光譜儀，又稱分光儀。以光電倍增管等光探測(cè)器在不同波長(zhǎng)位置，測(cè)量譜線強(qiáng)度的裝置。其構(gòu)造由一個(gè)入射狹縫，一個(gè)色散系統(tǒng)，一個(gè)成像系統(tǒng)和一個(gè)或多個(gè)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(zhǎng)或波長(zhǎng)區(qū)域，并在選定的波長(zhǎng)上(或掃描某一波段)進(jìn)行強(qiáng)度測(cè)定。分為單色儀和多色儀兩種。
下面就介紹幾種實(shí)驗(yàn)室常用的光譜儀的工作原理，它們分別是：熒光
直讀光譜儀、紅外光譜儀、直讀光譜儀、成像光譜儀。
熒光直讀光譜儀的原理：
當(dāng)能量高于原子內(nèi)層電子結(jié)合能的高能X射線與原子發(fā)生碰撞時(shí),驅(qū)逐一個(gè)內(nèi)層電子而出現(xiàn)一個(gè)空穴,使整個(gè)原子體系處于不穩(wěn)定的激發(fā)態(tài),激發(fā)態(tài)原子壽命約為 (10)-12-(10)-14s,然后自發(fā)地由能量高的狀態(tài)躍遷到能量低的狀態(tài).這個(gè)過(guò)程稱為發(fā)射過(guò)程。
發(fā)射過(guò)程既可以是非輻射躍遷,也可以是輻射躍遷。當(dāng)較外層的電子躍遷到空穴時(shí),所釋放的能量隨即在原子內(nèi)部被吸收而逐出較外層的另一個(gè)次級(jí)光電子,此稱為俄歇效應(yīng),亦稱次級(jí)光電效應(yīng)或無(wú)輻射效應(yīng),所逐出的次級(jí)光電子稱為俄歇電子。它的能量是特征的,與入射輻射的能量無(wú)關(guān)。當(dāng)較外層的電子躍入內(nèi)層空穴所釋放的能量不在原子內(nèi)被吸收,而是以輻射形式放出,便產(chǎn)生X 射線熒光,其能量等于兩能級(jí)之間的能量差。因此,X射線熒光的能量或波長(zhǎng)是特征性的,與元素有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。
K層電子被逐出后,其空穴可以被外層中 任一電子所填充,ad4yjmk從而可產(chǎn)生一系列的譜線,稱為K系譜線: 由L層躍遷到K層輻射的X射線叫Kα射線,由M層躍遷到K層輻射的X射線叫Kβ射線同樣,L層電子被逐出可以產(chǎn)生L系輻射。如果入射的X 射線使某元素的K層電子激發(fā)成光電子后L層電子躍遷到K層,此時(shí)就有能量ΔE釋放出來(lái),且ΔE=EK-EL,這個(gè)能量是以X射線形式釋放,產(chǎn)生的就是Kα 射線,同樣還可以產(chǎn)生Kβ射線 ,L系射線等。
莫斯萊(H.G.Moseley) 發(fā)現(xiàn),熒光X射線的波長(zhǎng)λ與元素的原子序數(shù)Z有關(guān),其數(shù)學(xué)關(guān)系如下: λ=K(Z-s)-2 這就是莫斯萊定律,式中K和S是常數(shù),因此,只要測(cè)出熒光X射線的波長(zhǎng),就可以知道元素的種類,這 就是熒光X射線定性分析的基礎(chǔ).此外,熒光X射線的強(qiáng)度與相應(yīng)元素的含量有一定的關(guān)系,據(jù)此,可以進(jìn)行元素定量分析。
紅外光譜儀的原理：
紅外光譜與分子的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，是研究表征分子結(jié)構(gòu)的一種有效手段，與其它方法相比較，紅外光譜由于對(duì)樣品沒(méi)有任何限制，它是公認(rèn)的一種重要分析工具。在分子構(gòu)型和構(gòu)象研究、化學(xué)化工、物理、能源、材料、天文、氣象、遙感、環(huán)境、地質(zhì)、生物、醫(yī)學(xué)、藥物、農(nóng)業(yè)、食品、法庭鑒定和工業(yè)過(guò)程控制等多方面的分析測(cè)定中都有十分廣泛的應(yīng)用。
紅外光譜可以研究分子的結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵，如力常數(shù)的測(cè)定和分子對(duì)稱性等，利用紅外光譜方法可測(cè)定分子的鍵長(zhǎng)和鍵角，并由此推測(cè)分子的立體構(gòu)型。根據(jù)所得的力常數(shù)可推知化學(xué)鍵的強(qiáng)弱，由簡(jiǎn)正頻率計(jì)算熱力學(xué)函數(shù)等。分子中的某些基團(tuán)或化學(xué)鍵在不同化合物中所對(duì)應(yīng)的譜帶波數(shù)基本上是固定的或只在小波段范圍內(nèi)變化，因此許多有機(jī)官能團(tuán)例如甲基、亞甲基、羰基，氰基，羥基，胺基等等在紅外光譜中都有特征吸收，通過(guò)紅外光譜測(cè)定，人們就可以判定未知樣品中存在哪些有機(jī)官能團(tuán)，這為*終確定未知物的化學(xué)結(jié)構(gòu)奠定了基礎(chǔ)。
