斯派克直讀光譜儀的操作手冊

一、 光譜分析簡(jiǎn)介  

1、 電磁輻射的基本特征  

  光譜是按照波長(cháng)（或波數、頻率）順序排列的電磁輻射。天空的彩虹、自然界的極光等均是人們早期觀(guān)察到的光譜，但它們僅是電磁輻射的很小的一部分可見(jiàn)光譜。還有大量的不能被人們直接看到的和感覺(jué)到的光譜，如γ射線(xiàn)、x射線(xiàn)、紫外線(xiàn)、紅外線(xiàn)、微波及無(wú)線(xiàn)電波等，這些也都是電磁輻射，它們只是頻率或波長(cháng)不同而已。  電磁輻射實(shí)際是一種以巨大速度通過(guò)空間而傳播的能量（光量子流），具有波動(dòng)性和微粒性。  就波動(dòng)性而言，電磁輻射在空間的傳播具有波的性質(zhì)，如同聲波、水波的傳播一樣，可以用速度、頻率、波長(cháng)和振幅這樣一些參數來(lái)描述，并且傳播時(shí)不用任何介質(zhì)，且易于通過(guò)真空。在真空中所有電磁輻射的速度相同，常用光速（c）來(lái)表示，c的數值為：2.99792*103米/秒。  在一定的介質(zhì)中，它們之間的關(guān)系為 δ＝V/C=1/λ  式中：V-------頻率，單位時(shí)間內的波數；λ„„„„波長(cháng)，為沿波的傳播方向、相鄰兩個(gè)波間相位相同的兩點(diǎn)之間的距離；δ„„„„波數，單位長(cháng)度內波長(cháng)的個(gè)數。C是光速。 就電磁輻射的微粒性來(lái)說(shuō)，每個(gè)光量子均有其特征的能量ε，它們與波長(cháng)或頻率之間的關(guān)系可以用普朗克（Planck）公式表示：  ε＝hv＝h（c/λ）波長(cháng)是相鄰間相位相同的兩點(diǎn)之間的距離 式中：h是普朗克常數，其值為6.626*10-34 焦耳/秒、

2、電磁波譜區域 

   電磁輻射按波長(cháng)順序排列稱(chēng)磁波譜。他們是物質(zhì)內部運動(dòng)的一種客觀(guān)反映，也就是說(shuō)任一波長(cháng)的光量子的能量ε與物質(zhì)的內能變化△E=E2-E1=ε＝hv＝h（c/λ）如果已知物質(zhì)由一種狀態(tài)，E2過(guò)渡到另一種狀態(tài)E1時(shí)，其能量差為△E=E2-E1 便可按照公式計算出相應的光量子的波長(cháng)。下表列出了各輻射區域、波長(cháng)范圍及相應的能及躍遷類(lèi)型。

對于成分分析主要應用近紫外及可見(jiàn)光區。 

 3、光譜分析內容  

    光譜分析是根據物質(zhì)的特征光譜來(lái)研究化學(xué)組成、結構和存在狀態(tài)的一類(lèi)分析領(lǐng)域?？杉毞譃樵影l(fā)射光譜分析、原子吸收光譜分析、分子發(fā)射光譜分析、分子吸收光譜分析、X射線(xiàn)熒光光譜分析、紅外和拉曼光譜分析等各類(lèi)分析方法。  原子發(fā)射光譜分析是根據試樣物質(zhì)中氣態(tài)原子（或離子）被激發(fā)以后，其外層電子輻射躍遷所發(fā)射的特征輻射能（不同的光譜），來(lái)研究物質(zhì)化學(xué)組成的一種方法。常稱(chēng)為光譜化學(xué)分析，也簡(jiǎn)稱(chēng)為光譜分析。光電光譜分析方法是用光電轉換器件進(jìn)行測量的發(fā)射光譜分析。在光電光譜分析中，計算機的應用已很普遍。

