你對(duì)光譜儀了解多少？

一、光譜儀簡(jiǎn)介

光譜儀( Spectroscope)是將成分復(fù)雜的光分解為光譜線的科學(xué)儀器，由棱鏡或衍射光柵等構(gòu)成，利用光譜儀可測(cè)量物體表面反射的光線。陽(yáng)光中的七色光是肉眼能分的部分(可見(jiàn)光)，但若通過(guò)光譜儀將陽(yáng)光分解，按波長(zhǎng)排列，可見(jiàn)光只占光譜中很小的范圍，其余都是肉眼無(wú)法分辨的光譜，如紅外線、微波、紫外線、X射線等等。通過(guò)光譜儀對(duì)光信息的抓取、以照相底片顯影，或電腦化自動(dòng)顯示數(shù)值儀器顯示和分析，從而測(cè)知物品中含有何種元素。這種技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于空氣污染、水污染、食品衛(wèi)生、金屬工業(yè)等的檢測(cè)中。

二、光譜儀用途

光譜儀應(yīng)用很廣，如農(nóng)業(yè)、天文、汽車、生物、化學(xué)、鍍膜、色度計(jì)量、環(huán)境檢測(cè)、薄膜工業(yè)、食品、印刷、造紙、喇曼光譜、半導(dǎo)體工業(yè)、成分檢測(cè)、顏色混合及匹配、生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用、熒光測(cè)量、寶石成分檢測(cè)、氧濃度傳感器、真空室鍍膜過(guò)程監(jiān)控、薄膜厚度測(cè)量、LED測(cè)量、發(fā)射光譜測(cè)量、紫外/可見(jiàn)吸收光譜測(cè)量、顏色測(cè)量

三、光譜儀分類

光譜儀的種類很多，分類方法也很多，根據(jù)光譜儀所采用的分解光譜的原理，可以將其分成兩大類：經(jīng)典光譜儀和新型光譜儀。經(jīng)典光譜儀是建立在空間色散（分光）原理上的儀器；新型光譜儀是建立在調(diào)制原理上的儀器，故又稱為調(diào)制光譜儀。

1.經(jīng)典光譜儀依據(jù)其色散原理可將儀器分為：棱鏡光譜儀、衍射光柵光譜儀、干涉光譜儀

2.根據(jù)接收和記錄光譜的方法不同，光譜儀可分為

（1）看譜儀攝譜儀

（2）光電光譜儀:光電光譜儀、光電單色儀、分光光度計(jì)

3.根據(jù)光譜儀器所能正常工作的光譜范圍，光譜儀可分為:真空紫外（遠(yuǎn)紫外）光譜儀（6-200nm）、紫外光譜儀（185-400nm）、可見(jiàn)光光譜儀（380-780nm）、近紅外光譜儀（780nm-2.5um）、紅外光譜儀（2.5-50um）、遠(yuǎn)紅外光譜儀（50um-1mm）

4.根據(jù)儀器的功能及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，光譜儀可分為下列類型：

（1）單色儀：平面光柵單色儀、凹面光柵單色儀、棱鏡單色儀雙單色儀

（2）發(fā)射光譜儀：火焰光度計(jì)、看譜儀攝譜儀、光電光譜儀、譜線測(cè)量光譜儀

（3）吸收光譜儀：真空紫外分光光度計(jì)、可見(jiàn)分光光度計(jì)、紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)、雙波長(zhǎng)分光光度計(jì)、紅外分光光度計(jì)、原子吸收分光光度計(jì)

（4）熒光光譜儀：原子熒光光度計(jì)、熒光光度計(jì)、熒光分光光度計(jì)、熒光檢測(cè)計(jì)

（5）調(diào)制光譜儀：傅里葉變換光譜儀、阿達(dá)瑪變換光譜儀、柵欄調(diào)制光譜儀

（6）其他光譜儀：激光拉曼光譜儀、快速掃描光譜儀、相關(guān)光譜儀、光聲光譜儀、成像光譜儀、多光譜掃描儀、色度儀、測(cè)色色差計(jì)、白度計(jì)

四、光譜儀的組成

光譜儀是一種用于對(duì)光信號(hào)進(jìn)行頻譜分析的儀器。它具有光信號(hào)采集，色散，成像等幾大功能。 如圖1-1所示，一臺(tái)典型的光譜儀主要由一個(gè)光學(xué)平臺(tái)和一個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)組成。包括以下幾個(gè)主要部分：

