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1、第二章 可见紫外吸收光谱分析本讲稿第一页，共五十五页分子吸收光谱的产生分子吸收光谱的产生（一）分子能级（一）分子能级 分分子子中中包包含含有有原原子子和和电电子子，分分子子、原原子子、电电子子都都是是运运动动着着的的物物质质，都都具具有有能能量量，且且都都是是量量子子化化的的。在在一一定定的的条条件件下下，分分子子处处于于一一定定的的运运动动状状态态，物质分子内部运动状态有三种形式：物质分子内部运动状态有三种形式：电子运动电子运动：电子绕原子核作相对运动；：电子绕原子核作相对运动；原原子子运运动动：分分子子中中原原子子或或原原子子团团在在其其平平衡衡位位置置上作相对振动；上作相对振动；分子转动
2、分子转动：整个分子绕其重心作旋转运动：整个分子绕其重心作旋转运动本讲稿第二页，共五十五页分子的能级分子的能级 1）价价电子能级：电子能级：1-20ev2）分子振动能级：）分子振动能级：0.05-1ev3）分子转动能级）分子转动能级:0.025ev电子能级电子能级 E（基态（基态 E1 与激发态与激发态 E2）振动能级振动能级 V=0，1，2，3 转动能级转动能级 J=0，1，2，3 本讲稿第三页，共五十五页不不同同物物质质结结构构不不同同或或者者说说其其分分子子能能级级的的能能量量(各各种种能能级级能能量量总总和和)或或能能量量间间隔隔各各异异，因因此此不不同同物物质质将将选选择择性性地地吸吸
3、收收不不同同波波长长或或能能量量的的外外来来辐辐射射，这这是是UV-Vis定定性性分分析的基础。析的基础。本讲稿第四页，共五十五页 如如图图所所示示：在在分分子子跃跃迁迁时时除除了了电电子子能能级级(Electron(Electron energy energy level)level)外外，分分子子吸吸收收能能量量将将伴伴随随着着分分子子的的振振动动和和转转动动，即即同同时时将将发发生生振振动动(Vibration)(Vibration)能能级级和和转转动动(Rotation)(Rotation)能级的跃迁！能级的跃迁！因因此此，分分子子的的“电电子子光光谱谱”是是由由许许多多线线光光谱谱聚
4、聚集集在在一一起起的的谱谱带带，称称为为“带状光谱带状光谱”。P267P267本讲稿第五页，共五十五页可见和紫外分光光度法可见和紫外分光光度法 n由于价电子的跃迁而产生的分子光谱称为由于价电子的跃迁而产生的分子光谱称为电子光谱电子光谱。n研究电子光谱的实验方法称为研究电子光谱的实验方法称为可见和紫外分光光可见和紫外分光光度法度法也叫也叫可见和紫吸收光谱法可见和紫吸收光谱法。n在电子能级变化时，不可避免地亦伴随着分子在电子能级变化时，不可避免地亦伴随着分子振动和转动能级的变化。因此，分子的电子光振动和转动能级的变化。因此，分子的电子光谱是带状光谱，比原子的线状光谱要复杂得多。谱是带状光谱，比原子
5、的线状光谱要复杂得多。本讲稿第六页，共五十五页分子光谱的产生分子光谱的产生 n当当用用速速率率为为的的电电磁磁波波照照射射分分子子，而而该该分分子子的的较较高高能能级级与与较较低低能能级级之之差差E恰恰好好等等于于该该电电磁磁波波能能量量h时时，即即E=h，此此时时，在在微微观观上上分分子子由由较较低低的的能能级级跃跃迁到较高能级。迁到较高能级。n在宏观上，透射光的强度变小（被吸收了）。在宏观上，透射光的强度变小（被吸收了）。n若若用用一一连连续续辐辐射射的的电电磁磁波波照照射射分分子子，将将照照射射前前后后光光强强度度的的变变化化电电讯讯号号并并记记录录下下来来。可可得得到到一一些些光强度变
