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光譜儀

我有新說法

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,并在選定的波長上(或掃描某一波段)進行強度測定。分為單色儀和多色儀兩種。


1簡介


光譜儀( Spectroscope)是將成分復雜的光分解為光譜線的科學儀器,由棱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范圍,其余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。這種技術被廣泛地應用于空氣污染、水污染、食品衛生、金屬工業等的檢測中。

將復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,還有紅外光譜儀和紫外光譜儀。按色散元件的不同可分為棱鏡光譜儀、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。

圖片

圖中所示是三棱鏡色譜儀的基本結構。狹縫S與棱鏡的主截面垂直,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,由于棱鏡的色散作用,不同波長的譜線彼此分開,就得入射光的光譜。棱鏡攝譜儀能觀察的光譜范圍決定于棱鏡等光學元件對光譜的吸收。普通光學玻璃只適用于可見光波段,用石英可擴展到紫外區,在紅外區一般使用氯化鈉、溴化鉀和氟化鈣等晶體。普遍使用的反射式光柵光譜儀的光譜范圍取決于光柵條紋的設計,可以具有較寬的光譜范圍。

表征光譜儀基本特性的參量有光譜范圍、色散率、帶寬和分辨本領等。基于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,常用于光譜精細結構的分析。

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2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制原理上的儀器。經典光譜儀器都是狹縫光譜儀器。調制光譜儀是非空間分光的,它采用圓孔進光。

根據色散組件的分光原理,光譜儀器可分為:棱鏡光譜儀,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)是近十幾年出現的采用光子探測器(CCD)和計算機控制的新型光譜分析儀器,它集信息采集,處理,存儲諸功能于一體。由于OMA不再使用感光乳膠,避免和省去了暗室處理以及之后的一系列繁瑣處理,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,響應時間快,光譜分辨率高,測量結果可立即從顯示屏上讀出或由打印機,繪圖儀輸出。它己被廣泛使用于幾乎所有的光譜測量,分析及研究工作中,特別適應于對微弱信號,瞬變信號的檢測。

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3構成


一臺典型的光譜儀主要由一個光學平臺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: 通常采用光柵,使光信號在空間上按波長分散成為多條光束。

4. 聚焦元件: 聚焦色散后的光束,使其在焦平面上形成一系列入射狹縫的像,其中每一像點對應于一特定波長。

5. 探測器陣列:放置于焦平面,用于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。

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4分類


光譜儀的種類很多,分類方法也很多,根據光譜儀所采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制原理上的儀器,故又稱為調制光譜儀。 [1] 

經典光譜儀依據其色散原理可將儀器分為:棱鏡光譜儀、衍射光柵光譜儀、 [2]  干涉光譜儀。

根據光譜儀器所能正常工作的光譜范圍,光譜儀可分為:

分類分類

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5應用


光譜儀應用很廣,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、生物醫學應用、熒光測量、寶石成分檢測、氧濃度傳感器、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、顏色測量等領域應用廣泛。 [3] 

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6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:對于相對測量,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系。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,并且光柵的效率低于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

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7使用注意事項


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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操作軟件,點擊Monitor,觀察狀態并檢查是否聯機

1.8 一切正常后,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后在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。

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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,最后歸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操作軟件,關閉電腦

2.8 如果有必要關閉內循環水,則等待5分鐘后,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分鐘后關閉外循環水,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。

參考資料
  • 1.  張淳民,黃偉健,趙葆常. 新型偏振干涉成像光譜儀噪聲分析與評價[J]. 物理學報,2010,59(08):5479-5486.  .中國知網.2010-08-15[引用日期2017-11-22]
  • 2.  葛建平. 成像光譜儀用光柵的研究[D].蘇州大學,2012.  .中國知網.2012-05-01[引用日期2017-11-22]
  • 3.  張學華,李強,黃雪華,姚會強. 手持式X射線熒光光譜儀在富鈷結殼資源勘查中的應用[J]. 巖礦測試,2014,33(04):512-516.  .中國知網.2014-07-03[引用日期2017-11-22]


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