光譜分析法導(dǎo)論(2).ppt

篇 光譜分析方法,主要內(nèi)容： 第一章 光譜分析法導(dǎo)論 第二章 原子光譜學(xué) 第三章 原子吸收和原子熒光光譜分析法 第四章 原子發(fā)射光譜分析法 第五章 X射線-熒光光譜分析法 第六章 紫外-可見吸收光譜法 第七章 紅外吸收光譜法 第八章 激光拉曼光譜法 第九章 核磁共振波譜法 第十章 表面分析法,第二章 光譜分析法導(dǎo)論 INTRODUCTION TO SPECTRUM ANALYTICS, 了解電磁波譜的性質(zhì)； 了解光與物質(zhì)的相互作用特點(diǎn)及其與光譜 分析法的關(guān)系； 掌握光學(xué)分析儀器的基本組成單元及其作 用。,課程的任務(wù)和要求,2.1 電 磁 輻 射 一、電磁輻射的性質(zhì),光波是一種電磁波，它具有波動(dòng)性和粒子 性。光譜是一種電磁波譜，電磁波譜分為三個(gè) 部分: 高能輻射、中間部分和長波部分。,1.高能輻射 包括r射線和x射線,r射線的能量最高，它 來源于核能級(jí)躍遷；x射線來源于原子內(nèi)層電子能級(jí)躍 遷。隨著波長減小，電磁輻射的粒子性越來越明顯。 2.中間部分 包括紫外、可見和紅外區(qū),統(tǒng)稱光學(xué)光譜 區(qū)。它們來源于原子和分子的外層電子的能級(jí)躍遷、分 子振動(dòng)能級(jí)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷。它們的分光系統(tǒng)，一般 采用光柵和棱鏡。 3.長波部分 包括微波和射頻區(qū)。由于能量低，研究間 隔很小的能級(jí)躍遷。躍遷類型是部分轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)、電子磁 能級(jí)和核自旋磁能級(jí)躍遷(順磁和核磁共振)。,頻率,波數(shù),能量,1 nm=10-9 m 1 m=10-6 m 1mm= 10-3 m 1cm=10-2 m,2.2 光與物質(zhì)的相互作用 一、 輻射的性質(zhì),電磁波與物質(zhì)相互作用的結(jié)果,可以產(chǎn)生發(fā)射、吸 收和散射三種類型光譜。 1. 發(fā)射光譜: 物質(zhì)從能量較高的激發(fā)態(tài)M*躍遷到能 量較低的狀態(tài)M，多余的能量以光的形式發(fā)射出來。 M*M+ hv 第一共振線：從第一激發(fā)態(tài)回到基態(tài)。常用作分析線。),物質(zhì)可以通過不同的激發(fā)過程來獲得能量變?yōu)榧?發(fā)態(tài)： 1.電致激發(fā)： 通過被電場加速的電子轟擊而激發(fā)。 2.熱致激發(fā)： 通過熱運(yùn)動(dòng)的粒子的碰撞而激發(fā)。 3.光致激發(fā)： 通過吸收了一次光子而激發(fā)。 光致激發(fā)發(fā)射的二次光稱熒光或磷光.延遲時(shí)間 很短(10-510-8s)為熒光;延遲時(shí)間較長(10-410s)為 磷光。 化學(xué)發(fā)光： 通過放熱的化學(xué)反應(yīng)可以產(chǎn)生。 A + B C* +D C* C+ hv,通過測量物質(zhì)的發(fā)射光譜的波長和強(qiáng)度來進(jìn)行定 性和定量分析的方法稱為發(fā)射光譜分析法。 發(fā)射光譜分析法包括： 射線光譜法 x射線熒光光譜法 原子發(fā)射光譜法 原子熒光光譜法 分子熒光法 分子磷光法 化學(xué)發(fā)光法,2 .