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范文一：物体对光的透射、反射和吸收
物体对光的透射、反射和吸收
无论哪一种物体，只要受到外来光波的照射，光就会和组成物体的物质微粒发生作用。由于组成物质的分子和分子间的结构不同，使入射的光分成几个部分:一部分被物体吸收，一部分被物体反射，再一部分穿透物体，继续传播(图2-18)。图中为入射光通量;为透射光通量;为反射光通量;为物体吸收的光通量。
一)、透射
透射是入射光经过折射穿过物体后的出射现象。被透射的物体为透明体或半透明体，如玻璃，滤色片等。若透明体是无色的，除少数光被反射外，大多数光均透过物体。为了表示透明体透过光的程度，通常用入射光通量(见图2-18)与透过后的光通量之比τ来表征物体的透光性质，τ称为光透射率。
图2-18
表示为
从色彩的观点来说，每一个透明体都能够用光谱透射率分布曲线来描述，此光谱透射率分布曲线为一相对值分布。所谓光谱透射率定义为从物体透射出的波长λ的光通量与入射于物体上的波长λ的光通量之比。表示为
通常在测量透射样品的光谱透射率时，还应以与样品相同厚度的空气层或参比液作为标准进行比较测量。
(二)、吸收
物体对光的吸收有两种形式:如果物体对入射白光中所有波长的光都等量吸收，称为非选择性吸收。例如白光通过灰色滤色片时，一部分白光被等量吸收，使白光能量减弱而变暗。如果物体对入射光中某些色光比其它波长的
色光吸收程度大，或者对某些色光根本不吸收，这种不等量地吸收入射光称为选择性吸收。例如白光通过黄色滤色片时，蓝光被吸收，其余色光均可透过。
物体表面的物质之所以能吸收一定波长的光，这是由物质的化学结构所决定的。可见光的频率为不同物体由于其分子和原子结
构不同，就具有不同的本征频率，因此，当入射光照射在物体上，某一光波的频率与物体的本征频率相匹配时，物体就吸收这一波长(频率)光的辐射能，使电子的能级跃迁到高能级的轨道上，这就是光吸收。
在光的照射下，光粒子与物质的微粒作用，这些物质吸收某些波长的光粒子，而不吸收另外一些波长的光粒子，使得不同物质具有不同的颜色。例如，油墨的颜色是颜料的分子结构所决定的。分子结构的某些基团吸收某种波长的光，而不吸收另外波长的光，从而使人觉得好像这一物质"发出颜色"似的，因此把这些基团称为"发色基团"。例如，无机颜料结构中有发色团，如铬酸盐颜料是(重铬酸根)，呈黄色;氧化铁颜料的发色团是呈红色;铁蓝颜料的发色团是呈蓝色。这些不同的分子结构对光波有选择性的吸收，反射出不同波长的光。
表面覆盖了涂料的物体 ，对于不透明的涂料来说，颜料颗粒反射回的光还受到颜料连结料性质的影响;如果涂料是透明的，物体的颜色不仅取决于涂料的颜色，还很大程度上决定于涂料层下物体的颜色。
白光投射到非选择性吸收物体上时，各种波长的光被吸收的程度一样，所以，从物体上反射或透射出来的光谱成份不变，即这类物体对于各种波长的光的吸收是均等的，产生消色的效果。
范文二：温度对光吸收系数的影响和修正方法
温度对光吸收系数的影响和修正方法
吴 明 , 张帮锋
() 中山市道路运输车辆综合性能小榄检测站 , 广东 中山 528415
摘 要 : 不同车辆所测烟气的温度变化较大 ,严重影响光吸收系数检测值 ,且柴油车废气排放
烟气按照理想气体状态方程进行温度修正的误差很大 。文中通过稳定烟气源进行不同温度下光
吸收系数检测试验 ,得到在各光吸收系数区间内中值的特征方程 ,从而推导出基态温度光吸收系
数的修正公式 。
关键词 : 汽车 ; 柴油车 ; 光吸收系数 ; 烟气温度
() 文章编号 :1671 - 2668 200901 - 0012 - 03 中图分类号 : U467 . 4 文献标识码 : A
的关系以及光吸收系数能否按理想气体状态方程进 目前 ,在柴油车光吸收系数 K 检测中 ,无论是
自由加速法或加载减速法 ,都没有对光吸收系数进 行温度修正 ,本文进行光吸收系数与烟气温度关系 行压力和温度修正 。在实际检测中 ,不同车辆所测 的试验和分析 ,并提出基态温度 T 光吸收系数修正 烟气的压力变化不大 ,因此可以忽略压力对检测值 方法 。
的影响 ,但不同车辆所测烟气的温度变化很大 ,温度 1 试验方法与试验结果 的影响不可忽略 。 现有检测是将不透光烟度计的
保持柴油车热状态基本一致 ,采用直接挡在 55 测量室温度维持
() 在 75 ?4?来进行的 。由于被检烟气是不断地流 k m/ h 车速恒速最大油门稳态测功率 , 使试验车辆 动通过测量室 ,烟气与测量室之间存在热传导过程 发动机排气温度和 K 值保持基本不变 ,保证发动机 和时间 排气状态基本相同 ,所以测量室温度并不等于被检烟气温度 ,测 ,提供稳定状态的烟气源 。对两 量室温度只能影响被检烟气温度 ,但不能控制被检 台车辆的废 气排 放 进 行 试 验 , 一 台 车 辆 的 K 值 较 烟气温度 。 小 ,另一台车辆的 K 值较大 。
现有光吸收系数判断限值没有统一的基态温 在不透光烟度计的气室进气管路上安装一个加 度 ,对光吸收系数检测值也没有进行基态温度修正 , 温器调节温度 ,检测时 ,相同状态的发动机排气经过 造成许多错判 。有人把柴油车排放烟气当作理想气 加温器进入气室后其温度产生变化 。在气室内装上 体 ,采用理想气体状态方程把检测光吸收系数修正 一个温度传感器 ,同步测量气室内烟气的温度和光 到基态温度光吸收系数 。为探究光吸收系数与温度 吸收系数 K 值 。试验数据见表 1 。
表 1 试验车辆的检测结果
A 车辆 B 车辆
- 1- 1- 1- 1- 1- 1功率/ k W 温度/ ? δ/ m 功率/ k W 温度/ ? δ/ m K/ m K/ m 70 K/ m K/ m 66 t 70 t 66
28 . 3 54 0 . 46 0 . 439 0 . 129 36 . 4 47 2 . 77 2 . 615 0 . 455
28 . 6 62 0 . 33 0 . 322 0 . 012 36 . 2 56 2 . 33 2 . 261 0 . 101
28 . 2 70 0 . 31 0 . 310 0 36 . 6 66 2 . 16 2 . 160 0
28 . 3 76 0 . 24 0 . 244 - 0 . 066 36 . 5 74 2 . 04 2 . 088 - 0 . 072
28 . 7 82 0 . 21 0 . 217 - 0 . 093 36 . 3 84 1 . 87 1 . 969 - 0 . 191
δ注 : Kt 为 t ?时检测的光吸收系数 ; K70 为 A 车辆按理想气体状态方程修正到 70 ?时的光吸收系数 ;70 = K70 -
0 . 31 ; K66 为 B 车辆按理想气体状态方程修正到 66 δ?时的光吸收系数 ;66 = K66 - 2 . 16
( ) ( ) 如果柴油车排放烟气与理想气体相似 ,符合理 K T = Kt [ t + 273/ T + 273]
