紫外可见光光度计讲解

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1、第二章21分光光度计测量原理根据吸收定律浓度。这个公式表明物质对光的吸收与吸收光强按指数衰减。2、比耳定律：如果一束单色光照射在均匀介质时，当均匀介质厚度固定时，则均匀介质对光的吸收度A与介质中吸光物质的浓度c成正比。k：一比例常数，它与介质物质、厚度、温度以及入射光波长等因素有关。3、吸光度A：透过率的倒数的对数值定义为吸光度。或朗伯定律适用液体、气体、固体等任何非散射的均匀介质。4、朗伯一比耳定律(LambertBeer)光的吸收定律当入射光强度一定时，介质的吸光度与介质中吸光物质的浓度和介质厚度的乘积成正比。 吸光度的迭加性：若吸光物质的各组分之间相互作用，则吸收介质对光的总吸光度等于介

2、质中各组分吸光度之和：吸光度的迭加性对于多组分的测定非常有用，习惯上用于抵消溶剂的吸收或其他干扰，可直接从总吸收光度中进行扣除。吸收定律的局限性：1、适用稀溶液(O01molFL)：高浓度溶液使吸光度与浓度之问产生非线性偏离。2、单色光的带宽也会对吸光度产生误差。3、杂散光引起吸光度的测量误差。光谱定量分析：基于朗伯一比耳定律，根据吸收光谱测定获得的数据，在工作曲线(已知不同浓度值的试样在光谱仪器上建立的吸光度波长或波数曲线)帮助下获得未知试样的定量分析结果。 各种吸收光谱和荧光光谱分析能达到pp级甚至ppb(十亿分之几)级的相对检测灵敏度，在特殊工作条件和适当的数据处理，可获得更高的监测信噪

3、比与更高的灵敏度。22折反射系统原理符号规则：1、沿轴线段：规定光线的传播方向从左向右为正方向，以折射面顶点D为原点，由顶点到光线与光轴交点或球心的方向和光线传播方向相同取正，相反时取负。2、垂轴线段：以光轴为基准，在光轴以上为正，光轴以下为负。3、光线与光轴的夹角：用由光轴转向光线所形成的锐角度量，顺时针为正，逆时针为负。4、光线与法线的夹角：由光线以锐角方向转向法线，顺时针为正，逆时针为负。5、光轴与法线的夹角：由光轴以锐角方向转向法线，顺时针为正，逆时针为负。6、相邻两折射面间隔：由前一面的顶点到后一面的顶点，顺光线方向为正，逆光线方向为负。在折射系统中，d恒为正值。23光学材料的选择选

4、择光学材料时，首先参考手册所列材料的光学、热、机械性能参数，看能否满足设计要求。除此之外，也应考虑可能制备的样品尺寸。但是，光学性能符合使用要求，具备一定物理、化学性能，适合加工，价格适宜的材料并不多。对光学材料性能指标要求要视应用场合而定，并非越高越好，也不是越低越好。如折射率与反射损失密切相关，用于窗口、整流罩的材料就要求折射率低一些。但是，高倍率、宽视场光学系统的透镜、棱镜及其他其他光学部件则要求折射率高一些。复合透镜为了消色差和其他像差，不但需要不同折射率的材料，而且对色散也有一定要求。分光棱镜的性能直接与材料的折射率和色散关，要求在透射波段宽且折射率大。 在选择材料时，应根据不同的光

5、学零件实际需求，侧重考虑某几项性能指标。如致冷探测器的窗口除考虑透过率、自身辐射等常规要求外，其热膨胀系数要与之封接的外壳材料的膨胀系数相匹配。又如导弹前端的整流罩，由于高速飞行过程中的气动加热，罩的温度很高，要求材料有较高的熔点和软化温度，有较好的热稳定性。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、研磨和抛光，又不致被飞扬的尘土和砂石擦伤。因此，导弹的整流罩材料不能选用锗。锗尽管有很好的红外透过特性，但是较脆，软化温度低，随温度上升透过率显著下降。有些材料如金刚石尽管性能完美，但无法做成大尺寸，价格昂贵，也是无法选用的。24反射镜反射镜不产生色差，在同样结构尺寸下反射镜