6、化对波长光强度变化对波长的分布图的分布图-分子吸收光谱图分子吸收光谱图。本讲稿第七页，共五十五页-胡罗卜素胡罗卜素咖啡因咖啡因阿斯匹林阿斯匹林丙酮丙酮几几种种有有机机化化合合物物的的分子吸收光谱图。分子吸收光谱图。本讲稿第八页，共五十五页分子（吸收）光谱的类型分子（吸收）光谱的类型 n远红外吸收光谱远红外吸收光谱：E：0.0050.5ev，为为250-25m，形成转动光谱或远红外光谱。，形成转动光谱或远红外光谱。n红外光谱红外光谱：E：0.051ev，为为25-1.25m，形成，形成振振-转光谱或红外光谱。转光谱或红外光谱。n紫外紫外-可见光谱可见光谱：E：1200eV，比，比E振振大几十倍，
7、大几十倍，对应对应为为12.5-0.06m。主要在真空紫外。主要在真空紫外-可见光区，可见光区，形成电子光谱或可见形成电子光谱或可见紫外吸收光谱。紫外吸收光谱。n通常所说的紫外通常所说的紫外-可见吸收光谱法实际上是近紫外可见吸收光谱法实际上是近紫外-可可见光谱法。见光谱法。本讲稿第九页，共五十五页第二章第二章 可见紫外吸收光谱分析可见紫外吸收光谱分析2.2 光吸收基本定律光吸收基本定律:Lambert-Beer 定律定律本讲稿第十页，共五十五页光吸收定律光吸收定律（Lambert-Beer Lambert-Beer 定律）定律）1)1)朗伯朗伯 比耳定律比耳定律 布格布格(Bouguer)(B
8、ouguer)和朗伯和朗伯(Lambert)(Lambert)先后于先后于17291729年和年和17601760年阐明了光的吸年阐明了光的吸收程度和吸收层厚度的关系。收程度和吸收层厚度的关系。固定溶液的浓度改变液层厚度固定溶液的浓度改变液层厚度则：则：A bA b本讲稿第十一页，共五十五页 1852 1852年比耳年比耳(Beer)(Beer)又提出了光的吸收又提出了光的吸收程度和吸收物浓度之间也具有类似的关程度和吸收物浓度之间也具有类似的关系。系。固定液层厚度改变浓度则：固定液层厚度改变浓度则：A cA c二者的结合称为朗伯二者的结合称为朗伯 比耳定律，其数学表达式为：比耳定律，其数学表达
9、式为：Alg（I0/It)=kb c 本讲稿第十二页，共五十五页nLambert-BeerLambert-Beer定律的表述定律的表述：n当一束平行的当一束平行的单色光单色光通过溶液时，通过溶液时，溶液的吸光度与溶液的浓度及液层厚溶液的吸光度与溶液的浓度及液层厚度的乘积成正比。度的乘积成正比。n它是分光光度法定量分析的依据。它是分光光度法定量分析的依据。本讲稿第十三页，共五十五页吸光系数吸光系数n朗伯朗伯-比耳定律中，当比耳定律中，当c以克以克/升，液层厚升，液层厚度度b以厘米表示时，常数以厘米表示时，常数K以以a表示，称表示，称为为吸光系数吸光系数。na的的单位为升单位为升/克克.厘米。厘米
