光谱仪简要介绍.pptx

FieldSpec4

理加联合科技有限公司

光谱仪基础知识

&

FieldSpec4工作原理及技术

电磁辐射

光谱是按照波长(或波数、频率)顺序排列的电磁辐射。电磁辐射实际是一种以巨大速度通过空间而传播的能量(光量子流)，具有波动性和微粒性。

l就波动性而言，电磁辐射在空间的传播具有波的性质。

δ＝V/C=1/λ

l就微粒性来说，每个光量子均有其特征的能量ε，它们与波长或频率之间的关系可以用普朗克公式表示。

ε＝hv＝h(c/λ)

光谱仪基础知识

下表列出了各辐射区域、波长范围及相应的能及跃迁类型。

电磁辐射按波长顺序排列称电磁波谱。他们是物质内部运动的一种客

观反映。

如果已知物质由一种状态，E2过渡到另一种状态E1时，其能量差为△E=E2-E1便可按照普朗克公式计算出相应的光量子的波长。

电磁波谱区域

光谱仪定义：

光与物质相互作用引起物质内部原子及分子能级间的电子跃迁，使物质对光的吸收、发射、散射等在波长及强度信息上发生变化，而检测并处理这类变化的仪器。

光谱仪基本功能：

将复色光在空间上按照不同的波长分离/延展开来，配合各种光电仪器附件得到波长成分及各波长成分的强度等原始信息以供后续处理分析使用。

l依据波长可以决定是那一种元素，这就是光谱的定性分析。

l另一方面谱线的强度是由发射该谱线的光子数目来决定的，光子数目多则强度大，反之则弱，而光子的数目又和处于基态的原子数目所决定，而基态原子数目又取决于某元素含量多少，这样，根据谱线强度就可以得到某元素的含量。

光谱仪的类型

色散原理

光电直读光谱仪

光电单色仪

分光光度仪

真空紫外(远紫外)光谱仪

紫外光谱仪

可见光光谱仪

近红外光谱仪

红外光谱仪

远红外光谱仪

接收和记录光谱的方法

看谱仪

摄谱仪

光电光谱仪

棱镜光谱仪

衍射光栅光谱仪干涉光谱仪

光谱仪器所能正常工作的光谱范围：

波段

光谱仪类型：

1.入口狭缝：通常由一个长狭缝组成的入口。

2.校准元件，用来将所有通过入射狭缝的光保持平行。

n透镜、反射镜或是一个色散元件(dispersingelement)的部分或整体器件，例如：凹面光栅光谱仪。

3.色散元件(两种)，棱镜的工作光谱区受到材料透过率的限制；在小于120nm真空紫外区和大于50微米的远红外区是不能采用的，而光栅不受材料透过率的限制，它可以在整个光谱区中应用，光栅的分辨率比棱镜大。通常采用光栅，使光信号在空间上按波长分散成为多条光束。

n光路径由其波长决定

4.聚焦元件:聚焦色散后的光束，使其在焦平面(focalplane)上形成一系列入射狭缝的像，其中每一像点对应于一特定波长。

5.探测器阵列：放置于焦平面，用于测量各波长像点的光强度。

n该探测器阵列可以是CCD阵列或其它种类的光探测器阵列，也可以是一个出口狭缝。

分光光谱仪的构成：

复色入射光进入入射狭缝后，经过准光镜变成复色平行光，照射到衍射光栅色散后，形成不同波长的平行光并以不同的衍射角度出射。

n衍射光栅安装在一个转台上。

n物镜将照射到它上面的某一波长的光聚焦在CCD探测器记录波长光强度，记录光栅不同旋转角度的输出光信号强度，即记录光谱。

n光栅就不同波长的光信号旋转，依次聚焦在出射狭缝，通过输出狭缝选择特定的波长。

刻画光栅：用钻石刻刀在涂薄金属表面机械刻划而成。n衍射效率高。

复制光栅：用母光栅复制而成。n典型刻划光栅和复制光栅的刻槽是三角形。

全息光栅：由激光干涉条纹光刻而成。n通常是正弦刻槽。n光谱范围广，杂散光低，且可作到高光谱分辨率。

光栅分光

一般说来，任何一种具有空间周期性的衍屏的光学元件都可以称为光栅。它是在一块平整的玻璃或金属材料表面(可以是平面或凹面)刻画出一系列平行、等距的刻线，然后在整个表面镀上高反射的金属膜或介质膜。

全息照相刻划法，其原理如下：二束相干光重叠会产生干涉条纹。

振幅型光栅

Laminar光栅

闪耀光栅

若在面上放置一块予先涂上抗光蚀层的毛胚，则在蚀层获得干涉条纹的空间潜象，经显影后则在毛胚上获得干涉条纹的立体象(全息象)，这就是透射衍射光栅。镀反射膜后可成为反射式衍射光栅。

光栅分光原理

光栅上每个刻槽产生衍射的结果。由于光的衍射使光经过光栅后不同波长的光沿不同方向衍射出去。每个刻槽衍射的光彼此之间是互相干涉的。波长不同的光干涉的极大值出现的方向不同，因而复合光经过光栅后使色散而成光谱。

其间距为D=λ/2sinα，

衍射光栅是光