直讀光譜儀原理

1、直讀光譜儀講義超譜公司Page1of40第一章第一章直讀光譜儀的概況直讀光譜儀的概況國內(nèi)外光電直讀光譜儀的發(fā)展光譜起源于17世紀(jì)，1666年物理學(xué)家牛頓第一次進(jìn)行了光的色散實(shí)驗(yàn)。他在暗室中引入一束太陽光，讓它通過棱鏡，在棱鏡后面的自屏上，看到了紅、橙、黃、綠、蘭、靛、紫七種顏色的光分散在不同位置上——即形成一道彩虹。這種現(xiàn)象叫作光譜這個實(shí)驗(yàn)就是光譜的起源，自牛頓以后，一直沒有引起人們的注意。到1802年英國化學(xué)家沃拉斯頓發(fā)現(xiàn)太陽光譜不是

2、一道完美無缺的彩虹，而是被一些黑線所割裂。1814年德國光學(xué)儀器專家夫瑯和費(fèi)研究太陽光譜中的黑斑的相對位置時把那些主要黑線繪出光譜圖。1826年泰爾博特研究鈉鹽、鉀鹽在酒精燈上光譜時指出，發(fā)射光譜是化學(xué)分析的基礎(chǔ)、鉀鹽的紅色光譜和鈉鹽的黃色光譜都是這個元素的特性。到1859年克?；舴蚝捅旧鸀榱搜芯拷饘俚墓庾V自己設(shè)計和制造了一種完善的分光裝置，這個裝置就是世界上第一臺實(shí)用的光譜儀器，研究火焰、電火花中各種金屬的譜線，從而建立了光譜分析的初

3、步基礎(chǔ)。從1860年到1907年之間、用火焰和電火花放電發(fā)現(xiàn)堿金屬元素銫Cs、1861年又發(fā)現(xiàn)銣Rb和鉈Tl，1868年又發(fā)現(xiàn)銦In和氦He。1869年又發(fā)現(xiàn)氮N。1875~1907年又相繼發(fā)現(xiàn)鎵Ga，鉀K，銩Tm，鐠Pr，釙Pe，釤Sm，釔y，镥Lu等。1882年，羅蘭發(fā)明了凹面光柵，即是把劃痕直接刻在凹球面上。凹面光柵實(shí)際上是光學(xué)儀器成象系統(tǒng)元件的合為一體的高效元件，它解決了當(dāng)時棱鏡光譜儀所遇到的不可克服的困難。凹面光柵的問世不僅簡

4、化了光譜儀器的結(jié)構(gòu)，而且還提高了它的性能。波耳的理論在光譜分析中起了作用，其對光譜的激發(fā)過程、光譜線強(qiáng)度等提出比較滿意的解釋。從測定光譜線的絕對強(qiáng)度轉(zhuǎn)到測量譜線的相對強(qiáng)度的應(yīng)用，使光譜分析方法從定性分析發(fā)展到定量分析創(chuàng)造基礎(chǔ)。從而使光譜分析方法逐漸走出實(shí)驗(yàn)室，在工業(yè)部門中應(yīng)用了。1928年以后，由于光譜分析成了工業(yè)的分析方法，光譜儀器得到迅速的發(fā)展，一方面改善激發(fā)光源的穩(wěn)定性，另一方面提高光譜儀器本身性能。最早的光源是火焰激發(fā)光譜；后來

5、又發(fā)展應(yīng)用簡單的電弧和電火花為激發(fā)光源，在上世紀(jì)的三十、四十年代改進(jìn)采用控制的電弧和電火花為激發(fā)光源，提高了光譜分析的穩(wěn)定性。工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)晨，光譜學(xué)的進(jìn)步，促使光學(xué)儀器進(jìn)一步得到改善，而后者又反作用于前者，促進(jìn)了光譜學(xué)的發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。六十年代光電直讀光譜儀，隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展開始迅速發(fā)展。由于計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，電子技術(shù)的發(fā)展，電子計算機(jī)的小型化及微處理機(jī)的出現(xiàn)和普及，成本降低等原因、于上世紀(jì)的七十年代光譜儀器幾乎100％地采用