10、。n朗伯朗伯-比耳定律比耳定律:A=abc本讲稿第十四页，共五十五页摩尔吸光系数摩尔吸光系数 n朗伯朗伯-比耳定律中，浓度用摩尔比耳定律中，浓度用摩尔/升，液升，液层厚度层厚度b用厘米为单位表示，则用厘米为单位表示，则K用另一用另一符号符号来表示。来表示。n称为称为摩尔吸光系数摩尔吸光系数(或克分子消光系数或克分子消光系数)，单位为升，单位为升/摩尔摩尔.厘米。厘米。n它表示物质的浓度为它表示物质的浓度为1摩尔摩尔/升，液层厚升，液层厚度为度为1厘米时溶液的吸光度。厘米时溶液的吸光度。n朗伯朗伯-比耳定律比耳定律:A=bc 本讲稿第十五页，共五十五页摩尔吸光系数摩尔吸光系数q摩尔吸光系数摩尔吸
11、光系数表明物质对某一特定波长光的吸收表明物质对某一特定波长光的吸收能力。能力。愈大，表示该物质对其波长光的吸收能力愈大，表示该物质对其波长光的吸收能力愈强，比色测定的灵敏度就愈高。愈强，比色测定的灵敏度就愈高。q因此进行比色测定时，为了提高分析的灵敏度必因此进行比色测定时，为了提高分析的灵敏度必须选择摩尔吸光系数大的有色化合物，以及选择具须选择摩尔吸光系数大的有色化合物，以及选择具有最大有最大值的波长作入射光。值的波长作入射光。q与溶液的浓度及液层厚度无关。与溶液的浓度及液层厚度无关。q 是是吸吸光物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数，光物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数，可作为定性鉴定的参
12、数。也可以评价定量方法的灵可作为定性鉴定的参数。也可以评价定量方法的灵敏度。敏度。本讲稿第十六页，共五十五页根据根据的不同，吸收分为：的不同，吸收分为：n弱吸收：弱吸收：104 本讲稿第十七页，共五十五页Lambert-Beer 定律小结定律小结:当入射光波长一定时，待测溶液的吸光度当入射光波长一定时，待测溶液的吸光度A与其浓度和液层厚度成正比，即与其浓度和液层厚度成正比，即k 为比例系数，与溶液性质、温度和入射波长有关。为比例系数，与溶液性质、温度和入射波长有关。当浓度以当浓度以g/L 表示时，称表示时，称k 为吸光系数，以为吸光系数，以a 表示，即表示，即当浓度以当浓度以mol/L表示时，
13、称表示时，称k 为摩尔吸光系数，以为摩尔吸光系数，以 表示，即表示，即 比比a 更更常常用用。越越大大，表表示示方方法法的的灵灵敏敏度度越越高高。与与波波长长有有关关，因因此此，常常以以 表示。表示。本讲稿第十八页，共五十五页吸光度吸光度A=lg(I0/I)nA吸吸光光度度的的意意义义：溶溶液液吸吸收收光光越越多多，I越越小小，lg(I0/I)大，吸光度大，吸光度A大大n当入射光全被吸收时，当入射光全被吸收时，I=0，I0/I lg(I0/I)=A吸光度最大吸光度最大n不吸收时，不吸收时，I=I0，I0/I=1，lg(I0/I)=A=0吸光度为零吸光度为零n所以所以A的范围是：的范围是：0A本
14、讲稿第十九页，共五十五页透光度透光度T=I/I0nT透透光光度度的的意意义义：也也叫叫透透光光率率，表表示示透透射射光光占占入入射射光光的比例。的比例。n当入射光全被吸收时，当入射光全被吸收时，I=o，T=I/I0=0，T=0n当入射光不被吸收时当入射光不被吸收时 I=I0，T=I0/I=1，T=100%n所以，所以，0T1 常用百分透光率表示常用百分透光率表示nA与与T的关系：的关系：A=lg(I0/I)=-lgT=Kbc，T=I/I0=10Kbc本讲稿第二十页，共五十五页本讲稿第二十一页，共五十五页本讲稿第二十二页，共五十五页显色剂显色剂被测离子被测离子最大最大(nm)摩尔吸光系数摩尔吸光
