90368-仪器分析-光谱分析习题解答1
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第二章:光谱分析导论
P59 2-1、解:
典型的光谱仪一般由五个部分组成,即: 1. 光源系统; 2.样品引入系统; 3.波长选择系统; 4.检测系统; 5.信号处理或读出系统。
2-3、解:棱镜的分光原理是光折射。
由于不同波长的光有其不同的折射率,据此能把不同波长的光分开。
光栅的分光原理是光的衍射与干涉的总效果。
不同波长的光通过光栅作用各有相应的衍射角,据此把不同波长的光分开。
2-5 、解:
(1)
7
21010
67.6101050.111
⨯=⨯⨯=
=
-λ
σ
(2)14
981047.4107.670/100.3/⨯=⨯⨯==-λνc
(3)
3030
10103300/11
92=⨯⨯==
-σ
λ
(4)80.1)10602.1(1095.6889100.310
626.6/19
10834
=⨯÷⨯⨯⨯⨯===---λνhc h E
2-6、
解:由计算公式λν/hc h E ==以及各能级跃迁所处的波长范围可得能量范围分别如下:
跃迁类型 波长范围 能量范围/eV 原子内层电子跃迁
10-3nm ~10nm 1.26⨯106~1.2⨯102
原子外层电子跃迁 200nm ~750nm 6~1.7 分子的电子跃迁 200nm ~750nm 6~1.7 分子振动能级的跃迁 2.5μm ~50μm 0.5~0.02 分子转动能级的跃迁
50μm ~100cm
2⨯10-2~4⨯10-7
由上表可以看出分子电子能级跃迁1~20eV 分子振动能级跃迁0.05~1eV 分子转动能级跃迁<0.05eV ,其电子光谱,振动光谱以及转动光谱所对应的波长范围分别在紫外-可见区,红外区和远红外微波区。
2-7 有一块72.0条/nm 和5.00mm 长的红外光栅。
试计算此光栅的一级分辨本领。
如果要将两条中心在1000cm -1的谱线分开,它们应该相距多远? 解:)1(360
360572====⨯=K KN R N
nm R nm cm cm 8.27360
101010000101000
1
4
43===
∆===
-λλ
若光谱的工作范围为200-400nm ,应选用什么材料做棱镜和透镜,为什么?
答:应用石英作棱镜和透镜。
因石英在此波长范围内吸收小。
一光栅宽度为50mm ,刻痕数1200条/mm ,此光栅的一级理论分辨率应为多少? 解: 6000012005050=⨯=∴
=N mm d
)1(10610614
4=⨯=⨯⨯=⨯=K N K R
上述光栅能否将铌3094.180
A 和Al3092.710
A 分开?为什么? 解: 能分开的最小波长差为:
4
10
671.309218.3094⨯+=
=
∆R
λ
λ=0.10nm
两波长实际波长差为:nm 47.171.309218.3094=- 说明可以分辨。
说明玻璃、石英材料棱镜作的适用性。
解:棱镜光谱是非均匀排列光谱,棱镜的色散率随波长变化而变化。
棱镜的材料不同,其色散率随波长的变化也不同,石英棱镜色散率短波大,长波小,色散率较大的波长范围为200-400nm ,玻璃棱镜色散率较大的波长范围为400-780nm 。
因此,在400-800nm 范围内棱镜单色器,用玻璃材料比用石英好;若光谱的工作光谱200-400nm ,应选用石英材料作棱镜和透镜。
光栅光谱
棱镜光谱
Sin φ与波长成正比,所以光栅光谱是一个均
匀排列的光谱
色散率与波长有关,为非均匀排列的光谱 光的波长越短则衍射角越小,因此其谱线从
紫到红排列
波长越短,其偏向角越大,因此其谱线从红
到紫排列 复合光通过光栅后,中央条纹(或零级条纹)为白色条纹,在中央条纹两边,对称排列着
没有谱级重叠现象
一级、二级等光谱,由于谱线间距离随光谱
级数的增加而增加,出现谱级重叠现象
光栅适用的波长范围比棱镜宽比较光栅和棱镜分光的优缺点。