紫外可見光光度計

1、第二章21分光光度計測量原理根據(jù)吸收定律濃度。這個公式表明物質(zhì)對光的吸收與吸收光強按指數(shù)衰減。2、比耳定律：如果一束單色光照射在均勻介質(zhì)時，當均勻介質(zhì)厚度固定時，則均勻介質(zhì)對光的吸收度A與介質(zhì)中吸光物質(zhì)的濃度c成正比。k：一比例常數(shù)，它與介質(zhì)物質(zhì)、厚度、溫度以及入射光波長等因素有關(guān)。3、吸光度A：透過率的倒數(shù)的對數(shù)值定義為吸光度?；蚶什蛇m用液體、氣體、固體等任何非散射的均勻介質(zhì)。4、朗伯一比耳定律(LambertBeer)光的吸收定律當入射光強度一定時，介質(zhì)的吸光度與介質(zhì)中吸光物質(zhì)的濃度和介質(zhì)厚度的乘積成正比。 吸光度的迭加性：若吸光物質(zhì)的各組分之間相互作用，則吸收介質(zhì)對光的總吸光度等于介

2、質(zhì)中各組分吸光度之和：吸光度的迭加性對于多組分的測定非常有用，習慣上用于抵消溶劑的吸收或其他干擾，可直接從總吸收光度中進行扣除。吸收定律的局限性：1、適用稀溶液(O01molFL)：高濃度溶液使吸光度與濃度之問產(chǎn)生非線性偏離。2、單色光的帶寬也會對吸光度產(chǎn)生誤差。3、雜散光引起吸光度的測量誤差。光譜定量分析：基于朗伯一比耳定律，根據(jù)吸收光譜測定獲得的數(shù)據(jù)，在工作曲線(已知不同濃度值的試樣在光譜儀器上建立的吸光度波長或波數(shù)曲線)幫助下獲得未知試樣的定量分析結(jié)果。 各種吸收光譜和熒光光譜分析能達到pp級甚至ppb(十億分之幾)級的相對檢測靈敏度，在特殊工作條件和適當?shù)臄?shù)據(jù)處理，可獲得更高的監(jiān)測信噪

3、比與更高的靈敏度。22折反射系統(tǒng)原理符號規(guī)則：1、沿軸線段：規(guī)定光線的傳播方向從左向右為正方向，以折射面頂點D為原點，由頂點到光線與光軸交點或球心的方向和光線傳播方向相同取正，相反時取負。2、垂軸線段：以光軸為基準，在光軸以上為正，光軸以下為負。3、光線與光軸的夾角：用由光軸轉(zhuǎn)向光線所形成的銳角度量，順時針為正，逆時針為負。4、光線與法線的夾角：由光線以銳角方向轉(zhuǎn)向法線，順時針為正，逆時針為負。5、光軸與法線的夾角：由光軸以銳角方向轉(zhuǎn)向法線，順時針為正，逆時針為負。6、相鄰兩折射面間隔：由前一面的頂點到后一面的頂點，順光線方向為正，逆光線方向為負。在折射系統(tǒng)中，d恒為正值。23光學材料的選擇選

4、擇光學材料時，首先參考手冊所列材料的光學、熱、機械性能參數(shù)，看能否滿足設(shè)計要求。除此之外，也應考慮可能制備的樣品尺寸。但是，光學性能符合使用要求，具備一定物理、化學性能，適合加工，價格適宜的材料并不多。對光學材料性能指標要求要視應用場合而定，并非越高越好，也不是越低越好。如折射率與反射損失密切相關(guān)，用于窗口、整流罩的材料就要求折射率低一些。但是，高倍率、寬視場光學系統(tǒng)的透鏡、棱鏡及其他其他光學部件則要求折射率高一些。復合透鏡為了消色差和其他像差，不但需要不同折射率的材料，而且對色散也有一定要求。分光棱鏡的性能直接與材料的折射率和色散關(guān)，要求在透射波段寬且折射率大。 在選擇材料時，應根據(jù)不同的光

5、學零件實際需求，側(cè)重考慮某幾項性能指標。如致冷探測器的窗口除考慮透過率、自身輻射等常規(guī)要求外，其熱膨脹系數(shù)要與之封接的外殼材料的膨脹系數(shù)相匹配。又如導彈前端的整流罩，由于高速飛行過程中的氣動加熱，罩的溫度很高，要求材料有較高的熔點和軟化溫度，有較好的熱穩(wěn)定性。另外，整流罩往往尺寸和曲率都很大，因此，材料硬度要大，便于加工、研磨和拋光，又不致被飛揚的塵土和砂石擦傷。因此，導彈的整流罩材料不能選用鍺。鍺盡管有很好的紅外透過特性，但是較脆，軟化溫度低，隨溫度上升透過率顯著下降。有些材料如金剛石盡管性能完美，但無法做成大尺寸，價格昂貴，也是無法選用的。24反射鏡反射鏡不產(chǎn)生色差，在同樣結(jié)構(gòu)尺寸下反射鏡