15、系数介介 质质偶氮胂偶氮胂(铀试剂铀试剂)稀土离子稀土离子Th()U()U()665665670656(46)*1041.2*1051.2*1056.0*1046MHCl6MHCl6MHNO3二苯硫腙二苯硫腙Cd2+Cu2+Hg2+Pb2+5185504905208.0*1044.5*1047.0*1046.6*104CHCl3CCl4CHCl3CHCl3邻二氮菲邻二氮菲Fe2+5081.1*104水水某些化合物在某些化合物在最大最大时的时的 本讲稿第二十三页，共五十五页标准曲线或工作曲线标准曲线或工作曲线 n 在在吸吸光光光光度度分分析析中中，通通常常固固定定吸吸收收层层的的厚厚度度不不变变
16、，用用比比色色计计或或分分光光光光度度计计测测量量一一系系列列标标准准溶溶液液的的吸吸光度，根据朗伯光度，根据朗伯-比耳定律：比耳定律：A=Kbc=Kc n吸吸光光度度与与吸吸光光物物质质的的浓浓度度成成正正比比，故故以以吸吸光光度度为为纵纵坐坐标标，浓浓度度为为横横坐坐标标作作图图，应应得得到到一一通通过过原原点点的直线，称为的直线，称为标准曲线或工作曲线标准曲线或工作曲线。n当当吸吸光光物物质质的的浓浓度度比比较较高高时时，明明显显地地看看到到标标准准曲曲线线向向浓浓度度轴轴弯弯曲曲的的情情况况(个个别别情情况况向向吸吸光光度度轴轴弯弯曲曲)。这种情况称为。这种情况称为偏离朗伯偏离朗伯-比
17、耳定律比耳定律。本讲稿第二十四页，共五十五页偏离朗伯偏离朗伯-比耳定律的原因比耳定律的原因n依据依据BeerBeer定律，定律，A A与与C C关系应为关系应为 经过原点的直线经过原点的直线n偏离偏离BeerBeer定律的主要因素表现为定律的主要因素表现为 以下两个方面以下两个方面（一）化学与物理因素（一）化学与物理因素（二）光学因素（二）光学因素本讲稿第二十五页，共五十五页（一）化学与物理因素（一）化学与物理因素1)1)吸光物质发生离解、缔合等。吸光物质发生离解、缔合等。2)2)悬浊液、乳浊液会产生光的折射、散射、反射。悬浊液、乳浊液会产生光的折射、散射、反射。本讲稿第二十六页，共五十五页如
18、：亚甲蓝阳离子水溶液的吸收光谱，如：亚甲蓝阳离子水溶液的吸收光谱，单体的吸收峰在单体的吸收峰在660nm660nm处处，而二聚体的吸收而二聚体的吸收峰在峰在610nm610nm处处，随着浓度的增大，随着浓度的增大，660nm660nm处处的吸收峰减弱，而的吸收峰减弱，而610nm610nm处的吸收峰增强，处的吸收峰增强，吸收光谱图形状发生改变。则导致吸光度吸收光谱图形状发生改变。则导致吸光度与浓度的关系发生偏离。与浓度的关系发生偏离。本讲稿第二十七页，共五十五页本讲稿第二十八页，共五十五页又例如：重铬酸钾的水溶液有如下平衡：又例如：重铬酸钾的水溶液有如下平衡：将溶液稀释将溶液稀释2 2倍时，由
19、于平衡向右移动，溶液倍时，由于平衡向右移动，溶液中的中的CrCr2 2O O7 72-2-离子浓度减少不是离子浓度减少不是2 2倍，而是大于倍，而是大于2 2倍，而偏离光吸收定律，产生误差。倍，而偏离光吸收定律，产生误差。这种由于化学因素引起的偏离可用控制溶这种由于化学因素引起的偏离可用控制溶液条件的方法加以避免，如：在上述重铬酸液条件的方法加以避免，如：在上述重铬酸钾的测定可在强酸或强碱性溶液中进行可避钾的测定可在强酸或强碱性溶液中进行可避免对光吸上定律的偏离。免对光吸上定律的偏离。本讲稿第二十九页，共五十五页（二）光学因素（二）光学因素 1)非单色光的影响：非单色光的影响：n Beer定律