由于分子內(nèi)和分子間相互作用，有機(jī)官能團(tuán)的特征頻率會(huì)由于官能團(tuán)所處的化學(xué)環(huán)境不同而發(fā)生微細(xì)變化，這為研究表征分子內(nèi)、分子間相互作用創(chuàng)造了條件。
分子在低波數(shù)區(qū)的許多簡(jiǎn)正振動(dòng)往往涉及分子中全部原子，不同的分子的振動(dòng)方式彼此不同，這使得紅外光譜具有像指紋一樣高度的特征性，稱為指紋區(qū)。利用這一特點(diǎn)，人們采集了成千上萬(wàn)種已知化合物的紅外光譜，并把它們存入計(jì)算機(jī)中，編成紅外光譜標(biāo)準(zhǔn)譜圖庫(kù)。 人們只需把測(cè)得未知物的紅外光譜與標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中的光譜進(jìn)行比對(duì)，就可以迅速判定未知化合物的成份。
當(dāng)代紅外光譜技術(shù)的發(fā)展已使紅外光譜的意義遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了對(duì)樣品進(jìn)行簡(jiǎn)單的常規(guī)測(cè)試并從而推斷化合物的組成的階段。紅外光譜儀與其它多種測(cè)試手段聯(lián)用衍生出許多新的分子光譜領(lǐng)域，例如，色譜技術(shù)與紅外光譜儀聯(lián)合為深化認(rèn)識(shí)復(fù)雜的混合物體系中各種組份的化學(xué)結(jié)構(gòu)創(chuàng)造了機(jī)會(huì);把紅外光譜儀與顯微鏡方法結(jié)合起來(lái)，形成紅外成像技術(shù)，用于研究非均相體系的形態(tài)結(jié)構(gòu)，由于紅外光譜能利用其特征譜帶有效地區(qū)分不同化合物，這使得該方法具有其它方法難以匹敵的化學(xué)反差。
直讀光譜儀的原理：
直讀光譜儀采用原子發(fā)射光譜學(xué)的分析原理，樣品經(jīng)過(guò)電弧或火花放電激發(fā)成原子蒸汽，蒸汽中原子或離子被激發(fā)后產(chǎn)生發(fā)射光譜，發(fā)射光譜經(jīng)光導(dǎo)纖維進(jìn)入光譜儀分光室色散成各光譜波段，根據(jù)每個(gè)元素發(fā)射波長(zhǎng)范圍，通過(guò)光電管測(cè)量每個(gè)元素的*佳譜線，每種元素發(fā)射光譜譜線強(qiáng)度正比于樣品中該元素含量，通過(guò)內(nèi)部預(yù)制校正曲線可以測(cè)定含量，直接以百分比濃度顯示。
其實(shí)大家不用跟一個(gè)名詞叫勁，直讀光譜儀它的正規(guī)名字叫原子發(fā)射光譜儀，管他叫直讀的原因是相對(duì)于攝譜儀和早期的發(fā)射光譜儀而言，由于在70年代以前還沒(méi)有計(jì)算機(jī)采用，所有的光電轉(zhuǎn)換出來(lái)的電流信號(hào)都用數(shù)碼管讀數(shù)，然后在對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換紙上繪出曲線并求出含量值，計(jì)算機(jī)技術(shù)在光譜儀應(yīng)用后，所有的數(shù)據(jù)處理全部由計(jì)算機(jī)完成，可以直接換算出含量，所以比較形象的管它叫直接可以讀出結(jié)果，簡(jiǎn)稱就叫直讀了，在國(guó)外沒(méi)有這個(gè)概念。
直讀光譜儀是火花光譜，奧秋
儀器推薦主要用于分析塊狀或條狀金屬樣品，ICP用液體進(jìn)樣，使用范圍很廣，分光裝置也差別很大。直讀光譜儀只要平時(shí)清理維護(hù)的好，曲線做的沒(méi)什么問(wèn)題，用起來(lái)很方便的，做一個(gè)樣很快的，磨好樣后在上面一激發(fā)就出結(jié)果了。ICP-AES做一次應(yīng)該挺慢，他們區(qū)別應(yīng)該就是制樣進(jìn)樣方式不同，原理都差不多，直讀用的是發(fā)射光譜，ICP是吸收光譜。
成像光譜儀：
成像光譜就是在特定光譜域以高光譜分辨率同時(shí)獲得連續(xù)的地物光譜圖像，這使得遙感應(yīng)用可以在光譜維上進(jìn)行空間展開(kāi)，定量分析地球表層生物物理化學(xué)過(guò)程與參數(shù)。
