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光催化常用氙灯光源的分类和注意事项

作者:紫外光源事业部时间:2019-12-08 19:27:33浏览233 次

信息摘要:

氙灯光源按照灯泡结构分类分为长弧氙灯、短弧氙灯和球形氙灯,按照照射方式不同可分为内照式光源和外照式光源。长弧氙灯一般采用管型氙灯灯管,把灯管置于反应器内部,采用四周发散式照射,一般被称为内照式光源。这种光源属于全波段照射,不能增加滤光片,但是价格低廉,适合光化学的初级研究用。

氙灯光源的分类和注意事项
氙灯光源的分类  
氙灯光源按照灯泡结构分类分为长弧氙灯、短弧氙灯和球形氙灯,按照照射方式不同可分为内照式光源和外照式光源。
长弧氙灯一般采用管型氙灯灯管,把灯管置于反应器内部,采用四周发散式照射,一般被称为内照式光源。这种光源属于全波段照射,不能增加滤光片,但是价格低廉,适合光化学的初级研究用。
短弧氙灯一般采用球型氙灯灯泡,平行光束通过出光口照射,光输出部分可以选配不同的滤光片,进而得到紫外光谱、可见光谱、紫外或者可见单色光,出光口可360度旋转调节角度任意方向照射。光化学反应器一般放在氙灯的下方做实验,光从反应器外部照射到反应液,因此光源也被称为外照式光源。但是这种光源价格相对长弧氙灯高。而且灯泡平均寿命都是2000h左右,而NBeT引进了国际散热技术的此款光源平均灯泡寿命可达3000h左右,对于实验光强要求不高的灯泡寿命可达3000h,甚至更长。目前增加了光纤输出方式,可以为不同的仪器提供单色光点光源。
球形氙灯需要高精密的光路设计,一般是通过后置反光镜将光收集汇聚成点光源,然后经过光学透镜组,实现平行光输出,这样输出的平行光均匀度高,适合做光电方面、太阳能电池、光生物方面实验。常常用来配合单色仪,组成可调单色光源。

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氙灯光源的注意事项
•灯泡后端的尖锐凸起是灯泡密封口,较为脆弱,严禁撞击该处。
•开机前和光源运行中必须确定风扇处于工作状态,如风扇发生故障,严禁开机。 
•光源运行中,禁止搬动。 
•光源运行中,切勿直视出光口,如需观察光斑状况,务必佩戴防护眼镜。 
•光源运行中,不要触摸散热器表面和滤光片表面,以免灼伤。
•注意工作环境的清洁,避免细小物件从灯箱上方散热孔中掉入。 
•工作电流严禁超过21AMP(安培)。 
•当高压模块多次(10次左右)不能激发灯泡并点亮灯泡,请勿继续尝试,应立即更换灯泡或与厂家联系。
•请勿使用非本型号的灯泡,以免造成电源损害,故障或者爆炸。 
•HSX-UV300氙灯光源因有较强烈的紫外输出,必须佩戴紫外截止型防护眼镜和紫外防护服进行实验。该型号光源会释放出臭氧,必须保持室内良好通风或在通风橱中实验。 

汞灯、氙灯和氘灯的区别和用途
气体放电光源 利用气体放电原理制成的光源。
光源结构:用玻璃或石英等材料做成管形的、球形的灯泡。泡壳内安装有电极,并充入发光用的气体,如氢、氦、氘、氙、氪,或金属蒸气,如汞、镉、铟、铊、镝等。
气体放电原理:气体在电场作用下激励出电子和离子,成为导电体。离子向阴极、电子向阳极运动,从电场中得到能量,它们与气体原子或分子碰撞时会激励出新的电子和离子,也会使气体原子受激,内层电子跃迁到高能级。受激电子返回低能级时,辐射出光子。
汞灯
汞灯的分类:低压汞灯、高压汞灯、超高压汞灯
汞灯的发光特性:汞的气压越高,汞灯的发光效率也越高,发射的光也由线状光谱向带状光谱过度。
低压汞灯  汞蒸气气压为0.8Pa,主要辐射253.7 nm的紫外光。常用于光谱仪的波长基准、紫外杀菌和荧光分析等。
高压汞灯  汞蒸气气压为(1-10)*10的5次方Pa。可见区呈带状光谱,红外区呈弱的连续光谱。常用于紫外辐照度标准、荧光分析、紫外探伤和大面积照明等。
球形超高压汞灯  汞蒸气气压为(10-20)MPa。光谱线较宽,形成连续背景,可见区偏蓝,红外辐射增强。常作为点光源用于光学仪器、荧光分析和光刻技术等。
氙灯
发光材料:氙。
光谱特性:光谱分布与日光接近,色温6000K,亮度高,寿命可达1000 h。
氙灯的分类:
长弧氙灯:电极间距为15~130 cm,细管形,工作气压为105 Pa,用于码头、广场、车站等大面积照明。
短弧氙灯:电极间距在数毫米量级,工作气压为1~2 MPa,是很好的日光色点光源,常用于电影放映、彩色摄影、照相制版、模拟日光等场合。
脉冲氙:管内气压在100 Pa以下,由高压电脉冲激发产生光脉冲,在极短的时间内发出很强的光。广泛用于固体激光器的光泵、照相制版、高速摄影和光信号源等。
原子光谱灯
发光机制:原子光谱灯又称空心阴极灯,阳极和圆筒形阴极封在玻壳内,玻壳上部有一透明石英窗。工作时窗口透射出放电辉光,其中主要是阴极金属的原子光谱。空心阴极放电的电流密度可比正常辉光高出100倍以上,电流虽大但温度不高,因此发光的谱钱不仅强度大,而且波长宽度很小。
应用领域:原子光谱灯的主要作用是引出标准谱线的光束,确定标准谱线的分光位置,以及确定吸收光谱中的特征波长等。它主要用于元素,特别是微量元素光谱分析的装置中。