式中 : K 为修正到 T ?时的光吸收系数 。T 想气体状态方程 :
与 公 路 汽 运 130 期 总第 H i g h w a y s & A ut om ot i v e A p p l i c at i ons 13
光吸收系数与温度的关系曲线近似为二次曲
线 ,因此 ,用温度 的二次方程进行回归计算 。A 车辆
用 54 ?、70 ?、82 ? 3 个温度点试验数据进行计
算 ,可解得二次方程的 a = 1 . 107 , b = - 0 . 014 , c =
- 5 3 . 72 ×10 ,得 A 车辆的回归曲线方程
- 5 2 KA = 1 . 107 - 0 . 014 t + 3 . 72 ×10 t
B 车辆用 47 ?、66 ?、84 ?3 个温度点试验数
据进行计 算 , 经计 算 , 得二 次 方程 的 a = 5 . 62 , b = 1 两车辆光吸收系数与温度的二次曲线图 图 - 4 - 0. 081 ,c = 4. 323 ×10 ,得 B 车辆的回归曲线方程- 1 最大理论误差为 0 . 083 m , 这种误差满足在用车 - 4 2 KB = 5 . 62 - 0 . 081 t + 4 . 323 ×10 t检测准确性和判断精度的要求 。
按上述两回归方程计算的 A 、B 车辆各温度下
的 K 值见表 2 。 2 试验分析
表 2 按回归方程计算的各温度下的 K 值 ) 1由表 1 可知 , 柴油车排气烟度的光吸收系数 A 车辆 B 车辆 受被检烟气温度的影响很大 , 而且柴油车排放烟气 KKKK温度 t h δ温度 t h δ hh与理想气体差异很大 , 采用理想气体状态方程进行 - 1 - 1 - 1 - 1 - 1 - 1 / m / m / m / m / ? / m / ? / m 温度修正光吸收系数的误差仍然很大 , 如果不把不 54 0 . 46 0 . 460 0 47 2 . 77 2 . 770 0 同温度 t 所测烟气的光吸收系数 K 修正到某一规 t 62 0 . 33 0 . 382 0 . 052 56 2 . 33 2 . 440 0 . 110 定基态温度 T 时的光吸收系数 K 来进 行 限值 判 T 70 0 . 31 0 . 310 0 66 2 . 16 2 . 160 0 断 , 则判断没有统一性 , 会造成错判 。 1 . 993 - 0 . 047 76 0 . 24 0 . 258 0 . 018 74 2 . 04 在用柴油车废气排放 K 值检测中 , 当发动机温 82 0 . 21 0 . 210 0 84 1 . 87 1 . 870 0
度正常时 , 由于排气管结构和长度不同 , 加上取样管 δ注 : Kh 为按回归方程计算的光吸收系数 ;h = Kh - Kt
长短 、环境温度和风扇气幕及加载减速工况法检测 由表 2 可知 ,采用二次曲线回归 ,车辆 A 、B 试 () 时间的影响 如时间偏长 , 发动机易过热, 会造成不 验数据的相关性均较好 。 同车辆的检测烟气温度变化很大 。相同的烟气源 , 设基态温度 T 为 70 ?,按回归方程分别计算在不透光烟度计的透光检测气柱体积内 , 当烟气温
两车辆在 45 ?、70 ?、95 ?时 的 光 吸 收 系 数 , 得 度升高时 , 单位容积的微粒数减少 , 微粒的平均投影 - 1 - 1 面积减少 , 单个微粒的体积略有增大 , 密度减小 , 微 K= 0 . 552 m 、K= 0 . 309 m 、K= 0 . 113 A45 A70 A95
- 1 - 1 - 1 粒的消光系数减小 , 造成单位容积的微粒数 、微粒的 m 、K= 2 . 850 m 、K= 2 . 068 m 、K=B45 B70 B95
- 1 平均投影面积和微粒的消光系数三者乘积的光吸收 1 . 827 m 。从 而 可 得 到 两 回 归 曲 线 在 45 ?、70系数变化很大 。烟气的光吸收系数与理想气体的质 Δ ?、95 ?时的光吸收系数差 :K45 = 2 . 850 - 0 . 552量是完全不同的 物 理概 念 , 影响 因 素也 不相 同 , 对 - 1 - 1 Δ = 2 . 298 m ,K70 = 2 . 068 - 0 . 309 = 1 . 759 m ,K 与温度的关系难以进行理论推导 , 只能通过试验 - 1 Δ K= 1 . 827 - 0 . 113 = 1 . 714 m 。如果不同光吸 95 来确定 。
收系数与温度的关系都表现出 类似 的二 次曲 线 规 ) 2由表 2 可知 , 柴油车废气排放烟气光吸收系
数 K 近似是温度的二次函数 , 发动机排气状态一定 律 , 形成二次曲线束 , 则两回归曲线在 45,95 ?的
的烟气 , 随温度的上升 , K 随温度的二次 方 呈现 下 ΔΔ Δ 曲线不平行度L =K45 - K95 = 2 . 298 - 1 . 714 =- 1 降趋势 。也可以简单地定性分析 :当烟气的检测容 0 . 584 m , 换算到 70 ?时的单位光吸收系数的不 - 1 平行度为ΔL /Δ K= 0 . 584/ 1 . 759 = 0 . 332 m ( 如 积和压力不变时 , 设某一温度时被检烟气的黑粒体 70
) 图 1 所示。 ηη积与气体体积之比为, 而 K 与成正比 , 由于黑粒
的膨胀系数小于气体膨胀系数 , 烟气温度增高 , 黑粒 如果以两回归曲线的中间曲线来计算 , 则不平
η体积的增加小于气体体积的增加 ,下降 , 从而造成 Δ行度L 减半为 0 . 332/ 2 = 0 . 166 , 所以 , 70 ?时各
Δ 光吸收系数区间K = 0 . 5 相对中间曲线的平均不
- 1 Δ平行度 L = 0 . 166 ×0 . 5 = 0 . 083 m 。即如果以
70 ?作为基态温度 , 在各光吸收系数 0 . 5 区间和 45
,95 ?范围内 , 按中间曲线方程计算 , 光吸收系数
与 公 路 汽 运 第 1 期 & A ut om ot i ve A p p l i c at i ons H i g h w a y s 14 2009 年 1 月 K 值下降 。采用温度的二次回归曲线 , 不仅可以确 温度光吸收系数
2 2保基态温度和左右两个高低温度共 3 个点的修正误 K = K+ ( b T + c T) -bt- ctt T t t 差很小 , 而且可以控制这 3 个点各自左右其他温度 ( ) 3基态温度设定后 ,各光吸收系数区间的 b T 点的修正误差在较小范围 。 2 + c T) 为定值 A 。如果基态温度检测判断光吸收 1 Δ 在K 值区间范围和检测温度范围内 , 各条下 系数限值为 K, 为简化试验 , 调整稳定烟气源和加2 降不相交的光吸收系数温度二次曲线束可以认为是 热器在基态温度时所测光吸收系数为 K2 , 在该稳定 Δ 与K 区间中值二次曲线相平行的二次曲线束 , 在 烟气源试验得到二次方程 。以该二次方程作为整个 其中任意 2 条二次曲线上 , 各 t 点上的 K 差值相等 , 测量 K 范围的唯一特征方程 , 该二次方程曲线即为 即两曲线方程中温度一次项系数 b 相等 , 二次项系 限值判断曲线 , 若检测值在曲线上则不合格 , 在下面
