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光谱分析仪基本原理

文章出处:未知 人气:发表时间:2016-03-07

光谱仪器是进行光谱研究和物质结构分析,运用光学色散原理及现代先进电子技术设计的光电仪器。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)的光谱特征,蕴含波长、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宣告规律在一定空间内来到。

 (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宣告规律。

 (3)绘谱线图:把来到的光触及其强度按波长或波数的宣告规律记录保存或显示对应光谱图。

  要具有上述功能,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,探测吸收系统和传输存储显示系统。

  根据光谱仪器的义务原理可以分成两大类:一类是基于空间色散和干涉分光的经典光谱仪;另一类是基于调制原理分光的新型光谱仪。本设计是一套运用光栅分光的经典光谱仪,其基本结构如图2-1所示。

光栅光谱仪原理图

 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)。为了尽可以多地会聚光源照射的光强度,并传递给后面的分光系统,就需要专门设计照明系统。

  分光系统是任何光谱仪的中央部分,它一般是由准直系统、色散系统、成像系统三部分组成,主要作用是将照射来的光在一定空间内遵循一定波长规律来到。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。色散系统的作用是将入射的单束复合光分解为多束单色光。多束单色光经过成像物镜遵循波长的顺序成像在透镜焦平面上;这样,单束的复合光经过头光系统后成功变成了多束单色光的像。目前主要的色散系统主要有物质色散(如棱镜)、多缝衍射(如光栅)和多光束干涉(如干涉仪)。

  探测吸收系统的作用是将成像系统焦平面上吸收的光谱能量转换成易于测量的电信号,并测量出对应光谱组成部分的波长和强度,从而获得被研究物质的特性参数如物质的组成成分及其含量以及物质的温度、星体的运动速度等等。目前光谱仪器的吸收系统可以分为目视系统、摄谱系统和光电系统。经典光谱仪器根据设计需要可以选择其中一种,但干涉调制光谱仪器只能采用光电吸收系统。

  传输存储显示系统是将探测吸收系统测量出来的电信号经过初步处理后存储或通过高速传输接口上传给上位机,在上位机上对光谱数据进行进一步数据处理及显示等。

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