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