光谱仪基本知识分解
光谱仪基础知识介绍解析
光谱仪基础知识介绍(卓立汉光)什么是光谱仪？光与物质相互作用引起物质内部原子及分子能级间的电子跃迁，使物质对光的吸收、发射、散射等在波长及强度信息上发生变化，而检测并处理这类变化的仪器被称为光谱仪。
因此，光谱仪的基本功能，就是将复色光在空间上按照不同的波长分离/延展开来，配合各种光电仪器附件得到波长成分及各波长成分的强度等原始信息以供后续处理分析使用。
光谱分析方法作为一种重要的分析手段，在科研、生产、质控等方面，都发挥着极大的作用。
无论是穿透吸收光谱，还是荧光光谱，拉曼光谱，如何获得单波长辐射是不可缺少的手段。
由于现代单色仪可具有很宽的光谱范围(UV- IR)，高光谱分辨率(到0.001nm),自动波长扫描，完整的电脑控制功能极易与其他周边设备融合为高性能自动测试系统，使用电脑自动扫描多光栅单色仪已成为光谱研究的首选。
当一束复合光线进入单色仪的入射狭缝，首先由光学准直镜汇聚成平行光，再通过衍射光栅色散为分开的波长(颜色)。
利用每个波长离开光栅的角度不同，由聚焦反射镜再成像出射狭缝。
通过电脑控制可精确地改变出射波长。
●光栅单色仪重要参数：◆分辨率光栅单色仪的分辨率R是分开两条临近谱线能力的度量，根据罗兰判据为：R=λ/Δλ光栅光谱仪中有实际意义的定义是测量单个谱线的半高宽(FWHM)。
实际上，分辨率依赖于光栅的分辨本领、系统的有效焦长、设定的狭缝宽度、系统的光学像差以及其它参数。
R∝ M·F/WM-光栅线数 F-谱仪焦距 W-狭缝宽度◆色散光栅光谱仪的色散决定其分开波长的能力。
光谱仪的倒线色散可计算得到：沿单色仪的焦平面改变距离χ引起波长λ的变化，即：Δλ/Δχ=dcosβ/mF 这里d、β、F分别是光栅刻槽的间距、衍射角和系统的有效焦距，m为衍射级次。
由方程可见，倒线色散不是常数，它随波长变化。
在所用波长范围内，变化可能超过2倍。
根据国家标准，在本样本中，用1200l/mm光栅色散的中间值(典型的为435.8nm)时的倒线色散。
光谱仪的原理、功能以及分类【详尽版】
光谱仪的原理光谱仪的主要功能以及具体的分类内容来源网络，由SIMM深圳机械展整理更多相关展示，就在深圳机械展！光谱仪器是进行光谱研究和物质结构分析，利用光学色散原理及现代先进电子技术设计的光电仪器，光谱仪的主要功能是什么，在它工作原理的基础上怎么对其进行分类的，本文将详细的为大家介绍。
光谱仪的主要功能它的基本作用是测量被研究光（所研究物质反射、吸收、散射或受激发的荧光等）的光谱特性，包括波长、强度等谱线特征。
因此，光谱仪器应具有以下功能：（1）分光：把被研究光按一定波长或波数的发布规律在一定空间内分开。
（2）感光：将光信号转换成易于测量的电信号，相应测量出各波长光的强度，得到光能量按波长的发布规律。
（3）绘谱线图：把分开的光波及其强度按波长或波数的发布规律记录保存或显示对应光谱图。
要具备上述功能，一般光谱仪器都可分成四部分组成:光源和照明系统，分光系统，探测接收系统和传输存储显示系统。
主要分类根据光谱仪器的工作原理可以分成两大类：一类是基于空间色散和干涉分光的光谱仪；另一类是基于调制原理分光的新型光谱仪。
本设计是一套利用光栅分光的光谱仪，其基本结构如图。
光源和照明系统可以是研究的对象，也可以作为研究的工具照射被研究的物质。
一般来说，在研究物质的发射光谱如气体火焰、交直流电弧以及电火花等激发试样时，光源就是研究的对象；而在研究吸收光谱、拉曼光谱或荧光光谱时，光源则作为照明工具（如汞灯、红外干燥灯、乌灯、氙灯、LED、激光器等等）。
为了尽可能多地会聚光源照射的光强度，并传递给后面的分光系统，就需要设计照明系统。
分光系统是任何光谱仪的核心部分，它一般是由准直系统、色散系统、成像系统三部分组成，作用是将照射来的光在一定空间内按照一定波长规律分开。
如图2-1所示，准直系统一般由入射狭缝和准直物镜组成，入射狭缝位于准直物镜的焦平面上。
光源和照明系统发出的光通过狭缝照射到准直物镜，变成平行光束投射到色散系统上。
光谱仪的使用方法解析
光谱仪的使用方法解析光谱仪是一种常用的光学仪器，用于分析物质的光谱特性。
它能够将可见光或其他电磁波的不同波长分离开来，并将其转化为可观察的光谱图。
在这篇文章中，我们将详细解析光谱仪的使用方法，包括准备工作、操作步骤和数据分析。
1.准备工作：a.确保光谱仪和相关设备都处于正常工作状态，例如光源、检测器等。
b.检查光谱仪的校准情况，确保其能够准确测量不同波长的光。
2.设置光源：a.选择合适的光源，如白炽灯、氘灯或钨灯等。
b.将光源放置在光路上的适当位置，并确保其正确连接到光谱仪。
3.调整光路：a.确保光路通畅，没有任何干扰物，如灰尘或污渍。
b.根据光源的特性和实验需求，调整光路，如使用凹面反射镜或透镜来聚焦或分散光线。
4.选择适当的光谱范围：a.确定所需分析的光谱范围，如可见光、红外光等。
b.根据光谱范围选择合适的光栅或棱镜，并安装在光谱仪上。
5.设置和调整光谱仪参数：a.打开光谱仪的软件或控制面板，并将仪器设置为所需的工作模式。
b.调整光谱仪的参数，如曝光时间、增益、光谱分辨率等，以满足实验要求。
6.进行测量：a.将样品或待测物放置在光谱仪的光路上，并确保样品与光路成直角。
b.观察光谱仪的指示器或软件界面，确认信号的稳定后，开始记录光谱数据。
7.数据分析：a. 将光谱数据导入分析软件，如Excel、Origin等，进行数据处理和图表绘制。
b.分析光谱特征，如峰值、波长位置、光强等，并与已知的光谱进行比较和识别。
8.实验控制和重复测量：a.对光谱仪进行空白测试，以消除不同元件造成的背景信号。
b.根据实验需求，控制光源强度、样品浓度等参数进行重复测量，以提高数据的可靠性和准确性。