吸收光譜：入射的電磁波和物質(zhì)的原子或分子相 互作用,電磁波的能量正好等于物質(zhì)的基態(tài)和激發(fā)態(tài)之 間的能量差時(shí),就會(huì)產(chǎn)生吸收光譜. M+hv = M* hv = E1 - E0 利用物質(zhì)的特征吸收光譜進(jìn)行分析的方法稱為吸收 光譜法。 吸收光譜法包括：原子吸收、 分子吸收、磁場的誘 導(dǎo)吸收和弛豫過程。 原子吸收 氣態(tài)原子對(duì)特征輻射光波的吸收，其光波能量正好 等于物質(zhì)的基態(tài)和某一激發(fā)態(tài)之間的能量差時(shí)，即有： hv = E1 - E0，物質(zhì)就會(huì)吸收輻射，從基態(tài)激發(fā)到激發(fā) 態(tài)。, 分子吸收 分子、甚至是雙原子分子的光譜，要比原子光譜 復(fù)雜得多。這是由于分子所具有的能級(jí)數(shù)目比原子的 能級(jí)數(shù)目要多得多。 分子總能量 E=Ee+Ev+Er Ee 電子能量 120eV Ev 振動(dòng)能量 10.05eV Er 轉(zhuǎn)動(dòng)能量 0.05 0.005eV,電子躍遷,振動(dòng) 轉(zhuǎn)動(dòng),分子基態(tài)，單重態(tài)S，二個(gè)電子同處于基態(tài)，二電子自旋方向相反。,分子激發(fā)態(tài)，單重態(tài) S，一個(gè)電子處于基態(tài)，一個(gè)電子處于高能態(tài)，二電子自旋方向相反。,分子激發(fā)態(tài)，三重態(tài) T，一個(gè)電子處于基態(tài)，一個(gè)電子處于高能態(tài)，二電子自旋方向相同。,二原子間距改變，即鍵長改變。,鍵長不變，只旋轉(zhuǎn)。,S0, 振動(dòng)弛豫：在凝聚體系中，被激發(fā)到激發(fā)態(tài)（S1 和S2）的分子能通過與溶劑分子的碰撞迅速以熱的形 式把多余的振動(dòng)能量傳遞給周圍的分子，而本身返回 該電子能級(jí)的最低振動(dòng)能級(jí)。振動(dòng)弛豫過程發(fā)生極為 迅速，約10-12s。 內(nèi)轉(zhuǎn)換：當(dāng)S2的較低振動(dòng)能級(jí)與S1的較高振動(dòng)能 級(jí)的能量相當(dāng)時(shí)，分子有可能從S2的振動(dòng)能級(jí)以無輻 射方式過渡到S1的能量相等的振動(dòng)能級(jí)上。內(nèi)轉(zhuǎn)換發(fā) 生的時(shí)間約為10-12s。內(nèi)轉(zhuǎn)換過程同樣也發(fā)生在激發(fā)三 重態(tài)的電子能級(jí)間。, 熒光發(fā)射：處于第一激發(fā)單重態(tài)S1的最低振動(dòng)能 級(jí)時(shí)，分子返回基態(tài)的過程比振動(dòng)弛豫和內(nèi)轉(zhuǎn)換過程 慢得多。分子可能通過發(fā)射光子躍遷回到基態(tài)S0的各 個(gè)振動(dòng)能級(jí)上。 外轉(zhuǎn)換：激發(fā)態(tài)分子與溶劑和其它溶質(zhì)分子間的 相互作用及能量轉(zhuǎn)移等過程。外轉(zhuǎn)換過程是熒光或磷 光的競爭過程，該過程是發(fā)光強(qiáng)度減弱或消失，這種 現(xiàn)象稱猝滅。, 系間跨越：不同多重態(tài)之間的一種無輻射躍遷。 該過程是電子改變其它自旋態(tài)，分子的多重性發(fā)生變 化的結(jié)果。例如：S1 T1躍遷，即單重態(tài)到三重態(tài) 躍遷。 