则合格 。这样简化 , 可以保证判断的准确性 。 数 c 也相等 , 只有常数项 a 不相等 。所以 , 只要通过
) 4无论检测烟气温度为何值 , 先把所检测的光 Δ 试验得到K 区间中值 K 的特征方程 , 检测到在用 吸收系数认定在按基态温度划分的光吸收系数区间 车的 Kt 和 t t 后 , 把 Kt 和 t t 代入特征方程 , 即可得 a内 , 并按该区间对应的 A 、b、c 计算 K , 如果 K 值1 T T 值 , 从而可得通过该点与特征方程曲线平行的二次
曲线和方程式 。把规定的基态温度代入该方程式 ,
Δ 即可得到基态温度下的光吸收系数值 。K 区间越 仍在该区间内 , 则修正完成 ; 如果 K T 值不在该区间 小 , 所测 t偏离 T 值越小 , K 误差越小 。通过试验 t T 而在相邻区间内 , 则按该区间对应的 A 1 、b、c 重新计 可找到各种车辆检测烟气的温度 , 通过统计找到中 算 K , 并作为最后修正值 。这样可提高修正精度 。T 间温度作为基态温度 , 尽量减小实际检测温度与基
态温度的差值 , 从而提高修正精度 。 结 语4 本次试验中 , 受试验条件和时间的限制 , 试验样
本太少 , 尤其是缺少判断限值点的烟气源试验 , 光吸 现有检测由于没有对光吸收系数检测值进行温
度修正 , 检测判断缺乏一致性 , 而采用理想气体状态 收系数与温度的试验没有覆盖判断限值 K 点的较
大范围 。由于是冬天试验 , 试验烟气温度偏低 , 设定 方程进行温度修 正 的误 差很 大 , 所 以 , 需 要 经过 试
验 , 寻找柴油车 各 种 排 放 烟 气 K 与 温 度 的 特 征 方 基态温度偏低 , 试验温度范围也偏小 。如果再并联
程 , 然后把不同温度检测中得到的光吸收系数修正 安装一台不透光烟度计 , 对发动机排气稳定烟气源
的参数进行同步监控 , 将大大提高试验精度 。 到基态温度的光吸收系数 。本修正方法并不考虑也
无法考虑同一车辆不同发动机温度时光吸收系数的
变化 , 只是把不同车辆检测中不透光烟度计里透光
气柱不同温度时的光吸收系数换算成基态温度时的
气柱光吸收系数 , 即把不同温度的检测废气都放在
规定统一温度状态下检测光吸收系数 , 可大大减小 试验和修正步骤 3 各种检测因素对 K 检测值的影响 , 也可防止使发动
机过热造成 K 值下降的检测不规范 , 保证检测的准 ) 1保持柴油车热状态基本一致 ,采用直接挡在
55,70 k m/ h 内任选一个车速点恒速最大油门稳态 确性和判断的一致性 。
测功率 。每次进行改变温度光吸收系数检测前 ,均
应保证在相同车速点最大油门稳态测功率时的功率
值 、发动机排气温度 、监控 K 值 3 个参数基本不变 ,
确保提供稳定状态的柴油车废气排放烟气源 。
) 参考文献 :2考虑南方和北方 、冬天和夏天较大环境温差
对检测烟气温度的影响 ,可以规定基态温度 T 为 85 [ 1 ] GB3847 - 2005 ,车用压燃式发动机和压燃式发动机汽 车排气烟度排放限值及测量方法 [ S ] . ( ( ) )?,以规定的基态温度 T 和 T + 25?、T - 25
HJ / T292 - 2006 , 柴油车加载减速工况法排气烟度测 [ 2 ] ? 3 个温度点所测的光吸收系数 K值来计算 , 从 i 量设备技术要求 [ S ] .
吴 明 . 柴 油 车 加 载 减 速 烟 度 检 测 试 验 分 析 与 建 议 而得到该稳定状态排放烟气源光吸收系数与温度的
[ 3 ] () [J ] . 公路与汽运 ,2008 2. 二次方程 。对 车 辆 进 行 检 测 , 得 到 光 吸 收 系 数 Kt
和烟气温度 t 并代入特征方程 ,得到修正后的基态t
收稿日期 :2008 - 08 - 04
范文三：(一)物质对光的选择性吸收
第三节 吸光光度法
一、测定原理
基于物质对光的选择性吸收而建立的分析方法称为吸光光度法，包括比色法、可见分光光度法及紫外分光光度法等。本章重点讨论可见光区的吸光光度法。
KMnOKCrO有些物质的溶液是有色的，例如溶液呈紫红色，水溶液呈橙色。许多4227
3，物质的溶液本身是无色或浅色的，但它们与某些试剂发生反应后生成有色物质，例如与Fe
3，2，生成血红色配合物; 与邻二氮菲生成红色配合物。有色物质溶液颜色的深浅与FeFe
其浓度有关，浓度愈大，颜色愈深。如果是通过与标准色阶比较颜色深浅的方法确定溶液中有色物质的含量，则称为目视比色法，如果是使用分光光度计，利用溶液对单色光的吸收程度确定物质含量，则称为分光光度法。
吸光光度法主要用于测定试样中的微量组分，具有以下特点:
,2,5灵敏度高。常可不经富集用于测定质量分数为(1),。的微量组分，甚至可测1010
,6,8,5,6,1定低至质量分数为,的痕量组分。通常所测试的浓度下限达,。 10101010molL,
(2)准确度高。一般目视比色法的相对误差为5,,l0,，分光光度法为
2,,5,。
(3)应用广泛。几乎所有的无机离子和许多有机化合物都可以直接或间接地用分光光度法进行测定。不仅用于测定微量组分，也能用于高含量组分的测定及配合物组成、化学平衡等的研究。如农业部门常用于品质分析、动植物生
理生化及土壤、植株等的测定。
(4)仪器简单，操作方便，快速。近年来，由于新的、灵敏度高、选择性好的显色剂和掩蔽剂的不断出现，以及化学计量学方法的应用，常常可以不经分离就能直接进行比色或分光光度测定。
(一)物质对光的选择性吸收
1(光的基本性质
光是一种电磁波，同时具有波动性和微粒性。光的传播，如光的折射、衍射、偏振和干涉等现象可用光的波动性来解释。描述波动性的重要参数是波长、频率，它们,,H，，Zm，，
c,,341与光速c的关系是: ,,,,，,,cJsmsEhh310,
(10(1) ,,,c
,1881,在真空介质中光速为2.9979，约等于还有一些现象，如光电效，10ms310，ms
应、光的吸收和发射等，只能用光的微粒性才能说明，即把光看作是带有能量的微粒流。这种微粒称为光子或光量子，其能量E决定于光的频率。
c (10(2) ,,,Ehh,
,34式中E为光子的能量(J);h为普朗克常数(6.626)。 ，10Js
由式(10(2)可知，A越小，E越大，所以短波能量高，长波能量低。 我们将眼睛能够感觉到的那一小段的光称为可见光，它只是电磁波中的一个很小的波段(400,750 nm)，也就是我们日常所见的日光、白炽光，是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种不同色光组合而