6、在光譜儀器中可作為準直物鏡、聚焦物鏡等成像元件。聚焦反射鏡，除球面型，還有非球面型，如拋物面、橢圓面、柱面等聚焦方式有同軸與離軸兩類。同軸聚焦：適用小尺寸的光電探測器件，可實現(xiàn)無球差光能會聚，如同軸拋物面反射鏡。離軸聚焦：適用于大尺寸光電探測器或結(jié)構(gòu)上的要求，也仍可實現(xiàn)無球差地把平行光會聚在焦點上。但隨著離軸程度增大，軸外像差會明顯增大，如離軸拋物面反射鏡。球面反射鏡：球面反射鏡是最簡單的反射式物鏡，它的像質(zhì)接近單透鏡，但沒有色差。當孔徑光闌置于球心時，由于任一通過光闌中心的主光線都可以作為此物鏡的光軸，因此任一角度投射到物鏡的光束，其像質(zhì)都和軸上點的像質(zhì)一樣，這樣就在整個視場范圍內(nèi)得到均勻良

7、好的像質(zhì)。因為主光線與球面法線重合，沒有彗差、像散、畸變等軸外像差。僅有的像差是球差和場曲，由圖可見，此時的像面為一個球面，與反射鏡同心，像面曲率半徑為反射鏡半徑之半，也就是等于反射鏡的焦距。 無法消除球差，但產(chǎn)生的高級球差極小，甚至相對孔徑大到l：2時球面鏡產(chǎn)生的高級球差仍可忽略不計。 若反射鏡焦距廠時，產(chǎn)生的球差就會小到不會影響儀器光譜分辨率的程度。一般情況孔徑光闌位于球面反射鏡處，此時由球差、彗差和像散引起得彌散圓角直徑分別為：球差弧矢彗差像散 由上可見，球面反射鏡較適合于視場較小、F數(shù)(有效焦距與入瞳直徑的比值)較大的場合。若色散元件位于球面反射鏡曲率中心(球心)時，球面反射鏡不會產(chǎn)生

8、彗差、像散和畸變等像差。 旋轉(zhuǎn)二次曲面鏡： 旋轉(zhuǎn)二次曲面鏡包括雙曲面鏡、橢球面鏡和拋物面鏡等，它們分別是雙曲線、橢圓和拋物線等二次曲線繞對稱軸旋轉(zhuǎn)而形成的曲面。 二次旋轉(zhuǎn)曲面的一些幾何性質(zhì)可以幫助我們完全消除某種像差。例如：拋物面反射鏡可以把平行于曲面對稱軸的平行光嚴格會聚于焦點。橢球面反射鏡可使一個焦點發(fā)出的光束會聚于另一個共軛的焦點，雙曲面反射鏡則可使會聚于一個焦點的光束會聚于另一個共軛的焦點。根據(jù)二次曲面的幾何性質(zhì)和幾何光學的等光程原理可以證明這種成像的完善性。受到結(jié)構(gòu)上的限制，雙曲面鏡和橢球面鏡很難單獨使用。對實際紅外系統(tǒng)，可以認為物在無限遠處，在雙反射系統(tǒng)中，次鏡與主鏡是配合起來使用

9、的。平行光束經(jīng)主反射鏡會聚至次反射鏡，經(jīng)次鏡二次反射會聚于焦點。 拋物面反射鏡：Y2+z2=2rx，繞X軸旋轉(zhuǎn)可得軸對稱凹拋物面反射鏡，式中r為拋物面凹面曲率半徑。平行于x軸的光束會無球差地會聚在焦點上。當色散元件位于焦點位置時，也不會產(chǎn)生像散。彗差是固定值，無法利用改變孔徑光闌(色散元件)位置等辦法減小或校正。場曲與球面鏡大小一樣。 如以拋物面的對稱軸為光軸，拋物面鏡對無限遠的軸上點是沒有像差的，其像質(zhì)只受衍射限制，是小視場情況下較為理想的物鏡。對軸外點，拋物面鏡仍存在彗差和像散，它們的大小與光闌位置有關(guān)。當光闌在焦面上時，像質(zhì)較好，但探測器必須放在入射光束中間，使用不方便?？刹捎秒x軸拋物面

