光通量与照度的关系吸光度与透光率的关系.docx

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光通量与照度的关系吸光度与透光率的关系

光通量与照度的关系-吸光度与透光率的关系

光通量与光功率之关系

　　光通量的单位。

发光强度为1坎德拉（cd）的点光源，在单位立体角内发出的光通量为“1流明”。

英文缩写（lm）。

　　所谓的流明简单来说，就是指蜡烛一烛光在一公尺以外的所显现出的亮度.一个普通40瓦的白炽灯泡，其发光效率大约是每瓦10流明，因此可以发出400流明的光.40瓦的白炽灯220伏时，光通量为340流明。

光通量是描述单位时间内光源辐射产生视觉响应强弱的能力，单位是流明，也叫明亮度。

　　投影仪表示光通量的单位是ansi流明，ansi流明是美国国家标准化协会制定的测量投影仪光通量的标准，它测量屏幕”田”字形九个交叉点上的各点照度，乘以面积，再求九点的平均值，即为该投影仪的ansi流明。

流明值越高表示越亮，明亮度越高则在投影时就不需要关灯。

　　ansi为americannationalstandardsinstitute的缩写。

　　详细介绍

　　同样，这个量是对光源而言，是描述光源发光总量的大小的，与光功率等价。

光源的光通量越大，则发出的光线越多。

　　对于各向同性的光，则f=4πi。

也就是说，若光源的i为1cd，则总光通量为4π=lm。

与力学的单位比较，光通量相当于压力，而发光强度相当于压强。

要想被照射点看起来更亮，我们不仅要提高光通量，而且要增大会聚的手段，实际上就是减少面积，这样才能得到更大的强度。

　　要知道，光通量也是人为量，对于其它动物可能就不一样的，更不是完全自然的东西，因为这种定义完全是根据人眼对光的响应而来的。

　　人眼对不同颜色的光的感觉是不同的，此感觉决定了光通量与光功率的换算关系。

　　对于人眼最敏感的555nm的黄绿光，1w=683lm，也就是说，1w的功率全部转换成波长为555nm的光，为683流明。

这个是最大的光转换效率，也是定标值，因为人眼对555nm的光最敏感。

对于其它颜色的光，比如650nm的红色，1w的光仅相当于73流明，这是因为人眼对红光不敏感的原因。

对于白色光，要看情况了，因为很多不同的光谱结构的光都是白色的。

例如led的白光、电视上的白光以及日光就差别很大，光谱不同。

　　至于电光源的发光效率，是另外一个相关的话题，是说1w的电功率到底能转化成多少光通量。

如果全部转换成555nm的光，那就是每瓦683流明。

但如果有一半转换成555nm的光，另一半变成热量损失了，那效率就是每瓦流明。

白炽灯能达到1w=20lm就很不错了，其余的都成为热量或红外线了。

测量一个不规则发光体的光通量，要用到积分球，比较专业而复杂。

　　常见发光的大致效率

　　白炽灯，15

　　白色led，20

　　日光灯，50

　　太阳，94

　　钠灯，120

　　参照下列“荧光灯计算”公式：

　　各种光源灯具的实际效率：

　　LED计算：

80***=流明/瓦

　　荧光灯计算：

80***=流明/瓦

　　普通灯泡计算：

20**=流明/瓦

　　高压钠灯计算：

100***=14流明/瓦

　　可见，LED灯具实际效率是一般荧光灯的3倍，是普通白炽灯泡的8倍，是高压钠灯的4倍。

　　即：

LED灯与节能灯与白炽灯之间功率可换算为：

5W=14W=40W，3W=9W=30W

　　光通量指人眼所能感觉到的辐射能量，它等于单位时间内某一波段的辐射能量和该波段的相对视见率的乘积。

由于人眼对不同波长光的相对视见率不同，所以不同波长光的辐射功率相等时，其光通量并不相等。

例如，当波长为55510-7米的绿光与波长为6510-6米的红光辐射功率相等时，前者的光通量为后者的10倍。

光通量的单位为“流明”。

光通量通常用φ来表示，在理论上其功率可用瓦特来度量，但因视觉对此尚与光色有关。

所以度量单位采用，依标准光源及正常视力另定之“流明”来度量光通量。

符号：

lm玻璃透过率、反射率和吸收率的关系（7）

　　玻璃透过率、反射率和吸收率的关系

　　Interrelationamongtransparentindex;reflectivityandabsorptivity

　　当阳光照射到玻璃的表面上时，一部分会发生反射，另一部分会被玻璃吸收，剩下的部分会穿过玻璃进入室内。

阳光主要由可见光、红外线和紫外线组成，玻璃对这3种射线的透射量、反射量和吸收量都不同，因此可以用玻璃对这3种射线的透射率、反射率和吸收率的相互关系来分别表征玻璃的光学性能、热学性能和化学性能。

