光譜儀

光譜儀

光譜儀又稱分光儀,廣泛為認知的為直讀光譜儀。以光電倍增管等光探測器測量譜線不同波長位置強度的裝置。它由一個入射狹縫,一個色散系統,一個成像系統和一個或多個出射狹縫組成。以色散元件將輻射源的電磁輻射分離出所需要的波長或波長區域,並在選定的波長上(或掃描某一波段)進行強度測定。分為單色儀和多色儀兩種。

基本介紹

  • 中文名:光譜儀
  • 外文名:Spectroscope
  • 別稱:分光儀
  • 類別:科學儀器
  • 領域:測繪科學與技術
  • 分類:單色儀等
簡介,原理,構成,分類,套用,透射測定,使用注意事項,啟動,關機,

簡介

光譜儀( Spectroscope)是將成分複雜的光分解為光譜線的科學儀器,由稜鏡或衍射光柵等構成,利用光譜儀可測量物體表面反射的光線。陽光中的七色光是肉眼能分的部分(可見光),但若通過光譜儀將陽光分解,按波長排列,可見光只占光譜中很小的範圍,其餘都是肉眼無法分辨的光譜,如紅外線、微波、紫外線、X射線等等。通過光譜儀對光信息的抓取、以照相底片顯影,或電腦化自動顯示數值儀器顯示和分析,從而測知物品中含有何種元素。這種技術被廣泛地套用於空氣污染、水污染、食品衛生、金屬工業等的檢測中。
複色光分離成光譜的光學儀器。光譜儀有多種類型,除在可見光波段使用的光譜儀外,還有紅外光譜儀紫外光譜儀。按色散元件的不同可分為稜鏡光譜儀光柵光譜儀和干涉光譜儀等。按探測方法分,有直接用眼觀察的分光鏡,用感光片記錄的攝譜儀,以及用光電或熱電元件探測光譜的分光光度計等。單色儀是通過狹縫只輸出單色譜線的光譜儀器,常與其他分析儀器配合使用。
圖中所示是三稜鏡色譜儀的基本結構。狹縫S與稜鏡的主截面垂直,放置在透鏡L的物方焦面內,感光片放置在透鏡L的像方焦面內。用光源照明狹縫S, S的像成在感光片上成為光譜線,由於稜鏡的色散作用,不同波長的譜線彼此分開,就得入射光的光譜。稜鏡攝譜儀能觀察的光譜範圍決定於稜鏡等光學元件對光譜的吸收。普通光學玻璃只適用於可見光波段,用石英可擴展到紫外區,在紅外區一般使用氯化鈉溴化鉀氟化鈣等晶體。普遍使用的反射式光柵光譜儀的光譜範圍取決於光柵條紋的設計,可以具有較寬的光譜範圍。
圖片圖片
表征光譜儀基本特性的參量有光譜範圍、色散率、頻寬和分辨本領等。基於干涉原理設計的光譜儀(如法布里-珀羅干涉儀、傅立葉變換光譜儀)具有很高的色散率和分辨本領,常用於光譜精細結構的分析。

原理

根據現代光譜儀器的工作原理,光譜儀可以分為兩大類:經典光譜儀和新型光譜儀。經典光譜儀器是建立在空間色散原理上的儀器;新型光譜儀器是建立在調製原理上的儀器。經典光譜儀器都是狹縫光譜儀器。調製光譜儀是非空間分光的,它採用圓孔進光。
根據色散組件的分光原理,光譜儀器可分為:稜鏡光譜儀,衍射光柵光譜儀和干涉光譜儀。光學多道分析儀OMA (Optical Multi-channel Analyzer)是近十幾年出現的採用光子探測器(CCD)和計算機控制的新型光譜分析儀器,它集信息採集,處理,存儲諸功能於一體。由於OMA不再使用感光乳膠,避免和省去了暗室處理以及之後的一系列繁瑣處理,測量工作,使傳統的光譜技術發生了根本的改變,大大改善了工作條件,提高了工作效率;使用OMA分析光譜,測量準確迅速,方便,且靈敏度高,回響時間快,光譜解析度高,測量結果可立即從顯示屏上讀出或由印表機,繪圖儀輸出。它己被廣泛使用於幾乎所有的光譜測量,分析及研究工作中,特別適應於對微弱信號,瞬變信號的檢測。

構成

一台典型的光譜儀主要由一個光學平台和一個檢測系統組成。包括以下幾個主要部分:
1. 入射狹縫: 在入射光的照射下形成光譜儀成像系統的物點。
2. 準直元件: 使狹縫發出的光線變為平行光。該準直元件可以是一獨立的透鏡、反射鏡、或直接集成在色散元件上,如凹面光柵光譜儀中的凹面光柵。
3. 色散元件: 通常採用光柵,使光信號在空間上按波長分散成為多條光束。
4. 聚焦元件: 聚焦色散後的光束,使其在焦平面上形成一系列入射狹縫的像,其中每一像點對應於一特定波長。
5. 探測器陣列:放置於焦平面,用於測量各波長像點的光強度。該探測器陣列可以是CCD陣列或其它種類的光探測器陣列。