磷光發(fā)射：激發(fā)態(tài)分子經(jīng)過系間跨越到達(dá)激發(fā)三 重態(tài)后，并迅速的振動(dòng)弛豫到達(dá)第一激發(fā)三重態(tài)T1 的最低振動(dòng)能級(jí)上，從T1態(tài)分子經(jīng)發(fā)射光子回到基態(tài) 。（T1 S0）屬于禁阻躍遷。,分子光譜形狀,0-0 0-1 0-2,稀氣體 轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)存在。,中等氣體壓力 轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)消失了，振動(dòng)結(jié)構(gòu)存在,分子間作用力大 液體振動(dòng)結(jié)構(gòu)消失,分子間作用力小 液體振動(dòng)結(jié)構(gòu)存在，但 不明顯, 磁場的誘導(dǎo)吸收 當(dāng)將某些元素放入磁場時(shí)，其電子和核受到強(qiáng)磁 場的作用后，它們的磁性質(zhì)會(huì)產(chǎn)生附加的量子化能級(jí) 。這種誘導(dǎo)能態(tài)間的能量差很小，它們的躍遷僅通過 吸收低頻區(qū)的輻射來實(shí)現(xiàn)的。研究的方法是核磁共振 波譜（NMR）和順磁共振波譜法（ESR）, 弛豫過程 通過吸收輻射而被激發(fā)的原子或分子處在高能態(tài) 的壽命很短，它們要通過不同的弛豫過程返回基態(tài)。 非輻射弛豫：通過與其它分子的碰撞將激發(fā)能轉(zhuǎn) 變?yōu)閯?dòng)能，結(jié)果使體系的溫度有微小的升高。 熒光和磷光弛豫：原子或分子吸收電磁輻射后激 發(fā)至激發(fā)態(tài)，當(dāng)返回基態(tài)時(shí)，以輻射能的形式釋放能 量。熒光產(chǎn)生比磷光迅速。 共振熒光：發(fā)射輻射的頻率與用來激發(fā)的輻射的 頻率完全相同的過程。,對(duì)應(yīng)吸收光譜的方法： 穆氏堡爾光譜法 原子吸收光譜法 紫外-可見吸收光譜法 紅外吸收光譜法 激光光聲光譜法 順磁共振波譜法 核磁共振波譜法,3.散射光譜： 光通過介質(zhì)時(shí)將會(huì)發(fā)生散射現(xiàn)象。一般散射分為兩 類： 鐸爾散射: 介質(zhì)粒子（膠體和乳濁液）的大小與光 的波長差不多時(shí)，散射光的強(qiáng)度增加，用眼能看到。散 射光的強(qiáng)度與入射光波長的平方成反比。用于研究高聚 物分子和膠體粒子的大小及形態(tài)結(jié)構(gòu)的研究。 分子散射 包括： 瑞利散射： 光子與介質(zhì)分子之間發(fā)生彈性碰撞所 致，碰撞是沒有能量交換，只改變光子的運(yùn)動(dòng)方向，散 射光的頻率不變。散射光的頻率與入射光波長的4次方 成反比。, 拉曼散射 光子與介質(zhì)分子之間發(fā)生非彈性碰撞，碰撞時(shí)不 僅光子改變了運(yùn)動(dòng)方向，而且還有能量的交換，散射 光的頻率發(fā)生了變化。散射光的頻率高于入射光的稱 為反Stokes線；頻率低于入射光為Stokes線。反 Stokes線和Stokes線稱為拉曼譜線，散射光的頻率與 入射光頻率之差為拉曼位移。拉曼位移與分子的振動(dòng) 頻率有關(guān)。 具有拉曼活性的分子振動(dòng)時(shí)伴有極化率的變化， 振動(dòng)時(shí)極化率的變化越大，拉曼散射越強(qiáng)。利用拉曼 位移可研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)，其方法為拉曼光譜法。