光谱仪使用介绍光谱使用介绍.doc

光谱仪使用介绍（原理部分） 翻 译 引言 工作原理 每一种固态、液态或气态物质受到适当的激发，就会发射出不同波长的射线。这些射线能表征该物质，就构成了该物质的光谱。Metal-lab能分析样品的光谱，也就是对射线区别并量化，因而得出其化学成分。发射光谱测定法应用于几乎每个科技项目。这套仪器特别适用于冶金业，也适用于那些需对材料进行完全鉴定的领域。 在从矿石中生产粗制金属以及在合金的提炼过程中，发射光谱测定法非常重要。对金属液的快速分析，不管是在实验室中还是在生产现场，其重要的过程（包括试样制备）都是由自动系统完成的。 对产出的成品、半成品的质量检测是用固定的或可移动的光谱仪完成的。在生产过程中及最后都有光谱系统。 第一章：多色仪 1、1 电磁波 待分析材料发射或吸收的射线是横向振荡的电磁场。它以波的形式传播，但它的能量不是均匀地分布在空间，而是“凝结”成粒状，称为量子或光子。射线的这种（波粒）两重性形成了波动说和粒子说，根据你想研究、理解的现象你可参照任何一个模型。 1、2物理量 在射线分析法中常用的重要物理量有： 波的周期T：一个完整的振荡所需时间（单位是秒） 波长λ：两个同相点的距离或指波在一个周期经过的距离。 波的频率V：在一秒内完整的振荡次数（单位为Hz） 波的个数：在一分米内波长的个数 显然有下述关系：C=λV(c代表光在真空中的速度) 光子的能量为E=hv(H代表常数，H=6.62*10-27能/秒) 可见光（射线）仅是整个电磁波的一小部分，而后者的波长从几百米（无线电波）到10-12CM（γ射线）不等，下图就是电磁光谱的示意图。 1、3发射过程 原子的结构可以这样简便地描述——尽管不一定准确：在原子的中央是原子核，它包含了几乎整个原子的重量，但它仅占整个原子体积的12/1000，而电子在原子核周围沿着近乎圆的轨道运行。原子核中的粒子（质子、中子）由于弱和强的核作用而紧密相联，因而固定在原子核内，除非有特别的事情发生。 而电子被束缚在原子内则是由于它们的负电荷与原子核的正电荷间存在的电磁作用。把电子束缚在原子内的能量以EV度量，而原子核的结合能以MEV度量，如果原子接收到的能量≥某电子的束缚能，那它（电子）就会离开原子，该原子的负电荷减小一单位，成了正离子。但是，在原子内部，电子只占据一定的轨道，每条轨道（距原子核远近不同）以不同的能量来表征。如果原子中的电子被光子碰到，而这个光子的能量又恰好等于该电子在原轨道和在一高电位轨道（离原子核更远）时的束缚能之差，该电子就会跃进迁至高电位。但这样的结构是不稳定的，所有的电子都倾向于回到基态，同时释放出刚获得的能量，即两电位的“能量跃迁”。 由于原子属于不同的元素，其电子轨道结构不同，在“去激励”时发射的射线也不同。 知道了物质的结构后，你会想，通过分析物质的发射光谱即观察其发射射线的波长，就可以识别构成物质的元素；通过测定射线的强度，就可以计算该元素的浓度。 在下表中：不同元素的波长和相应的共振电位。 1、4光谱 发射光谱是从被激励物质中射出的射线的总体，它们按其波长排列。 共有三种外观不同的光谱：线状、带状和连续光谱。线状光谱是由原子或离子发出的，而带状光谱是由分子发出的。 连续光谱不是原子或分子的特征光谱，而是由等离子体中的自由电子产生的，自由电子在自由——自由状态跃迁（韧致辐射）和自由——固定状态跃迁（复合射线）时发射连续的射线。因此，该光谱本底包含了所有类型的射线（也包括分辨不清的）。 在单原子气体发出的线状光谱中，你可以发现相对于该原子的共振频率，射线强度有一个突然的增量，这个曲线的形状是因为通常样品发射的射线是通过狭缝进入光学系统的，因此观测到的光谱线仅是入射狭缝的影像。 单原子气体的光谱是彼此明确分离的线，与此不同，分子光谱中的许多的谱线彼此靠得很近，分子光谱被称作带状光谱，是因为当使用低分辨率的摄谱仪观测时，这些分辨不清的线就象是发亮的带子。 1、5谱线的宽度 物体发射的射线并不是严格的单色（频），而是些有一定本征宽度的线条，即其宽度不受分析系统的分辨率性能的影响。它的一个主要原因就是测不准原理：激发态维持时间越短，这种状态的能量不确定度就越大。 谱线能量分布变宽的另一个原因是多普勒效应，即由于原子的热力学运动导致的。受激发的相同原子将辐射相同的频率，但当它们以不同速度、不同方向运动时，频谱会以高斯分布到达探测器。谱线宽度与热力学的关系可表示为温度的平方根的函数。在弧光放电中，其数量级约为0.001-0.005um，在大多数原子和分子的跃迁中，多普勒效应造成的宽度比测不准原理要大。 有些偏移和变宽是因为激发态的原子和其它的微粒发生碰撞，如果微粒是杂粒（其它的原子、分子、离子）则增宽叫作洛仑兹增宽，如果是