短弧氙灯和长弧氙灯的概念是什么?如何区别呢?
超高压短弧氙灯  是一种在椭球形石英泡壳内充有0.019~0.0266MPa高压氙气、极间距离小于10mm的氙灯。20世纪40年代初,联邦德国奥斯兰公司发展研究中心实验室率先研究了稀有气体短弧光源的特性,经多年研制和改进,于1951年正式向市场推出超高压短弧氙灯。1954年,在联邦德国科隆世界照明和电影博览会上,蔡司-依康公司展出了只作为电影放映光源的氙灯。随后荷兰、日本、美国、英国、苏联和中国也相继研制和生产各种规格的电影放映用氙灯。此后,超高压短弧氙灯已在世界上大多数影院取代碳弧光源成为新的电影放映光源。
长弧氙灯  是一种在管状石英泡壳内充有适量高纯度氙气、二端封有极距大于 100mm的钍钨、钡钨或铈钨电极的氙灯。1963年,中国电光源专家蔡祖泉试制成功长弧氙灯。长弧氙灯有自然冷却和水冷两种。自然冷却氙灯一般充 (2.66~26.6)×102Pa的氙气,水冷氙灯充(1.33~5.32)×104Pa的氙气,色温为5500~6000K,功率可从102~2×106kW,发光效率为24~37lm/W。水冷式长弧氙灯的发光效率可达60lm/W,一般寿命达3000h。长弧氙灯的功率可以做得很大,伏安特性具有正阻特性,所以只需安装启动装置,其规格有带镇流器的和不带镇流器的两种。
长弧氙灯的辐射光谱与日光接近,适于大面积照明,也可用作电影摄影、彩色照相制版、复印等方面的光源;同时,在棉织物的颜色检验、药物和塑料老化试验、植物栽培、光化反应等方面,也可作模拟日光和人工老化光源。此外,大功率长弧氙灯还可作为连续激光光源。80年代由于出现了光色好、光效更高的光源,长弧氙灯作为照明光源已基本上被取代。

光源涉及到的术语
1.光通量 :光通量(luminous flus)是由光源向各个方向射出的光功率,也即每一单位时间射出的光能量,以φ表示,单位为流明(lumen,简称 lm)。
2.光照度:光照度(illuminance)是从光源照射到单位面积上的光通量,以E表示,照度的单位为勒克斯(Lux,简称lx)。
3.光强度:光强度(luminous intensity)是光源在单位立体角内辐射的光通量,以I表示,单位为坎德拉(candela,简称cd)。1坎德拉表示在单位立体角内辐射出1流明的光通量。
4.光亮度:光亮度(luminance)是指一个表面的明亮程度,以L表示, 即从一个表面反射出来的光通量,单位为坎德拉每平方米(cd/m2)。不同物体对光有不同的反射系数或吸收系数,光的强度可用照在平面上的光的总量来度量,这叫入射光(inci-dent light)或照度(illuminance);若用从平面反射到眼球中的光量来度量光的强度,这种光称为反射光(reflection light)或亮度(brightness)。
5.光谱功率分布:一个光源发出的光是由许多不同波长的辐射组成的,各个波长的辐射功率也不同,光源的光谱辐射功率按波长的分布称为光谱功率分布。
6.黑体:任何物体都具有不断辐射、吸收、发射电磁波的本领。辐射出去的电磁波在各个波段是不同的,也就是具有一定的谱分布。这种谱分布与物体本身的特性及其温度有关,因而被称之为热辐射。为了研究不依赖于物质具体特性的热辐射规律,物理学家们定义了一种理想物体——黑体()black body),以此作为热辐射研究的标准物体。所谓黑体是指入射的电磁波全部被吸收,既没有反射,也没有透射(当然黑体仍然要向外辐射)。显然自然界不存在真正的黑体,更多地是在某些波段上较好的黑体近似。根据基尔霍夫辐射定律(Kirchhoff),在热平衡状态的物体所辐射的能量与吸收的能量之比与物体本身特性无关,只与波长和温度有关,那么在一定温度下,黑体必然是辐射本领更大的物体,可叫作完全辐射体。
7.色温:一定的光谱功率分布表现为一定的光色,我们把光源的光与“黑体”的光相比较来描述它的光色。用黑体加热到不同温度所发出的不同光色来表达一个光源的颜色,称作光源的颜色温度,简称色温。
8.显色性:按CIE的规定,我们把普朗克辐射体作为低色温光源的参照标准,把标准照明体D作为高色温光源的参照标准,用以衡量在其它各种光源照明下的颜色效果。光源的显色性是指与参照标准相比较,一个光源对物体颜色外貌所产生的效果。光源的光谱功率分布决定了光源的显色性。