。理论上，将仅具有某一波长的光称为单色光，成的复合光(即由不同波长的光所组成的光)
单色光由具有相同能量的光子所组成。由不同波长的光组成的光称为复合光。单色光其实只是一种理想的单色，实际上常含有少量其他波长的色光。各种单色光之间并无严格的界限，例如黄色与绿色之间就有各种不同色调的黄绿色。不仅七种单色光可以混合成白光，两种适当颜色的单色光按一定强度比例混合也可得到白光。这两种单色光称为互补色，例如绿色光和紫色互补，黄色光和蓝色光互补等。
2(光吸收曲线
颜色是物质对不同波长光的吸收特性表现在人视觉上所产生的反映。一种物质呈现何种颜色，是与入射光的组成和物质本身的结构有关。如果把不同颜色的物体放在暗处，什么颜色也看不到。当光束照射到物体上时，由于不同物质对于不同波长的光的吸收、透射、反射、折射的程度不同而呈现不同的颜色。溶液呈现不同的颜色是由溶液中的质点(离子或分子)对不同波长的光具有选择性吸收而引起的。当白光通过某一有色溶液时，该溶液会选择性地吸收某些波长的色光而让那些未被吸收的色光透射过去即溶液呈现透射光的颜色，亦即呈现的是它吸收光的互补色的颜色。例如，
KMnO溶液选择吸收了白光中的绿色光，与绿色光互补的紫色光因未被吸收而透过溶4
KMnO液，所以溶液呈现紫色。 4
当依次将各种波长的单色光通过某一有色溶液，测量每一波长下有色溶液对该波长光的吸收程度(吸光度A)，然后以波长为横坐标，吸光度为纵坐标作图，得到一条曲线，称为该
溶液的吸收曲线，亦称为吸收光谱。
(3)吸收光谱产生的原理
吸收光谱一般有原子吸收光谱和分子吸收光谱。原子吸收光谱是由原子外层电子选择性地吸收某些波长的电磁波产生跃迁而引起的。我们所讨论的溶液的吸光度，属于分子吸收，所产生的光谱为分子吸收光谱，是分子中的价电子在分子轨道间跃迁产生的。在分子中，除了电子相对于原子核的运动之外，还有原子核的相对运动，分子作为整体围绕其重心的转动、分子的平动，以及原子之间的相对振动和分子中基团间的内旋转运动。因此，在分子中，除
，和分子平动能E。外，还有原子间的相对了电子运动能E。原子的核能E小分子转动能E
振动能E。和基团间的内旋转能E。等。当不考虑各种运动之间的相互作用时，可近似地认为分子的总能量为:
EEEEEEE,，，，，， enrtvi
EEE由于在一般化学实验条件下，不发生变化，和又比较小，所以一般只需考虑nti
电子运动能量、振动能量和转动能量:
EEEE,，， evr
而这三种能量又都是量子化的，对应有一定的能级。 在同一电子能级内，分子的能量还因振动能量的不同而分成若干分级，称为振动能级。当分子处于某一电子能级中某一振动能级时，分子的能量还会因转动能量的不同再分为若干分级，称为转动能级。显然，电子能
,E,E,E级的能量差，振动能级的能量差和转动能级的能量差，间相对大小关系为: evr
,E,E,E>> evv
当分子状态一定时，分子的总能量就是分子所处的电子能级、振动能级和转动能级的能量之和。
分子的转动能级能量差一般在0(005,0(05 eV，产生此能级的跃迁，需吸收波长约
,m为250,25的远红外光，这种光谱称为转动光谱或远红外光谱。 分子的振动能级能
,m量差一般在0(05,1 eV，需吸收波长约为25,1(25 的红外光才能产生跃迁。在分子振动时，同时有分子的转动运动。这样，分子振动产生的吸收光谱中，必然包括转动光谱，所以常称为振一转光谱。振一转光谱是一系列波长间隔很小的谱线，加上谱线变宽和仪器分辨率低的原因，观察到的是一个谱峰，或称吸收带。因此它是带状光谱，每一不同的吸收带对应于不同的振动跃迁。由于它所吸收的能量处于红外光区，所以常称为红外光谱。各种物
质的分子对红外光的选择吸收与其分子结构密切相关，故红外吸收光谱可应用于分子结构的研究。
分子的电子能级能量差约1,20 eV，比分子振动能级差要大几十倍，所吸收光的波长
,m约为1(25,0(06，主要在真空紫外到可见光区，相应形成的光谱，称为电子光谱或紫外、可见光谱。通常，分子是处在电子能级基态的振动能级上，当用紫外、可见光照射分子时，价电子可以跃迁产生的吸收光谱，在电子能级变化的同时，不可避免地伴随分子振动和转动的能级变化。因此它包含了大量谱线，并由于这些谱线的重叠而成为连续的吸收带。
(二)光的吸收的基本定律
1(朗伯一比耳定律
1760年，朗伯(Lamber)指出，当单色光通过浓度一定的、均匀的吸收溶液时，该溶液对光的吸收程度与液层厚度b成正比。这种关系称为朗伯定律，数学表达式为:
I0 lg,kb1I
1852年，比耳(Beer)指出，当单色光通过液层厚度一定的、均匀的吸收溶液时，该溶液对光的吸收程度与溶液中吸光物质的浓度c成正比。这种关系称为比耳定律，数学表达式为:
I0 lg,kc2I
如果同时考虑溶液浓度与液层厚度对光吸收程度的影响，即将朗伯定律与比耳定律结合起来，则可得:
I0 lg,KbcI
II该式称为朗伯一比耳定律的数学表达式。上述各式中、分别为人射光强度和透射0
,1kk光强度;b为光通过的液层厚度(cm);c为吸光物质的浓度();，和K均为比molL12例常数，与吸光物质的性质、入射光波长及温度等因素有关。上式的物理意义为:当一束平
I0行的单色光通过均匀的某吸收溶液时，溶液对光的吸收程度等与吸光物质的浓度和光lgI
通过的液层厚度的乘积成正比。
I0由于式中的等项表明了溶液对光的吸收程度，定义为吸光度，并用符号A表示;lgI
I0同时，是透射光强度与入射光强度之比，表示了入射光透过溶液的程度，称为透光度(以,I
表示时为透光率)，以T表示，所以又可表示为
I10 AKbc,,,lglgIT
应用该定律时应注意:(1)朗伯一比耳定律不仅适用于有色溶液，也可适用于其他均匀非散射的吸光物质(包括液体、气体和固体);(2)该定律应用于单色光时，既适用于可见光，也适用于红外光和紫外光，是各类吸光光度法的定量依据;(3)吸光度具有加和性，是指溶液的总吸光度等于各吸光物质的吸光度之和。根据这一规律，可以进行多组分的测定及某些化学反应平衡常数的测定。这个性质对于理解吸光光度法的实验操作和应用都有着极其重要的意义。
2(吸光系数和摩尔吸光系数
式中的比例常数K值随c、b所用单位不同而不同，如果液层厚度b的单位为cm，浓度
,1,,11LgcmgLc的单位为，K用以表示，n称为吸光系数，其单位是，则(10(6)式写为:
A=abc (10(7)
,1如果液层厚度b的单位仍为cm，但浓度c的单位为，则常数K用表示，称,,molL
,,11为摩尔吸光系数，其单位是，此时(10(6)写为: Lmolcm
A=bc ,
吸光系数a和摩尔吸光系数是吸光物质在一定条件、一定波长和溶剂情况下的特征常,
数。同一物质与不同显色剂反应，生成不同的有色化合物时具有不同的值，同一化合物在,
,不同波长处的也可能不同，在最大吸收波长处的摩尔吸光系数常以一表示。值越大，,,max
表示该有色物质对入射光的吸收能力越强，显色反应越灵敏。所以，可根据不同显色剂与待测组分形成有色化合物的值的大小，比较它们对测定该组分的灵敏度。以前曾认为,
