光譜分析儀

光譜分析儀

物理儀器
原子發射光譜分析是根據原子所發射的光譜來測定物質的化學組分的。
    中文名:光譜分析儀 外文名: 用途: 英文名:Spectrum analyzer 作 用:信号的檢測 類 型:儀器 優 點:采樣方式靈活等

注意事項

光譜分析是基于物質中的原子和分子處于不停的運動狀态,這種物質内部運動,在外部可以以能量輻射和吸收的形式反映出來,這種形式就是電磁輻射。而光譜就是按着波長順序排列的電磁輻射。由于原子和分子的運動是多種多樣的,因此光譜及光譜分析儀器的種類也是多種多樣的。

介紹

根據現代光譜儀器的工作原理,光譜儀可以分為兩大類:經典光譜儀和新型光譜儀。經典光譜儀器是建立在空間色散原理上的儀器:新型光譜儀器是建立在調制原理上的儀器.經典光譜儀器都是狹縫光譜儀器。調制光譜儀是非空間分光的,它采用圓孔進光根據色散組件的分光原理,光譜儀器可分為:棱鏡光譜儀,衍射光栅光譜儀和幹涉光譜儀.光學多道OMA(Optical Multi-channel Analyzer)是近十幾年出現的采用光子探測器(CCD)和計算機控制的新型光譜分析儀器,它集信息采集,處理,存儲諸功能于一體。

由于OMA不再使用感光乳膠,避免和省去了暗室處理以及之後的一系列繁瑣處理,測量工作,使傳統的光譜技術發生了根本的改變,大大改善了工作條件,提高了工作效率:使用OMA分析光譜,測盆準确迅速,方便,且靈敏度高,響應時間快,光譜分辨率高,測量結果可立即從顯示屏上讀出或由打印機,繪圖儀輸出。它己被廣泛使用于幾乎所有的光譜測量,分析及研究工作中,特别适應于對微弱信号,瞬變信号的檢測。

原理

原子發射光譜分析是根據原子所發射的光譜來測定物質的化學組分的。不同物質由不同元素的原子所組成,而原子都包含着一個結構緊密的原子核,核外圍繞着不斷運動的電子。每個電子處于一定的能級上,具有一定的能量。在正常的情況下,原子處于穩定狀态,它的能量是最低的,這種狀态稱為基态。但當原子受到能量(如熱能、電能等)的作用時,原子由于與高速運動的氣态粒子和電子相互碰撞而獲得了能量,使原子中外層的電子從基态躍遷到更高的能級上,處在這種狀态的原子稱激發态。

電子從基态躍遷至激發态所需的能量稱為激發電位,當外加的能量足夠大時,原子中的電子脫離原子核的束縛力,使原子成為離子,這種過程稱為電離。原子失去一個電子成為離子時所需要的能量稱為一級電離電位。離子中的外層電子也能被激發,其所需的能量即為相應離子的激發電位。處于激發态的原子是十分不穩定的,在極短的時間内便躍遷至基态或其它較低的能級上。

當原子從較高能級躍遷到基态或其它較低的能級的過程中,将釋放出多餘的能量,這種能量是以一定波長的電磁波的形式輻射出去的,其輻射的能量可用下式表示:(1)E2、E1分别為高能級、低能級的能量,h為普朗克(Planck)常數;v及λ分别為所發射電磁波的頻率及波長,c為光在真空中的速度。

每一條所發射的譜線的波長,取決于躍遷前後兩個能級之差。由于原子的能級很多,原子在被激發後,其外層電子可有不同的躍遷,但這些躍遷應遵循一定的規則(即“光譜選律”),因此對特定元素的原子可産生一系列不同波長的特征光譜線,這些譜線按一定的順序排列,并保持一定的強度比例。光譜分析就是從識别這些元素的特征光譜來鑒别元素的存在(定性分析),而這些光譜線的強度又與試樣中該元素的含量有關,因此又可利用這些譜線的強度來測定元素的含量(定量分析)。這就是發射光譜分析的基本依據。

工作使用

光譜分析儀的分析原理是将光源輻射出的待測元素的特征光譜通過樣品的蒸汽中待測元素的基态原子所吸收,由發射光譜被減弱的程度,進而求得樣品中待測元素的含量。它符合郎珀-比爾定律A=-lgI/Io=-LgT=KCL式中I為透射光強度,I0為發射光強度,T為透射比,L為光通過原子化器光程由于L是不變值所以A=KC。物理原理任何元素的原子都是由原子核和繞核運動的電子組成的,原子核外電子按其能量的高低分層分布而形成不同的能級.

因此,一個原子核可以具有多種能級狀态。能量最低的能級狀态稱為基态能級(E0=0),其餘能級稱為激發态能級,而能最低的激發态則稱為第一激發态。正常情況下,原子處于基态,核外電子在各自能量最低的軌道上運動。如果将一定外界能量如光能提供給該基态原子,當外界光能量E恰好等于該基态原子中基态和某一較高能級之間的能級差E時,該原子将吸收這一特征波長的光,外層電子由基态躍遷到相應的激發态,而産生原子吸收光譜。電子躍遷到較高能級以後處于激發态,但激發态電子是不穩定的,大約經過10^-8秒以後,激發态電子将返回基态或其它較低能級,并将電子躍遷時所吸收的能量以光的形式釋放出去,這個過程稱原子發射光譜。可見原子吸收光譜過程吸收輻射能量,而原子發射光譜過程則釋放輻射能量。

發射過程

1.把試樣在能量的作用下蒸發、原子化(轉變成氣态原子),并使氣态原子的外層電子激發至高能态。當從較高的能級躍遷到較低的能級時,原子将釋放出多餘的能量而發射出特征譜線。這一過程稱為蒸發、原子化和激發,需借助于激發光源來實現。

2.把原子所産生的輻射進行色散分光,按波長順序記錄在感光闆上,就可呈現出有規則的光譜線條,即光譜圖。系借助于攝譜儀器的分光和檢測裝置來實現。

3.根據所得光譜圖進行定性鑒定或定量分析。由于不同元素的原子結構不同,當被激發後發射光譜線的波長不盡相同,即每種元素都有其特征的波長,故根據這些元素的特征光譜就可以準确無誤的鑒别元素的存在(定性分析),而這些光譜線的強度與試樣中該元素的含量有關,因此還可利用這些譜線的強度來測定元素的含量(定量分析)。

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