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化学与生物分析方法 题目： “光谱”的技术原理、 实验仪器及光谱的应用 学院(系)： 园艺学院 专业年级： 果树2016级 姓 名： 张琪 学 号： 2016050231 “光谱”的技术原理、实验仪器及光谱的应用 我们通常所讲到光谱仅指光学光谱而言，从物质(固、液、气)加热或用光或用电激发射光谱时得到三种类型的光谱： ①线光谱是由于在高温下，物质蒸发出来形成蒸汽云，物质中的原子和离子以气态的形式存在，这时原子间的相互作用力很小，它们接受能量以后，发射谱线完全由单个原子或离子的外层电子轨道能级所决定，它辐射出不连续的明亮线条叫线光谱。就其产生方式而言又可分为发射光谱(明线)和吸收光谱(暗线)两种，如果是原子激发产生的光谱，称原子光谱，如果离子激发所产生的光谱称离子光谱。 ②带光谱是由分子受激发振动而产生的明亮光带和暗区组成的光谱。如在光谱分析中采用炭电极，在高温时，炭与空气中氮化合生成氰带(CN)分子，当氰分子在电弧中激发时产生的光谱，称氰带。 ③连续光谱是由于灼烧的固体热辐射而产生的从短波到长波的连续光谱（用高分辨力的仪器也不可能将其分开），所以连续光谱是无限数的线光谱或带光谱集合体。 我们通常讲的光谱分析，一般是指“原子发射光谱分析”，光电光谱分析中元素波长都是元素的原子光谱和离子光谱。 原理 任何元素的原子都是由原子核和绕核运动的电子组成的，原子核外电子按其能量的高低分层分布而形成不同的能级，因此，一个原子核可以具有多种能级状态。 能量最低的能级状态称为基态能级（E0=0），其余能级称为激发态能级，而能最低的激发态则称为第一激发态。正常情况下，原子处于基态，核外电子在各自能量最低的轨道上运动。 如果将一定外界能量如光能提供给该基态原子，当外界光能量E恰好等于该基态原子中基态和某一较高能级之间的能级差E时，该原子将吸收这一特征波长的光，外层电子由基态跃迁到相应的激发态，而产生原子吸收光谱。 电子跃迁到较高能级以后处于激发态，但激发态电子是不稳定的，大约经过10-8秒以后，激发态电子将返回基态或其它较低能级，并将电子跃迁时所吸收的能量以光的形式释放出去，这个过程称原子发射光谱。可见原子吸收光谱过程吸收辐射能量，而原子发射光谱过程则释放辐射能量。 实验仪器 ①棱镜光谱仪 棱镜光谱仪是利用棱镜的色散作用，将非单色光按波长分开的装置。其结构的主要部分为棱镜前的平行光管、棱镜和棱镜后的望远物镜L2。棱镜前的平行光管，是由一会聚透镜L1和放在它第一焦面的狭缝S所组成。当非单色光照射狭缝后，经平行光管产生非单色的平行光束。这些非单色平行光束通过棱镜后，不同波长的平行光束经过折射后，方向不同。再经过棱镜后的望远物镜L2，不同方向（即不同波长）的平行光束，会聚到望远物镜后焦面上的不同地方，形成一系列离散的不同波长的狭缝像，这便是光谱。若光谱仪中的望远物镜后，再装上一目镜，用以直接观察光谱，此种光谱仪就称为分光镜。若在望远物镜的后焦面上，放一狭缝，将某种波长的光分离开来，则称为单色仪。若在望远物镜的后焦面上，放一暗盒，把不同波长的狭缝像拍摄下来，则称为棱镜摄谱仪。 ②衍射光栅光谱仪 衍射光栅光谱仪，是将成分复杂的光分解为光谱线的科学仪器。通过光谱仪对光信息的抓取、以照相底片显影，或电脑化自动显示数值仪器显示和分析，从而测知物品中含有何种元素。光栅光谱仪被广泛应用于颜色测量、化学成份的浓度测量或辐射度学分析、膜厚测量、气体成分分析等领域中。 当一束复合光线进入单色仪的入射狭缝，首先由光学准直镜汇聚成平行光，再通过衍射光栅色散为分开的波长（颜色）。利用每个波长离开光栅的角度不同，由聚焦反射镜再成像出射狭缝。通过电脑控制可精确地改变出射波长。 ③干涉成像光谱仪 干涉成像光谱仪是利用干涉原理获得一系列随光程差变化的干涉图样，通过反演可以得到目标物体的二维空间图像和一维光谱信息的仪器。原理是将目标的光分成两束，通过控制两束光的光程差，并使两束光在感光元件处相遇发生干涉，从而获得的是一系列不同光程差得到的干涉图样。干涉图样经过一些列的处理、反演后才能够得到物体的图像——光谱三维信息，即目标每一点的