　　对于可见光来说，玻璃对它的反射量、吸收量和透射量与可见光总通量的比率分别称为光反射率、光吸收率和光透过率，用于表征玻璃的光学性能。

它们所占的比率取决于玻璃的厚度、片数、颜色和表面清洁程度。

一般来说，厚度越大，颜色越深，表面灰尘越多，可见光透过率就越小。

表面镀反射膜的玻璃比不镀膜的玻璃光反射率高，

　　本体着色的玻璃光吸收率高。

　　同样地，对于红外线来说，玻璃对它的反射量、吸收量和透射量与红外线总通量的比率分别称为能反射率、能吸收率和能透过率，用于表征玻璃的热学性能。

玻璃吸收了一部分红外线后，自身的温度升高，会将吸收的能量向内或向外重新辐射。

它们各自所占比率的大小取决于玻璃的厚度、组成、片数和表面处理等因素。

通常，无色玻璃的能透过率较高，能反射率和能吸收率较低；热反射玻璃的能反射率较高，能透过率较低；吸热玻璃的能吸收率较高。

　　由于自身物理和化学结构的原因，普通无色玻璃对紫外线有强烈的吸收作用，紫外吸收率可以达到50%。

一些吸热玻璃、镀膜玻璃对紫外线的吸收作用更强，紫外吸收率远远大于紫外反射率和紫外透过率。

夹层玻璃更是如此，紫外吸收率接近100%。

　　玻璃透明性和透光性

　　Performancefortransparencyandtranslucence

　　要使一块材料透明必须满足两个条件：

第一，材料必须均匀一致，至少均匀到能与光的波长相比的程度；第二，该块材料至少对某些波长必须具有低的吸收。

如果一块材料内部存在着一些比光的波长大的区域，而且这些区域的折射率彼此相差显著，则将在这些区域间的一些界面上发生折射和内反射，这些现象发生在牛奶、熟石膏、雪等物质之中。

如果上述界面的这类物质的薄片状厚度内为数不多，则这些薄片将是透光而不透明的，即一部分光可以直接穿过这种薄片，平行光束将被破坏，而不可能在材料的一侧形成另一侧上物体的像。

只要有单一的不规则界面存在，就可以破坏一块材料的透明性，但不一定

　　使之不透光。

分光光度法与激光热透镜光谱分析法测定高散射物质光吸收

　　分析化学（FENXIHUAXUE）　研究简报第11期

　　2002年11月ChineseJournalofAnalyticalChemistry1348～1351第30卷

　　分光光度法与激光热透镜光谱分析法

　　测定高散射物质光吸收的比较

　　李　楠　阎宏涛

　　3

　　（西北大学化学系,西安710069）

　　摘　要　通过理论和实验比较了分光光度法与激光热透镜光谱分析法在高散射背景下测量物质光吸收的差异。

研究了在不同含量纳米TiO2的散射背景下,散射对分光光度法和热透镜光谱分析法测定耐尔蓝溶液含量的影响。

结果表明,分光光度法对具有光散射性质试样的测定存在较大误差,而激光热透镜光谱分析法能较好的避免散射影响,测定结果准确。

实验结果与理论分析相一致。

关键词　光散射,激光热透镜光谱分析法,分光光度法

　　1　引　　言

　　具有光散射性质的试样在生化、临床和环境科学领域中极为常见,其固有的散射微质点往往难以通过离心或过滤等手段予以消除。

分光光度法对该类样品进行测定时,试样中的微粒光散射将引起测量

　　误差。

因此,应用分光光度法对散射样品进行定量分析,较为困难。

激光热透镜光谱分析法（TLS）是基于热透镜效应建立和发展起来的一种高灵敏的光热光谱分析方法,广泛应用于分析化学领域其是近年来,其对于散射的、非均匀体系的光吸收测定为人们所重视