20、应用的重要前提定律应用的重要前提入射光为单色光入射光为单色光n照射物质的光经单色器分光后照射物质的光经单色器分光后 并非真正单色光并非真正单色光n其波长宽度由入射狭缝的宽度其波长宽度由入射狭缝的宽度 和棱镜或光栅的分辨率决定和棱镜或光栅的分辨率决定n为了保证透过光对检测器的响为了保证透过光对检测器的响 应，必须保证一定的狭缝宽度应，必须保证一定的狭缝宽度n这就使分离出来的光具一定的这就使分离出来的光具一定的 谱带宽度谱带宽度本讲稿第三十页，共五十五页1)1)非单色光的影响：非单色光的影响：光吸收定律的重要前提是光吸收定律的重要前提是入射光为单入射光为单色光色光，但真正的单色光是没有的，在分，但
21、真正的单色光是没有的，在分光光度法中所用的单色光是具有一定波光光度法中所用的单色光是具有一定波长范围的光，有一定的宽度的谱带，则长范围的光，有一定的宽度的谱带，则将使线性产生偏离。将使线性产生偏离。本讲稿第三十一页，共五十五页谱带越窄，单色性越好，产生的误差越小，谱带越窄，单色性越好，产生的误差越小，但由于其仍是复合光，因物质对不同的单色光的但由于其仍是复合光，因物质对不同的单色光的吸光系数不同，产生吸光度的变值而偏离吸光系数不同，产生吸光度的变值而偏离BeerBeer定定律。律。本讲稿第三十二页，共五十五页2)2)杂散光杂散光是指一些不在吸收谱带宽度范围内的并与是指一些不在吸收谱带宽度范围内
22、的并与所需波长相隔较远的光所需波长相隔较远的光，这种光也使吸收光，这种光也使吸收光谱变形变值，现代仪器上有消除杂散光的装谱变形变值，现代仪器上有消除杂散光的装置，故一般可忽略不计。置，故一般可忽略不计。本讲稿第三十三页，共五十五页吸光物质对入射光有散射作用，入射光在吸光物质对入射光有散射作用，入射光在吸收池内外界面通过时又有反射作用。吸收池内外界面通过时又有反射作用。散射光散射光和反射光都是入射光谱带内的光对透射光强度和反射光都是入射光谱带内的光对透射光强度都产生影响。都产生影响。3)3)散射光和反射光散射光和反射光吸光物质对光的散射和反射可使入射吸光物质对光的散射和反射可使入射光减弱，透明的
23、真溶液的质点小，散射光光减弱，透明的真溶液的质点小，散射光不强可用空白补偿。混浊溶液由于其质点不强可用空白补偿。混浊溶液由于其质点大，散射光强，又不易制备空白溶液，测大，散射光强，又不易制备空白溶液，测定时常常产生较大的误差。定时常常产生较大的误差。本讲稿第三十四页，共五十五页反射光也使透光强度减弱，使测得的反射光也使透光强度减弱，使测得的吸光度偏高，一般可用空白进行补偿。吸光度偏高，一般可用空白进行补偿。4)4)非平行光非平行光是指通过吸收池的光不平行，是指通过吸收池的光不平行，而导致通过的而导致通过的光比垂直平行光的光程长光比垂直平行光的光程长，使厚度增大而影，使厚度增大而影响测量值，这种