总结：。
光谱仪简介介绍
佩戴防护眼镜
光谱仪在工作时会产生较强的光线，为避免对眼睛 造成伤害，应佩戴防护眼镜。
防止电击
光谱仪的电源部分带有高压，为避免触电危 险，在操作过程中不要随意打开仪器外壳。
日常维护保养建议
01
02
03
定期清洁
保持光谱仪的清洁，定期 使用干净的布擦拭仪器外 壳和光学元件，避免灰尘 和污垢影响仪器性能。
作用
光谱仪广泛应用于物理、化学、生物、医学、材料科学、环境监 测等领域，对于研究物质性质、发现新物质、监测环境污染等具 有重要意义。
光谱仪工作原理
光谱产生
光谱仪利用光源发出的光照射样品，样品中的原子 、分子或离子吸收或发射特定波长的光，形成光谱 。
分光系统
光谱仪通过分光系统（如棱镜、光栅等）将光谱按 波长顺序分开，形成光谱图。
精度
指光谱仪测量结果的准确程度 ，包括波长精度和光强精度等 ，精度越高，测量结果越可靠 。
灵敏度
指光谱仪对光信号的敏感程度 ，即能够检测到的最小光强， 灵敏度越高，对弱信号的检测 能力越强。
动态范围
指光谱仪能够同时测量的最大 光强和最小光强之比，动态范 围越大，光谱仪的应用范围越 广。
性能评价方法论述
波长的光强，实现高精度的光谱分析。
宽测量范围
02
光谱仪可覆盖较宽的光谱范围，适用于多种不同波长范围的样
品测量和分析。
快速测量
03
光谱仪采用高速数据处理系统，能够实现快速测量和实时显示
测量结果，提高工作效率。
03
光谱仪性能指标评价方法
性能参数指标解读
01
X射线荧光光谱分析仪基础知识
连续谱和特征谱
莫塞莱定律
阳极靶材不同产生的特征X射线不同。
为常数，均为特性系数随K，L，M，N等谱系而定。
所以通过测定X射线的能量和波长即可获知其为何种元素，识别物质组成。
特征谱线 L壳层 K壳层
Lα2
Lα1
Lβ1
Kβ
K：p→s L：p→s, s→p, d→p,
电磁波谱
X射 线
X射线的产生
X射线管结构
X射线是高速运动的粒子与某种物质相撞击后猝然减速，且与该物质中的内层电子相互作用而产生的。 X射产生的条件: 产生并发射自由电子（加热钨灯丝）。 在真空中迫使自由电子朝一定方向高速运动（加一很高的管电压）。 在高速电子流的运动路程上设置一障碍物（阳极靶），使高速运动的电子突然受阻。
ML K
连续谱和特征谱
X特征谱Kα
当高速电子能量足够大时， 阳极中处于基态的K层电子被击出， 原子系统能量由基态升到K激发态， 高能级电子向K层空位填充时长生K 系辐射。L层电子填充空位时，产生 Kα 系辐射；M层电子填充空位时产 生Kβ辐射。
所以当电压不断提高至超过临界电压时，在某些固定的波长位置，形成远高于连续谱强度的 强度峰——特征峰。
荧光产额
一般而言随原子序数的增加，荧光产额显著上升，对轻元素，荧光产额很低，这也是利用XRF 分析轻元素比较困难的原因。
元素 C
不同元素的K系荧光产额
O
Na
Si
K
Ti
Fe Mo Ag Ba
ωK 0.0025 0.0085 0.024 0.047 0.138 0.219 0.347 0.764 0.83 0.901
因散射构成待测元素的背景，对元素的测定特别是痕量元素的测定带来不利的影响，然而利用散 射线作为内标，则可以校正基体的吸收效应和非均匀效应，因此研究X射线在物质中的散射现象是十 分重要的。
光谱仪基础知识
第1章衍射光栅：刻划型和全息型衍射光栅由下列两种方法制成：一种是用带钻石刀头的刻划机刻出沟槽的经典方法，另一种是用两束激光形成干涉条纹的全息方法。
(更多信息详见Diffraction Gratings Ruled & Holographic Handbook).经典刻划方法制成的光栅可以是平面的或者是凹面的，每道沟槽互相平行。
全息光栅的沟槽可以是均匀平行的或者为优化性能而特别设计的不均匀分布。
全息光栅可在平面、球面、超环面以及很多其他类型表面生成。
本书提到的规律、方法等对各类不同表面形状的经典刻划光栅和全息光栅均适用，如需区分，本书会特别给出解释。
1.1 基础公式在介绍基础公式前，有必要简要说明单色光和连续谱。
提示：单色光其光谱宽度无限窄。
常见良好的单色光源包括单模激光器和超低压低温光谱校正灯。
这些即为大家所熟知的“线光源”或者“离散线光源”。
提示：连续谱光谱宽度有限，如“白光”。
理论上连续谱应包括所有的波长，但是实际中它往往是全光谱的一段。
有时候一段连续谱可能仅仅是几条线宽为1nm的谱线组成的线状谱。
本书中的公式适用于空气中的情况，即m0=1。
因此，l=l0=空气中的波长。
定义单位α - (alpha) 入射角度β - (beta) 衍射角度k - 衍射阶数整数定义单位n - 刻线密度刻线数每毫米DV- 分离角度µ- 折射率无单位λ - 真空波长纳米λ0 - 折射率为µ0介质中的波长其中λ0 = λ/µ1 nm = 10-6 mm; 1 mm = 10-3 mm; 1 A = 10-7 mm最基础的光栅方程如下：(1-1)在大多数单色仪中，入口狭缝和出口狭缝位置固定，光栅绕其中心旋转。
因此，分离角D V成为常数，由下式决定，(1-2)对于一个给定的波长l，如需求得a和b，光栅方程(1-1)可改写为：(1-3)假定D V值已知，则a和b可通过式(1-2)、(1-3)求出，参看图1.1、1.2和第2.6节。
光谱仪基础知识
第1章衍射光栅：刻划型和全息型衍射光栅由下列两种方法制成：一种是用带钻石刀头的刻划机刻出沟槽的经典方法，另一种是用两束激光形成干涉条纹的全息方法。
(更多信息详见Diffraction Gratings Ruled & Holographic Handbook).经典刻划方法制成的光栅可以是平面的或者是凹面的，每道沟槽互相平行。