4,,11>1×的反应即为灵敏反应，随着近代高灵敏显色反应体系的不断开发，,10Lmolcm
4,,11现在，通常认为?6×的显色反应才属灵敏反应，,10Lmolcm
4,,11<>
5,,11?1.0×的高灵敏显色反应可供选择。 ,10Lmolcm
,1应该指出的是，值仅在数值上等于浓度为1 ，液层厚度为1 cm时有色溶液,molL
,1的吸光度，在分析实践中不可能直接取浓度为1 的有色溶液测定值，而是根据低,molL
浓度时的吸光度，通过计算求得。
还应指出的是，上例求得的值是把待测组分看做完全转变为有色化合物计算的。实际,
上，溶液中的有色物质浓度常因副反应和显色反应平衡的存在，并不完全符合这种化学计量关系，因此，求得的摩尔吸光系数称为表观摩尔吸光系数。
(三)比色法和吸光光度法及其仪器
1(目视比色法
用眼睛观察、比较溶液颜色深浅以确定物质含量的分析方法称为目视比色法。常用的目视比色法采用标准系列法，这种方法是使用一套由同种材料制成、大小形状相同的平底玻璃管(称为比色管)，分别加入一系列不同量的标准溶液和待测溶液，在实验条件相同的情况下，再加入等量的显色剂和其他试剂，稀释至一定刻度，然后从管El垂直向下观察，比较待测溶液与标准溶液颜色的深浅。若待测液与某一标准溶液颜色一致，则说明两者浓度相等;若待测液颜色介于两标准溶液之间，则取其算术平均值作为待测液的浓度。
目视比色法的主要缺点是准确度不高，如果待测液中存在第二种有色物质，就无法进行测定。另外，由于许多有色溶液颜色不稳定，标准系列不能久存，经常需在测定时配制，比较麻烦。虽然可采用某些稳定的有色物质(如重铬酸钾、硫酸铜和硫酸钴等)配制永久性标准系列，或利用有色塑料、有色玻璃制成永久色阶，但由于它们的颜色与试液的颜色往往有差异，也需要进行校正。
目视比色法的优点是仪器简单，操作简便，适用于大批试样的分析，灵敏度较高。因为是在复合光——白光下进行测定，故某些显色反应不符合朗伯一比耳定律时，仍可用该法进行测定。因而它广泛用于准确度要求不高的常规分析中，例如土壤和植株中氮、磷、钾的速测等。
2(吸光光度法
(1)方法原理 吸光光度法是借助分光光度计测定溶液的吸光度，根据朗伯一比耳定律确定物质溶液的浓度。吸光光度法与目视比色法在原理上并不完全一样，吸光光度法是比较有色溶液对某一波长光的吸收情况，目视比色法则是比较透过光的强度。例如，测定溶液KMnOKMnO中的含量时，吸光光度法测量的是溶液对黄绿色光的吸收情况，目视比色44
KMnO法则是比较溶液透过红紫色光的强度。 4
(2)测定方法
cc?比较法。比较法是先配制与被测试液浓度相近的标准溶液、被测试液，在相同sx条件下显色后，测其相应的吸光度为A。和A。，根据朗伯一比耳定律:
AbcAbc,,,,; Sssxxx
两式相比得:
Abc,Sss, Abc,xxx
则得:
ASA cc,xsAx
cc应当注意，进行计算时，只有当与相近时，结果才可靠，否则将有较大误差。 xs
(2)标准曲线法。借助分光光度计来测量一系列标准溶液的吸光度，将吸光度对浓度作图，绘制标准曲线，然后根据被测试液的吸光度，从标准曲线上查得被测物质的浓度或含量。当测试样品较多时，利用标准曲线法比较方便，而且误差较小。
吸光光度法的特点是:因人射光是纯度较高的单色光，故使偏离朗伯一比耳定律的情况大为减少，标准曲线直线部分的范围更大，分析结果的准确度较高。因可任意选取某种波长的单色光，故利用吸光度的加和性，可同时测定溶液中两种或两种以上的组分。由于入射光的波长范围扩大了，许多无色物质，只要它们在紫外或红外光区域内有吸收峰，都可以用吸光光度法进行测定。
3(分光光度计及其基本部分
分光光度计一般按工作波长范围分类，紫外、可见分光光度计主要应用于无机物和有机物含量的测定，红外分光光度计主要用于结构分析。分光光度计又可分为单光束和双光束两类。
分光光度计通常由下列五个基本部件组成:
光源 单色器 样品室 检测器 显示仪表或记录仪
1)光源 一般采用钨灯(350,800 nm,可见光用)和氘灯(190,400 nm，紫外光用)，(
根据不同波长的要求选择使用。要求光源有一定的强度且稳定。光源的作用是提供分析所需的复合光。
(2)单色器其作用是将光源发出的复合光分解为按波长顺序排列的单色光，并能通过出射狭缝分离出某一波长单色光。它由人射和出射狭缝、反射镜和色散元件组成，其关键部分是色散元件。常用的色散元件有棱镜和衍射光栅。
?棱镜。由玻璃或石英玻璃制成。玻璃棱镜用于可见光区，石英棱镜用于紫外和可见光区。复合光通过棱镜时，由于棱镜材料对不同波长光的折射率不同而产生折射。对一般的棱镜材料，在紫外一可见光区内，折射率与波长之间的关系可用科希经验公式表示:
BC ,，，nA22,,
式中N为波长为A的入射光的折射率，A、B、C均为常数。所以，当复合光通过棱镜的两个界面发生两次折射，根据折射定律，波长小的偏向角大，波长大的偏向角小，故而能将复合光色散成不同波长的单色光。
?光栅。光栅有多种，光谱仪中多采用平面闪耀光栅。它由高度抛光的表面(如铝)上刻画许多根平行线槽而成，一般为600条,mm、1 200条,mm，多的可达2 400条,nm，甚至更多。当复合光照射到光栅上时，光栅的每条刻线都产生衍射作用，而每条刻线所衍射的光又会互相干涉而产生干涉条纹。光栅正是利用不同波长的入射光产生的干涉条纹的衍射角不同，波长长的衍射角大，波长短的衍射角小，从而使复合光色散成按波长顺序排列的单色光。
(3)样品室样品室包括吸收池架和吸收池。吸收池(又称比色皿)由玻璃或石英玻璃制成，用于盛放试液。有不同厚度规格的吸收池。玻璃吸收池只能用于可见光区，而石英池既可用于可见光区，亦可用于紫外光区。使用时应注意保持清洁、透明，避免磨损透光面。
(4)检测器检测器是一种光电转换元件，其作用是将透过吸收池的光信号强度变成可测量的电信号强度进行测量。目前，在可见一紫外分光光度计中多用光电管和光电倍增管。
光电管是一个真空二极管，阳极为一金属丝，阴极是金属做成的半圆筒，内侧涂有光敏物质。根据光敏物质的性能不同，有红敏和紫敏两种。红敏光电管阴极表面涂有银和氧化铯，适用波长范围为625,1 000 nm;紫敏光电管是阴极表面涂有锑和铯，适用波长为200--625 nm。
光电倍增管是利用二次电子发射放大光电流的一种真空光敏器件。它由一个光电发射阴极，一个阳极以及若干级倍增极所组成。
(5)显示仪表和记录仪早期的分光光度计多采用检流计、微安表作显示装置，直接读出吸光度或透光率。近代的分光光度计则多采用数字电压表等显示和用X—Y记录仪直接绘出吸收(或透射)曲线，并配有计算机数据处理台。
范文四：对光选择吸收性质的差异检查药物杂质探析