,拉曼光譜在生物化學(xué)中研究測定蛋白質(zhì)分子二級(jí) 結(jié)構(gòu)；多種氨基酸殘基和有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)信息，區(qū)分 各種異構(gòu)體（單體、位置、幾何、順反、空間立體異 構(gòu))。 二、 光譜的類型 光譜可分為：線光譜、帶光譜和連續(xù)光譜。 線光譜 由一系列有確定峰位的銳線組成，是由 激發(fā)單個(gè)氣態(tài)原子所產(chǎn)生的。, 帶光譜： 由幾組線光譜組成，是由激發(fā)氣態(tài)分子 所組成的。譜帶系中一個(gè)譜帶表示一種振動(dòng)能級(jí)躍遷 ，而譜帶內(nèi)的每一條譜線表示一種轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷。色 散能力不大的光譜儀所得到的光譜，只能看到一個(gè)個(gè) 譜帶。分子的電子-振動(dòng)-轉(zhuǎn)動(dòng)光譜位于紫外-可見區(qū)； 振動(dòng)-轉(zhuǎn)動(dòng)光譜位于紅外區(qū)；轉(zhuǎn)動(dòng)光譜位于微波區(qū)。, 連續(xù)光譜 沒有銳線或分立的譜帶，在一定波長 范圍內(nèi)光譜的波長連續(xù)，由熾熱的固體和液體發(fā)射產(chǎn) 生的。連續(xù)光譜往往疊加在線光譜和帶光譜上，形成 背景，干擾測定。一般寬度在350nm以上。 連續(xù)光譜一般在火焰發(fā)射光譜中，因火焰中存在 的凝膠微粒也可以發(fā)射連續(xù)背景輻射。但在向紫外區(qū) 移動(dòng)時(shí)，背景會(huì)降低。,線： 產(chǎn)生于原子、離子 帶： 產(chǎn)生于分子 連續(xù)：產(chǎn)生于固體顆粒,2.3 光譜分析儀器 一、儀器組成部分 一般包括五個(gè)部分： 光源； 單色器； 吸收池； 檢測器； 讀出裝置。 光源 光譜測量使用的光源應(yīng)該是穩(wěn)定的，具有一定強(qiáng) 度。包括三類：P20-21 圖2-7和2-8, hv I (a) 吸收 hv I (1) (b) 熒光、磷光和散射 和 hv I (c) 發(fā)射和化學(xué)發(fā)光,光源,試樣架,波長選擇,光電轉(zhuǎn)換器,信號(hào)處理,試樣架,波長選擇,光電轉(zhuǎn)換器,信號(hào)處理,光源,波長選擇,光源及試樣架,光電轉(zhuǎn)換器,信號(hào)處理, 連續(xù)光源 包括三種： 紫外光源 主要采用氫燈和氘燈，它們?cè)诘蛪合?以電激發(fā)的方式產(chǎn)生的連續(xù)光譜范圍為160375nm。 在同樣條件下，氘燈光強(qiáng)比氫燈大3 5倍，壽命也 長。 可見光源 主要采用鎢燈,光譜范圍為3202500nm ，工作溫度2870k。還有氙燈，光源強(qiáng)度大，光譜波長 范圍為200700nm。 紅外光源 主要采用能斯特?zé)艉凸杼及簦ぷ鳒囟?1500 2000k，光譜波長范圍50006000 cm-1。能斯特?zé)舻陌l(fā)光強(qiáng)度大，壽命約2000h，比硅碳棒短。, 線光源包括三種 金屬蒸汽燈 常用的是汞和鈉蒸氣燈，汞蒸氣燈產(chǎn) 生的線光譜波長范圍 254 734nm；鈉蒸氣燈的 一對(duì)線光譜波長范圍 589.0和589.6nm。 空心陰極燈 原子吸收儀器使用。 高強(qiáng)度空心陰極燈 原子熒光儀器使用。還有無極 放電燈。