全息光栅的沟槽可以是均匀平行的或者为优化性能而特别设计的不均匀分布。
全息光栅可在平面、球面、超环面以及很多其他类型表面生成。
本书提到的规律、方法等对各类不同表面形状的经典刻划光栅和全息光栅均适用，如需区分，本书会特别给出解释。
1.1 基础公式在介绍基础公式前，有必要简要说明单色光和连续谱。
提示：单色光其光谱宽度无限窄。
常见良好的单色光源包括单模激光器和超低压低温光谱校正灯。
这些即为大家所熟知的“线光源”或者“离散线光源”。
提示：连续谱光谱宽度有限，如“白光”。
理论上连续谱应包括所有的波长，但是实际中它往往是全光谱的一段。
有时候一段连续谱可能仅仅是几条线宽为1nm的谱线组成的线状谱。
本书中的公式适用于空气中的情况，即m0=1。
因此，l=l0=空气中的波长。
定义单位α - (alpha) 入射角度β - (beta) 衍射角度k - 衍射阶数整数定义单位n - 刻线密度刻线数每毫米DV- 分离角度µ- 折射率无单位λ - 真空波长纳米λ0 - 折射率为µ介质中的波长其中λ0= λ/µ1 nm = 10-6 mm; 1 mm = 10-3 mm; 1 A = 10-7 mm最基础的光栅方程如下：(1-1)在大多数单色仪中，入口狭缝和出口狭缝位置固定，光栅绕其中心旋转。
因此，分离角D V成为常数，由下式决定，(1-2)对于一个给定的波长l，如需求得a和b，光栅方程(1-1)可改写为：(1-3)假定D V值已知，则a和b可通过式(1-2)、(1-3)求出，参看图1.1、1.2和第2.6节。
紫外光谱分析仪基础知识
紫外光谱分析仪基础知识紫外,可见光谱法及相关仪器UV-VIS Spectrometry & Instrument紫外,可见光谱法及相关仪器一(紫外,可见吸收光谱概述二(紫外,可见分光光度计21(紫外,可见分光光度计的主要部件2(紫外,可见分光光度计的分类3(紫外,可见分光光度计的各项指标含义4(紫外,可见分光光度计的校正三(紫外,可见分光光度计的应用四(紫外,可见分光光度计的进展一(紫外,可见吸收光谱概述利用紫外,可见吸收光谱来进行定量分析由来已久，可追溯到古代，公元60年古希腊已经知道利用五味子浸液来估计醋中铁的含量，这一古老的方法由于最初是运用人眼来进行检测，所以又称比色法。
到了16、17世纪，相关分析理论开始蓬勃发展，1852年，比尔(Beer)参考了布给尔(Bouguer)1729年和朗伯(Lambert)在1760年所发表的文章，提出了分光光度的基本定律，即液层厚度相等时，颜色的强度与呈色溶液的浓度成比例，从而奠定了分光光度法的理论基础，这就是著名的朗伯,比尔定律。
1(紫外,可见吸收光谱的形成吸光光度法也称做分光光度法，但是分光光度法的概念有些含糊，分光光度是指仪器的功能，即仪器进行分光并用光度法测定，这类仪器包括了分光光度计与原子吸收光谱仪(AAS)。
吸光光度法的本质是光的吸收，因此称吸光光度法比较合理，当然，称分子吸光光度法是最确切的。
紫外,可见吸收光谱是物质中分子吸收200-800nm光谱区内的光而产生的。
这种分子吸收光谱产生于价电子和分子轨道上的电子在电子能级跃迁(原子或分子中的电子，总是处在某一种运动状态之中。
每一种状态都具有一定的能量，属于一定的能级。
这些电子由于各种原因(如受光、热、电的激发)而从一个能级转到另一个能级，称为跃迁。
)当这些电子吸收了外来辐射的能量就从一个能量较低的能级跃迁到一个能量较高的能级。
因此，每一跃迁都对应着吸收一定的能量辐射。
具有不同分子结构的各种物质，有对电磁辐射显示选择吸收的特性。
红外光谱知识点
红外光谱知识点一、红外光谱的基本原理。
1. 概念。
- 红外光谱（Infrared Spectroscopy，IR）是分子能选择性吸收某些波长的红外线，而引起分子中振动能级和转动能级的跃迁，检测红外线被吸收的情况可得到物质的红外吸收光谱。
2. 分子振动类型。
- 伸缩振动：原子沿键轴方向伸缩，键长发生变化而键角不变的振动，又分为对称伸缩振动（νs）和不对称伸缩振动（νas）。
例如，对于亚甲基（-CH₂ -），对称伸缩振动时两个C - H键同时伸长或缩短；不对称伸缩振动时一个C - H键伸长，另一个缩短。
- 弯曲振动：又称变形振动，是使键角发生周期性变化而键长不变的振动。
它包括面内弯曲振动（如剪式振动δ、面内摇摆振动ρ）和面外弯曲振动（如面外摇摆振动ω、扭曲振动τ）等。
以水分子为例，H - O - H的键角可以发生弯曲变化。
3. 红外吸收的条件。
- 分子振动必须伴随偶极矩的变化。
具有对称中心的分子，如二氧化碳（O = C = O），其对称伸缩振动不产生偶极矩变化，所以在红外光谱中没有该振动的吸收峰；而不对称伸缩振动产生偶极矩变化，有吸收峰。
- 辐射光子具有的能量与发生振动跃迁所需的能量相等。
根据E = hν（h为普朗克常量，ν为频率），只有当红外光的频率与分子振动频率相匹配时，才会发生吸收。
二、红外光谱仪及其工作原理。
1. 仪器类型。
- 色散型红外光谱仪：主要由光源、单色器、样品池、检测器和记录系统等部分组成。
光源产生的红外光经过单色器分光后，依次通过样品池和参比池，被样品吸收后的光强与参比光强比较，检测器检测光强的变化并转换为电信号，经记录系统得到红外光谱图。
- 傅里叶变换红外光谱仪（FT - IR）：基于迈克尔逊干涉仪原理。
光源发出的光经过干涉仪后变成干涉光，再照射到样品上，样品对干涉光有选择地吸收，含有样品信息的干涉光被检测器检测，经计算机进行傅里叶变换处理后得到红外光谱图。
它具有分辨率高、扫描速度快、光通量高等优点。
红外光谱分析仪基础知识
用于研究生物分子结构和功能，辅助药物研发和 疾病诊断。