24、测量时实际厚度的变异，也响测量值，这种测量时实际厚度的变异，也是同一物质用不同仪器测定时产生差异的原是同一物质用不同仪器测定时产生差异的原因之一。因之一。本讲稿第三十五页，共五十五页第二章第二章 可见紫外吸收光谱分析可见紫外吸收光谱分析2.3 可见紫外分光光度计可见紫外分光光度计本讲稿第三十六页，共五十五页分分类类工作范围工作范围（nm）光光源源单单色色器器接接受受器器国产型号国产型号可可见见分分光光光度计光度计420700360700钨钨灯灯钨钨灯灯玻璃棱镜玻璃棱镜玻璃棱镜玻璃棱镜硒光电池硒光电池光电管光电管72型型721型型紫紫 外外、可可见见 和和 近近 红红外外 分分 光光 光光度计度
25、计2001000氢氢灯灯及及钨钨灯灯石英棱镜石英棱镜或光栅或光栅光电管光电管光光 电电 倍倍 增增管管751型型WFD-8型型红外分光红外分光光度计光度计76040000硅碳棒或硅碳棒或辉光灯辉光灯岩盐或萤岩盐或萤石棱镜石棱镜热热 电电 堆堆 或或测测 辐辐 射射 热热器器WFD-3型型WFD-7型型分光光度计分光光度计按测定的波长范围来分类按测定的波长范围来分类 本讲稿第三十七页，共五十五页本讲稿第三十八页，共五十五页本讲稿第三十九页，共五十五页本讲稿第四十页，共五十五页一、组成部件一、组成部件 光源光源光源光源单色器单色器单色器单色器样品池样品池样品池样品池检测器检测器检测器检测器记录装置
26、记录装置本讲稿第四十一页，共五十五页（一）光源一）光源 对光源的基本要求是应在仪器操作所需对光源的基本要求是应在仪器操作所需的光谱区域内的光谱区域内能够发射连续辐射能够发射连续辐射，有足够的，有足够的辐射强度和良好的辐射强度和良好的稳定性稳定性，而且辐射能量随波，而且辐射能量随波长的变化应尽可能小。长的变化应尽可能小。常用的光源有常用的光源有热辐射光源热辐射光源（如钨丝灯和卤（如钨丝灯和卤钨灯）和钨灯）和气体放电光源气体放电光源（如氢灯和氘灯）两（如氢灯和氘灯）两类。类。n钨灯或卤钨灯：钨灯或卤钨灯：350-2500nm 350-2500nm 可见区可见区n氢灯或氘灯：氢灯或氘灯：150-40
27、0nm 150-400nm 紫外区紫外区本讲稿第四十二页，共五十五页（二）单色器（二）单色器 单色器是能从光源辐射的复合光中分出单色单色器是能从光源辐射的复合光中分出单色光的光学装置，其主要功能：产生光谱纯度高的光的光学装置，其主要功能：产生光谱纯度高的波长且波长在紫外可见区域内任意可调。波长且波长在紫外可见区域内任意可调。本讲稿第四十三页，共五十五页n棱镜棱镜有玻璃和石英两种材料。有玻璃和石英两种材料。n它们的色散原理是它们的色散原理是依据不同的波长光通过棱镜时有不同依据不同的波长光通过棱镜时有不同的折射率的折射率而将不同波长的光分开。而将不同波长的光分开。n由于玻璃可吸收紫外光，所以玻璃棱
28、镜只能用于用于由于玻璃可吸收紫外光，所以玻璃棱镜只能用于用于可见光域内。可见光域内。n石英棱镜可使用的波长范围较宽，可从石英棱镜可使用的波长范围较宽，可从1851854000nm4000nm，即可用于紫外、可见和近红外三个光域。，即可用于紫外、可见和近红外三个光域。本讲稿第四十四页，共五十五页n光栅光栅是是利用光的衍射与干涉作用制成的利用光的衍射与干涉作用制成的。n它可用于紫外、可见及红外光域，而且在它可用于紫外、可见及红外光域，而且在整个波长区具有良好的、几乎均匀一致的整个波长区具有良好的、几乎均匀一致的分辨能力。分辨能力。n它具有色散波长范围宽、分辨本领高、成它具有色散波长范围宽、分辨本领