, 激光光源 激光是由原子或分子受激輻射產(chǎn)生的。它與普 通光源相比具有單色性好、方向性強(qiáng)、亮度高、相 干性好等優(yōu)點(diǎn)。常在拉曼光譜、發(fā)射光譜、傅里葉 變換紅外光譜作為光源。 激光的產(chǎn)生 可以用自發(fā)輻射和受激輻射、粒子數(shù) 反轉(zhuǎn)、激光振蕩四個(gè)過程。 激光器 能夠發(fā)射激光的裝置。一般激光器由激 勵(lì)能源、工作物質(zhì)和光學(xué)諧振腔三部分組成。 根據(jù)工作物質(zhì)的種類激光器可分為四種：, 氣體激光器 常用的是He-Ne激光器和Ar+激光器 等。He-Ne激光器的發(fā)射線632.8nm；Ar+激光器是 514.5nm和488.0nm。還有一種Kr+激光器。 固體激光器 常用的是紅寶石（Al2O3摻Cr+3）激光 器，發(fā)射線694.3nm和Nd:YAG（摻釹的釔鋁石榴石) 激光器，發(fā)射線1064nm。 半導(dǎo)體激光器 特點(diǎn)是尺寸小、對(duì)電場響應(yīng)快、 光-電轉(zhuǎn)換效率高、工作范圍寬、壽命長和價(jià)格低。,常用的有三種： 鉛化合物系：PbSnSe 、 PbSnTe 和PbSSe。光譜 波長范圍 330m。 銦鎵砷磷系：晶體板InP GaAs ，加上In、As、Ga 和P活性層構(gòu)成。工作范圍 1.01.6m 鎵砷/鋁鎵砷系： 工作范圍 683.0nm。 染料激光器：染料激光器的物質(zhì)都是一些在紫外 可見或紅外光區(qū)發(fā)射熒光的有機(jī)化合物，通過有機(jī)染 料采用光激發(fā)形式進(jìn)行激發(fā)。 P24頁表2-3列出。,2單色器 光學(xué)儀器幾乎都有單色器。 單色器：將復(fù)合光色散成含有一定波長范圍的譜帶 的裝置。 單色器由入射狹縫、準(zhǔn)直鏡、色散元件（常用的 是棱鏡和光柵）、聚焦透鏡和出口狹縫組成。 棱鏡 棱鏡是根據(jù)光的折射現(xiàn)象進(jìn)行分光的。構(gòu)成棱鏡的 光學(xué)材料對(duì)不同波長的光具有不同的折射率，波長短 的光折射率大，相反。, 光柵（衍射光柵） 狹義地說平行、等寬而又等間距的多狹縫。 光柵分為透射光柵和反射光柵。近代的光譜儀主 要用反射光柵作為色散元件。 光柵光譜是由單縫的衍射和多縫干涉聯(lián)合作用的 結(jié)果。多縫干涉決定光譜出現(xiàn)的位置；單縫衍射決定 譜線的強(qiáng)度。由光柵方程可知： d（sinsin） d：光柵常數(shù)（等于相鄰兩刻痕間垂直距離） n=1 時(shí) 產(chǎn)生亮條紋 ; n=1/2 時(shí) 產(chǎn)生暗條紋 n=0 時(shí) =- 零級(jí)光譜是亮條紋，不色散，而 光強(qiáng)又集中在零級(jí)光譜上。,光束2和1的光程差為 BDAC BDdsin ACdsin 光柵公式 BDACdsindsind（sinsin） ：光譜級(jí)數(shù)（當(dāng)0， 1， 2，） 平面光柵的缺點(diǎn)：零級(jí)光強(qiáng)度過最大，不色散。把它移到某一級(jí)光譜上。, 幾種典型的光柵 閃耀光柵（定向光柵） 將平面光柵刻痕形成一定的形狀，抬高一定角度, 使單縫衍射的中央最大從原來的不色散的零級(jí)光譜主 最大移到刻痕形狀決定的反射光的方向，結(jié)果使反射 光方向的光強(qiáng)變強(qiáng)，輻射能量最大的波長就是閃耀波 長 。 