什么是光譜儀？
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什么是光譜儀？
光譜儀是一種從各種波長(zhǎng)(zhǎng)的光組合中分離出光成分，以便僅測(cè)(cè)量待測(cè)(cè)波長(zhǎng)(zhǎng)的光強(qiáng)(qiáng)度的裝置。
最近，許多設(shè)(shè)備集成了單獨(dú)(dú)的光檢測(cè)(cè)器，從光分離到檢測(cè)(cè)機(jī)(jī)制的整個(gè)(gè)過(guò)程有時(shí)(shí)被稱為光譜儀。
光譜儀的應(yīng)(yīng)用
光譜儀原則上可以分離各種波長(zhǎng)(zhǎng)帶的光源（線光源），無(wú)(wú)論是反射光還是透射光，不僅可以分離可見(jiàn)光，還可以分離無(wú)(wú)線電波和輻射，因此可以在所有行業(yè)(yè)的研究中使用。情況。
在分析化學(xué)(xué)領(lǐng)(lǐng)域，它用于測(cè)(cè)量太陽(yáng)(yáng)光和等離子體發(fā)(fā)射的強(qiáng)(qiáng)度，也用于評(píng)(píng)估材料的反射率等光學(xué)(xué)特性。
此外，在使用激光等光源的產(chǎn)(chǎn)品檢測(cè)(cè)線中，它常常不知不覺(jué)地被納入檢測(cè)(cè)反射光等任意波長(zhǎng)(zhǎng)的質(zhì)(zhì)量控制線中。
光譜儀原理
圖1. 反射型衍射光柵（左）/光譜儀衍射光柵型（右）
一般來(lái)說(shuō)，為了將光源分離成光譜，首先需要對(duì)(duì)光進(jìn)(jìn)行整形。
通過(guò)使光源穿過(guò)稱為狹縫的間隙來(lái)設(shè)(shè)定光的分辨率后，使用由透鏡和反射鏡制成的準(zhǔn)(zhǔn)直器將光源變成平行光。通過(guò)將這種平行光輸入到分光元件中，可以進(jìn)(jìn)行光譜分析。分光元件可以是利用光衍射現(xiàn)(xiàn)象的衍射光柵型，或者是利用光折射現(xiàn)(xiàn)象的棱鏡型。
衍射光柵型利用分光元件表面刻有規(guī)(guī)則間隔的衍射光柵反射光來(lái)進(jìn)(jìn)行分光，因此改變衍射圖案就改變了可檢測(cè)(cè)光的波長(zhǎng)(zhǎng)和分辨率。在這里，我們用圖來(lái)解釋一下衍射光柵光譜儀的原理。
衍射光柵有透射型和反射型兩種，圖1是反射型衍射光柵的概念圖。當(dāng)(dāng)來(lái)自包含各種波長(zhǎng)(zhǎng)的光的光源（白光）的平行光入射到衍射光柵時(shí)(shí)，它在多個(gè)(gè)光柵的每個(gè)(gè)位置（即光柵結(jié)(jié)構(gòu)(gòu)部分（G1、G2）處以廣角方向反射。 ...) 發(fā)(fā)生反射光的衍射。這里發(fā)(fā)生光干涉，并且只有特定波長(zhǎng)(zhǎng)λ在來(lái)自每個(gè)(gè)光柵的反射光的光程差(dsinθ)滿足預(yù)(yù)定條件(波長(zhǎng)(zhǎng)λ的整數(shù)(shù)倍)的角度(θ)的方向上變強(qiáng)(qiáng)。 ）發(fā)(fā)出單色光。
這樣，衍射光柵使不同的波長(zhǎng)(zhǎng)以不同的角度分散（彩虹分離）（見(jiàn)圖2）。此外，通過(guò)使用圖2所示的狹縫，可以從分散的反射光中僅提取特定波長(zhǎng)(zhǎng)的單色光。以上就是衍射光柵光譜儀的原理。另外，通過(guò)旋轉(zhuǎn)(zhuǎn)衍射光柵，還能夠改變?nèi)〕齙墓獾牟ㄩL(zhǎng)(zhǎng)。
如何選擇光譜儀
當(dāng)(dāng)使用帶有集成檢測(cè)(cè)器的光譜儀時(shí)(shí)，必須選擇適合被測(cè)(cè)光源波長(zhǎng)(zhǎng)的光譜儀。
例如，CCD 適用于從紫外到近紅外范圍內(nèi)(nèi)的光源，但如果要檢測(cè)(cè)波長(zhǎng)(zhǎng)比該范圍更長(zhǎng)(zhǎng)的光源，則需要 InGaAs 型檢測(cè)(cè)器。