1.入射狹縫: 在入射光的照射下形成光譜 儀成像系統(tǒng)的物點(diǎn)

2.準(zhǔn)直元件: 使狹縫發(fā)出的光線變?yōu)槠叫?光。該準(zhǔn)直元件可以是一獨(dú)立的透鏡、反射鏡、或直接集成在色散元件上，如凹面光柵光譜儀中的凹面光柵。

3.色散元件: 通常采用光柵，使光信號(hào)在 空間上按波長(zhǎng)分散成為多條光束。

4.聚焦元件: 聚焦色散后的光束，使其在 焦平面上形成一系列入射狹縫的像，其中每一像點(diǎn)對(duì)應(yīng)于一特定波長(zhǎng)。

5.探測(cè)器陣列：放置于焦平面，用于測(cè)量各種波長(zhǎng)像點(diǎn)的光強(qiáng)度。該探測(cè)器陣列可以是CCD陣列或其它種類的光探測(cè)器陣列。

五、光譜儀性能參數(shù)

一個(gè)光譜儀的性能可以用以下六個(gè)參數(shù)來(lái)描述：

1.光譜覆蓋范圍:能被光譜儀檢測(cè)到的光信號(hào)的波長(zhǎng)范圍。對(duì)于一具有固定光學(xué)成像系統(tǒng)，固定探測(cè)器陣列長(zhǎng)度的光譜儀來(lái)說(shuō)，光譜覆蓋范圍直接取決于所用光柵的線密度。

2.光譜分辨率: 能被光譜儀分辨的zui小波長(zhǎng)間距。在實(shí)際應(yīng)用中, 常常定義為一窄帶譜所測(cè)得的譜線寬度 (半高全寬值) 。對(duì)于一個(gè)帶有確定的檢測(cè)器陣列的光學(xué)平臺(tái)來(lái)說(shuō)，光譜分辨率和光譜覆蓋范圍是成反比的。換句話說(shuō)，對(duì)于短焦距光學(xué)平臺(tái)和長(zhǎng)焦距光學(xué)平臺(tái)來(lái)說(shuō)，當(dāng)它們的波長(zhǎng)覆蓋范圍和檢測(cè)器陣列相同時(shí)，他們可獲得的zui高光譜分辨率也是相同的。只有當(dāng)波長(zhǎng)覆蓋范圍較小時(shí)，長(zhǎng)焦距光學(xué)平臺(tái)才能比短焦距光學(xué)平臺(tái)提供更高的光譜分辨率。

3.靈敏度: 能被光譜儀檢測(cè)到的zui小的光能量?，F(xiàn)有的檢測(cè)器陣列具有不同的結(jié)構(gòu)阱深和光電子、電流或電荷的容納能力也有所不同。非科學(xué)級(jí)的器件相對(duì)科學(xué)級(jí)器件來(lái)說(shuō)，其量子阱往往要“淺”得多，因此在相同的光強(qiáng)度輸入情況下，其達(dá)到飽和所需的積分時(shí)間與科學(xué)級(jí)器件相比要短得多，這也使人們往往誤解為它具有“更高的靈敏度”。B&W Tek Inc.公司的光譜儀采用了多種檢測(cè)器陣列，既有淺量阱的非科學(xué)級(jí)器件，如Sony和Toshiba的CCD陣列，同時(shí)也有深量阱的科研級(jí)器件

4.動(dòng)態(tài)范圍(DR):檢測(cè)陣列的動(dòng)態(tài)參數(shù)一般都用來(lái)作為衡量光譜儀的性能指標(biāo)的參考。但 是不同的器件生產(chǎn)廠家對(duì)其檢測(cè)器陣列的動(dòng)態(tài)范圍的定義都有所不同。非科研級(jí)的淺量阱器件一般采用飽和輸出信號(hào)與其暗噪聲的均方根值 (RMS) 的比值來(lái)定義，而科研級(jí)的器件一般采用量阱深與其讀出噪聲之比來(lái)定義。該比值越大，其動(dòng)態(tài)范圍就越大，也就標(biāo)志著更好的光譜儀性能。淺量阱的器件如Toshiba CCD陣列的動(dòng)態(tài)范圍一般在250-300之間，而科研級(jí)的檢測(cè)器陣列的動(dòng)態(tài)范圍往往大于幾千。

