分子,,包括雙原子分子的光譜,,要比原子光譜復(fù)雜得多。這是由于在分子中,,除了電子相對于原子核的運動外,,還有核間相對位移引起的振動和轉(zhuǎn)動。這三種運動能量都是量子化的,,并對應(yīng)有一定的能級,。分子的總能量可以認(rèn)為是這三種能量的總和,即E=E,。+E振+E轉(zhuǎn)當(dāng)用頻率為υ的電磁波照射分子,,而該分子的較高能級與較低能級之差⊿E恰好等于該電磁波的能量hυ時,即有⊿E=hυ這里,,h為普朗克常數(shù),。
此時,,在微觀上出現(xiàn)分子由較低的能級躍遷到較高的能級,在宏觀上則表現(xiàn)為透射光的強度變小,。若用一連續(xù)輻射的電磁波照射分子,,將照射前后光強度的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺⒂涗浵聛?,就可以得到一張光強度變化對波長的關(guān)系曲線圖——分子吸收光譜圖,。
紫外--可見區(qū)的分子吸收光譜一般是譜帶較寬的帶狀光譜,它是由于電子能級躍遷而產(chǎn)生的光譜,,因此又叫做電子光譜,。
分子吸收光譜與物質(zhì)本身的結(jié)構(gòu)有關(guān),吸光度的大小與物質(zhì)的含量有關(guān),,我們利用吸收光譜的形狀和吸收程度的大小即可對物質(zhì)進(jìn)行定性和定量的分析,。這種分析方法叫做分光光度法。
分光光度計的基本結(jié)構(gòu)
與光電比色計相比,,在結(jié)構(gòu)上分光光度計用單色器代替了濾光片,,其它部分兩者比較相似。
?。ǎ﹩紊鳎簡紊魇侵敢粋€光學(xué)系統(tǒng),,它比濾光片能更有效地提供帶寬窄的單色光。單色器的主要組件是玻璃棱鏡,、復(fù)合濾光片或光柵,。來自光源的光線,可直接通過單色器的狹縫,,照到分光部件上,。單色器的效率比普通濾光片高。在紫外和可見光范圍內(nèi),,半寬度不超過1nm,。
1.棱鏡單色器
從幾何光學(xué)我們知道,當(dāng)一束光從一種介質(zhì)射到另一種介質(zhì)時,,在界面會發(fā)生折射和反射,,如圖4-3所示。設(shè)入射角為i,,折射角為θ,,則其折射率n為:n=Sini/sinθ
不同的光學(xué)材料具有不同的折射率,這是的,。即使使用同一種光學(xué)材料,,以相同的人射角照射,若波長不同,,得到的折射角也不一樣,。透明物質(zhì)的折射率n和入射光波長的關(guān)系可以用下列經(jīng)驗式表示:n=A+B/λ2+C/λ4+…
式中A,、B、C的數(shù)值與物質(zhì)的性質(zhì)有關(guān),。從式中可以看出,,波長越長,折射率越小,。一束復(fù)合光進(jìn)入棱鏡,,由于不同波長的光,,其折射率不同,,通過棱鏡后,復(fù)色光就按不同的波長分開來了,,如圖4所示
實驗證明,,棱鏡的色散具有非線性,即①譜線彎曲,;②不同波長區(qū)域色散效果不同,,紅端色散差,紫端色散較好,。雖然在實際應(yīng)用中的棱鏡單色器與圖示的不盡相同,,然而它們的工作原理是一樣的。
2.光柵單色器
衍射光柵也可用作單色器,。衍射光柵是由一系列刻劃在高光潔度反射表面上溝紋組成的,。溝紋排列異常密集,每英寸長度上有15000或30000條,。將光柵放在一平行光束里,,光柵的一面被照亮,這一面可看作是塊非常小的反射鏡,。
從溝紋反射鏡反射出的光線相重疊,,發(fā)生干涉,如圖5所示,。另一方面,,如果在光線方向上的溝紋條數(shù)是波長的整數(shù)倍時,光線就被溝紋分開,,這種波就是同向的,,射線被反射。當(dāng)它不是波長的整數(shù)倍時,,光線被抵消,,沒有反射現(xiàn)象。改變光線照到光柵上的角度,,就可以改變反射光的波長,。
射線波長λ與反射角θ的關(guān)系,,如下式:mλ=2dsinθ
式中,d是溝紋之間的距離,,θ是光柵常數(shù),;m是干涉價數(shù)。
當(dāng)m=1時,,為一階譜,;
m=2時,為二階譜,。
光柵的分辨能力取決于它的mN值,,N是光柵上總溝紋數(shù)或總條數(shù)。條數(shù)多時,,一階譜的分辨力高,。與棱鏡相比,光柵的分辨能力更高些,,并能用于所有譜段范圍,,光柵的色散呈線性。
光柵的表面鍍有鋁膜,,質(zhì)地松軟,,極易擦傷。所以在維護(hù)時嚴(yán)禁用任何擦拭物擦拭,,更不能用手去觸摸,,否則,會造成損壞,。也不準(zhǔn)用嘴去吹光柵上的灰塵,。光柵萬一臟了,可以用洗耳球吹去表面上的灰塵,。如不奏效,,可以在光柵上均勻地涂上一層粘膠棉(俗稱火棉膠)液,等膠液干了以后,,將液膜輕輕揭下,。此法可以將光柵上的臟物去掉。現(xiàn)在有的光柵已鍍有保護(hù)膜,。
?。ǘ?zhǔn)直鏡和聚光鏡:準(zhǔn)直鏡用來減小光束的尺寸并提供平行光,其多由凹面鏡制成,。凹面鏡的反射鏡面大都是鍍鋁的,。在可見光區(qū),鋁膜外面常常再鍍上一層SiO2保護(hù)層。但在紫外區(qū),,為了保證較高的反射效率,。常常不鍍此SiO2保護(hù)膜,這種準(zhǔn)直鏡的維護(hù)方法與光柵相同,。
聚光鏡為一凸透鏡,。點光源發(fā)出的光,經(jīng)聚光鏡后,,變成平行光,,然后再進(jìn)入棱鏡(或光柵)色散系統(tǒng)。色散后的平行光再經(jīng)聚光鏡會聚后,,照射到比色皿上,。