6、在光谱仪器中可作为准直物镜、聚焦物镜等成像元件。聚焦反射镜，除球面型，还有非球面型，如抛物面、椭圆面、柱面等聚焦方式有同轴与离轴两类。同轴聚焦：适用小尺寸的光电探测器件，可实现无球差光能会聚，如同轴抛物面反射镜。离轴聚焦：适用于大尺寸光电探测器或结构上的要求，也仍可实现无球差地把平行光会聚在焦点上。但随着离轴程度增大，轴外像差会明显增大，如离轴抛物面反射镜。球面反射镜：球面反射镜是最简单的反射式物镜，它的像质接近单透镜，但没有色差。当孔径光阑置于球心时，由于任一通过光阑中心的主光线都可以作为此物镜的光轴，因此任一角度投射到物镜的光束，其像质都和轴上点的像质一样，这样就在整个视场范围内得到均匀良

7、好的像质。因为主光线与球面法线重合，没有彗差、像散、畸变等轴外像差。仅有的像差是球差和场曲，由图可见，此时的像面为一个球面，与反射镜同心，像面曲率半径为反射镜半径之半，也就是等于反射镜的焦距。 无法消除球差，但产生的高级球差极小，甚至相对孔径大到l：2时球面镜产生的高级球差仍可忽略不计。 若反射镜焦距厂时，产生的球差就会小到不会影响仪器光谱分辨率的程度。一般情况孔径光阑位于球面反射镜处，此时由球差、彗差和像散引起得弥散圆角直径分别为：球差弧矢彗差像散 由上可见，球面反射镜较适合于视场较小、F数(有效焦距与入瞳直径的比值)较大的场合。若色散元件位于球面反射镜曲率中心(球心)时，球面反射镜不会产生

8、彗差、像散和畸变等像差。 旋转二次曲面镜： 旋转二次曲面镜包括双曲面镜、椭球面镜和抛物面镜等，它们分别是双曲线、椭圆和抛物线等二次曲线绕对称轴旋转而形成的曲面。 二次旋转曲面的一些几何性质可以帮助我们完全消除某种像差。例如：抛物面反射镜可以把平行于曲面对称轴的平行光严格会聚于焦点。椭球面反射镜可使一个焦点发出的光束会聚于另一个共轭的焦点，双曲面反射镜则可使会聚于一个焦点的光束会聚于另一个共轭的焦点。根据二次曲面的几何性质和几何光学的等光程原理可以证明这种成像的完善性。受到结构上的限制，双曲面镜和椭球面镜很难单独使用。对实际红外系统，可以认为物在无限远处，在双反射系统中，次镜与主镜是配合起来使用

9、的。平行光束经主反射镜会聚至次反射镜，经次镜二次反射会聚于焦点。 抛物面反射镜：Y2+z2=2rx，绕X轴旋转可得轴对称凹抛物面反射镜，式中r为抛物面凹面曲率半径。平行于x轴的光束会无球差地会聚在焦点上。当色散元件位于焦点位置时，也不会产生像散。彗差是固定值，无法利用改变孔径光阑(色散元件)位置等办法减小或校正。场曲与球面镜大小一样。 如以抛物面的对称轴为光轴，抛物面镜对无限远的轴上点是没有像差的，其像质只受衍射限制，是小视场情况下较为理想的物镜。对轴外点，抛物面镜仍存在彗差和像散，它们的大小与光阑位置有关。当光阑在焦面上时，像质较好，但探测器必须放在入射光束中间，使用不方便。可采用离轴抛物面