【摘要】 目的 通过药物对光选择吸收性质的差异来检测药物中的杂质方法 采用目视法直接比较或者用分光光度计测定吸收度、紫外分光光度法测定、原子吸收分光光度法以及红外分光光度法检查等方法对药物中的杂质进行检测。结果 药物中所含杂质与试剂反应后呈现出颜色与定量杂质对照品经同法处理后所呈的颜色区别可以检测药物中的杂质。结论 采用以上几种方法对药物中所含无机杂质及有机杂质进行检测方法简单有效，结果准确，实用价值高。 【关键词】 光选择吸收性质的差异；紫外分光光度法测定；分光光度计测定；药物杂质检查；原子吸收分光光度法；红外分光光度法检查；火焰光度法；目视法 doi：103969/jissn1004-7484（s）201306689 文章编号：1004-7484（2013）-06-3378-02 药物中所含有的杂质可分为无机杂质如氯化物、硫酸盐、硫化物、氰化物和重金属等；有机杂质比如有机药物中引入的原料、中间体、副产物、分解物、异构体和残留溶剂等。按杂质的来源可为一般杂质和特殊杂质。一般杂质是指在自然界中分布较广泛，在多种药物的生产或贮藏过程中容易引入的杂质，如酸、碱、水分、氯化物、硫酸盐、铁盐、重金属和砷盐等；特殊杂质是指在该药物的生产和贮藏过程中，根据其性质和一定的生产方法与工艺条件下有可能引入的杂质，如甲丙氨酯要检查氰化物，甲硝唑要检查2-甲基-5-硝基咪唑，因此，药物中可能引入的特殊杂质，要根据药物品种的不同而异。基于物质的对光选择吸收性质，按朗伯-比耳定律进行的分光光度法，其优点为灵敏度较高，仪器较普遍，常用于微量物质的测定。因此，如药物在紫外光区或可见光区无吸收而杂质有吸收，或在杂质吸收峰处药物无吸收，则杂质可被检出，所以分光光度法在杂质限量检查方面，应用日益广泛。 1 目视法直接比较或者用分光光度计测定吸收度 药物中所含杂质与试剂反应后呈现出颜色与定量杂质对照品经同法处理后所呈的颜色，用目视法直接比较或用分光光度计测定吸收度。如维生素K1中检查甲萘醌，具体操作是：取供试品20mg，溶于三甲基戊烷，加氨试液-乙醇（1：1）溶液，如含有甲萘醌，与氰基醋酸乙酯作用，生成化合物而显蓝色。与甲萘醌的三甲基戊烷溶液20ml用同一方法制成的对照溶液检查比较，不得更深。由于杂质检查属于限量检查，目视比色法一般能达到要求，方法又简便，因此，使用较多。也可将供试品处理后使杂质显色，于一定波长处测定，规定其吸收度值，从而控制杂质限量。如氢氯噻嗪中检查芳伯胺，将供试品溶解于两酮，加稀盐酸与亚硝酸钠进行重氮化，加氨基磺酸铵分解去除剩余的亚硝酸后，与二盐酸萘基乙二胺偶合显色，以无水丙酮经同法处理后作为空白，用1cm吸收池，于518±1nm波长处测定，吸收度不得超过010。 2 紫外分光光度法测定 药物中所含杂质在紫外光区有选择吸收者，可用紫外分光光度法测定。如肾上腺素中检查肾上腺酮，后者在310nm波长处有最大吸收，而肾上腺素在此波长无吸收波长处测定，吸收度不得超过005，用以控制肾上腺酮限量。又如吡喹酮在320nm波长处无吸收，而杂质在此波长有一平坦的吸收峰，如杂质吸收度较高时，可影响本品含量偏高，外观色泽微黄。当本品005mg/ml的乙醇溶液，在320nm波长的吸收度小于005时，含量测定结果符合含量限度规定，所以取含量测定项下溶液，检查杂质吸收度，不得超过005。 3 原子吸收分光光度法 利用药物中所含待检元素的原子蒸气，吸收发自光源的该元素的特定波长的辐射能，使原子中的电子波被激发，由较低级跃迁到较高能级，即原子由基态跃迁到激发态。测定基态原子对辐射能的吸收程度，从而求出供试药物中待检元素含量的方法，是为原子吸收分光光度法。或利用原子中被激发的电子由高能级回到低能级时，将多余的能量以光的形式发射出，测定发射光的强度，以求得待检元素含量的方法，称为火焰光度法。原子吸收分光光度法所用仪器为原子吸收分光光度计，它由光源、原子化器、单色器和检测器等部分组成，其中光源和原子化器有别于其它分光光度计，光源通常用待检元素作为阴极的空心阴极灯，原子化器由雾化器及燃烧灯头组成。燃烧火焰由不同类型的气体混合物产生，常用空气-乙炔火焰。仪器某些工作条件如波长、狭缝、光源灯电流、火焰类型、火焰状态的变化等可影响灵敏度和稳定度。关于原子吸收分光光度法的原理、方法和干扰因素等。因此火焰光度法多用于测定药物中所含碱金属和碱土金属杂质，测定所用对照品应为光谱分析纯，所用水为去离子水。用原子吸收分光光度法考察药物中所引进的元素杂质，具有灵敏度高，选择性好等诸多优点。 4 红外分光光度法检查 某些多晶型药物由于其晶型结构不同，某些化学键的键长、键角等发生不同程度的变化，可以导致红外光谱中的某些特征的频率、峰形和强度出现显著差异，因此用红外吸收分光光度法检查药品中低效晶型，其结果可靠，方法简便。如中国药典用本法检查甲苯咪唑中A晶型，方法为取供试品与含10%A晶型的甲苯咪唑对照品各约25mg，分别加液状石蜡研磨均匀，制成厚度约015mm的石蜡糊片，同时制作厚度相同的空白液状石蜡糊片作参比，用红外分光光度法测定并调节供试品与对照品在803cm-1波长处的透光率为90-95%，分别记录620-803cm-1波数范围的红外吸收图谱。在约640和803cm-1波数处的最大吸收峰顶处作垂线使与基线相交，从而得到此二波数处的最大吸收峰的校正吸收值，由于在640cm-1波数处A晶型有强吸收，C晶型的吸收很弱；在662cm-1波数处A晶型的吸收很弱，而C晶型有较强吸收。设含有10%A晶型的甲苯咪唑对照品在640cm-1波数处的校正值为D1，在662cm-1波数处的校正值为D2，其比值R=D1/D2；供试品在640cm-1波数处的校正值为D1‘；在662cm-1波数处的校正值为D2’，其R’=D1‘/ D2’，R’应当小于R，则本品中的A晶型在10%以下。此外，无味氯霉素混悬剂中A晶型也用红外分光光度法检查。 参考文献 [1] 安登魁，主编药物分析[M]北京：人民卫生出版社，1986 [2] 张胜强药物气相色谱分析[M]北京：中国药科大学出版社，1990 [3] 冯芳著药物分析[M]北京：化学工业出版社，2003
范文五：光在吸收介质中的传播速度对光腔衰荡测量精度的影响
光在吸收介质中的传播速度对光腔衰荡测
量精度的影响
第21卷第12期
2009年12月
强激光与粒子束
HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMS Vo1.21,No.12
Dec.,2009
文章编号:1001—4322(2009)12—1791—04
光在吸收介质中的传播速度对
光腔衰荡测量精度的影响
赵伟力,李君,金玉奇.,桑凤亭.
(1.海军大连舰艇学院,辽宁大连116018;2.中国科学院大连化学物理研究所,辽宁大连116023)
摘要:利用光腔衰荡法测量吸收系数时,光在吸收介质中的传播速度和空腔是不同的,这种区别导致
测量精度在一定程度上受到影响.为了考察吸收系数的测量精度受光速变化的影响程度,进行了相关的分析
和推导,并根据实验及部分文献提供的数据进行了数值计算,得到了忽略光速变化将导致测量结果偏小的结
论,偏差值与腔镜反射率有关.当腔镜反射率达到99.99时,就有必要考虑该因素的影响,除非实际测量中
存在其它因素使测量精度远不能达到最高值.