3
农业领域
检测农产品中的营养成分和农药残留，保障食品 安全。
行业标准与规范建立
制定统一的仪器性能评价标准
01
规范不同厂商生产的红外光谱分析仪的性能指标。
建立数据共享与互操作标准
02
促进不同仪器之间的数据交换与共享，提高分析结果的可靠性。
样品不纯
采用纯度较高的样品进行 测试，或采用内标法进行 校正。
光谱干扰
检查光谱图是否存在其他 物质的干扰，如水蒸气、 二氧化碳等。
仪器误差
定期对仪器进行校准，确 保仪器性能稳定。
样品制备技巧与注意事项
样品量控制
根据测试需求选择合适的样品量，避免过多或过少。
样品处理
对于不透明的样品，需要进行适当处理以获得准确的 光谱图。
制定安全操作与维护规范
03
确保仪器使用过程中的安全，延长仪器使用寿命。
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应用领域与优势
应用领域
化学、医药、食品、环保、农业、能源等领域。
优势
能够快速准确地分析物质成分和结构，提供丰富的分子结构和化学信息，有助 于科研和生产过程中的质量控制、产品开发以及环境监测等。
02 红外光谱分析仪的基本组 成
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
光源系统
总结词
光源系统是红外光谱分析仪的核心部分，负责产生入射到样品的光线。
工作原理
当红外光与物质相互作用时，物质分 子吸收特定波长的红外光，产生分子 振动和转动能级跃迁，通过测量吸收 光谱，可以分析物质成分和结构。
分类与特点
分类
根据应用领域和测量精度，红外 光谱分析仪可分为傅里叶变换红 外光谱仪、色散型红外光谱仪、 光声光谱仪等。
光谱仪基础知识介绍解析
光谱仪基础知识介绍(卓立汉光)什么是光谱仪？光与物质相互作用引起物质内部原子及分子能级间的电子跃迁，使物质对光的吸收、发射、散射等在波长及强度信息上发生变化，而检测并处理这类变化的仪器被称为光谱仪。
因此，光谱仪的基本功能，就是将复色光在空间上按照不同的波长分离/延展开来，配合各种光电仪器附件得到波长成分及各波长成分的强度等原始信息以供后续处理分析使用。
光谱分析方法作为一种重要的分析手段，在科研、生产、质控等方面，都发挥着极大的作用。
无论是穿透吸收光谱，还是荧光光谱，拉曼光谱，如何获得单波长辐射是不可缺少的手段。
由于现代单色仪可具有很宽的光谱范围(UV- IR)，高光谱分辨率(到0.001nm),自动波长扫描，完整的电脑控制功能极易与其他周边设备融合为高性能自动测试系统，使用电脑自动扫描多光栅单色仪已成为光谱研究的首选。
当一束复合光线进入单色仪的入射狭缝，首先由光学准直镜汇聚成平行光，再通过衍射光栅色散为分开的波长(颜色)。
利用每个波长离开光栅的角度不同，由聚焦反射镜再成像出射狭缝。
通过电脑控制可精确地改变出射波长。
●光栅单色仪重要参数：◆分辨率光栅单色仪的分辨率R是分开两条临近谱线能力的度量，根据罗兰判据为：R=λ/Δλ光栅光谱仪中有实际意义的定义是测量单个谱线的半高宽(FWHM)。
实际上，分辨率依赖于光栅的分辨本领、系统的有效焦长、设定的狭缝宽度、系统的光学像差以及其它参数。
R∝ M·F/WM-光栅线数 F-谱仪焦距 W-狭缝宽度◆色散光栅光谱仪的色散决定其分开波长的能力。
光谱仪的倒线色散可计算得到：沿单色仪的焦平面改变距离χ引起波长λ的变化，即：Δλ/Δχ=dcosβ/mF 这里d、β、F分别是光栅刻槽的间距、衍射角和系统的有效焦距，m为衍射级次。
由方程可见，倒线色散不是常数，它随波长变化。
在所用波长范围内，变化可能超过2倍。
根据国家标准，在本样本中，用1200l/mm光栅色散的中间值(典型的为435.8nm)时的倒线色散。
光谱仪基础知识概要
第1章衍射光栅：刻划型和全息型衍射光栅由下列两种方法制成：一种是用带钻石刀头的刻划机刻出沟槽的经典方法,另一种是用两束激光形成干涉条纹的全息方法。
（更多信息详见Diffraction Gratings Ruled ＆ Holographic Handbook).经典刻划方法制成的光栅可以是平面的或者是凹面的,每道沟槽互相平行.全息光栅的沟槽可以是均匀平行的或者为优化性能而特别设计的不均匀分布.全息光栅可在平面、球面、超环面以及很多其他类型表面生成.本书提到的规律、方法等对各类不同表面形状的经典刻划光栅和全息光栅均适用，如需区分，本书会特别给出解释。
1。
1 基础公式在介绍基础公式前，有必要简要说明单色光和连续谱。
提示:单色光其光谱宽度无限窄.常见良好的单色光源包括单模激光器和超低压低温光谱校正灯。
这些即为大家所熟知的“线光源"或者“离散线光源”。
提示：连续谱光谱宽度有限,如“白光”。
理论上连续谱应包括所有的波长，但是实际中它往往是全光谱的一段。
有时候一段连续谱可能仅仅是几条线宽为1nm的谱线组成的线状谱。
本书中的公式适用于空气中的情况，即m0=1.因此，l=l0=空气中的波长。
定义单位α —（alpha）入射角度β - （beta）衍射角度k - 衍射阶数整数定义单位n - 刻线密度刻线数每毫米DV- 分离角度µ—折射率无单位λ —真空波长纳米λ0—折射率为µ介质中的波长其中λ0= λ/µ1 nm = 10—6 mm； 1 mm = 10—3 mm； 1 A = 10-7 mm最基础的光栅方程如下:(1-1)在大多数单色仪中，入口狭缝和出口狭缝位置固定,光栅绕其中心旋转。
因此,分离角D V成为常数，由下式决定，（1—2）对于一个给定的波长l，如需求得a和b，光栅方程（1—1)可改写为:(1—3）假定D V值已知，则a和b可通过式(1-2)、(1—3）求出,参看图1.1、1。
红外光谱分析仪基础知识全解
