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关于光栅的主要特性说明

来源:https://www.loonglo.com 作者:教育资讯 人气:115 发布时间:2019-10-21
摘要:方程d(sinsin)=m可知,在衍射角不太大的情况下(如在一级光谱内,靠近光谱法线区域时),不同波长光谱线的位置基本上与其波长值成比例。因此,光栅光谱中的各个波长谱线排列比

  方程d(sinsin)=m可知,在衍射角不太大的情况下(如在一级光谱内,靠近光谱法线区域时),不同波长光谱线的位置基本上与其波长值成比例。因此,光栅光谱中的各个波长谱线排列比较均匀,并随着波长值线性增加或减少,相应的光栅光谱线的位置(如离光栅法线的距离)也线性变化。

  在棱镜光谱中,由于不同波长的光线受到不同程度的折射而被色散。而棱镜材料对不同波长的折射率变化是不与波长成线性的。棱镜材料在短波方向的折射率的变化要比长波区的变化大得多。因此,棱镜光谱中的谱线排列情况是不均匀的。在短波区,因dn/d大,谱线排列非常稀疏,而在长波区,则因dn/d小,谱线排列非常稠密。所以,同样大小的波长差值,相应的谱线之间的距离,短波处要大于长波处。因此,我们说棱镜在紫外区的色散要比可见、近红外区的色散大。所以,有些紫外可见分光光度计(特别是高档紫外可见分光光度计)都用石英棱镜作前置单色器,就是这个道理。

  光栅光谱的排列比较均匀,不同波长区中同样波长差的两根谱线之间的距离变化不太大。光栅光谱的匀排性不但使光谱更加整齐、匀称,而且对定性分析时初步判断、估计谱线的波长值等比较方便。

  此外,在谱线的波长分布顺序方面,光栅与棱镜也是不同的;在光栅光谱中,波长越长的光线衍射角数值越大,谱线越偏离光栅法线。在棱镜光谱中,波长越长的光线,偏向角越小,相应的谱线分布越接近入射角方向的位置。

  由光栅方程 可知,波长为的一级(m=1)光谱线,波长/2的二级(m=2)光谱线、波长为/3的三级(m=3)光谱线都具有同样的衍射角。即,1=/2,2=/3,3=/4,m-1=/m,这就是衍射光栅光谱的级次重叠。即衍射光栅在同一位置有不同级次的不同波长的光谱线。在宽波段范围内进行高分辨率光谱研究或光谱分析工作时,光栅光谱的级次重叠是非常明显的,必须采取有力的措施,把不需要的波段隔离掉或滤掉;例如,采用前置单色器、采用相应波段的滤光片等。才能避免不需要级次光谱的干扰,才能保证紫外可见分光光度计的分辨率和分析测试数据的准确性和可靠性。

  经棱镜色散后形成的光谱,只是按波长次序排列成一个单一的光谱。而经衍射角光栅色散后形成的光谱,则是包含m=0,1,2,3所有级次光谱的总和。同一块光栅对同一束入射复合光可在不同位置形成一系列不同级次的光谱;在m=0两侧有对称分布的正级次光谱和负级次光谱。因此,光栅光谱的多级次性是原理性的、是本质的,是不可避免的。光栅的这个特性,将对光栅的应用产生许多相应的问题,它会直接对紫外可见分光光度计的光谱分辨率和光谱的检测造成困难,这是所有紫外可见分光光度计的设计者、制造者、使用者必须重视的问题。

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