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什么是光譜儀，它的基本原理？
發(fā)布時(shí)間：2015-12-15 02:51:28 點(diǎn)擊：17834
光譜儀( Spectroscope)是將成分復(fù)雜的光分解為光譜線(xiàn)的科學(xué)儀器，由棱鏡或衍射光柵等構(gòu)成，利用光譜儀可測(cè)量物體表面反射的光線(xiàn)。陽(yáng)光中的七色光是肉 眼能分的部分(可見(jiàn)光)，但若通過(guò)光譜儀將陽(yáng)光分解，按波長(zhǎng)排列，可見(jiàn)光只占光譜中很小的范圍，其余都是肉眼無(wú)法分辨的光譜，如紅外線(xiàn)、微波、紫外線(xiàn)、X 射線(xiàn)等等。通過(guò)光譜儀對(duì)光信息的抓取、以照相底片顯影，或電腦化自動(dòng)顯示數(shù)值儀器顯示和分析，從而測(cè)知物品中含有何種元素。這種技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于空氣污 染、水污染、食品衛(wèi)生、金屬工業(yè)等的檢測(cè)中。
三棱鏡攝譜儀的基本結(jié)構(gòu)。狹縫S與棱鏡的主截面垂直，放置在透鏡L的物方焦面內(nèi)，感光片放置在透鏡L的像方焦面內(nèi)。用光源照明狹縫S， S的像成在感光片上成為光譜線(xiàn)，由于棱鏡的色散作用，不同波長(zhǎng)的譜線(xiàn)彼此分開(kāi)，就得入射光的光譜。棱鏡攝譜儀能觀(guān)察的光譜范圍決定于棱鏡等光學(xué)元件對(duì)光譜 的吸收。普通光學(xué)玻璃只適用于可見(jiàn)光波段，用石英可擴(kuò)展到紫外區(qū)，在紅外區(qū)一般使用氯化鈉、溴化鉀和氟化鈣等晶體。目前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(shè)計(jì)，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(lǐng)等?；诟缮嬖碓O(shè)計(jì)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(lǐng)，常用于光譜精細(xì)結(jié)構(gòu)的分析。
原理
根據(jù)現(xiàn)代光譜儀器的工作原理,光譜儀可以分為兩大類(lèi):經(jīng)典光譜儀和新型光譜儀.經(jīng)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(diào)制原理上的儀器.經(jīng)典光譜儀器都是狹縫光譜儀器.調(diào)制光譜儀是非空間分光的,它采用圓孔進(jìn)光.
根據(jù)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(xué)多道分析儀OMA (Optical Multi-channel Analyzer)是近十幾年出現(xiàn)的采用光子探測(cè)器(CCD)和計(jì)算機(jī)控制的新型光譜分析儀器,它集信息采集,處理, 存儲(chǔ)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(cè)量工作,使傳統(tǒng)的光譜技術(shù)發(fā)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(cè)量準(zhǔn)確迅速,方便,且靈敏度高,響應(yīng)時(shí)間快,光譜分辨率高,測(cè)量結(jié)果可立即從顯示屏上讀出或由打印 機(jī),繪圖儀輸出.目前,它己被廣泛使用于幾乎所有的光譜測(cè)量,分析及研究工作中,特別適應(yīng)于對(duì)微弱信號(hào),瞬變信號(hào)的檢測(cè).
光譜儀可以用于食品行業(yè)的安全鑒別
中華食品指紋圖譜協(xié)會(huì)聯(lián)合國(guó)內(nèi)頂類(lèi)軟件開(kāi)發(fā)領(lǐng)跑軍深圳星魔巖科技。采用一定的分析手段如光譜或色譜，得到能夠標(biāo)示該樣品特性的色譜或光譜的譜圖或圖像。這
些圖譜或圖像就如人的指紋一樣具有專(zhuān)一性和代表性，因此被形象地稱(chēng)之為指紋圖譜。對(duì)成分較復(fù)雜的樣品的質(zhì)量控制而言，指紋圖譜能全面、綜合地反應(yīng)和控制樣
品的質(zhì)量。
建立食品指紋圖譜的分析手段越來(lái)越多，它是隨著現(xiàn)代分析技術(shù)發(fā)展而誕生的一種從整體上研究復(fù)雜物質(zhì)體系的技術(shù),已經(jīng)在環(huán)境保護(hù)、食品評(píng)
價(jià)、中藥質(zhì)量控制等許多領(lǐng)域中得到應(yīng)用。指紋圖譜技術(shù)在食品中應(yīng)用可以對(duì)食品品質(zhì)，特色成分鑒別提供數(shù)據(jù)，然而指紋圖譜在食品中的應(yīng)用還不是很普遍。此項(xiàng)
應(yīng)用是在遵守國(guó)家憲法、法律和法規(guī)的前提下，堅(jiān)持以科技改善生活，提供鑒別安全食品服務(wù)，高效的服務(wù)指導(dǎo)思想。
光譜儀的透射率或它的效率可用輔助單色儀裝置來(lái)測(cè)定。在可見(jiàn)和近紫外實(shí)現(xiàn)這些測(cè)量沒(méi)有任何困難。測(cè)量通過(guò)第一個(gè)單色儀的光通量，緊接著測(cè)量通過(guò)兩個(gè)單色儀的光通量，以這種方式來(lái)確定第二個(gè)單色儀的透射率。
絕對(duì)測(cè)量需要知道單色儀的絕對(duì)透射率：對(duì)于相對(duì)測(cè)量，以各種波長(zhǎng)處的相對(duì)單位可以測(cè)量透射率。真空紫外線(xiàn)的這些測(cè)量有相當(dāng)大的實(shí)驗(yàn)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(cè)量衍射光柵的效率。在許多實(shí)驗(yàn)步驟中已成功地避免了校準(zhǔn)上的困難。
曾經(jīng)研究過(guò)光柵效率與波長(zhǎng)、入射角、鍍層厚度、鍍層材料以及其它因素的關(guān)系。所有這些測(cè)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。
如圖1-1所示 一臺(tái)典型的光譜儀主要由一個(gè)光學(xué)平臺(tái)和一個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)組成。包括以下幾個(gè)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(tǒng)的物點(diǎn)。
2. 準(zhǔn)直元件: 使狹縫發(fā)出的光線(xiàn)變?yōu)槠叫泄?。該?zhǔn)直元件可以是一獨(dú)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(hào)在空間上按波長(zhǎng)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(diǎn)對(duì)應(yīng)于一特定波長(zhǎng)。
5. 探測(cè)器陣列：放置于焦平面，用于測(cè)量各波長(zhǎng)像點(diǎn)的光強(qiáng)度。該探測(cè)器陣列可以是CCD陣列或其它種類(lèi)的光探測(cè)器陣列。
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