光催化原理
光触媒PHOTOCATALYSIS是光 Photo=Light + 触媒(催化剂)catalyst的合成词。光触媒是一种在光的照射下,自身不起变化,却可以促进化学反应的物质,光触媒是利用自然界存在的光能转换成为化学反应所需的能量,来产生催化作用,使周围之氧气及水分子激发成极具氧化力的自由负离子。几乎可分解所有对人体和环境有害的有机物质及部分无机物质,不仅能加速反应,亦能运用自然界的定侓,不造成资源浪费与附加污染形成。更具代表性的例子为植物的"光合作用",吸收对动物有毒之二氧化碳,利用光能转化为氧气及水。

光催化原理
半导体光催化剂大多是n型半导体材料(当前以为TiO2使用最广泛)都具有区别于金属或绝缘物质的特别的能带结构,即在价带(ValenceBand,VB)和导带(ConductionBand,CB)之间存在一个禁带(ForbiddenBand,BandGap)。由于半导体的光吸收阈值与带隙具有式K=1240/Eg(eV)的关系,因此常用的宽带隙半导体的吸收波长阈值大都在紫外区域。当光子能量高于半导体吸收阈值的光照射半导体时,半导体的价带电子发生带间跃迁,即从价带跃迁到导带,从而产生光生电子(e-)和空穴(h+)。此时吸附在纳米颗粒表面的溶解氧俘获电子形成超氧负离子,而空穴将吸附在催化剂表面的氢氧根离子和水氧化成氢氧自由基。而超氧负离子和氢氧自由基具有很强的氧化性,能将绝大多数的有机物氧化至最终产物CO2和H2O,甚至对一些无机物也能彻底分解。

光催化能源开发
 由于是借助光的能量促使水分子分解反应,因此后来将这一现象中 的氧化钛称作光触媒。 这种现象相当于将光能转变为化学能,以当时正值石油危机的背景,世人对寻找新能源的期待甚为殷切, 因此这一技术作为从水中提取氢的划时代方法受到了瞩目,但由于很难在短时间内提取大量的氢气,所以利用于新能源的开发终 究无法实现,因此在轰动一时后迅速降温。   

1992年次二氧化钛光触媒国际研讨会在加拿大举行, 日本的研究机构发表许多关于光触媒的新观念,并提出 应用于氮氧化物净化的研究成果。二氧化钛相关的 数目亦最多,其它触媒关连技术则涵盖触媒调配的 制程、触媒构造、触媒担体、触媒固定法、触媒性能测 试等。以此为契机,光触媒应用于抗菌、防污、空气净 化等领域的相关研究急剧增加,从1971年至2000年6月 总共有10,717件光触媒的相关提出申请。二氧化钛光触媒的广泛应用,将为人们带来清洁的环境、健 康的身体。   

长度的基本度量单位为米,10 -9 米称为纳 米(Nanometer; nm)。各种应用材料也将由微米逐渐进入纳米时代。 纳米材料由晶粒1~100nm大小的粒子所组成。粒径极为微细,具 有极大的比表面积,且随着粒径的减少,表面原子百分比提高。 由于在表面上存在大量原子配位不完全而引起高表面能的现象,表 面能量占全能量的比例大幅提高,使纳米材料在吸附、光吸收等方面具有新的特性。   
光触媒是一种在光的照射下,自身不起变化,却可以促进化学反应的物质,就象植物的光合作用中的叶绿素。光触媒的材料多种多样,但是最为和研究最为彻底的是纳米二氧化钛。光触媒在太阳光的照射下能产生羟基自由基、超氧自由基等活性物种,因而具备抗菌、除臭、油污分解、防霉防藻、空气净化的作用。


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