红外光谱分析仪基础知识前言 (2)第一章红外光谱法及相关仪器 (4)一. 红外光谱概述 (4)1. 红外光区的划分 (4)2. 红外光谱法的特点 (5)3. 产生红外吸收的条件 (5)二. 红外光谱仪 (6)1. 红外光谱仪的主要部件 (6)2. 红外光谱仪的分类 (9)3. 红外光谱仪各项指标的含义 (12)三．红外光谱仪的应用 (15)四．红外试样制备 (16)四．红外光谱仪的新进展 (17)前言分析仪器常使用的分析方法是光谱分析法，光谱分析法可分为吸收光谱分析法和发射光谱分析法，而吸收光谱分析法又是目前应用最广泛的一种光谱分析方法：它包括有核磁共振，X射线吸收光谱，紫外-可见吸收光谱，红外光谱，微波谱，原子吸收光谱等。
但最常用的则是原子吸收光谱、紫外-可见吸收光谱和红外光谱，这些方法的最基本原理是物质（这里说物质都是指物质中的分子或原子，下同）对电磁辐射的吸收。
还有拉曼光谱和荧光光谱，也是比较常用的手段，它们的原理是基于物质发射或散射电磁辐射。
其实物质与电磁辐射的作用还有偏振、干涉、衍射等，由此发展而成的是另外一系列的仪器，如椭偏仪、测糖仪、偏光显微镜、X射线衍射仪等等，这些仪器都不是基于光谱分析法，不是我们介绍的重点。
吸收光谱可分为原子吸收光谱和分子吸收光谱。
当电磁辐射与物质相互作用时，就会发生反射、散射、透射和吸收电磁辐射的现象，物质所以能够吸收光是由物质本身的能级状态所决定的。
例如原子吸收可见光和紫外光，可以使核外电子由基态跃迁到激发态，相应于不同能级之间的跃迁都需吸收一定波长的光。
因此，如有一波长连续的光照射单原子元素的蒸气（如汞蒸气、钠蒸气等），将会产生一系列的吸收谱线。
由于在一般情况下原子都处于基态，通常只有能量相当于从基态跃迁到激发态的所谓主系谱线出现在原子的吸收光谱中。
而分于吸收光谱则比较复杂。
它们不是分立的谱线而是许多吸收带。
因为每一个分子的能量包括三部分，即分子的电子能量、振动能量和转动能量。
光谱仪基础知识介绍解析
光谱仪基础知识介绍解析光谱仪是一种用来分析不同波长的光的仪器。
它是通过对光进行分光，将光的不同波长进行分离并测量其强度，从而得到光的光谱信息。
光谱仪在光学、化学、物理、天文学等领域有着广泛的应用。
光谱仪的基本原理是利用光的折射、衍射、反射等性质，将光进行分散，然后通过检测器检测不同波长的光的强度。
下面将从光的分散、检测器和数据处理等方面介绍光谱仪的基础知识。
首先，光的分散是光谱仪的核心原理之一、光的分散是指将复杂的光束分解成不同波长的单色光。
这通常是通过光通过光栅、晶体或棱镜这样的光学元件实现的。
这些光学元件可以将光分散成不同波长的光线，形成光谱。
不同的光学元件有不同的性质，如光栅具有均匀的刻线，可以产生高分辨率的光谱，而棱镜则可以分散白光成连续的彩色光。
其次，光谱仪的检测器是用来测量光的强度的关键部分。
常见的光谱仪检测器有光电二极管、光电倍增管、CCD等。
这些检测器可以将光转化为电信号，并测量电信号的强度。
不同的检测器具有不同的特点，如光电二极管具有快速响应的特点，适合高速光谱测量；而CCD则可以同时记录整个光谱，适合高精度光谱测量。
最后，光谱仪的数据处理是光谱仪的重要环节。
光谱仪测量到的原始数据通常需要经过一系列处理，包括背景校正、噪声滤波、谱线拟合等。
背景校正是指将测量到的光谱与背景噪声进行校正，以消除背景噪声的影响。
噪声滤波是指对测量数据进行平滑处理，以提高信噪比和减小噪声的影响。
谱线拟合是指将测量数据与已知谱线进行比较，并对测量数据进行拟合，以确定光谱中的峰位置、峰强度等参数。
除了基本原理，光谱仪还有许多不同类型和应用方面的细节。
例如，根据分光方式的不同，光谱仪可以分为光栅光谱仪、棱镜光谱仪、干涉光谱仪等。
根据波长范围的不同，光谱仪可以分为紫外可见光谱仪、红外光谱仪等。
此外，光谱仪还可以应用于材料分析、荧光光谱、质谱等各种领域。
总结起来，光谱仪是一种用来分析光的仪器，通过光的分散、检测器和数据处理等原理可以测量光的光谱信息。
光谱仪基本知识演示文稿
i'1 i2
i'2
d 0
di1
• 根据折射定律和几何关系可以得到 最小偏向角条件：
i1 = i'2
此时：
i'1=i2=α/2 θmin=2i1-α
CCrreeaatitvievewawyas ytosctoonsctoruncst twruincntinwgien-nminaigls e-mails
Ebert-Fastie(艾伯特-法斯梯)装置类型
通过扫描光栅来获得不同的波长
剩余慧差小。适用于单色仪。 光栅尺寸大的时候不能适用。 容易产生多次衍射。
CCrreeaatitvievewawyasytso ctoncsotrnucsttrwuincntiwnginen-minagilse-mails
第十三页，共28页。
i和θ在法线的同一侧，两 角度符号相同，取正号 i和θ在法线的不同侧，两角 度符号相反，取负号
|
d sin i sin m
arcsin m
sin
i
d
m=0，所有波长不分开，没有色散，零级光谱
m≠0，对于一定的光栅常数和同样的入射角，同一
级次不同波长的光在空间向左右两边分开
• 一个光谱级中不受其他级次光谱重叠的波段称为自由光谱范围
。
m m 1
m 1
• 光谱叠级可以用滤光片和预色散消除。
Crreeaattiviveewwaaysystotococnosntrsutcrut cwtinwniinngineg-mea-imls ails
||
第十七页，共28页。
cos
m d
• 二、光栅零级主极大方向在单缝的 负第一衍射级的极小方向上
光谱基础知识-PPT
基本概念
光学分析法是根据物质发射的电磁辐射或 电磁辐射与物质相互作用而建立起来的一类分 析化学方法。