关键词:精度;光腔衰荡;折射率;光速
中图分类号:0484.5文献标志码:A
光腔衰荡光谱(CRDS)技术是20世纪8O年代兴起的一种高精度的吸收光谱技术_1],它不在于吸收光程的
长短,而是对指数型的衰荡信号进行检测,是通过测量时间而不是强度的变化来确定光学吸收,因此在很大程
度上弥补了以往吸收光谱的缺陷,该技术一问世就得到了极其广泛的应用[2].光腔衰荡光谱方法最大的优点
就是不受光源强度稳定性的影响,吸收光程长,尤其适合物质的微弱吸收,测量灵敏度高,在应用该技术测量高
反射镜的反射率时,精度已达1o量级[6].对腔内介质的吸收系数进行测量时,可以实现1O,10cm
范围的吸收系数测量[8].很多文献分析了影响光腔衰荡光谱技术测量精度的因素,譬如腔长失调,腔镜倾斜
以及探测器孔径口等,其中绝大部分文献都忽略了光的相速度变化的影响,而是直接将有吸收介质存在的衰
荡腔中光速设为与真空相同.实际上,由于要分别测量有无吸收介质存在时的衰荡时间,这两种情况下腔
内折射率的变化导致光在腔内传播速度发生相应的改变.在进行高反射率测量研究时,由于要利用腔长值来
计算反射率,而一般情况下腔长的相对测量误差为0.5左右,远大于不考虑介质折射率而引起的误差,同时
复合衰荡光腔[1和四腔镜反射率_】等测量技术的出现,使得衰荡时间的变化几乎完全是由待测镜片引起的,
因此在反射率的测量中可以不考虑光速的变化问题.但是对于腔内介质的吸收系数测量,与腔长测量值无关,
其测量精度主要由衰荡时间的精度来决定,在目前镜片反射率已经可以达到99.999以上的情况下,能否忽
略这种因素对测量结果的影响则应作进一步的分析和研究.清华大学董国轩等人口已经考虑了介质折射率
的影响,但只是直接给出了吸收系数的表达式.针对衰荡腔内有吸收介质时光的传播速度与空腔相比将会发
生变化的情况,本文进行了相关的分析和讨论,并根据实验及文献中的部分测量数
据进行了数值计算,分析了
这部分因素与吸收系数计算精度问的关系.
1测量原理
直接将有吸收介质存在的衰荡腔中光速设为与真空相同,不考虑光的相速度变化,这样给出的吸收系数表
达式为l】
111
a一(一)(1)
Cr
根据光腔衰荡光谱的原理,一束ns级激光脉冲沿着反射率分别为R和R的腔镜M和M构成的光学
谐振腔的一端注入后,单色脉冲光在两个腔镜之间来回反射振荡,每经过一次反射都会因腔镜的透射和腔内介
质的损耗而衰减.因为腔内衍射和散射等损耗非常小,所以可以忽略不计,只需要考虑腔镜的透射以及腔内介
质的吸收.于是通过在Mz后面的光电探测器接收透射的光脉冲信号,考察其衰减规律,从而获得有关腔镜反
*收稿日期:2008一l1—06;修订日期:2009—05—11
基金项目:中国博士后基金资助课题
作者简介:赵伟力(1967一),女,博士后,从事氧碘化学激光器诊断测试及相关基础研究工作;zhaoweili@yahoo.corn.cn. 强激光与粒子束第21卷
射率方面的信息.
设构成衰荡腔的两个腔镜的反射率分别为R和R,工作环境下腔内充满吸收系数为a的气体介质,根据
兰伯一比尔(Lambert-Beer)吸收定律,在腔内循环m次后由谐振腔出射的脉冲光强为
1一1(RlR2)exp(一2reaL)(2)
式中:L为谐振腔的长度;为第一次从谐振腔出射的脉冲光强.
则经过时间t,光束在谐振腔内循环的次数m为
===tc/2nL(3)
式中:为腔内介质的折射率;C为真空中的光速.
将式(3)代入式(2),得到t时刻由谐振腔出射的脉冲光强为
J(,)一1(R1R2)/exp(--at_c)一1expE-arc+ln(R1R2)]一1expct(一aL+In~/丽)(4) 7ZLL
显然,激光脉冲光强将随着时间t以指数形式衰减.由于每次振荡经由高反射镜M透射出来的光很少,
所以透射光强是变化的,不连续的,是时间的一阶指数函数,并且受衰荡光腔的具体特性控制,与腔长,腔镜的
反射率,腔内介质的折射率和吸收系数等因素有关.为此,人们将出射脉冲光强衰减为初始脉冲光强的1/e所
经历的时间定义为衰荡时间或衰荡寿命r,空腔的衰荡时间记为,于是有 ()一1exp(一t/r)(5)
比较式(4)和式(5),即可得到腔的衰荡时间为
r一———..=:一(6)
C(也一In?R1R2)
对于没有吸收介质的空腔,一1,a一0.于是有
一一生—(7)一一
联立公式(6)和(7),整理得到腔内介质的吸收系数为
一(旦一)(8)
Crr0
式(8)与文献E16]给出的吸收系数的具体形式也有所不同.
2误差分析
比较式(1)和式(8),显然测得空腔及有介质时腔的衰荡时间后,在其它因素相同的情况下是否考虑腔内吸
收介质使光传播速度发生变化对吸收系数的结果会有一定影响. 由于腔内有介质时其折射率n>l,所以a>a,即忽略光的相速度变化所带来的影响就是使测得的吸收系
数比实际值偏小.具体的偏小量为
a一d—a一(9)
Or"
于是这样处理的相对偏差为
:==丝二(10)
a,r/ro
由式(9)可见,对于确定的吸收介质和探测激光,该偏差仅与腔的衰荡时间有关.衰荡腔两端腔镜的反射
率越高,r值就越大,则相速度改变的因素导致的偏差就越小.
3数值计算和讨论
根据上面推得的结果,我们以空气为例进行了相应的数值计算及讨论.图1为经过50次采样平均后得到
的空气腔的衰荡曲线,腔镜的反射率为99.9%,腔长0.8m,实验中所用光电探测器是THORLABS公司的
DET410型探头,接收面积1Illm×1mm,响应时间小于1ns.示波器为力克公司的WR6050A型500MHz数
字式示波器,上升时间为750ps,采样频率为5GHz,足以反映光腔衰荡过程的单指数衰减曲线的趋势.由该
曲线拟合得到的衰荡时间为r.一(3.3990410.41970)s,将该数据与此种情况下的空气折射率一起代入式
(9),即可得到偏差量O/0—2.66×10cm.
第12期赵伟力等:光在吸收介质中的传播速度对光腔衰荡测量精度的影响 采用文献E17]的数据及相应波长下的空气折射率,
实验中所用腔镜的反射率为99.58,测得的衰荡时间
为641.19ns,偏差量为1.42×10crn_..同样文献
E18]的腔镜反射率为99.96,衰荡时间为8.16s,偏
差量为1.12×10cm一.
实际的测量和计算结果正如前面分析的一样,随着
腔镜反射率的增高,衰荡时间增长,相速度改变的因素导
致的偏差越来越小.从数量级上来看,由于反射率提高
一
个数量级,吸收测量的最小精度将提高两个数量
级[1,所以实际当中为了追求高的测量精度,往往会选
择高反射率的腔镜,而计算结果显示忽略该因素导致的
一
5051Ol52O25303540
t/p.s
Fig.1Cavityringdowncurveofair 图1空气的衰荡曲线
吸收系数偏差量并没有跟上这种数量级的变化.因此,在腔镜反射率越高的情况下,越应该考虑介质折射率的
影响.根据本文所引数据估算,当腔镜的反射率达到99.99时,就有必要考虑这部分因素,而更高的反射率
目前也已有报道.当然,如果实际测量中其它影响精度的因素远超过该数量级,致使测量精度远不能达到最
高,则忽略这部分因素是可行的.