分類

光譜儀的種類很多,分類方法也很多,根據光譜儀所採用的分解光譜的原理,可以將其分成兩大類:經典光譜儀和新型光譜儀。經典光譜儀是建立在空間色散(分光)原理上的儀器;新型光譜儀是建立在調製原理上的儀器,故又稱為調製光譜儀。
經典光譜儀依據其色散原理可將儀器分為:稜鏡光譜儀、衍射光柵光譜儀、干涉光譜儀。
根據光譜儀器所能正常工作的光譜範圍,光譜儀可分為:
分類分類

套用

光譜儀套用很廣,在農業、天文、汽車、生物、化學、鍍膜、色度計量、環境檢測、薄膜工業、食品、印刷、造紙、拉曼光譜、半導體工業、成分檢測、顏色混合及匹配、生物醫學套用、螢光測量、寶石成分檢測、氧濃度感測器、真空室鍍膜過程監控、薄膜厚度測量、LED測量、發射光譜測量、紫外/可見吸收光譜測量、顏色測量等領域套用廣泛。

透射測定

光譜儀的透射率或它的效率可用輔助單色儀裝置來測定。在可見和近紫外實現這些測量沒有任何困難。測量通過第一個單色儀的光通量,緊接著測量通過兩個單色儀的光通量,以這種方式來確定第二個單色儀的透射率。
絕對測量需要知道單色儀的絕對透射率:對於相對測量,以各種波長處的相對單位可以測量透射率。真空紫外線的這些測量有相當大的實驗困難,因此通常使用輔助單色儀。在各種入射角的情況下分別測量衍射光柵的效率。在許多實驗步驟中已成功地避免了校準上的困難。
曾經研究過光柵效率與波長、入射角、鍍層厚度、鍍層材料以及其它因素的關係。所有這些測量都指出,在許多情況下能量損失是非常顯著的,並且光柵的效率低於1%,光柵的不同部分可能有明顯不同的效率。
原子吸收光譜儀原子吸收光譜儀

使用注意事項

啟動

1.1 如停機在2-8小時,則外冷水需先運轉10分鐘,內冷水需先運轉5分鐘;如停機在8小時以上,則外冷水需先運轉15分鐘,內冷水需先運轉10分鐘。
1.2 開機順序為打開外冷水
1.3 打開內冷水(COOLER)開關
1.4 打開CTROL、VACUUM開關(觀察真空度是否下降到10以下,觀察內冷卻水的電導率是否在10以下)
1.5 打開HEATER
1.6 打開板高壓開關
1.7 打開電腦,打開MXF操作軟體,點擊Monitor,觀察狀態並檢查是否在線上
1.8 一切正常後,打開面板右下方X-RAY開關
1.9 點擊面板左上方X-RAY ON按鈕,可打開X射線--按照(5KV-0mA)--(10KV-mA)--(15KV-0mA)--(20KV-0mA)--(20KV-5mA)--(20KV-10mA)順序升高管流、管壓。如停機在2-8小時,則每步需等待10分鐘;如停機在8小時以上,則每步需等待20分鐘
1.10 點擊Maintenance欄位-彈出Maintenance-MXF-點擊Inrument Setup,彈出Instrument Setup後在X-ray下方管壓、管流欄位中,將兩項設定為(30、20),點擊執行,即可使光管條件恢復待機狀態,可進行常規分析操作。

關機

在電壓正常情況下,需進行關機調試或其他工作,則可進行常規關機工作。
2.1 待機狀態為管壓30KV、管流20mA。若需關機,則可點擊Maintenance欄位-彈出Maintenance-MXF-點擊Instrument Setup,彈出Instrument Setup-在X-ray下方管壓、管流欄位中,將兩項分別按(20、10)-(20、0)-(10、0)-(0、0)進行降低,最後歸0。
2.2 當管壓、管流均歸0的條件下,可進行關機操作。將面板上X-RAY打到OFF
2.3 將下方X-RAY開關關閉
2.4 關閉HEATER
2.5 關閉板高壓開關
2.6 關閉CONSOLE、VACUUM開關
2.7 關閉電腦中MXF操作軟體,關閉電腦
2.8 如果有必要關閉內循環水,則等待5分鐘後,關閉內循環水,如無必要,則不關閉--如果有必要關閉外循環水,則等待10分鐘後關閉外循環水,如無必要,則不關閉。
2.9 關閉配電箱開關,使儀器完全斷電,可進行維護檢查操作。

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