29、高、成本低、便于保存和易于制备等优点。本低、便于保存和易于制备等优点。n缺点是各级光谱会重叠而产生干扰。缺点是各级光谱会重叠而产生干扰。本讲稿第四十五页，共五十五页（三）吸收池（样品池）（三）吸收池（样品池）n吸收池用于盛放分析试样，一般有石英和玻璃材料两种。吸收池用于盛放分析试样，一般有石英和玻璃材料两种。n石英池适用于可见光区及紫外光区，玻璃吸收池只能用于石英池适用于可见光区及紫外光区，玻璃吸收池只能用于可见光区。可见光区。n为减少光的损失，吸收池的光学面必须完全垂直于光为减少光的损失，吸收池的光学面必须完全垂直于光束方向。在高精度的分析测定中（紫外区尤其重要），束方向。在高精度的分析测定
30、中（紫外区尤其重要），吸收池要挑选配对。因为吸收池材料的本身吸光特征吸收池要挑选配对。因为吸收池材料的本身吸光特征以及吸收池的光程长度的精度等对分析结果都有影响。以及吸收池的光程长度的精度等对分析结果都有影响。本讲稿第四十六页，共五十五页（四）检测器（四）检测器n作用：把光信号变成电信号。作用：把光信号变成电信号。n常用的检测器有光电池、光电管和光电倍增管等。常用的检测器有光电池、光电管和光电倍增管等。n光电池光电池是用一种光敏半导体，有硒光电池（用于可见是用一种光敏半导体，有硒光电池（用于可见光区）和硅光电池（能用于可见和紫外光区），当光光区）和硅光电池（能用于可见和紫外光区），当光照时产生
31、光电流，在一定范围内光电流与与照射的光照时产生光电流，在一定范围内光电流与与照射的光强度成正比，用微电流计测量，但由于容易出现疲劳强度成正比，用微电流计测量，但由于容易出现疲劳效应而只能用于低档的分光光度计中效应而只能用于低档的分光光度计中。本讲稿第四十七页，共五十五页光电管光电管：是由一个阳极和一个光敏阴极组：是由一个阳极和一个光敏阴极组成的真空二极管。成的真空二极管。阴极表面镀有碱金属或碱金属氧化物等光敏材阴极表面镀有碱金属或碱金属氧化物等光敏材料，当它被足够的能量的光照射时，能够发射出电料，当它被足够的能量的光照射时，能够发射出电子。子。当在两极有电位差时，发射出的电子流向当在两极有电位
32、差时，发射出的电子流向阳极而产生电流，其电流的大小取决于照射光阳极而产生电流，其电流的大小取决于照射光的强度，其有很高的内阻，产生的电流很容易的强度，其有很高的内阻，产生的电流很容易放大。放大。本讲稿第四十八页，共五十五页真空光电管真空光电管90V DC直流放大直流放大阴极阴极R-+光束光束e阳极丝（阳极丝（Ni）抽真空抽真空光电管光电管:阴极阴极为一个金属半圆筒，内表面镀有适当的光电发射为一个金属半圆筒，内表面镀有适当的光电发射材料。材料。阳极阳极为金属电极，通常为镍。当光线照射到光电管的为金属电极，通常为镍。当光线照射到光电管的阴极上时，即发射出电子。如光电管的两极间加上电压，则阴极上时，
33、即发射出电子。如光电管的两极间加上电压，则线路便有电流通过。线路便有电流通过。本讲稿第四十九页，共五十五页真空光电管真空光电管90V DC直流放大直流放大阴极阴极R-+光束光束e阳极丝（阳极丝（Ni）抽真空抽真空阴阴极极表表面面可可涂涂渍渍不不同同光光敏敏物物质质：高高灵灵敏敏(K,Cs,Sb其其中中二二者者)、红红光光敏敏(Na/K/Cs/Sb,Ag/O/Cs)、紫紫外外光光敏敏、平平坦坦响响应应(Ga/As，响响应应受受波波长长影影响响小小)。产生的光电流约为硒光电池的。产生的光电流约为硒光电池的1/10。优点：优点：阻抗大，电流易放大；响应快；应用广。阻抗大，电流易放大；响应快；应用广。
