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光譜儀 是什么?

2025-4-29  閱讀(453)

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以下是關于光譜儀的詳細介紹:

定義與發(fā)展歷程

  • 定義:光譜儀,又稱分光儀,、光譜分析儀,、光學分光計,,是將成分復雜的復合光分解為光譜線進行測量和計算的光學儀器,主要用于測定光的波長,、頻率、強度,、輪廓,、寬度及其變化規(guī)律等。

  • 發(fā)展歷程:1666 年,,牛頓在玻璃三棱鏡分光實驗中發(fā)現(xiàn)太陽光譜。1814 年,,夫瑯禾費設計制成分光裝置,。1859 年末,克?;舴蚺c本生制成第一臺結(jié)構完整的光譜分析儀器。此后,,光譜儀不斷發(fā)展,1918 年美國研制出紫外 - 可見光分光設備,,1928 年德國蔡司廠推出第一臺商品化攝譜儀,,1944 年出現(xiàn)光電法代替攝譜法等,,逐漸進入自動化、光電化階段,。中國的光譜儀發(fā)展始于 1949 年后,,現(xiàn)已建立起完善的研究,、設計、生產(chǎn)體系,。

工作原理

  • 基本原理:應用光學原理,通過光源和照明系統(tǒng)提供光,,準直系統(tǒng)將光變?yōu)槠叫泄猓⑾到y(tǒng)把復合光分解為光譜,,聚焦成像系統(tǒng)將色散后的光會聚或成像在焦平面上,,檢測記錄和顯示系統(tǒng)測量和記錄光譜的相關信息,從而對物質(zhì)的結(jié)構和成分等進行測量,、分析和處理,。

  • 光譜分析原理:不同元素的原子具有特定的能級結(jié)構,當原子受到能量激發(fā)時,,外層電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài),處于激發(fā)態(tài)的原子不穩(wěn)定,,會躍遷回基態(tài)或較低能級,,同時釋放出特定波長的電磁波,,形成特征光譜線。通過識別這些特征光譜線可進行元素的定性分析,,依據(jù)譜線強度可進行定量分析,。

基本組成

  • 光源和照明系統(tǒng):在研究發(fā)射光譜時,,光源發(fā)生器如氣體火焰等激發(fā)試樣獲得光譜,;研究吸收、喇曼,、熒光光譜時,,光源用于照射或激發(fā)被研究物質(zhì),。照明系統(tǒng)則盡可能會聚光源輻射的光能量,并傳遞給儀器,。

  • 準直系統(tǒng):一般由入射狹縫和準直物鏡組成,入射狹縫成為實際光源,,限制進入儀器的光束,,其位于準直物鏡焦平面上,使發(fā)出的光束經(jīng)準直物鏡后成為平行光投向色散系統(tǒng),。

  • 色散系統(tǒng):將入射的復合光分解為光譜,主要有物質(zhì)色散(如光譜棱鏡),、多縫衍射(如光柵),、多光束干涉(如法布里 - 珀涉儀)三類作用原理,。

  • 聚焦成像系統(tǒng):把空間上色散開的各波長光束會聚或成像在像物鏡的焦平面上,,形成分立的線狀光譜,、小波段范圍連續(xù)的帶狀光譜或大范圍內(nèi)連續(xù)的連續(xù)光譜。

  • 檢測記錄和顯示系統(tǒng):接受各光譜元的信號,,測量其波長、強度等組成,,并記錄和顯示成為光譜圖,,接收系統(tǒng)包括目視接受系統(tǒng),、感光材料接受系統(tǒng)和光電探測系統(tǒng)。


應用領域

  • 科研領域:在物理,、化學、天文學等學科中,,用于研究物質(zhì)的結(jié)構、特性和相互作用,,如分析原子,、分子的能級結(jié)構,研究天體的化學成分和物理狀態(tài)等,。

  • 工業(yè)領域:在冶金行業(yè)可分析金屬材料的成分;石油化工行業(yè)用于油品質(zhì)量檢測,、化工原料分析等;電子工業(yè)中可檢測半導體材料的特性,、鍍膜厚度等,。

  • 環(huán)境監(jiān)測:用于檢測空氣中的污染物成分、水質(zhì)中的重金屬含量,、土壤中的有害物質(zhì)等,為環(huán)境保護和治理提供依據(jù),。

  • 生物醫(yī)學領域:可用于血液、尿液等生物樣本的成分分析,疾病診斷,,藥物研發(fā)過程中的成分鑒定和質(zhì)量控制等。

  • 農(nóng)業(yè)領域:可分析土壤養(yǎng)分,、農(nóng)作物的化學成分,幫助優(yōu)化施肥方案,、監(jiān)測農(nóng)作物生長狀況和品質(zhì)等


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