《光谱仪器学》

第一章光谱学基础和光谱分析原理1

1-1 概述1

1-2原子结构和原子能级2

一、原子结构和原子谱线2

二、原子的能级4

1-3原子光谱5

一、原子发射光谱6

二、原子吸收光谱7

三、原子荧光光谱7

四、原子光谱的谱线强度8

五、原子光谱线的轮廓和宽度9

1-4分子运动和分子光谱13

一、分子结构和分子的能级13

二、分子转动光谱14

三、分子的纯振动光谱16

四、分子的振动-转动光谱17

五、分子的电子光谱18

六、喇曼（Raman）散射光谱19

七、分子荧光光谱20

1-5激光光谱学基础20

一、线性激光光谱学21

二、非线性激光光谱学22

1-6光谱分析原理23

一、发射光谱分析23

二、吸收光谱分析25

第二章光谱仪器的基本原理和发展27

2-1光谱仪器的基本组成和分类27

一、光谱仪器的基本组成27

二、光谱仪器的分类29

2-2 光谱仪器的基本特性30

2-3光谱仪器的仪器函数33

一、仪器函数的概念33

二、影响仪器函数的几个主要因素37

2-4 光谱仪器的发展41

第三章光谱棱镜45

3-1 最小偏向角条件45

3-2光谱棱镜的基本特性及其几何尺寸、材料的关系47

一、棱镜的角色散率47

二、棱镜的分辨率48

三、光束通过棱镜的光能损失50

四、棱镜的材料51

3-3 光谱线的弯曲——棱镜非主截面的色散54

3-4棱镜组的角色散55

一、棱镜的横向放大率55

二、棱镜组的角色散率55

3-5常用棱镜和棱镜组的类型56

一、简单三棱镜56

二、恒偏向棱镜系统57

三、阿米西（Amici）直视棱镜58

四、多棱镜色散系统58

第四章衍射光栅59

4-1平面衍射光栅59

一、光栅的基本特性和几何参数的关系59

二、平面定向光栅（小阶梯光栅）62

三、光栅的效率（Efficiency）和异常（Anomaly）64

四、谱线的弯曲66

五、光栅的制造和检验68

4-2凹面衍射光栅78

一、光程表示式和衍射极大值条件78

二、聚焦条件81

三、凹面光栅的象差83

四、凹面光栅光谱的基本特性86

五、新型凹面光栅89

4-3红外光栅和中阶梯光栅95

一、红外光栅（Echelette grating）95

二、中阶梯光栅（Echelle grating）96

第五章光谱仪器的光学系统98

5-1 光谱仪器光学系统的三级象差98

5-2准直、成象系统的象差和校正的要求100

一、准直系统的象差100

二、成象系统的象差102

三、象差校正的要求104

5-3反射式准直和成象系统106

一、反射镜的象差106

二、两种“等效”的装置类型107

三、二次衍射的避免108

5-4常用平面光栅装置类型109

一、艾伯特-法斯梯（Ebert-Fastie）装置类型109

二、切尔尼-特纳（Czerny-Turner）装置类型114

三、李特洛（Littrow）装置类型118

四、夏帕-格兰茨（Chupp-Grantz）装置类型120

5-5凹面光栅装置类型121

一、帕邢-琅支（Paschen-Runge）装置类型122

二、伊格尔（Eagle）装置类型123

三、掠入射装置类型124

四、瓦茨沃斯（Wadsworth）装置类型125

五、濑谷-波冈（Seya-Namioka）装置类型125

第六章摄谱仪128

6-1棱镜摄谱仪的光学系统及其特性128

一、棱镜摄谱仪的光学系统128

二、棱镜摄谱仪的光谱学特性129

6-2光栅摄谱仪的光学系统及其特性132

一、光栅摄谱仪的光学系统132

二、光栅摄谱仪的光谱学特性135

6-3 摄谱仪的照明系统138

第七章光电直读光谱仪141

7-1光电直读光谱仪的特点和类型141

一、光电直读光谱仪的特点141

二、光电直读光谱仪的类型142

7-2光电直读光谱仪的光学系统143

一、对光电直读光谱仪光学系统的要求143

二、光电直读光谱仪的光学系统144

7-3光电直读光谱仪的检测系统145

一、光电直读光度测定原理145

二、对光电直读光谱仪检测系统的要求146

7-4谱线的位移及校正147

一、谱线位移产生的原因147

二、谱线位移的校正148

7-5 典型的光电直读光谱仪149

第八章单色仪153

8-1单色仪的基本特性153

一、出射光束的光谱宽度△λ153

二、出射光束的辐射通量156

三、出射光束中的能量分布158

8-2单色仪的基本类型和性能指标159

一、棱镜单色仪159

二、光栅单色仪161

三、单色仪的基本性能指标163

8-3双联和三联单色仪164

一、双联和三联单色仪的光学系统164

二、双联单色仪的光谱特性165

三、双联单色仪的设计问题167

第九章分光光度计169

9-1分光光度计的工作原理169

一、单光束分光光度计的工作原理176

二、双光束分光光度计的工作原理178

9-2分光光度计的基本结构182

一、分光光度计的光学系统182

二、分光光度计的机械系统184

三、分光光度计的电子系统185

四、其他类型分光光度计的基本结构187

9-3分光光度计的基本性能指标191

一、分辨率191

二、波长（波数）精度及波长（波数）重现性192

三、光度精度和光度重现性193

四、光度线性及其检验194

五、杂散光195

六、100％透射率线的平直性196

七、信噪比196

第十章其他类型光谱仪器197

10-1法布里-珀罗光谱仪197

一、法布里-珀罗标准具的光学原理197

二、法布里-珀罗标准具的光谱特性199

三、法布里-珀罗光谱仪203

10-2傅里叶变换光谱仪205

一、傅里叶变换光谱仪的基本原理205

二、傅里叶变换光谱仪的基本特性207

三、傅里叶变换红外分光光度计212

10-3激光光谱仪220

一、激光喇曼光谱仪220

二、激光光声光谱仪222

三、激光微区光谱分析仪225

第十一章微型计算机在光谱仪器中的应用228

11-1微型计算机在光谱仪器中的应用228

一、微型计算机的结构和特点228

二、微型计算机在光谱仪器中的应用230

11-2微型计算机对仪器的控制231

一、自动扫描和光谱数据采集231

二、其它控制功能235

11-3光谱数据的运算、处理和显示236

一、光谱数据的运算236

二、光谱数据的后继处理239

三、光谱数据的显示和记录246

四、光谱的存储和检索247

第十二章光谱仪器设计概论248

12-1光谱仪器设计的基本原则和步骤248

一、光谱仪器设计的基本原则248

二、光谱仪器的设计步骤250

12-2 光谱仪器总体设计方案的确定255

12-3光谱仪器光学系统的设计257

一、光谱仪器光学系统的特点258

二、光谱仪器光学系统设计的若干问题258

12-4光谱仪器典型机械结构的设计262

一、光谱狭缝机构263

二、色散棱镜转台和光栅转台机构265

三、波长（波数）扫描机构266

四、光束调制器（斩光器）270

12-5光谱仪器电学系统设计基本知识271

一、光谱仪器电学系统的任务和设计要求271

二、光谱仪器的典型电学系统273

三、光谱信号的检测274

12-6光谱仪器的精度和误差分析280

一、平面光栅单色仪的波长精度280

二、激光喇曼光谱仪波数扫描机构的精度分析281

三、分光光度计的仪器误差与光度测定精度282

参考文献285