6、計算機(jī)控制，這不僅提高了分析精度和速度，而且對分析結(jié)果的數(shù)據(jù)處理和分析過程實(shí)現(xiàn)自動化控制。解放后，我國的光譜儀器工業(yè)從無到有，由小到大，得到飛躍的發(fā)展，且具有一定的規(guī)模，與世界先進(jìn)技術(shù)競爭中求生存，社會商品競賽中得到發(fā)展。1958年開始試制光譜儀器，生產(chǎn)了我國第一臺中型石英攝譜儀，大型攝譜儀，單色儀等。中科院光機(jī)所開始研究刻制光柵，59年上海光學(xué)儀器廠，63年北京光學(xué)儀器廠開始研究刻制光柵，63年研制光刻成功。1966—1968年北京光

7、學(xué)儀器廠和上海光學(xué)儀器廠先后研制成功中型平面光柵攝譜儀和一米平面光柵攝譜儀及光電直讀頭。1971—1972年由北京第二光學(xué)儀器廠研究成功國內(nèi)第一臺WZG—200平面光柵光量計，結(jié)束了我國不能生產(chǎn)光電直讀光譜儀的歷史。八十年代以來，我國鑄造行業(yè)開始引進(jìn)光電直讀光譜儀作為熔煉過程中化學(xué)成份控制的分析手段，并逐步取代了我國傳統(tǒng)的濕法化學(xué)分析法，至今已發(fā)展到中小企業(yè)也逐步采用光譜法配合作爐前直讀光譜儀講義超譜公司Page3of40好的分析精度。

8、五、性能良好的光譜儀軟件，使儀器全部自動化并可進(jìn)行背景校正、干擾元素校正、基體校正等，旨在保證分析的正確度。OBLF光譜儀由于具備了以上各種特點(diǎn)，使得儀器完全能滿足鑄造行業(yè)爐前快速分析的要求，故現(xiàn)在在廣大鑄造、冶金、機(jī)械等行業(yè)廣泛使用。。第二章第二章光譜分析基本原理光譜分析基本原理21，光譜分析的種類和分析的內(nèi)容在日常生活中，可以見到各種不同的，如紅、黃、蘭、白色光。太陽光經(jīng)三棱鏡后，會產(chǎn)生紅、橙、黃、綠、青、蘭，紫排列的色帶，還有人們

9、肉眼所看不見的光如紫外線，紅外線，γ射線等。從光譜分析的觀點(diǎn)重要的譜線波長是在100—12000101nm之間，這個區(qū)間又分為幾個光譜范圍。從廣義講，各種電磁輻射都屬于光譜，一般按其波長可分為：γ射線0.00005—0.14nmx射線0.01—10nm微波波譜0.3mm—lmm而光譜區(qū)可分為：真空紫外區(qū)10—200nm近紫外區(qū)200～380nm可見光譜區(qū)380—780nm近紅外光譜780nm一3μm遠(yuǎn)紅外光譜3—300μm注：1米(m)

10、=103毫米(mm)=106微米(μm)光電直讀光譜分析應(yīng)用的元素波長，大部分在真空紫外區(qū)和近紫外區(qū)最多。我們通常所講到光譜僅指光學(xué)光譜而言，從物質(zhì)(固、液、氣)加熱或用光或用電激發(fā)射光譜時得到三種類型的光譜。線光譜是由氣體狀態(tài)下的原子或離子經(jīng)激發(fā)而得到的，通常呈現(xiàn)分立的線狀所以稱線光線，就其產(chǎn)生方式而言又可分為發(fā)射光譜(明線)和吸收光譜(暗線)兩種，因此光譜分析又分為發(fā)射光譜分析和原子吸收光譜分析。如果是原子激發(fā)產(chǎn)生的光譜，稱原子光譜

11、，如果離子激發(fā)所產(chǎn)生的光譜稱離子光譜。帶狀光譜是原子結(jié)合成分子中發(fā)出的或兩個以上原子的集團(tuán)發(fā)出的，通常呈帶狀分布，是分子光譜產(chǎn)生，如在光譜分析中采用炭電極，在高溫時，炭與空氣中氮化合生成氰帶(CN)分子，當(dāng)氰分子在電弧中激發(fā)時產(chǎn)生的光譜，稱氰帶。連續(xù)光譜是從白熱的固體中發(fā)出的，是特定的狀態(tài)下原子分子中發(fā)出來的，所以連續(xù)光譜是無限數(shù)的線光譜或帶光譜集合體。我們通常講的光譜分析，一般是指“原子發(fā)射光譜分析”，光電光譜分析中元素波長都是元素的