此外，正如測(cè)(cè)量原理中提到的，衍射光柵光譜儀可以檢測(cè)(cè)的波長(zhǎng)(zhǎng)是由衍射圖案決定的，因此需要選擇適合所需波長(zhǎng)(zhǎng)的波長(zhǎng)(zhǎng)。
棱鏡類型的分辨率由棱鏡的性質(zhì)(zhì)決定，但其優(yōu)(yōu)點(diǎn)(diǎn)是不損失光強(qiáng)(qiáng)，因此最好根據(jù)(jù)用途使用。
有關(guān)(guān)光譜儀的其他信息
1. 光譜儀的使用方法
使用光譜儀的分析儀器的一般流程如下。
- 確定待測(cè)(cè)物質(zhì)(zhì)和測(cè)(cè)量波長(zhǎng)(zhǎng)范圍。
- 選擇與您要測(cè)(cè)量的波長(zhǎng)(zhǎng)相對(duì)(duì)應(yīng)(yīng)的光譜儀。
- 將光照射到物質(zhì)(zhì)上并分離感興趣的波長(zhǎng)(zhǎng)。
- 將所需的光注入傳感器并檢測(cè)(cè)信號(hào)(hào)。
- 將獲得的信號(hào)(hào)轉(zhuǎn)(zhuǎn)換為頻譜。
實(shí)(shí)驗(yàn)(yàn)室中使用的昂貴物品使用稱為邁克爾遜干涉儀的光譜儀自動(dòng)(dòng)檢測(cè)(cè)特定波長(zhǎng)(zhǎng)的光。即使使用小型便攜式設(shè)(shè)備，也可以通過(guò)使穿過(guò)物質(zhì)(zhì)透射和反射的光通過(guò)可交換光譜儀來(lái)檢測(cè)(cè)目標(biāo)(biāo)波長(zhǎng)(zhǎng)。
獲得的波長(zhǎng)(zhǎng)進(jìn)(jìn)入傳感器（檢測(cè)(cè)器），其中每個(gè)(gè)波長(zhǎng)(zhǎng)被檢測(cè)(cè)為信號(hào)(hào)。該信號(hào)(hào)被轉(zhuǎn)(zhuǎn)換成稱為頻譜的波形，通過(guò)分析該頻譜，可以分析材料的狀態(tài)(tài)。
2. 光譜儀實(shí)(shí)驗(yàn)(yàn)實(shí)(shí)例
使用光譜儀進(jìn)(jìn)行的實(shí)(shí)驗(yàn)(yàn)有多種，并且根據(jù)(jù)要測(cè)(cè)量的波長(zhǎng)(zhǎng)有多種示例。
例如，如果我們從短波長(zhǎng)(zhǎng)側(cè)(cè)開(kāi)始查看每個(gè)(gè)波長(zhǎng)(zhǎng)范圍的實(shí)(shí)驗(yàn)(yàn)示例，我們將看到以下內(nèi)(nèi)容。
- X 射線光譜儀通過(guò)將 X 射線照射到材料表面并使反射光穿過(guò)光譜儀來(lái)識(shí)(shí)別材料表面的成分。
- 紫外/可見(jiàn)光譜儀允許光穿過(guò)物質(zhì)(zhì)來(lái)識(shí)(shí)別目標(biāo)(biāo)成分和含量。
- 紅外光譜儀通過(guò)照射分子間的鍵來(lái)揭示物質(zhì)(zhì)的結(jié)(jié)構(gòu)(gòu)。
這樣，獲得的信息根據(jù)(jù)光譜儀的波長(zhǎng)(zhǎng)范圍而不同。
3. 光譜儀獲得的光譜
使用光譜儀的目的是從未知或已知物質(zhì)(zhì)中獲取信息，進(jìn)(jìn)行分析并識(shí)(shí)別物質(zhì)(zhì)的狀態(tài)(tài)。用于此分析的是最終從光譜儀獲得的稱為光譜的波形圖。
從光譜儀獲得的光譜示例包括：首先定義您想了解的信息來(lái)選擇合適的光譜儀和主光譜非常重要。
- X 射線光譜儀通過(guò)測(cè)(cè)量特征 X 射線峰來(lái)識(shí)(shí)別原子。
- 當(dāng)(dāng)光透過(guò)樣品時(shí)(shí)，紫外/可見(jiàn)光譜儀將激發(fā)(fā)電子的能量差檢測(cè)(cè)為光譜。
- 紅外光譜儀以光譜的形式檢測(cè)(cè)連接原子的鍵之間的振動(dòng)(dòng)能量。