在閃耀光柵所產(chǎn)生的衍射圖形仍由光柵方程決定 ，因此零級(jí)光譜仍在 方向 ，與零級(jí)光譜不 再重合，即光強(qiáng)最大值從零級(jí)光譜移到某一級(jí)光譜上 去了,M、M不重合即槽面法線M與光柵平面法線M不重合 閃耀波長： 對(duì)于垂直對(duì)稱式或自準(zhǔn)式：在該處光強(qiáng)最大，即在 B 方向衍射 的譜線具有最大的輻射強(qiáng)度，稱為閃耀波長。其值由閃耀波長決定。,一般把和閃耀角i相應(yīng)的自準(zhǔn)式一級(jí)閃耀波 長用上述公式計(jì)算出 ，作為光柵的閃耀波 長，在說明書中給出。 當(dāng)光線不沿法線M入射而法線夾角 不大 時(shí)，, 中階梯光柵 與閃耀光柵相比，它的刻槽密度較小（如 880條 /mm)，刻槽深度為幾微米，閃耀角大，對(duì)紫外光譜區(qū) 工作級(jí)次達(dá)40120級(jí)。常用的中階梯光柵的刻線數(shù)為 79條/mm，75級(jí)，閃耀角為6326，一級(jí)閃耀波長 為301.94nm。常用為幾十至一百多級(jí)應(yīng)用高光譜級(jí) 次。 凹面光柵 在球面反射鏡上沿其弦刻出等間距、等寬度的平 行刻痕線。 凹面光柵既能起分光作用，同時(shí)又能起聚焦物鏡 作用。, 全息光柵 利用全息照相法制造的光柵。 光柵光譜儀的光學(xué)特性 包括分辨率、色散率和集光本領(lǐng)。 分辨率：儀器分辨相鄰兩條譜線的能力。 N：光譜級(jí)次 N：光柵總刻線數(shù) 從公式可以看出： 光柵的寬度越大，總刻線數(shù)就越多，分辨率越大。 對(duì)同一級(jí)光譜而言，光柵的分辨率是一個(gè)常數(shù)，不 隨波長而變化。, 光譜儀的色散率 光柵對(duì)波長差為d兩條譜線在空間分開大小。 色散率分為角色散和線色散： 角色散率d/d ： 將光柵方程對(duì)波長求導(dǎo)數(shù)n=d(sinsin) 假定入射角固定不變，則除角外其余均為常數(shù) ，則 式中d/d為衍射角對(duì)波長的變化率，稱為光柵的 角色散率。它在數(shù)值上等于波長差為一個(gè)單位時(shí)，兩 光波經(jīng)光柵色散后在空間所分開的角度差。, 線色散率 dl/d 波長相差d 的兩條譜線在物鏡焦面上被分開的 距離。 在實(shí)際工作中 ，常用倒線色散率 倒線色散率的意義是指在每毫米焦面內(nèi)所容納的波長 數(shù)，單位常用nm/mm。當(dāng)很小時(shí)，cos1時(shí),從公式可以看出： 光譜級(jí)次不同，色散率也不同。光譜級(jí)次n越高 ，色散率越大。二級(jí)光譜大約是一級(jí)光譜線色散率的 二倍。 光柵常數(shù)d越小，即每毫米刻線數(shù)越多，光譜儀的 線色散率越大，與光柵尺寸大小無關(guān)。 單色器通帶 W 指通過單色器出射狹縫的光譜的波長寬度,可由倒 數(shù)線色散率和出射狹縫的機(jī)械寬度得出： W=D-1 S (10-6） S為狹縫 nm或mm; D-1為nm/mm 。,被測元素共振線與干擾線波長相近時(shí)（過度金 屬），選用W要小;共振線與干擾線較遠(yuǎn)時(shí)（堿土金 屬等），可用大的W，一般單色器色散率一定時(shí)，僅 調(diào)節(jié)狹縫寬確定W。光譜通帶為0.2nm已可滿足要求 ，故采用中等色散率單色器。 光譜儀的光強(qiáng)度： 對(duì)于光柵光譜儀，單色光的照度E為： E = /4B（d/f2）2 式中，：光學(xué)系統(tǒng)的透過率或反射率； B：光譜儀狹縫的亮度 d、f2 ：照相物鏡的孔徑和物鏡的焦距 d/f2 ：物鏡的相對(duì)孔徑,從公式可以看出：當(dāng)和B固定時(shí)，光柵像的照 度與照相物鏡的相對(duì)孔徑的平方成正比。 