光谱仪的介绍及应用

光谱仪又称分光仪，广泛为认知的为直读光谱仪以光电倍增管等光探测器测量谱线不同波长位置强度的装置它由1个入射狭缝，1个色散系统，1个成像系统和1个或多个出射狭缝组成以色散元件将辐射源的电磁辐射分离出所需要的波长或波长区域，并在选定的波长上（或扫描某1波段）进行强度测定分为单色仪和多色仪两种作用光谱分析和光谱测量性质精密仪器原理光学元件的反射使用难点调节可测量物理量折射率、波长、色散率、衍射角目录1简介2原理3构成4应用5透射测定6使用注意事项折叠编辑本段简介光谱仪是将成分复杂的光分解为光谱线的科学仪器，由棱镜或衍射光栅等构成，利用光谱仪可测量物体表面反射的光线阳光中的7色光是肉眼能分的部分（可见光），但若通过光谱仪将阳光分解，按波长排列，可见光只占光谱中很小的范围，其余都是肉眼无法分辨的光谱，如红外线、微波、紫外线、X射线等等通过光谱仪对光信息的抓取、以照相底片显影，或电脑化自动显示数值仪器显示和分析，从而测知物品中含有何种元素这种技术被广泛地应用于空气污染、水污染、食品卫生、金属工业等的检测中将复色光分离成光谱的光学仪器光谱仪有多种类型，除在可见光波段使用的光谱仪外，还有红外光谱仪和紫外光谱仪按色散元件的不同可分为棱镜光谱仪、光栅光谱仪和干涉光谱仪等按探测方法分，有直接用眼观察的分光镜，用感光片记录的摄谱仪，以及用光电或热电元件探测光谱的分光光度计等单色仪是通过狭缝只输出单色谱线的光谱仪器，常与其他分析仪器配合使用图片图片图中所示是3棱镜色谱仪的基本结构狭缝S与棱镜的主截面垂直，放置在透镜L的物方焦面内，感光片放置在透镜L的像方焦面内用光源照明狭缝S，S的像成在感光片上成为光谱线，由于棱镜的色散作用，不同波长的谱线彼此分开，就得入射光的光谱棱镜摄谱仪能观察的光谱范围决定于棱镜等光学元件对光谱的吸收普通光学玻璃只适用于可见光波段，用石英可扩展到紫外区，在红外区1般使用、溴化钾和氟化钙等晶体普遍使用的反射式光栅光谱仪的光谱范围取决于光栅条纹的设计，可以具有较宽的光谱范围表征光谱仪基本特性的参量有光谱范围、色散率、带宽和分辨本领等基于干涉原理设计的光谱仪（如法布里干涉仪、傅立叶变换光谱仪）具有很高的色散率和分辨本领，常用于光谱精细结构的分析折叠编辑本段原理根据现代光谱仪器的工作原理光谱仪可以分为两大类：经典光谱仪和新型光谱仪经典光谱仪器是建立在空间色散原理上的仪器；新型光谱仪器是建立在调制原理上的仪器经典光谱仪器都是狭缝光谱仪器调制光谱仪是非空间分光的它采用圆孔进光根据色散组件的分光原理光谱仪器可分为：棱镜光谱仪衍射光栅光谱仪和干涉光谱仪光学多道分析仪0MA（0ptica1Mu1tichanne1Ana1yzer）是近十几年出现的采用光子探测器（CCD）和计算机控制的新型光谱分析仪器它集信息采集处理存储诸功能于1体由于0MA不再使用感光乳胶避免和省去了暗室处理以及之后的1系列繁琐处理测量工作使传统的光谱技术发生了根本的改变大大改善了工作条件提高了工作效率；使用0MA分析光谱测量准确迅速方便且灵敏度高响应时间快光谱分辨率高测量结果可立即从显示屏上读出或由打印机绘图仪输出它己被广泛使用于几乎所有的光谱测量分析及研究工作中特别适应于对微弱信号瞬变信号的检测折叠编辑本段构成如图11所示1台典型的光谱仪主要由1个光学平台和1个检测系统组成包括以下几个主要部分：1入射狭缝：在入射光的照射下形成光谱仪成像系统的物点2准直元件：使狭缝发出的光线变为平行光该准直元件可以是1独立的透镜、反射镜、或直接集成在色散元件上，如凹面光栅光谱仪中的凹面光栅3色散元件：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4聚焦元件：聚焦色散后的光束，使其在焦平面上形成1系列入射狭缝的像，其中每1像点对应于1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该探测器阵列可以是CCD阵列或其它种类的光探测器阵列折叠编辑本段应用光谱仪应用很广，在农业、天文、汽车、生物、化学、镀膜、色度计量、环境检测、薄膜工业、食品、印刷、造纸、拉曼光谱、半导体工业、成分检测、颜色混合及匹配、生物医学应用、荧光测量、宝石成分检测、氧浓度传感器、真空室镀膜过程监控、薄膜厚度测量、LED测量、发射光谱测量、紫外可见吸收光谱测量、颜色测量等领域应用广泛折叠编辑本段透射测定光谱仪的透射率或它的效率可用辅助单色仪装置来测定在可见和近紫外实现这些测量没有任何困难测量通过第1个单色仪的光通量，紧接着测量通过两个单色仪的光通量，以这种方式来确定第2个单色仪的透射率测量需要知道单色仪的透射率：对于相对测量，以各种波长处的相对单位可以测量透射率真空紫外线的这些测量有相当大的实验困难，因此通常使用辅助单色仪在各种入射角的情况下分别测量衍射光栅的效率在许多实验步骤中已成功地避免了校准上的困难曾经研究过光栅效率与波长、入射角、镀层厚度、镀层材料以及其它因素的关系所有这些测量都指出，在许多情况下能量损失是非常显著的，并且光栅的效率低于1%，光栅的不同部分可能有明显不同的效率