 二、光電光譜分析的基本原理和發(fā)展情況  

1、基本原理 

  測定物質(zhì)的組成，是人類(lèi)認識自然，改造自然必要的。物質(zhì)系由分子或原子所組成。欲測定物質(zhì)的組成，通常用化學(xué)分析法，但光譜分析也是廣泛采用的方法。 物質(zhì)都有其屬性，通過(guò)屬性可以區別不同的物質(zhì)。由于物質(zhì)的組成不同，在一定條件下物質(zhì)能發(fā)射其特征的光譜。我們就是利用光譜這個(gè)屬性來(lái)測定物質(zhì)的組成。  由于光具有波動(dòng)物質(zhì)，所以光的一個(gè)標志是它的波長(cháng)。不同顏色的光彩表明它們的波長(cháng)不同。由短波的紫光到長(cháng)波的紅光組成全部可見(jiàn)光。按照波長(cháng)分開(kāi)而排列的一系列不同波長(cháng)的光就組成所謂光譜。廣義而言，可用于分析工作的光譜的范圍可以包括更大電磁波的范圍，大約波長(cháng)范圍由10-10至10厘米。但發(fā)射光譜分析工作的光譜范圍只是紫外光域的一部分，波長(cháng)約為1600埃－8500埃（可見(jiàn)光域的波長(cháng)范圍約為4000埃－7000埃）物質(zhì)能發(fā)射光譜，物質(zhì)對光且有吸收、散射等作用。這些現象都可以利用來(lái)作物質(zhì)的測定。這里討論的限于發(fā)射光譜分析，或者說(shuō)的嚴密一些，應稱(chēng)作發(fā)射光譜化學(xué)分析。但為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，我們就稱(chēng)之為光譜分析。  物質(zhì)發(fā)射的光譜有三種，線(xiàn)狀光譜、帶狀光譜及連續光譜。線(xiàn)狀光譜系由原子或離子被激發(fā)而發(fā)射，因此只有當物質(zhì)在離解成原子或離子時(shí)（一般氣態(tài)或高溫下）才發(fā)射線(xiàn)狀光譜。帶狀光譜系由分子被激發(fā)而發(fā)射，而連續光譜系由炙熱的固體或液體所發(fā)射。在通常進(jìn)行光譜分析所用的激發(fā)光源火焰、電弧或電火花的作用下，分析的物質(zhì)處在高溫的氣態(tài)下，一般都離解為原子或離子，因而被激發(fā)后發(fā)射的是線(xiàn)狀光譜。所以光譜分析所利用的是線(xiàn)狀光譜中的譜線(xiàn)，并且所得結果只能給出組成元素的種類(lèi)及含量，而不顯示物質(zhì)的分子結構。 每一種元素的原子被激發(fā)后，可以產(chǎn)生一組其特征的光譜，而特征光譜的出現就能證明此種元素在輻射源中存在。。原子或離子被激發(fā)而產(chǎn)生十數萬(wàn)條光譜的譜線(xiàn)已經(jīng)測定它們的波長(cháng)。由于測定波長(cháng)能達很高的準確度，光譜中的大部分譜線(xiàn)都可以無(wú)誤地確定其由哪一種元素產(chǎn)生。所以光源定性分析是很可靠的辦法，即靈敏、快速又簡(jiǎn)單。周期表上約七十個(gè)元素，可以用光譜方法，較容易地定性測定。  一般當試樣中某一元素的含量不太高時(shí)，該元素發(fā)射的光譜譜線(xiàn)強度是和它的含量成正比。這個(gè)關(guān)系成為光譜定量分析的基礎，并使光譜定量分析成為非常方便的方法。凡是光譜定性分析能測到的元素，一般都可以做定量分析。光譜定量分析，一般比化學(xué)快，并且用較少的試樣即可進(jìn)行。  物質(zhì)發(fā)射的光譜需用分光儀器進(jìn)行觀(guān)測。分光儀器需有三個(gè)元件：狹縫、能將不同波長(cháng)的光按波長(cháng)分開(kāi)和排列成序的三棱鏡或光柵和能聚焦成像以形成譜線(xiàn)的光學(xué)系統（譜線(xiàn)即為狹縫的像）。 譜線(xiàn)落在焦面上，可用感光板攝取，或用目鏡觀(guān)測（限于可見(jiàn)光），或用一出口狹縫接收（使與近旁其它譜線(xiàn)區分）。前一種方式即為一攝譜儀，其次一種方式則為看譜鏡，而第三種方式則為單色儀。如在許多譜線(xiàn)處裝上出口狹縫，并在出口狹縫后面設置光電接收裝置，即成為光電直讀光譜議。

 2、電法光譜分析的發(fā)展情況 

   在近代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展中，光譜分析的應用在成分分析、結構分析及科學(xué)研究中均起到重要的作用。其中原子發(fā)射光譜這一分析方法不僅對金屬、合金、礦物成分的測定，也對生產(chǎn)過(guò)程的控制有著(zhù)重要的作用，而且已廣泛應用于高分子材料、石油化工、農業(yè)、醫藥、環(huán)境科學(xué)以及生命科學(xué)等領(lǐng)域。  發(fā)射光譜分析根據接收光譜輻射方式的不同而分成三種：看譜法，攝譜法和光電法。由圖1可以看出這三種方法基本原理都相同：都是把激發(fā)試樣獲得的復合光通過(guò)入射狹縫射在分光元件上，被色散成光譜，通過(guò)測量譜線(xiàn)強度而求得試樣中分析元素的含量。三種方法的區別在于看譜法用人眼去接收，射譜法用感光板接收，而光電法則使譜線(xiàn)通過(guò)放在光譜焦面處的出射狹縫，用光電倍增管接收光譜輻射。  光電法是由看譜法及攝譜法發(fā)展而來(lái)的，主要用來(lái)作定量分析。攝譜法的光譜定量分析