在紫外可見分光光度計(jì)等光學(xué)類分析儀器中,常將光柵、準(zhǔn)直鏡、物鏡、狹縫等元件組合起來,作為儀器的一個(gè)單色器部件。單色器一般又分棱鏡單色器和光柵單色器兩種。 (1)棱鏡單色器 棱鏡單色器分為以下幾種類型。 透射式棱鏡單色器:實(shí)際上是由兩塊30。的分光棱鏡和一塊直角棱鏡組成。直角棱鏡只起反光作用,不參與分光。所以,阿貝棱鏡可以看成是兩塊30。的色散棱鏡,它與一塊60。的分光棱鏡的作用等效。 反射式Littrow型棱鏡單色器:一般是用一塊離軸拋物面鏡同時(shí)起準(zhǔn)直物鏡和成像物鏡的作用。光束兩次通過棱鏡,可以使色散加倍。自準(zhǔn)式30。棱鏡單色器在分辨率要求不高的時(shí)候,經(jīng)常采用一塊球面鏡和一塊30。棱鏡組成簡(jiǎn)單的Littrow型棱鏡單色器。在棱鏡直角邊的一側(cè)涂上反射膜層,使光束經(jīng)此面折回。當(dāng)旋轉(zhuǎn)自準(zhǔn)棱鏡時(shí),可實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)掃描。為減少雜散光,一般在棱鏡膜層后面霉不通光的棱邊上涂上黑色無光漆。 Wadsworth型棱鏡單色器:其色散棱鏡和一塊平面反射鏡連在一起,形成恒偏向裝置。波長(zhǎng)掃描時(shí),棱鏡和平面鏡一起繞棱鏡底邊中點(diǎn)旋轉(zhuǎn)。該系統(tǒng)有較好的成像質(zhì)量。 棱鏡單色器的棱鏡,有的用玻璃(可見光區(qū)),有的用石英(紫外光區(qū)),有的用NaCl或NaF等晶體(紅外區(qū)),根據(jù)不同的類型而定。
(2)光柵單色器 常見的光柵單色器種類有以下幾種。
Littrow型光柵單色器:光束在光柵上的入射角接近等于衍射角,準(zhǔn)直物鏡成像物鏡同用一個(gè)物鏡。這種類型的單色器,又稱自準(zhǔn)式光柵單色器。因?yàn)樗娜肷洫M縫與出射狹縫很靠近,所以其雜散光比較大。 Czerny-Turner(簡(jiǎn)稱C-T型)型光柵單色器:這種光柵單色器是一種采用兩塊球面鏡作為準(zhǔn)直鏡和成像物鏡的系統(tǒng)。常用水平排列方式。兩塊球面鏡可以相互補(bǔ)償彗差,具有較好的成像質(zhì)量。并且,增加狹縫高度,不會(huì)嚴(yán)重影響儀器的分辨率。同時(shí),球面鏡的加工也比較容易。 瀨谷—波岡型凹面光柵單色器:這是一種羅蘭圓外的裝置,入射和出射狹縫都在羅蘭圓之外,光柵上的入射光軸與出射光軸夾角較大,一般約為70。。在保持入射狹縫和出射狹縫都不動(dòng)的情況下,繞光柵中心轉(zhuǎn)動(dòng)光柵,就可完成光譜掃描。一般入射角由26。變到44。時(shí),離焦量為光柵中心到出射狹縫距離的01%。其主要像差是像散和彗差。但已有消像散的凹面光柵,可消除像散,獲得很高的像質(zhì)。 Ebert型光柵單色器:只用一塊凹面球面鏡的兩部分,作為準(zhǔn)直鏡和物鏡,代替C-T型光柵單色器的兩塊凹面球面鏡。此結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單,成本較低。 Monk-Gilieson型光柵單色器:是一種更加)簡(jiǎn)單的單色器,只有一塊光柵和一個(gè)雙凸透鏡。 此外,還有雙單色器。如果將兩個(gè)簡(jiǎn)單的單色器連接在一起,就組成了雙單色器。雙單色器有一個(gè)入射狹縫、一個(gè)出射狹縫和一個(gè)中間狹縫。中間狹縫既是第一個(gè)單色器的出射狹縫,又是第二個(gè)單色器的入射狹縫。兩個(gè)單色器的連接有兩種方式:一種是兩個(gè)單色器的色散相加,另一種是兩個(gè)單色器的色散相減。 判斷雙單色器中兩個(gè)單色器的色散是相加還是相減,可用下述簡(jiǎn)單方法:假設(shè)一路光束從第一個(gè)單色器的入射狹縫進(jìn)入,另外一路光束從第二個(gè)單色器的出狹縫進(jìn)入,兩路光束聚焦成像在中間狹縫平面上,如果兩路光束形成的長(zhǎng)波光線及短波光線位置都相同,則為色散相減系統(tǒng);如果所形成的長(zhǎng)波光線及短波光線位置相反,則為色散相加系統(tǒng)。 很多設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)光柵單色儀時(shí),喜歡采用IV型凹面全息光柵組成最簡(jiǎn)、而雜散光又很小的單色器。因?yàn)镮V型凹面全息光柵組成的單色器只需要一光柵和兩個(gè)狹縫,而且,入射射狹縫和出射狹縫是物像關(guān)系。如北京普析通用公司生產(chǎn)的高壓液相色譜儀,采用Ⅳ型凹面全息光柵組成的簡(jiǎn)單單色儀作為分光檢測(cè)器,性能很好。 要想使用IV型凹面全息光柵組成簡(jiǎn)單的單色儀,必須對(duì)IV型凹面全息光柵的光學(xué)特性有所了解。它是一種消像差的光柵,入射狹縫和出射狹縫是物像關(guān)系。有些高壓液相色譜儀器的設(shè)計(jì)者,在使用IV型凹面全息光柵組成單色儀時(shí),為了加強(qiáng)對(duì)光能量的利用,在單色器的出射狹縫處加一塊透鏡。但是,透鏡沒有消色差,造成可見光區(qū)和紫外光區(qū)的像點(diǎn)不在同一個(gè)位置(流動(dòng)池的中心),甚至可能相差很遠(yuǎn),結(jié)果反而適得其反。 光柵單色器常用的光柵有刻劃光柵、全息光柵、復(fù)制光柵等,其中又分為平面光柵、凹面光柵、中階梯光柵等(還可以細(xì)分)。一般紫外可見分光光度計(jì)等光學(xué)類分析儀器中使用的光柵多為復(fù)制光柵。
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