1．电磁辐射
电磁辐射是高速通过空间的光子流，通常简 称为光。它具有二象性，即：波动性和粒子性。波 动性表现在光的折射、衍射和干涉等现象；粒子性 表现在光电效应等现象。
每个光子的能量（EL）与其频率（）、 波长（）及波数（）之间的关系为：
图3-1 吸收光谱和荧光光谱能级跃迁示意图
需要注意的是： （1）整个过程是在单线态之间进行的； （2）产生荧光的过程极快，约在10-8秒左右 内完成； （3）荧光的产生是由第一电子激发态的最低 振动能级开始，而与荧光分子被激发至哪一 个能级无关。因此，荧光光谱的形状和激发 光的波长无关。
c. 散射光谱
常用的有：原子发射光谱和荧光光谱。
对于原子发射光谱，由于每种元素的原子 结构不同，发射的谱线各有其特征性，可以根 据元素的特征谱线进行定性分析，根据谱线的 强度与物质含量的关系进行定量分析。
荧光光谱实质上是一种发射光谱，它的 产生是由于某些物质的分子或原子在辐射能 作用下跃迁至激发态，在返回基态的过程 中，先以无辐射跃迁的形式释放出部分能 量，回到第一电子激发态，然后再以辐射跃 迁的形式回到基态，由此产生的光谱称为荧 光光谱。
与其它光谱仪器比较，还有一个显著的特 点是：价格便宜、易于操作和容易普及。
缺点：进行测定时，需一个元素一个元素 地进行分析；且大多需要显色剂；样品处 理较复杂，不如其它光谱法迅速。
２. 原子荧光发射光谱法
原子荧光光度计是通过测量待测元素的原子 蒸气在辐射能激发下产生的荧光发射强度， 来确定待测元素含量的方法。气态自由原子 吸收特征波长辐射后，原子的外层电子从基 态或低能级跃迁到高能级经过约10-8s，又 跃迁至基态或低能级，同时发射出与原激发 波长相同或不同的辐射，称为原子荧光。
光谱仪的操作手册
光谱仪的操作手册光谱仪是一种非常常见的科学试验设备，它可以用来研究物质的光谱特性。
在实验室中，光谱仪也常被用于分析样品的结构、成分以及其他许多特性。
本文将介绍光谱仪的基本操作手册，帮助读者更好地了解和使用光谱仪。
第一部分：基本原理与设备介绍光谱仪的基本原理是利用材料对特定波长的光吸收或发射的特性来分析其成分。
在操作光谱仪之前，首先要了解光谱仪的构造和基本原理。
光谱仪由光源、样品室、光学系统和检测器等主要部件组成。
其中，光源产生可见光、紫外光或红外光，样品室用于放置待测样品，光学系统通过透镜、刀片等光学元件使光线聚焦，并最终由检测器检测并转化为电信号。
第二部分：准备工作与操作步骤在正式操作光谱仪之前，需要进行一些必要的准备工作。
首先，检查光源是否正常工作，确保光线的稳定性和强度。
其次，清洁样品室，避免灰尘等杂质对实验结果的影响。
接下来介绍光谱仪的具体操作步骤。
首先，打开电源并预热设备。
根据实验要求，选择适当的波长范围和光强设置。
将待测样品放置在样品室中，并确保样品与光线的路径对准。
调节光谱仪的参数，如切换波长、调整入射角等，以获得最佳的实验结果。
在调整参数时，要小心操作，避免触碰到光谱仪的敏感部件。
第三部分：数据处理与结果分析在实验完成后，需要对数据进行处理和结果分析。
首先，将光谱仪输出的电信号转化为光谱图像。
通过软件或其他工具，可以对光谱图像进行进一步的修正和处理。
对于吸收光谱，可以通过比较待测样品与对照样品的光谱曲线，来推测待测物质的组成和结构。
对于发射光谱，可以根据峰值的位置和强度，判断物质的特性和性质。
在结果分析时，要注意对实验误差进行评估和处理。
实验误差可能来自设备本身的误差、操作者的误差以及样品的变化等因素。
根据实验误差的评估，可以对实验结果的可靠性和有效性进行判断。
第四部分：常见应用与扩展光谱仪具有广泛的应用领域，在化学、物理、生物学等科学领域中都有重要的地位。
通过光谱仪的应用，可以研究物质的结构、成分、反应动力学等许多方面。
光谱仪拆解 -回复
光谱仪拆解-回复光谱仪是一种科学仪器，用于分析和测量物质的光谱信息。
通过拆解光谱仪，我们可以深入了解它的结构和工作原理。
一、外部结构光谱仪通常由三个主要部分组成：光源、样品室和光学检测器。
1. 光源：光源是产生光线的部分，最常用的光源有白炽灯、氘灯和钨灯等。
其中，白炽灯和钨灯主要用于可见光范围的光谱分析，而氘灯则适用于紫外光范围。
2. 样品室：样品室是一个容纳待测样品的空间，用于放置物质供光谱仪分析。
这个部分通常包括一个样品台，可用于放置样品。
3. 光学检测器：光学检测器用于接收并转换光谱信号，将其转化为电信号。
常见的光学检测器包括光电二极管（Photodiode）、CCD（Charge Coupled Device）和PMT（Photomultiplier Tube）等。
二、内部构造1. 光源系统光源系统通过玻璃光纤将光源发出的光引导到样品室。
在光源系统中，还包括一些光学元件，如反射镜和滤光片等。
反射镜用于将光线引导到样品室，在光线的传输过程中，滤光片则会根据需要选择特定的波长。
2. 样品室系统样品室系统是光谱仪中的核心部分。
它通常由一个透明的室体和一个样品台组成。
透明室体的材料通常选择石英或光学玻璃，以保证较高的透射率。
样品台的设计可以根据不同的实验要求进行调整，以保证样品的最佳测量条件。
3. 光学检测系统光学检测系统用于将光谱信号转换为电信号。
它包括一个光谱仪接收器，用于接收和分析光谱信号，以及一个信号转换和处理系统，用于将光谱信号转化为电信号。
4. 数据采集和分析系统数据采集和分析系统主要用于处理光谱仪输出的电信号，并将其转化为可视化的数据结果。
这个系统通常包括一个数据采集卡和相应的软件。
数据采集卡用于将电信号转化为计算机可以处理的数字信号，软件则用于进行数据处理和分析。