濾光片 對(duì)于波長選擇有兩種類型濾光片：吸收濾光片和 干涉濾光片。 吸收濾光片：用于可見區(qū)。 干涉濾光片：用于紫外、可見和紅外輻射。, 吸收池（試樣容器） 紫外光區(qū)采用石英材料；可見區(qū)采用玻璃材； 紅外區(qū)采用不同材料的晶體制成吸收池窗口。 最好的吸收池其窗口都應(yīng)完全垂直入射光束，以 減少反射損失。, 檢測器 現(xiàn)代光譜儀器中，檢測器通常分為兩類:一類是 量子化檢測器，即光子檢測器；包括單道光子檢測器 和多道道光子檢測器；另一類對(duì)熱產(chǎn)生響應(yīng)的熱檢測 器，如真空熱電偶，熱電檢測器。 檢測器將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，再通過計(jì)算機(jī)輸出 打印或記錄儀等。這種檢測器在一定寬度的波長范圍 內(nèi)，必須具有對(duì)光能響應(yīng)快、靈敏度高穩(wěn)定性好等性 能。, 光子檢測器 單道光子檢測器 光電池 （硒光電池或光伏打電池） 輻射能在半導(dǎo)體層（硒）和金屬底板（ 鐵或鋁） 之間產(chǎn)生電流。響應(yīng)范圍350 750nm，550nm最靈 敏。 光電管（真空光電二極管） 輻射能引起光敏固體表面（陰極的內(nèi)表面涂有堿 金屬氧化物或堿金屬氧化物與其它金屬氧化物，如 Cs2OK2O與 Ag2O 等光電發(fā)射物質(zhì)）發(fā)射電子。紫 敏電管(Cs3Sb)響應(yīng)范圍200 625nm，紅敏（Ag-O-Cs) 響應(yīng)范圍625 1000nm。, 光電倍增管 陰極與光電管的相似，不同的是還有一組倍增極 （打拿極），打拿極的電位比陰極正。在光照射下陰 極發(fā)射電子在真空中被電場加速飛向打拿極表面，并 發(fā)射更多二次電子，這些二次電子被電場加速飛向打 拿極表面，發(fā)射更多二次電子。依此類推。響應(yīng)范圍 160 700nm。 如圖所示：,光電倍增管（PMT） 光能 電能,陰極：由Cs、Sb、Ag等元素或其氧化物組成，將光子轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮?陽極：由金屬網(wǎng)組成，主要是收集電子,倍增極（打拿極）：與陰極組成類似，可使電子數(shù)目放大,增益倍數(shù)： :二次發(fā)射電子數(shù)目（一般56），與倍增極材料及 所加電壓有關(guān)。 n：倍增極數(shù)目（一般為11個(gè)） 優(yōu)點(diǎn)：a. 光能直接轉(zhuǎn)變成電信號(hào)； b. 放大信號(hào)。 缺點(diǎn)：只能檢測，沒有空間分辨能力, 多道光子檢測器 多道光子檢測器是將小的光電敏感元件的一組陣 列以線性或二維模式排列在一只含有電子線路的單硅 半導(dǎo)體芯片，放在光譜儀的焦面上，來自單色儀色散 的各種波長能通過該芯片轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并同時(shí)檢測。 多道光子檢測器的特點(diǎn)是快速，一次可以同時(shí)測 量較寬的光譜范圍。,1） 光二極管陣列檢測器（PDAS) 單個(gè)光敏元件是由小的硅光二極管（反向偏置pn 結(jié)）組成。一系列的pn結(jié)并行排列在一只芯片上 （644096），照射時(shí)產(chǎn)生大量