10、鏡，將焦點移到入射光束外。25像差251像差計算的譜線選擇 計算和校正像差時的譜線選擇主要取決于光能接收器的光譜特性?；驹瓌t是，對光能接收器的最靈敏的譜線校正單色像差，對接收器所能接收的波段范圍兩邊緣附近的譜線校正色差，同時接收器的光譜特性也直接受光源和光學系統(tǒng)的材料限制，設(shè)計時應使三者的性能匹配好，盡可能使光源輻射的波段與最強譜線、光學系統(tǒng)透過的波段與最強譜線和接收器所能接收的波段與靈敏譜線三者對應一致。 不同光學系統(tǒng)具有不同的接收器，因此在計算和校正像差時選擇的譜線不同。 目視光學系統(tǒng)：目視光學系統(tǒng)的接收器是人的眼睛。人眼只對波長在380nm760nm范圍內(nèi)的波段有響應，其中最靈敏的波長

11、=555nm，故目視光學系統(tǒng)一般選擇靠近此靈敏波長的D光(=5893nm)或e光(=5461nm)校正單色像差。對靠近可見區(qū)兩端的F光(=4861nm)和C光(=6563nm)校正色差。 普通照相系統(tǒng)：照相系統(tǒng)的光能接收器是照相底片，一般照相乳膠對藍光較靈敏，所以對F光校正單色像差，而對D光和G光(=4341nm)校正色差。 近紅外和近紫外的光學系統(tǒng)：對近紅外光學系統(tǒng)，一般對C光校正單色像差，對d光(=5876nm)和A光(=7682nm)校正色差。對近紫外光學系統(tǒng)，一般對i(=365Onm)光校正單色像差，而對=257nm和h(4047nm)光校正色差。253光譜儀器的像差校正新型紫外可見分

12、光光度計光源光學系統(tǒng)的研究與設(shè)計1、準直物鏡系統(tǒng)的像差校正 一般要求準直鏡系統(tǒng)單獨校正像差，否則它的過大殘留像差會影響出射光束的平行性，直接影響色散元件的工作特性。 光譜儀器準直物鏡必須盡可能好地校正球差、彗差和位置色差，或盡可能校正色球差。 像散、場曲、畸變等在較大視場下才有較嚴重影響的像差，在小孔徑、小視場的光譜準直物鏡具體條件下都不會明顯影響工作特性，可不必嚴格校正像差。位置色差必須嚴格校正，才能提供平行光束?？刹捎猛ǔ５碾p膠合物鏡或更復雜的消色差物鏡消色差。采用反射式準直物鏡不但可徹底避免了色差影響，而且也沒有折射系統(tǒng)消色差不佳時因不同波長具有不同相對孔徑值帶來的光度檢測誤差。2、聚焦

13、物鏡系統(tǒng)一般視場角約為10。20。，相對孔徑1：20l：10左右，只有在強光單色儀、攝譜儀中，相對孔徑才需達到1：4或更大些。通常常用盡可能長的物鏡焦距值以獲得較大的線色散率。在大多數(shù)光譜儀器中聚焦物鏡是小相對孔徑、中等大小視場、較長焦距系統(tǒng)、像差校正容易實現(xiàn)。對于紫外光工作波段的聚焦物鏡，不能采用膠合物鏡，因為光學膠層所采用的加拿大樹膠等，對紫外光有強烈的吸收。單色儀和分光光度計中，聚焦物鏡不需同時對許多波長單色光束進行聚焦，在大視場像差的校正要求不必如攝譜儀聚焦物鏡那么嚴格。點列圖：在幾何光學的成像過程中，由于像差的存在，物點發(fā)出的許多光線經(jīng)過光學系統(tǒng)后，在像面不再集中于一點，而是形成一個分布在一定范圍內(nèi)的彌散圖形，稱為點列圖。我們可以用點列圖中點的密集程度來衡量光學系統(tǒng)的成像質(zhì)量。點列圖法簡便易行，結(jié)果直觀，在大像差物鏡設(shè)計中廣為應用。利用幾何光學中光線追跡的方法可精確表示出點物體的成像情況。具體做法是先按直角坐標或極坐標把入瞳面劃分大量等面積的小面源，并認為發(fā)自物點且穿過每一個小面源中心的光線代表了通過該面源的光能量，追跡光線并求出光線與像面的交點，則交點的分布密度就代表光強或光亮度。對同一個物點，追跡的光線條數(shù)越多，像面上的點數(shù)