紫外可见分光光度计中的单色器结构

在紫外可见分光光度计中, 常将光栅、准直镜、物镜、狭缝等元件组合起来, 作为紫外可见分光光度计的一个核心部件。紫外可见分光光度计中的单色器一般又分棱镜单色器和光栅单色器两种, 现将其具体构型和排列方式介绍如下。

　　( 一) 棱镜单色器

　　常见的棱镜单色器共有如下四种构型。

　　1. 透射式棱镜单色器

　　透射式棱镜单色器一般采用阿贝型恒偏向棱镜。直角棱镜只起反光作用, 不参与分光。所以, 阿贝棱镜可以看成是两块30°的色散棱镜, 它与一块60°的分光棱镜的作用相等效。

　　2. 反射式立特洛( Litt row) 型棱镜单色器

　　反射式立特洛( Litt row) 型棱镜单色器。该单色器一般是用一块离轴抛物面镜同时起准直物镜和成像物镜的作用。光束两次通过棱镜, 可以使色散加倍。

　　3. 自准式30°棱镜单色器

　　在分辨率要求不高的时候, 经常采用一块球面镜和一块30°棱镜组成简单的立特洛型棱镜单色器。其光路如图3-22 所示。该单色器在棱镜直角边的一侧涂上反射膜层, 使光束经此面折回。当旋转自准棱镜时, 可实现波长扫描。为减少杂散光, 一般在棱镜膜层后面或不通光的棱边上涂上黑色无光漆。

　　4. 瓦茨沃斯(Wadswor th) 型棱镜单色器

　　该单色器的色散棱镜和一块平面反射镜连在一起, 形成恒偏向装置。波长扫描时, 棱镜和平面镜一起绕棱镜底边中点C转。该系统有较好的成像质量。

　　( 二) 光栅单色器

　　常见的光栅单色器大致有以下5 种类型。

　　1. 立特洛( Litt row) 型光栅单色器

　　光束在光栅上的入射角接近等于衍射角, 准直物镜和成像物镜同用一个物镜。这种类型的单色器, 又称自准式光栅单色器。因为它的入射狭缝、出射狭缝很靠近, 所以其杂散光比较大。

　　2. 切尔尼-特纳( Czerny-Turner ,简称C-T 型) 型光栅单色器

　　这种光栅单色器是一种采用两块球面镜作为准直镜和成像物镜的系统。常用水平排列方式。两块球面镜可相互补偿慧差, 具有较好的成像质量。并且,增加狭缝高度不会严重影响仪器的分辨率。同时, 球面镜的加工也比较容易。

　　在该系统中, 入射狭缝S1 和出射狭缝S2 对称分布在色散元件的两边, M1 和M2 分别为准直镜和物镜; 该系统的*大特点是像差(慧差) 小。它的慧差为自准直系统的1/ 5 左右, 所以该系统经常被大量采用。

　　3. 濑谷-波冈型凹面光栅单色器

　　濑谷-波冈型凹面光栅单色器是一种罗兰圆外的装置, 入射和出射狭缝都在罗兰圆之外, 光栅上的入射光轴与出射光轴夹角较大, 一般约为i +θ= 70°。在保持入射狭缝和出射狭缝都不动的情况下, 绕光栅中心转动光栅, 就可完成光谱扫描。一般入射角由26°变为44°时, 离焦量才有光栅中心到出射狭缝距离的0. 1%。其主要像差是像散和慧差。但已有消像散的凹面光栅, 可消除型光栅单色器像散, 获得很高的像质。

　　4. 艾伯特( Eber t ) 型光栅单色器

　　艾伯特( Eber t ) 型光栅单色器是只用一块凹面球面镜的两部分, 作为准直镜和物镜, 代替C- T 型光栅单色器的两块凹面球面镜。

　　5. Monk-Gilieson 型光栅单色器

　　( 三) 单色器光路的排列和分类

1. 水平式自准直系统

　　所谓自准直系统就是非对称的单色器光学系统; 所谓水平式自准直系统, 就是所有的光学元件中心和狭缝中心都在同一平面上的自准直系统。　于球面反射镜或抛物面反射镜M1 的焦面上。当光线进入狭缝S1 后, 通过小平面反射镜射到M1 上, M1 将入射的光线变成平行光后,照射到光栅G上, 经光栅色散后的光线再射到M1 上;还是由M1 聚焦到出射狭缝S2 上, 并在S2 处形成光谱。

　　2. 垂直式自准直系统

　　垂直式自准直系统 中, 杂散光与球差的数量与水平式自准直系统相同。但慧差不同, 水平式自准直系统的慧差使谱线产生非对称性变宽, 而垂直式自准直系统使谱线在高度方向产生非对称性伸长。因此, 对同样的光学参数来说, 该系统的分辨率略优于前者。

　　( 四) 用于非平行光束的平面光栅单色器

　　常见的平面光栅单色器是把光栅放在平行光束中工作, 这样可使光栅产生的像差较小, 仪器可以获得较高的分辨率。但是, 在有些专门的用途中, 不要求分辨率很高, 而要求仪器的通光性能很好。甚至通光性能比分辨率更加重要, 这时可以将光栅放在非平行光束中, 整个光学系统中除光栅以外,只有一块凹面反射镜。

　　( 五) 双单色器

　　如果将两个简单的单色器连接在一起, 就组成了双单色器。双单色器有一个入射狭缝、一个出射狭缝和一个中间狭缝。中间狭缝既是**个单色器的出射狭缝, 又是**个单色器的入射狭缝。两个单色器的连接有两种方式: 一种是两个单色器的色散相加; 另一种是两个单色器的色散相减。