一种快速分光光度计光栅参数的选择

　　1　快速分光光度计的组成

　　分光光度计用来进行光度测量,测量物体的光谱反射比和光谱透射比。单色器把光源的复合辐射光束分展成所要求的单色辐射光束;探测器则对被分展的单色辐射光束辐射功率加以定量测量。

　　单色器有棱镜单色器和光栅单色器,我们研制的快速分光光度计采用光栅单色器。主要用来进行非自发光体颜色参数的测量。

　　探测器通常在出射狭缝后依次接收单色光,一般探测器通常为光电管、硅光电池、光电倍增管等。而快速分光光度计无需出射狭缝,直接采用了光电二极管阵列,同时接收所要接收的工作光谱范围内的全部单色光。

　　快速分光光度计光学系统如图1所示。被测物表面反射光经积分球I出射(其中一路),光线通过处在前焦平面上的入射狭缝S及反射镜F经透镜系统 L2平行入射到光栅G上,光栅衍射后经透镜系统L2聚焦在后焦平面上,由处在后焦平面上的光电二级管阵列接收。快速分光光度计工作光谱范围为 380～780nm,探测器为256元、每元间隔0.05mm的光电二级管阵列。

　　2　光栅单色器

　　光栅单色器如图1中大虚线框内所示,采用自准直式平面光栅装置。由图2可知光栅方程式为

　　式中d为光栅常数,即槽距,θi为入射角,θk为衍射角,K为光谱级次(本单色器取K=+1),λ为衍射波长。从光栅方程式(1)可以看出,当光栅常数d和入射角θi确定时,对于一定的光谱级次K,光谱的波长愈长,衍射角也愈大。因此,光谱按波长不同而产生空间排列。不同波长的主极大除零级外, 都不重合,并且按波长的级次自零级开始向左右两侧,由短波向长波散开;另一方面,每一波长的主极大,在实际光栅的衍射图中,都是细亮线。这样,当含有许多波长的复色光入射到光栅上时,可以得到按波长次序排列的一系列细亮线,并且对每一级都有一组这样的主极大的细亮线。

　　分光光度计工作光谱范围为380～780nm,采用接收面长度为256×0.05=12.8mm,高为2.5mm器件。光栅单色器必须把复色光同时分展到后焦平面处12.8mm长的光敏面上。为此,在光学系统和探测器一定的情况下选择反射光栅首先需要考虑以下两点:

　　1).光栅衍射的能量分布是否满足单色器的工作光谱范围;

　　2).能否使单色器色散率满足要求。

　　3　光栅衍射光的能量分布

　　用光栅作为色散元件,如图3所示,入射光沿刻槽斜表面法线N′入射时,沿同方向的衍射光所形成的光谱,可以得到最大的相对光强。此时衍射方向上,θi=θk=θb,得到单缝衍射的主极大,而相应的反射角θb则称为闪耀角。单色器中,闪耀波长通常是对第一级光谱而言的。