4结论
通过考虑光在吸收介质中传播速度与空腔相比发生变化的情况,讨论了衰荡腔测量吸收时该因素引起的
偏差.忽略光速变化的结果是使测得的吸收系数较实际值偏小,偏小值与腔衰荡时间有关,对于确定的吸收介
质和探测激光,腔镜反射率越高,偏差越小.但由于偏差的减小不及测量精度量级提高的快,故在腔镜反射率
越高的情况下,越应该考虑介质折射率的影响,根据本文所引数据估算,当腔镜的反射率达到99.99%时,就有
必要考虑这部分因素.实际测量中如果其它方面的因素致使测量精度远不能达到最高值,则忽略光速变化是
完全可行的.
参考文献:
EliAndersonDZ,FrischJC,MasserCS.Mirrorreflectometerbasedonopticalcavitydecaytime[J].ApplOpt,1984,23(8):1238—1242.
E23KeefeA0,DeconDAG.Cavityringdownopticalspectrometerforabsorptionmeasurementsusingpulsedlasersources[J].RevSciIn—
strum,1988,59(12):2544—2551.
[3]NausH,UbaehsW.Visibleabsorptionbandsofthe(Oz)2collisioncomplexatpressuresbelow760torr[J].ApplOpt,1999,38(15):
3428. 3423,
[4]SchererJJ,VoelkelD,RakestrawDJ,eta1.Infraredcavityring—
downlaserabsorptionspectroscopy(IR—CLAS)[J].ChemPhysLett,
1995,245:273—280.
E5]BulatovV,FisherM,SchechterI.Aerosolanalysisbycavity-ring—
downlaserspectr0scopy[J].AnalyticaChimicaActa,2002,466(1):1—
9.
[6]孙福革,戴东旭,谢金春,等.用光腔衰荡光谱方法精确测量高反镜的反射率[J].中
国激光,1999,26(1):35—38.(SunFuge,DaiDungxu,
XieJinchun,eta1.Accuratereflectivitymeasurementofhighreflectivemirrorsviaacavityring—downmethod.ChineseJournalofLasers,
1999,26(1):35—38)
[7]高丽峰,熊胜明,李斌成,等.用光腔衰荡技术测量镜片的反射率[J].强激光与粒子
束,2005,17(3):335—338.(GaoLifeng,XiongSheng—
ming,LiBincheng,eta1.Analysisofreflectivitymeasurementbycavityring-downspectroscopy.HighPowerLaserandParticleBeams,
2005.17(3):335-338)
[83RomaniniD,LehmannKK.Ring—
downcavityabsorptionspectroscopyoftheveryweakHCNovertonebandswithsix,seven,andeight
stretchingquanta[J].JChemPhys,1993,99(9):6287—6301.
[9]赵宏太,柳晓军,王谨,等.用光腔衰荡测定腔镜及镜片的反射率[J].光电子?激光,2001,12(1):71—73.(ZhaoHongtai,LiuXiaojun,Wang Jin,eta1.Reflectivitymeasurementofcavitymirrorsandreflectivemirrorsbycavityringdow
nspectroscopy.JournalofOptoelectronics? Laser,2001,12(1):7卜73)
[1o]易亨瑜,吕百达,胡晓阳,等.腔长失调对光腔衰荡法测量精度的影响[J].强激光与粒子束,2004,16(8):993—996.(YiHengyu,LnBaida, HuXiaoyang,eta1.Influenceoflengthmisadjustmentonmetricalprecisionbycavityring—downmethod.HighPowerLaserandParticle Beams,2004,16(8):993—996).
[11]易亨瑜,吕百达,张凯.衰荡光腔中腔镜倾斜分析[J].激光技术,2006,30(1):5-8.(YiHengyu,LUBaida,ZhangKai.Analysis0fcavity
O5O5O5O
322110
j对,l皇?
1794强激光与粒子束第21卷
[12]
[13]
[143
[15]
[16]
[17]
[18]
mirrors'tiltinring—downcavity.LaserTechnology,2006,30(1):5-8)
易亨瑜,吕百达,彭勇,等.探测器孔径大小对衰荡腔测量精度的影响[J].激光技术,2004,28(3):231—236.(YiHengyu,LUBaida.Peng Yong,eta1.Influenceofdetector'sapertureonmetricalprecisionofring—downcavity.LaserTechnology,2004,28(3):231-236) 徐勇,盛新志,孙巨龙,等.CRDS技术实时检测COIL中02浓度的实验研究[J].化学
物理,1998,11(6):561—565.(XuYong,Sheng
Xinzhi,SunJulong,eta1.Anexperimentalresearchofreal,
timemeasurementof02concentrationinCOILwithCRDStechnique.Chinese JournalofChemicalPhysics,1998,11(6):56卜565)
盛新志,孙福革,白吉玲,等.复合衰荡光腔技术精确检测COIL腔镜高反射率[J].强
激光与粒子束,1998,10(2):199—202.(ShengXinzhi,
SunFuge,BaiJiling,eta1.PrecisemeasurementofCOILmirror'sreflectivitybynovelCRDS.
HighPowerLaserandParticleBeams.
202) 1998,10(2):199—
赵宏太,柳晓军,詹明生.腔衰荡法四腔镜反射率及腔内吸收测量l-J].量子电
子,2001.18(3):213—216.(ZhaoHongtai,LiuXiaojun,
ZhanMingsheng.Measurementoffourcavitymirrorsreflectivityandabsorptionofthecavit
yringdownspectroscopy.ChineseJournalof
QuantumElectronics,2001,18(3):213—216)
董国轩,马辉,江开利,等.腔内回旋衰荡——一种新的超高灵敏吸收光谱技术[J].物
理,1997,26(8):493—497.(DongGuoxuan,MaHui,
JiangKaili,eta1.Cavityring—down—
anewspectroscopictechniquecapableofultrasensitiveabsorptionmeasurements.Physics,
1997,26
(8):493-497)
赵宏太,柳晓军,曹俊文,等.Ba原子6s6pPl一6s6sso跃迁的光腔衰荡光谱[J].物
理,2001,SO(7):1274—1278.(ZhaoHongtai,Liu
Xiaojun,CaoJunwen,eta1.Measurementofthetransitionofbarium6s6ppl一
6s6sSousingcavityringdownspectroscopy.ActaPhysica Sinica,2001,50(7):1274-1278)
黄建华,杨何平,詹际平,等.用CRDS技术研究分子光谱和气相反应动力学[J].化学
物理,1998,ll(2):119-123.(HuangJianhua,
YangHeping,ZhanJiping,eta1.Measurementofmolecularspectroscopyandkineticsingasp
hasebymeansofCRDStechnique.Chinese
JournalofChemicalPhysics,1998,11(2):119-123)
Influenceoflightspeed
metricalprecision
inabsorptionmediumon
ofcavityring-down
ZhaoWeili,LiJun,JinYuqi,SangFengting
(1.DalianNavalAcademy,Dalian116018,China;
2.DalianInstituteofChemicalandPhysics,ChineseAcademyofSciences,P.0.Box110—
7,Dalian116023,China)
Abstract:Thedifferenceofthelightspeedinabsorptionmediumandvacuumaffectstheprecisionwhentheabsorptioncoef—
ficientismeasuredbyuseofCRDS.Thispapermadethediscussionandillationinordertostudytheinfluenceoflightspeedon
theprecisionofCRDSinmeasurementoftheabsorptioncoefficient.Anumericalcalculationhasbeendoneaccordingtothedata
providedbytheexperimentsandpartofscientificliterature.Theconclusionisthatneglectingthechangeoflightspeedwouldlead
tothesmallermeasuringvalue.Thedeviationisconnectedwiththemirror'sreflectivity.Theinfluenceoflightspeedshouldbe
consideredwhenthereflectivityis99.99unlessotherfactorsmaketheprecisionofabsorptionmeasurementforlowerthanthe
maxima1value.
Keywords:precision;cavityring—down;refractivity;lightspeed
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