光譜分析儀器

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    光譜分析儀器是測量發(fā)光體的輻射光譜，常見的發(fā)射，吸收，熒光貨散射的光譜分析，雖然儀器構(gòu)造不同，但是組成的光譜儀大致相同的。由五個部件組成：輻射源，單色器，試樣的容器，檢測器和信號處理器（讀出裝置）

    各類儀器的襝測器和信號處理器兩個部分基本相同。發(fā)射光譜法不需外加輻射源，因樣品本身就是發(fā)射體，樣品的容器就是電弧、火花或火焰。吸收、熒光和散射光譜法都需輻射能源。吸收光譜的光源輻射經(jīng)波長選擇器后通過樣品，光源、樣品和檢測器都處于一條直線上；而對于熒光或敢射輯射，通常檢測器的位置與光源具有一定的角度（90°)。
    根據(jù)波長區(qū)域的不同，對各種部件的功能和性能總的要求大體類似，但是具體的要求又有所區(qū)別。下面對這些部件分別進行介紹：
    一、輻射源
    光譜分析中，光源必須具有足夠的功率并且要求穩(wěn)定。一般連續(xù)光源主要用于分子吸收法，線光源用于熒光、原子吸收和拉曼散射法。
    1.紫外、可見和近紅外輻射的連續(xù)光源
    (1)紫外連續(xù)光源。紫外區(qū)的連續(xù)光源可在低氣壓下用電能激發(fā)氫或氘而獲得，例如髙壓氫燈，低壓氫燈。
    (2)可見連續(xù)光源。例如鎢燈，氙弧燈。
    (3)紅外連續(xù)光源。例如Nemst燈，熾熱的碳硅棒光源，白熾金屬絲光源等。
    2.線光原
    例如金屬蒸氣燈、空心陰極燈，激光器等。
    二、單色器
    其主要作用是把多色輻射色散成只含限定波長區(qū)域的譜帶。紫外、可見和紅外輻射用的單色器在機械結(jié)構(gòu)方面相類似，都使用狹縫、透鏡、反射鏡、窗口和棱境（或光柵)。但視所用波長區(qū)域的不同，用以制作這些部件的材料也有所區(qū)別。在350nm以下通常采用石英棱鏡，在350~2000nm范圍內(nèi)同樣大小的玻璃棱鏡的分辯本領(lǐng)比石英為優(yōu)。因為它的折射率隨波長的改變值較大。
    三、樣品容器
    與單色器的光學元件一樣，樣品池必須用能透過所研究的光譜區(qū)域輻射的材料制成。在紫外區(qū)（低于350nm)應采用石英或熔凝石英，這兩種材料在可見區(qū)到大約3/xm的紅外區(qū)域也都是透明的。硅酸鹽玻璃可用在350~2000nm之間的波長區(qū)域。在可見區(qū)也可采用塑料容器。在紅外區(qū)最常用氣化鈉晶體來制作吸收池窗口，也可采用其他的紅外透明材料。
    四、檢測器
    光電檢測器必須在一個寬的波長范圍內(nèi)對輻射有響應，在低輻射功率時的反應要敏感,對輻射的響應要快，產(chǎn)生的電信號容易放大，噪音要小，更重要的是產(chǎn)生的信號應正比于光束的功率。
    輯射檢測器可分為兩類，一類對光有響應；另一類對熱有響應。
    1.光子檢測器
    對光子有響應的檢測器，都是以輻射與反應表面的相互作用從而產(chǎn)生電子的光電效應，或使電子躍遷到能導電狀態(tài)（光導）為基礎(chǔ)的。光輻射中只有紫外、可見和近紅外才具有足以使這些過程發(fā)生的能量。光電檢測器響應的是光子數(shù)目而不是能量；響應時間快（亞微秒級）；可檢測的輻射功率低靈敏。例如光生伏打電池、光電管、光電倍增管，半導體檢測器，硅二級管檢測器等。
    2.熱檢測器
    紅外區(qū)光子能童不足以引起光電子發(fā)射，故光子檢測器不適用，只能用熱檢測器，它可檢測除近紅外以外的所有紅外輻射。其原理是輻射由小黑體吸收后，測量其溫度的上升，進而轉(zhuǎn)成電參量（電勢、電阻、電容等）被檢測。它屬于非量子化敏感器，僅對光子能量有響應而不是光子數(shù)，響應時間慢（毫秒級)；檢測靈敏度也比光子檢測器低。
    吸收元件的熱容必須小，并應置于真空容器中，以隔離附近的熱輻射。常采用斬光技術(shù)使與干擾熱輻射相區(qū)別。由于現(xiàn)有的光源強度和紅外光子的能量較低，所以信號的放大倍數(shù)要高。
    常見的熱檢測器有熱電偶，測輻射熱計，熱電檢測器，Golay檢測器等。
    五、倍號處理和讀出裝置
    信號處理器一般是一種電子器件，它可對電信號進行放大、交直流的變換、改變信號的相位及濾去不需要的組分，也可對信號進行數(shù)學運箅，如微分、積分或變成對數(shù)等。
    通常上述的光電檢測器的輸出可采用模擬技術(shù)和光子計數(shù)技術(shù)處理和顯示。
    光子計數(shù)技術(shù)與模擬信號處理技術(shù)相比其優(yōu)點是：信噪比好，對低輻射水平的響應靈敏，精密度高以及對電壓和溫度變化的敏感度較小等。但儀器較復雜及昂貴。

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