光譜儀簡(jiǎn)介解析

光譜儀簡(jiǎn)介一、光譜儀光譜分析方法作為一種重要的分析手段，在科研、生產(chǎn)、質(zhì)控等方面，都發(fā)揮著極大的作用。無(wú)論是穿透吸取光譜，還是熒光光譜，拉曼光譜，如何獲得單波長(zhǎng)輻射是不行缺少的手段。由于現(xiàn)代單色儀可具有很寬的光譜范圍UV-I，高光譜區(qū)分率〔到0.001n〕,自動(dòng)波長(zhǎng)掃描，完整的電腦掌握功能極易與其他周邊設(shè)備融合為高性能自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，使用電腦自動(dòng)掃描多光柵單色儀已成為光譜爭(zhēng)論的首選。當(dāng)一束復(fù)合光線進(jìn)入單色儀的入射狹縫，首先由光學(xué)準(zhǔn)直鏡會(huì)聚成平行光，再通過(guò)衍射光柵色散為分開(kāi)的波長(zhǎng)〔顏色。利用每個(gè)波長(zhǎng)離開(kāi)光柵的角度不同，由聚焦反射鏡再成像出射狹縫。通過(guò)電腦掌握可準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)變出射波長(zhǎng)。光柵根底光柵作為重要的分光器件，它的選擇與性能直接影響整個(gè)系統(tǒng)性能。為更好幫助各位使用者選擇，在此做一簡(jiǎn)要介紹。光柵分為刻劃光柵、復(fù)制光柵、全息光柵等?？虅澒鈻攀怯勉@石刻刀在涂薄金屬外表機(jī)械刻劃而成；復(fù)制光柵是用母光柵復(fù)制而成。典型刻劃光柵和復(fù)制光柵的刻槽是三角形。全息光柵是由激光干預(yù)條紋光刻而成。全息光柵通常包括正弦刻槽。刻劃光柵具有衍射效率高的特點(diǎn)，全息光柵光譜范圍廣，雜散光低，且可作到高光譜區(qū)分率。如何選擇光柵選擇光柵主要考慮如下因素：1、閃耀波長(zhǎng)，閃耀波長(zhǎng)為光柵最大衍射效率點(diǎn)，因此選擇光柵時(shí)應(yīng)盡量選擇閃耀波長(zhǎng)在試驗(yàn)需要波長(zhǎng)附近。照試驗(yàn)為可見(jiàn)光范圍，可選擇閃耀波長(zhǎng)為500nm。2、光柵刻線，光柵刻線多少直接關(guān)系到光譜區(qū)分率，刻線多光譜區(qū)分率高，刻線少光譜掩蓋范圍寬，兩者要依據(jù)試驗(yàn)敏捷選擇。3、光柵效率，光柵效率是衍射到給定級(jí)次的單色光與入射單色光的比值。光柵效率愈高，信號(hào)損失愈小。為提高此效率，除提高光柵制作工藝外，還承受特別鍍膜，提高反射效率。光柵方程反射式衍射光柵是在襯底上周期地刻劃很多微細(xì)的刻槽，一系列平行刻槽的間隔與波長(zhǎng)相當(dāng)，光柵表面涂上一層高反射率金屬膜。光柵溝槽外表反射的輻射相互作用產(chǎn)生衍射和干預(yù)。對(duì)某波長(zhǎng)，在大多數(shù)方1所示，光柵刻槽垂直輻射入射平面，輻射與光柵法線入射角為α，衍射角為β，衍射級(jí)次為m，d為刻槽間距，在下述條件下得到干預(yù)的極大值：Mλ=d〔sinα+sinβ〕定義φ為入射光線與衍射光線夾角的一半，即φ=(α-β)/2；θ為相對(duì)于零級(jí)光譜位置的光柵角，即θ=(α+β)/2,得到更便利的光柵方程：mλ=2dcosφsinθ從該光柵方程可看出：對(duì)一給定方向β，可以有幾個(gè)波長(zhǎng)與級(jí)次m相對(duì)應(yīng)λ600nm300nm二級(jí)輻射、200nm衍射級(jí)次m對(duì)一樣級(jí)次的多波長(zhǎng)在不同的β分布開(kāi)。含多波長(zhǎng)的輻射方向固定，旋轉(zhuǎn)光柵，轉(zhuǎn)變?chǔ)?，則在α+β不變的方向得到不同的波長(zhǎng)。光柵單色儀重要參數(shù)：區(qū)分率光柵單色儀的區(qū)分率R是分開(kāi)兩條接近譜線力量的度量，依據(jù)羅蘭判據(jù)為：R=λ/Δλ光柵光譜儀中有實(shí)際意義的定義是測(cè)量單個(gè)譜線的半高寬(FWHM系統(tǒng)的有效焦長(zhǎng)、設(shè)定的狹縫寬度、系統(tǒng)的光學(xué)像差以及其它參數(shù)。R∝M·F/WM-光柵線數(shù)F-譜儀焦距W-狹縫寬度。色散光柵光譜儀的色散打算其分開(kāi)波長(zhǎng)的力量。光譜儀的倒線色散可計(jì)算得到：沿單色儀的焦平面轉(zhuǎn)變距χλΔλ/Δχ=dcosβ/mFd、β、Fm21200l/mm光柵色散的中間值〔435.8nm〕時(shí)的倒線色散。帶寬帶寬是無(wú)視光學(xué)像差、衍射、掃描方法、探測(cè)器像素寬度、狹縫高度和照明均勻性等，在給定波長(zhǎng)，從光譜儀輸出的波長(zhǎng)寬度。