34、缺点：缺点：有微小暗电流（有微小暗电流（Darkcurrent，40K的放射线激发）。的放射线激发）。本讲稿第五十页，共五十五页目前国产的光电管有紫敏和红敏光电管目前国产的光电管有紫敏和红敏光电管.红敏光电管常用阴极为银氧化铯阴极红敏光电管常用阴极为银氧化铯阴极适用波长范围：适用波长范围：6251000nm紫敏光电管阴极常用的是铯阴极紫敏光电管阴极常用的是铯阴极适用波长范围：适用波长范围：200625nm本讲稿第五十一页，共五十五页光电倍增管光电倍增管是检测微弱光最常用的光电是检测微弱光最常用的光电元件，它的灵敏度比一般的光电管要高元件，它的灵敏度比一般的光电管要高200200倍，倍，因此可使
35、用较窄的单色器狭缝，从而对光谱因此可使用较窄的单色器狭缝，从而对光谱的精细结构有较好的分辨能力。的精细结构有较好的分辨能力。本讲稿第五十二页，共五十五页光电倍增管光电倍增管:外壳：玻璃、石英；内部抽成真外壳：玻璃、石英；内部抽成真空。空。K为光阴极，上面涂有能发射电子为光阴极，上面涂有能发射电子的光敏物质；的光敏物质；1、2、3 为为次级电子发射次级电子发射器器，叫，叫dynode打拿极打拿极，也叫，也叫电子电子倍增极倍增极，A为阳极。为阳极。阴极和阳极之间加以阴极和阳极之间加以1000V的的直流电压，分别按段降落在各级之间。直流电压，分别按段降落在各级之间。一般每两个相邻电极之间有一般每两个
36、相邻电极之间有50100V的电位差。的电位差。当光照射在阴极时，光敏物质被激发出电子，然后被电场加速，落在第一个打拿当光照射在阴极时，光敏物质被激发出电子，然后被电场加速，落在第一个打拿极上，并击出二次电子。这些加倍了的二次电子又被电场加速，落在第二个打拿极上，极上，并击出二次电子。这些加倍了的二次电子又被电场加速，落在第二个打拿极上，击出加倍的二次电子。依此类推。光电倍增管不只起光电转换作用，还起了电流放大击出加倍的二次电子。依此类推。光电倍增管不只起光电转换作用，还起了电流放大作用。一般每个倍增极可产生作用。一般每个倍增极可产生25倍的电子。在第倍的电子。在第n个极上，就个极上，就放大了放
37、大了2n到到5n倍于阴极的倍于阴极的电子电子。本讲稿第五十三页，共五十五页900Vdc90V123456789阳极阳极阴极阴极石英封石英封读出装置读出装置R光电倍增管（光电倍增管（PMT）电路图）电路图优优点点：高高灵灵敏敏度度；响响应应快快；适适于于弱弱光光测测定定，甚甚至至对对单单一一光光子均可响应。子均可响应。缺缺点点：热热发发射射强强，因因此此暗暗电电流流大大，需需冷冷却却（-30oC)。不不得得置于强光置于强光(如日光如日光)下，否则可永久损坏下，否则可永久损坏PMT！本讲稿第五十四页，共五十五页（五）讯号处理器和显示器（五）讯号处理器和显示器光电管或光电倍增管输出的电讯号一光电管或光电倍增管输出的电讯号一般比较弱，需经讯号处理器放大，由显示般比较弱，需经讯号处理器放大，由显示器（电表指示、数子显示、荧光屏显示、器（电表指示、数子显示、荧光屏显示、曲线扫描及打印）把检测结果（吸光度、曲线扫描及打印）把检测结果（吸光度、透光率或直接转换成浓度）显示出来。透光率或直接转换成浓度）显示出来。本讲稿第五十五页，共五十五页