三、工作原理光谱仪的工作原理基于物质对不同波长的光的吸收和散射特性。
当待测样品置于光谱仪的样品室中时，光源发出的光线通过光源系统引导到样品室。
傅里叶红外光谱仪有哪些知识点
傅里叶红外光谱仪有哪些知识点傅里叶红外光谱仪有哪些知识点傅里叶红外光谱仪是一种广泛应用于化学、生物、医药、食品、环境等行业的一种分析仪器。
它具有灵敏、准确、简便等特点，广受研究者和应用者的青睐。
本文将探讨傅里叶红外光谱仪的知识点，以帮助读者更好地了解这一仪器。
一、傅里叶红外光谱的原理傅里叶红外光谱仪是通过红外辐射与样品相互作用而进行分析的仪器。
在红外区域，分子具有特异的振动模式，分子中相邻原子的振动会通过化学键作用发生相互耦合，因此分子在红外区域有丰富的光谱特性。
而傅里叶红外光谱仪利用检测分子在红外区域的吸收，从而对样品成分进行分析。
二、傅里叶红外光谱仪的结构傅里叶红外光谱仪主要由光源、样品室、光谱仪和控制器等组成。
其中，光源是产生红外辐射的装置，通常采用钨丝灯、氘灯、光纤激光等；样品室是样品与红外辐射相互作用的空间，通常采用可变温度的盒子或压片仪；光谱仪是红外辐射从样品到达探测器的相互转换器，通常采用光栅、光导和探测器等组件；控制器是控制样品室、光谱仪、光源等工作的主机。
三、傅里叶红外光谱仪的应用傅里叶红外光谱仪已被广泛应用于功能材料、生物医药、环境监测、食品农业等领域。
例如，它可以用于药物分子的鉴定、气体检测、污染物监测、食品成分分析等，具有快速、准确、非破坏性等优点，能够提高研究和生产效率。
四、傅里叶红外光谱仪的优缺点傅里叶红外光谱仪具有灵敏度高、样品制备简便、分辨率高等优点，但也有其不足之处。
比如需要参考样品作为对照、分析结果受样品状态和温度等影响等。
总之，傅里叶红外光谱仪是一种重要的分析仪器，具有广泛的应用前景。
通过对傅里叶红外光谱仪的原理、结构和应用等方面的了解，读者可以更好地利用它进行分析，促进科学研究和生产实践的发展。
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棱镜可用的材料
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例子
• λ=400nm t=5cm • 熔融石英 n=1.47，dn/dλ=1100cm-1 • 重燧石玻璃：n=1.81， dn/dλ=4400cm-1
（考虑一等边棱镜，顶角60度，成像透镜焦距f=100mm）
i和θ在法线的同一侧，两 角度符号相同，取正号 i和θ在法线的不同侧，两 角度符号相反，取负号
|
d sin i sin m
m arcsin sin i d
m=0，所有波长不分开，没有色散，零级光谱 m ≠ 0 ，对于一定的光栅常数和同样的入射角，同 一级次不同波长的光在空间向左右两边分开 m>0，正级光谱 m<0，负级光谱 对于给定光栅的最高光谱级次限制：
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光谱仪器设计的基本原则
棱镜非主截面的光谱线弯曲
狭缝的像在焦平面上不是一条直线而是一条弯曲的光 谱线，弯曲的方向朝向短波方向。 原因：非狭缝中心的光线进入棱镜时，不是通过棱镜 的主截面，而是在倾斜截面上折射，此时的色散率和 偏向角都和主截面上的不同。
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• 2、光栅复制 • 母光栅清洁，真空镀油，镀铝，配制环氧树胶，毛坯清 洁，粘接与固化，分离与修正 • 3、全息法制造 • 玻璃毛坯精选和加工；涂光致抗蚀剂；曝光；化学处理； 真空镀膜
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光栅制造中的缺陷
• 伴线
• 刻线间距的偶然的和局部的误差导致谱线轮廓形状复杂化，在较高 级次的光谱中，靠近谱线会出现微弱的大多不对称的伴线。 • 伴线相对强度较小时，并不影响分辨率，但是影响谱线轮廓的研究 。
m 1
|
• 光谱叠级可以用滤光片和预色散消除。
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闪耀光栅
θ
α
n
n'
• 原理：对于闪耀光栅 ，每个刻痕断面都相 当于一个小反射镜， 当衍射光线主要集中 于反射方向上，能量 可以集中在所需要的 某一光谱级次的波段 范围内。
OPTICS
Spectrometer 光谱仪器的基本知识
A Basic Introduction of Spectrometer Instruments
陈和 北京理工大学 光电学院 shinianshao@ Tel：68918398
色散元件之棱镜 Prism
ɑ
i1
θ
i'1 i2 i'2 偏向角θ为：
• 闪耀光栅的几何参数a和ɑ需满足一定条件： • 一、反射方向与需要的衍射方向一致 • 二、光栅零级主极大方向在单缝 的负第一衍射级的极小方向上
m m sin i sin 2sin cos d d ' i
• 最常用的方法： • 增加棱镜数目。
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棱镜的分辨率
ɑ
t
根据角分辨率公式，有：
d 2sin
dn R t （最小偏向角情况） d d
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• 则波长λ+dλ的第m级 d
1 d sin m1 m N
• 波长λ的第m级主亮条纹外的一阶极小值满足： • 瑞利判据：m1 'm
R mN d