　　3,4

　　3

　　1～2

　　。

尤

　　。

Powers等报道采用热透镜光

　　谱分析法测定了环境样品中腐植酸的含量,方法简单,结果准确。

表明这种非破坏性检测微弱吸收的方法可避免一般分光光度法测定所遇到的散射干扰,适用于高散射样品的分析研究。

本文从理论及实验两方面比较研究了激光热透镜光谱分析法与分光光度法在纳米TiO2微粒这一高散射背景下耐尔蓝溶液的光吸收测定。

表明一定的散射条件下,热透镜光谱分析法能够准确测定物质的含量,而分光光度法的测量结果偏离朗伯2比尔定律,产生较大分析误差。

　　2　实验部分

　　　仪器与试剂

　　激光热透镜光谱分析仪器装置同前文报道;TU21221紫外可见分光光度计（北京通用仪器设备有限责任公司）;78HW21型恒温磁力搅拌器。

　　耐尔蓝（NB）溶液（1×1010

　　-3

　　-3

　　5

　　molΠL）:

准确称取耐尔蓝溶于50mL水中,配制成浓度为1×

　　molΠL的储备液。

测定溶液由该储备液稀释而得。

纳米TiO2粉体,本校化工系合成。

　　实验所用试剂均为分析纯,水为石英亚沸水。

　实验过程

　　于5个10mL容量瓶中,依次加入一定体积的耐尔蓝溶液（分光光度法用量为,激光热透镜法用量为）,丙酮溶液以及含有一定量纳米TiO2微粒的水溶液（分别为、、210、和）,用水稀释至刻度,摇匀,配制成一系列具有不同散射背景的溶液,分别以分光光度计和热透镜光谱分析仪器测量其信号强度。

　　3　结果与讨论

　　　分光光度法与激光热透镜光谱分析法的原理比较

　　分光光度法是以朗伯2比尔定律为基础建立的一种光吸收测定方法。

若溶液中存在散射质点（胶

　　18收稿;15接受

　　第11期李　楠等:

分光光度法与激光热透镜光谱分析法测定高散射物质光吸收的比较13　　49

　　体、乳状液或有悬浊微粒）时,除样品吸收入射光外,还有一部分光因散射现象而损失。

如以s表示散射

　　光占入射光的分数,即s=IsΠI0,则实测吸光度应为:

　　As=-log=-log

（1）

（2）

　　而由于光散射造成吸光度的相对误差为:

　　（As-At）Π（It-sI0）]}ΠAt={logΠ由式（3）可知,热透镜的测量信号强度不受散射光影响。

激光热透镜光谱分析法的定量基础为

　　αλSTL=（I0-I）ΠI==-（PΠk）（dnΠdT）

　　（4）（5）

　　dT为折射指数的温式（5）中,P为入射激光功率,α为光吸收,λ为入射激光波长,k为样品的热导,dnΠ

　　度系数。

可知,一定条件下,热透镜的信号强度STL与样品浓度C呈正比。

因此,激光热透镜光谱分析

　　法可不受样品散射背景的影响,准确测定散射背景下的光吸收,以进行定量分析。

　高散射情况下分光光度法测定

　　由于纳米TiO2粉体颗粒细小,可均匀稳定地悬浮于水中,实验配制了含有纳米TiO2不同散射背景的耐尔蓝溶液,如表1所示。

　　表1　各组待测溶液的相对散射程度变化Table1Variationofrelativescatteringratioofsamples

　　纳米TiO2溶液浓度

　　ConcentrationofnanometerTiO2solution

　　（gΠL）

　　样　品

　　Samplea0

　　a1a2a3a4b0b1b2b3b4

　　所加入纳米TiO2溶液体积

　　AddedNanometerTiO2（mL）

　　相对散射

　　Relativescatteringratio

　　（%）

　　表1中,a0～a4及b0～b4的各待测溶液的相对散射程度,随着所加入的纳米TiO2溶液的量增加而增大。

　　按上述实验步骤,固定吸光物质耐尔蓝的浓度,在分光光度计上依次对a、b两组散射溶液进行测定,吸