它是倒線色散和狹縫寬度的乘積。例如，單色儀狹縫為0.2mm，光柵倒線色散2.7nm/mm2.7×0.2=0.54nm。波長(zhǎng)精度、重復(fù)性和準(zhǔn)確度波長(zhǎng)精度是光譜儀確定波長(zhǎng)的刻度等級(jí)，單位為nm。通常，波長(zhǎng)精度隨波長(zhǎng)變化。波長(zhǎng)重復(fù)性是光譜儀返回原波長(zhǎng)的力量。這表達(dá)了波長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)機(jī)械和整個(gè)儀器的穩(wěn)定性。卓立漢光的光譜儀的波長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)和機(jī)械穩(wěn)定性極佳，其重復(fù)性超過(guò)了波長(zhǎng)精度。波長(zhǎng)準(zhǔn)確度是光譜儀設(shè)定波長(zhǎng)與實(shí)際波長(zhǎng)的差值。每臺(tái)單色儀都要在很多波長(zhǎng)檢查波長(zhǎng)準(zhǔn)確度。F/#F/#定義為光譜儀準(zhǔn)直凹面反射鏡的直徑與焦距的比值。光通過(guò)效率與F/#的平方成反比，F(xiàn)/#愈小，光通過(guò)率愈高。二、光譜儀的分類(lèi)光譜儀器的種類(lèi)很多，分類(lèi)方法也很多，他與分類(lèi)者的動(dòng)身點(diǎn)有關(guān)。依據(jù)光譜儀所承受的分解光譜的工作原理，它可以分為經(jīng)典光譜儀和型光譜儀。經(jīng)典光譜儀依據(jù)其色散原理可將儀器分為：①棱鏡光譜儀；②衍射光柵光譜儀；③干預(yù)光譜儀。依據(jù)接收和記錄光譜的方法不同，光譜儀器可分為：①看譜儀；②攝譜儀；③光電光譜儀。依據(jù)光譜儀所能正常工作的正常范圍，光譜儀器可分為：①真空紫外光譜儀；②紫外光譜儀；③可見(jiàn)光光譜儀；④近紅外光譜儀；⑤紅外光譜儀；⑥遠(yuǎn)紅外光譜儀。依據(jù)以其功能及構(gòu)造特點(diǎn)，光譜儀器也可以分為以下類(lèi)型：①單色儀；②放射光譜儀；③吸取光譜儀；④熒光光譜儀；⑤調(diào)制光譜儀。還有其他一些光譜儀，例如相關(guān)光譜儀，色度儀，成像光譜儀等等。三、光譜儀原理及適用范圍由于光譜儀的類(lèi)型包括很多種，在此也不好一一介紹，就簡(jiǎn)潔的介紹幾種類(lèi)型的光譜儀。原子熒光光譜儀型原子熒光光譜儀，包括原子化器和光電倍增管以及位于原子化器和光電倍增管之間的短焦不等距光路系統(tǒng)，該光路系統(tǒng)由透鏡室及其前蓋和位于透鏡室中的透鏡及透鏡后部的定位圈組成，原子化器位于透鏡的前焦點(diǎn)上，透鏡室的后部與光電倍增管外罩通過(guò)螺紋連接在一起，并將光電倍增管固定在透鏡的后焦點(diǎn)以內(nèi)的位置上，透鏡室設(shè)有固定圈，透鏡室通過(guò)固定圈固定安裝在鏡架板上。型原子熒光光譜儀的優(yōu)點(diǎn)在于：減小了原子化器與光電倍增管之間的距離，增大了原子熒光信號(hào)接收的立體角，接收到較強(qiáng)的原子熒光信號(hào)，削減了原子熒光光譜儀的熒光猝滅現(xiàn)象。原子吸取光譜儀原子吸取是指呈氣態(tài)的原子對(duì)由同類(lèi)原子輻射出的特征譜線所具有的吸取現(xiàn)象。在肯定頻率的外部輻射光能激發(fā)下，原子的外層電子由一個(gè)較低能態(tài)躍遷到一個(gè)較高能態(tài)，此過(guò)程產(chǎn)生的光譜就是原子吸取光譜。原子吸取光譜儀是由光源、原子化系統(tǒng)、分光系統(tǒng)和檢測(cè)系統(tǒng)組成。原子吸取光譜儀可測(cè)定多種元素，火焰原子吸取光譜法可測(cè)到10-9g/ml數(shù)量級(jí)，石墨爐原子吸取法可測(cè)到10-13g/ml數(shù)量級(jí)。其氫化物發(fā)生器可對(duì)八種揮發(fā)性原素汞、砷、鉛、硒、錫、碲、銻、鍺等進(jìn)展微痕量測(cè)定。因原子吸取光譜儀的靈敏、準(zhǔn)確、簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛用于冶金、地質(zhì)、采礦、石油、輕工、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、衛(wèi)生、食品及環(huán)境監(jiān)測(cè)等方面的常量及微痕量原素分析。傅立葉紅外光譜儀傅立葉變換紅外光譜儀被稱(chēng)為第三代紅外光譜儀，利用麥克爾遜干預(yù)儀將兩束光程差按肯定速度變化的復(fù)色紅外光相