10、镜，将焦点移到入射光束外。25像差251像差计算的谱线选择 计算和校正像差时的谱线选择主要取决于光能接收器的光谱特性。基本原则是，对光能接收器的最灵敏的谱线校正单色像差，对接收器所能接收的波段范围两边缘附近的谱线校正色差，同时接收器的光谱特性也直接受光源和光学系统的材料限制，设计时应使三者的性能匹配好，尽可能使光源辐射的波段与最强谱线、光学系统透过的波段与最强谱线和接收器所能接收的波段与灵敏谱线三者对应一致。 不同光学系统具有不同的接收器，因此在计算和校正像差时选择的谱线不同。 目视光学系统：目视光学系统的接收器是人的眼睛。人眼只对波长在380nm760nm范围内的波段有响应，其中最灵敏的波长

11、=555nm，故目视光学系统一般选择靠近此灵敏波长的D光(=5893nm)或e光(=5461nm)校正单色像差。对靠近可见区两端的F光(=4861nm)和C光(=6563nm)校正色差。 普通照相系统：照相系统的光能接收器是照相底片，一般照相乳胶对蓝光较灵敏，所以对F光校正单色像差，而对D光和G光(=4341nm)校正色差。 近红外和近紫外的光学系统：对近红外光学系统，一般对C光校正单色像差，对d光(=5876nm)和A光(=7682nm)校正色差。对近紫外光学系统，一般对i(=365Onm)光校正单色像差，而对=257nm和h(4047nm)光校正色差。253光谱仪器的像差校正新型紫外可见分

12、光光度计光源光学系统的研究与设计1、准直物镜系统的像差校正 一般要求准直镜系统单独校正像差，否则它的过大残留像差会影响出射光束的平行性，直接影响色散元件的工作特性。 光谱仪器准直物镜必须尽可能好地校正球差、彗差和位置色差，或尽可能校正色球差。 像散、场曲、畸变等在较大视场下才有较严重影响的像差，在小孔径、小视场的光谱准直物镜具体条件下都不会明显影响工作特性，可不必严格校正像差。位置色差必须严格校正，才能提供平行光束。可采用通常的双胶合物镜或更复杂的消色差物镜消色差。采用反射式准直物镜不但可彻底避免了色差影响，而且也没有折射系统消色差不佳时因不同波长具有不同相对孔径值带来的光度检测误差。2、聚焦

13、物镜系统一般视场角约为10。20。，相对孔径1：20l：10左右，只有在强光单色仪、摄谱仪中，相对孔径才需达到1：4或更大些。通常常用尽可能长的物镜焦距值以获得较大的线色散率。在大多数光谱仪器中聚焦物镜是小相对孔径、中等大小视场、较长焦距系统、像差校正容易实现。对于紫外光工作波段的聚焦物镜，不能采用胶合物镜，因为光学胶层所采用的加拿大树胶等，对紫外光有强烈的吸收。单色仪和分光光度计中，聚焦物镜不需同时对许多波长单色光束进行聚焦，在大视场像差的校正要求不必如摄谱仪聚焦物镜那么严格。点列图：在几何光学的成像过程中，由于像差的存在，物点发出的许多光线经过光学系统后，在像面不再集中于一点，而是形成一个

14、分布在一定范围内的弥散图形，称为点列图。我们可以用点列图中点的密集程度来衡量光学系统的成像质量。点列图法简便易行，结果直观，在大像差物镜设计中广为应用。利用几何光学中光线追迹的方法可精确表示出点物体的成像情况。具体做法是先按直角坐标或极坐标把入瞳面划分大量等面积的小面源，并认为发自物点且穿过每一个小面源中心的光线代表了通过该面源的光能量，追迹光线并求出光线与像面的交点，则交点的分布密度就代表光强或光亮度。对同一个物点，追迹的光线条数越多，像面上的点数就越多，越能精确地反映像面上光强度的分布情况。当物在有限远时，入射光束是来自不同高度的物点而充满入瞳的发散光束，物在无限远时，入射光束是不同倾角的平行光束。实验表明：在大像差光学系统中，用几何光线追迹所确定的光能分布与实际成像情况的光强度分布是相当符合的。用点列图时，可用一定能量集中度的弥敖斑直径来评价像质。例如：能量集中度为90的弥散斑直径为30,um，是指有所有的追迹光线中有90的点落在以弥散斑质心为中心的直径30#m的圆内。