

    式中可得知,dn為兩條波長為λ1和λ2的光線的折射之差,n為λ1和λ2波長的光線的折射率的平均值,A為棱角頂角。
    如果攝譜儀中安裝數(shù)個相同的棱鏡,且其位置都處在最小偏向角位置,則總的角色散率等于單個棱鏡的角色散率乘以所用的棱鏡的數(shù)目。

    總的角色散率公式.jpg

    線色散率:表示波長相差dλ的兩條譜線在焦面上的距離為dl.
    線色散率的大小可用下列公式表示:
    線色散率的大小公式
    式中,f2為物鏡焦距,ε為物鏡腳面與主光軸之間的夾角。
    分辨率:這個指的是光學系統(tǒng)能夠正確分辨出緊鄰兩條譜線的能力。一般用兩條方便開的光譜線波長的平均值λ與其波長差dλ之比值表示,如式中表示:

    比值表.jpg

    4)集光本領
    是攝譜儀光學系統(tǒng)傳遞輻射能的能力,直接影響譜線強度大小。常用入射于狹縫的光源度B為一個單位時,在感光板上所得到的的照度E來表示,當準直鏡與暗箱物鏡的有效孔徑相等時,即:d1=d2,集光本領L的大小可以用下列公式表示。

    集光本領L的大小.jpg

    d2和f2都是暗箱物鏡的直徑和焦距,rπ為入射光的輻射通量與經(jīng)過一些列棱鏡后透射光輻射通量之比。從上式中可以看出,集光本領除了與光源寬度,光學元件的性質有關外,暗箱物鏡的相對孔徑對它是影響最大的,用相對孔徑簡介表示攝譜儀的集光本領。比值越大,集光本領越大。
    2.光柵攝譜儀
    以光柵為分光元件,用照相方式檢測譜線強度的攝譜儀,稱為光柵攝潛儀。
    (1)構造
    光源攝譜儀與棱鏡攝譜儀一樣,也逛由照明系統(tǒng)、準光系統(tǒng)、色散系統(tǒng)及攝影系統(tǒng)四部分組成。不同的地方,只是色散系統(tǒng)不一樣而已。光柵光譜有兩個不好的地方:
    ①譜級重疊現(xiàn)象。
    例如一級光譜中的6000A°譜線,將與二級光譜中的3000A°,三級光譜中的2000A。互相重疊,這將給分析工作者帶來困難,一定要消除,常用消除這種干擾現(xiàn)象的方法有:
    -利用濾光片吸收干擾波長
    -利用感光板的靈敏區(qū)不同消除干擾波段
    -利用分級器消除干擾
    ②無用的零級光譜
    當m=0,β=-α任何波長的光可滿足光柵方程。為了克服無零集光譜里集中了過強的光源強度,人們對光柵制作進行了革新。制除了閃耀光柵或叫強度定向光闌。其特點是在閃耀波長處將集中75%~80%的入射光輻射能,而在才波長的三分之二及三及二分之三處,光強下降40%。閃耀光柵波長可以通過光柵滑角來加以控制,閃耀光柵的閃耀波長與閃耀角之間滿足:mλθ=2bsinθ,其中式中m是光譜級數(shù),b是光柵常數(shù)。
    以上是關于兩類產(chǎn)品的介紹,如有疑問可以多參一些考資料~~

標簽:                                    光譜儀                                                                    攝譜儀

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