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(xué)分光計,，是將成分復(fù)雜的復(fù)合光分解為光譜線進(jìn)行測量和計算的光學(xué)儀器,，主要用于測定光的波長、頻率,、強(qiáng)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(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)太陽光譜,。1814 年,，夫瑯禾費(fèi)設(shè)計制成分光裝置。1859 年末,，克?；舴蚺c本生制成第一臺結(jié)構(gòu)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(shè)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(jìn)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(shè)計、生產(chǎn)體系,。

工作原理

• 基本原理：應(yīng)用光學(xué)原理,，通過光源和照明系統(tǒng)提供光，準(zhǔn)直系統(tǒng)將光變?yōu)槠叫泄?，色散系統(tǒng)把復(fù)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(guān)信息,，從而對物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和成分等進(jìn)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(gòu),，當(dāng)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(jìn)行元素的定性分析,，依據(jù)譜線強(qiáng)度可進(jìn)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(zhǔn)直系統(tǒng)：一般由入射狹縫和準(zhǔn)直物鏡組成，入射狹縫成為實(shí)際光源,，限制進(jìn)入儀器的光束,，其位于準(zhǔn)直物鏡焦平面上,，使發(fā)出的光束經(jīng)準(zhǔn)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(fù)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(qiáng)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(yīng)用領(lǐng)域

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

• 工業(yè)領(lǐng)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(dǎo)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(hù)和治理提供依據(jù)。

• 生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)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(lǐng)域：可分析土壤養(yǎng)分、農(nóng)作物的化學(xué)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