光谱仪的发展历史与现状VIP免费

光谱仪的发展历史与现状【摘要】光谱分析方法作为一种重要的分析手段，在科研、生产、质量控制等方面发挥了重要作用。本文主要从光谱仪原理、光谱仪基本特性、发展历程、重要发明（UVS、AAS）以及未来展望等几个方面进行简要的阐述。【关键词】光谱仪原理、基本特性、发展历程、UVS、AAS1.光谱仪基本原理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。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[1]。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。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经典光谱仪；另一类是基于调制原理分光的新型光谱仪。经典光谱仪结构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，就需要专门设计照明系统[2]。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，主要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。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按照波长的顺序成像在透镜焦平面上；这样，单束的复合光经过分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）探测接收系统的作用是将成像系统焦平面上接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。目前光谱仪器的接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接收系统。传输存储显示系统是将探测接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。2.光谱仪基本特性光谱仪器的基本特性主要包括：工作光谱范围、色散率、分辨率、光强度以及工作效率等五个方面。（1）工作光谱范围指使用光谱仪器所能记录的光谱范围。它主要决定于仪器中光学零件的光谱透射率或反射率、以及所采用的探测系统的光谱灵敏度界限。例如，玻璃棱镜光谱仪的工作光谱范围为400nm—1000nm(实际可达到2.5um)，大于1000nm的波长范围应该用红外晶体材料制造光学零件，小于400nm的波长范围要用石英或荧石来制造光学零件。改变光栅表面反射膜层的光谱反射率，反射式光栅可以用在整个光学光谱区。光电倍增管的光谱灵敏度界限只能达到850nm左右，红外波段则需要用热电元件作为接收器。（2）色散率对于经典的光谱仪器，色散率表明从光谱仪器色散系统中射出的不同波长的光线在空间分开的程度，或者会聚到焦平面上时彼此分开的距离。前者可用角色散率表述，后者用线色散率表述。角色散率表明两个不同波长的光线彼此分开的角距离，定义为dθ/dλ。dθ为两个不同波长的光线经色散系统后的偏向角之差，dλ为两个光线的波长差。角色散率的单位是rad/nm}。角色散率的大小主要决定于色散系统的...