5.信噪比(SNR)：測(cè)量所得的信號(hào)與疊加在其上的噪聲的比值。測(cè)量的信噪比可通過(guò)多次平均

(即進(jìn)行多次測(cè)量，然后將其結(jié)果取平均值e. ) 的方法來(lái)提高，提高的倍數(shù)大致與測(cè)量的次數(shù)的

平方根相當(dāng)，即如果進(jìn)行次平均，則信噪比可提高大約2倍。另外，數(shù)據(jù)處理技術(shù)如Boxcar binning(即將幾個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的信號(hào)進(jìn)行平均，將其結(jié)果作為一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn))和窗口平滑等也同樣可以提高信噪比。一般來(lái)說(shuō)，信噪比越高，則檢測(cè)的精就越高。另外，測(cè)量的檢測(cè)限一般也都定義為當(dāng)zui小信噪比為3時(shí)，能夠被成功檢測(cè)到的信號(hào)。

6.光譜獲取速度：光譜儀獲得單張或多張光譜的速度。

六、使用注意事項(xiàng)

啟動(dòng)

1. 如停機(jī)在2-8小時(shí)，則外冷水需先運(yùn)轉(zhuǎn)10分鐘，內(nèi)冷水需先運(yùn)轉(zhuǎn)5分鐘;如停機(jī)在8小時(shí)以上，則外冷水需先運(yùn)轉(zhuǎn)15分鐘，內(nèi)冷水需先運(yùn)轉(zhuǎn)10分鐘。

2.開(kāi)機(jī)順序?yàn)榇蜷_(kāi)外冷水

3.打開(kāi)內(nèi)冷水(COOLER)開(kāi)關(guān)

4.打開(kāi)CTROL、VACUUM開(kāi)關(guān)(觀察真空度是否下降到10以下，觀察內(nèi)冷卻水的電導(dǎo)率是否在10以下)

5.打開(kāi)HEATER

6.打開(kāi)板高壓開(kāi)關(guān)

7.打開(kāi)電腦，打開(kāi)MXF操作軟件，點(diǎn)擊Monitor，觀察狀態(tài)并檢查是否聯(lián)機(jī)

8.一切正常后，打開(kāi)面板右下方X-RAY開(kāi)關(guān)

9. 點(diǎn)擊面板左上方X-RAY ON按鈕，可打開(kāi)X射線--按照

(5KV-0mA)--(10KV-mA)--(15KV-0mA)--(20KV-0mA)--(20KV-5mA)--(20KV-10mA)順序升高管流、管壓。如停機(jī)在2-8小時(shí)，則每步需等待10分鐘;如停機(jī)在8小時(shí)以上，則每步需等待20分鐘

10. 點(diǎn)擊Maintenance欄位-彈出Maintenance-MXF-點(diǎn)擊Inrument Setup，彈出Instrument Setup后在X-ray下方管壓、管流欄位中，將兩項(xiàng)設(shè)定為(30、20)，點(diǎn)擊執(zhí)行，即可使光管條件恢復(fù)待機(jī)狀態(tài)，可進(jìn)行常規(guī)分析操作。

關(guān)機(jī)

在電壓正常情況下，需進(jìn)行關(guān)機(jī)調(diào)試或其他工作，則可進(jìn)行常規(guī)關(guān)機(jī)工作。

1.待機(jī)狀態(tài)為管壓30KV、管流20mA。若需關(guān)機(jī)，則可點(diǎn)擊Maintenance欄位-彈出Maintenance-MXF-點(diǎn)擊Instrument Setup，彈出Instrument Setup-在X-ray下方管壓、管流欄位中，將兩項(xiàng)分別按(20、10)-(20、0)-(10、0)-(0、0)進(jìn)行降低，zui后歸0。

2.當(dāng)管壓、管流均歸0的條件下，可進(jìn)行關(guān)機(jī)操作。將面板上X-RAY打到OFF

3.將下方X-RAY開(kāi)關(guān)關(guān)閉

4.關(guān)閉HEATER

5.關(guān)閉板高壓開(kāi)關(guān)

6.關(guān)閉CONSOLE、VACUUM開(kāi)關(guān)

7.關(guān)閉電腦中MXF操作軟件，關(guān)閉電腦

8.如果有必要關(guān)閉內(nèi)循環(huán)水，則等待5分鐘后，關(guān)閉內(nèi)循環(huán)水，如無(wú)必要，則不關(guān)閉--如果有必要關(guān)閉外循環(huán)水，則等待10分鐘后關(guān)閉外循環(huán)水，如無(wú)必要，則不關(guān)閉。

9.關(guān)閉配電箱開(kāi)關(guān)，使儀器*斷電，可進(jìn)行維護(hù)檢查操作