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sin i sin 2
mmax
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2d
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光栅的角色散率
d sin i sin m d cosdθ md
d m d d cos
• 光栅的角色散率与光栅常数d成反比 • 光栅的角色散率与光谱级数成正比 • 光栅的角色散率与衍射角余弦成反比 • 在靠近法线位置：
• 对称光路方便设计使用。
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棱镜的角色散率
• 根据角色散率定义，在最小偏向角情况下的棱 镜角色散率为： 2sin d dn 2 d 2 2 d
1 n sin 2
• 增加角色散率的方法：
• 1 减小入射角（杂散光影响） • 2 增大折射顶角（全反射限制） • 3 增大材料色散（材料和价格限制）
光栅光谱的叠级和自由光谱范围
d sin i sin m
• 等式左边不变，右边可以是不同级次的不同波长，即
m11 m22 m33
• 这种现象称为光谱的叠级。 • 一个光谱级中不受其他级次光谱重叠的波段称为自由光 谱范围。
m m 1
2 2 b b • 有用波长范围的经验公式： 2m 1 2m 1
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光栅制作的要求
• 根据理论计算和实际工作： • 一块用于一级光谱的光栅，它的刻线随机误差和周期误 差不应超过光栅常数的1%，累积误差不超过光栅常数的 10%。 • 对应用于第m级光谱的光栅，上述误差的许可值将与光 栅的光谱级次成反比。
• 例： • 应用1级光谱的1200 L/mm光栅，随机误差和周期误差不大于 0.008um，而累积误差要小于0.08um
• 要达到如此高的精度，技术上的难度极大。
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光栅的制造方法
• 1、机械刻划
• 精选玻璃毛坯，真空镀膜，刻划槽型，检验
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'
i
a sin sin ' 2sin cos i i a ' i
|
闪耀波长
• 对于确定的光栅，对于一定的入射角，衍射角的方向与反射方向 一致的波长，称为光栅的闪耀波长。此时的衍射角称为光栅的闪 耀方向。 i • 正如前面所示，此时要满足： i 2 • 我们将刻槽面与光栅平面的夹角α称为闪耀角。上式称为付闪耀 条件。 • 此时的光栅方程： 2d sin cos i m • 一般规定m=1时的波长为闪耀波长λb，则： b 2d sin cos i • 当i=θ=α时（Littrow装置中），闪耀波长λB为： B 2d sin
|
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最小偏向角条件
• 对于单色的入射光，偏向角θ随入射角变化而变化， 对于某一个入射角，偏向角存在最小值。
ɑ i1 θ i'1 i2 i'2
d 0 di1
• 根据折射定律和几何关系可以 得到最小偏向角条件： i1 = i'2 此时： i'1=i2=α/2 θmin=2i1-α
• i=θ=α又称为主闪耀条件
b B cos
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i
2
B cos
2
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闪耀光栅的效率
• 绝对效率：在给定的光谱级中，衍射光的通量对入射的 单色光通量之比。 • 光栅效率一般决定于刻槽的轮廓和密度，而且随波长变 化。 • 光栅效率也和入射光的角度以及偏振态有关。 • 闪耀波长处，光栅效率最高，在闪耀波长的两侧效率下 降。下降速度随级次增大而加快。 • 效率大于0.4的波长范围才被认为是有效的工作区域。
• 鬼线
• 是由刻划中的周期性误差引起的，这样会在真谱线两侧产生对称的 假谱线。 • 有罗兰鬼线和赖曼鬼线两种。
• 杂散光
• 刻划中的各种局部误差和随机误差，以及光洁度的不足等都会引起 杂散光的存在，现在的光栅一般要求杂散光的相对强度小于10-5
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• 角色散率 ： • 线色散率 ：
d d
dn 2 2 d 1 n sin 2 2
2sin
1 dn • 分辨率 ： R t d 3 d
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几种常用的棱镜结构
• Littrow 棱镜
• Amici 棱镜
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色散元件之光栅 Gratings
n
i
θ
d
光栅方程：
d sin i sin m
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m d constant d 0 d
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光栅的分辨率
• 考虑一块理想光栅，入射和衍射光线都位于主截面内， 假设为正入射（i=0），则波长λ的第m级主亮条纹：