直讀光譜儀的基本原理

一 、 光譜分析簡介
1 、直讀光譜儀的電磁輻射的基本特征
光譜是按照波長（或波數(shù)、頻率）順序排列的電磁輻射。天空的彩虹、自然界的極光等均是人們早期觀察到的光譜， 但它們僅是電磁輻射的很小的一部分可見光譜。 還有大量的不能被人們直接看到的和感覺到的光譜，如γ射線、x 射線、紫外線、紅外線、微波及無線電波等，這些也都是電磁輻射，它們只是頻率或波長不同而已。
電磁輻射實(shí)際是一種以巨大速度通過空間而傳播的能量（光量子流） ，具有波動性和微粒性。就波動性而言，電磁輻射在空間的傳播具有波的性質(zhì)，如同聲波、水波的傳播一樣，可以用速度、頻率、波長和振幅這樣一些參數(shù)來描述，并且傳播時不用任何介質(zhì)，且易于通過真空。在真空中所有電磁輻射的速度相同，常用光速（c）來表示，c 的數(shù)值為：2.99792*10 3米/秒。
在一定的介質(zhì)中，它們之間的關(guān)系為δ＝V/C=1/λ

式中：V-------頻率，單位時間內(nèi)的波數(shù)；λ…………波長，為沿波的傳播方向、相鄰兩個波間相位相同的兩點(diǎn)之間的距離；δ…………波數(shù)，單位長度內(nèi)波長的個數(shù)。C 是光速。

    就電磁輻射的微粒性來說，每個光量子均有其特征的能量 ε，它們與波長或頻率之間的關(guān)系可以用普朗克（Planck）公式表示：ε＝hv＝h（c/λ） 波長是相鄰間相位相同的兩點(diǎn)之間的距離。

式中：h 是普朗克常數(shù)，其值為 6.626*10 -34  焦耳/秒
2 、 直讀光譜儀的電磁波譜區(qū)域
電磁輻射按波長順序排列稱磁波譜。 他們是物質(zhì)內(nèi)部運(yùn)動的一種客觀反映， 也就是說任一波長的光量子的能量 ε 與物質(zhì)的內(nèi)能變化△E=E 2 -E 1 =ε＝hv＝h（c/λ）
如果已知物質(zhì)由一種狀態(tài)，E 2 過渡到另一種狀態(tài) E 1 時，其能量差為△E=E 2 -E 1便可按照公式計(jì)算出相應(yīng)的光量子的波長。 下表列出了各輻射區(qū)域、 波長范圍及相應(yīng)的能及躍遷類型。對于成分分析主要應(yīng)用近紫外及可見光區(qū)。
表一 電磁波譜區(qū)域
輻射區(qū)域  波長范圍  躍遷類型
γ 射線區(qū)  5－140 皮米  核能級躍遷
Х 射線區(qū)  0.01－10.0 納米  內(nèi)層電子能躍遷
遠(yuǎn)紫外區(qū)  10－200 納米  原子及分子
近紫外區(qū)  200－380 納米  外層電子
可見區(qū)  380－780 納米  能級躍遷
近紅外區(qū)  0.78－3 微米  分子振動
中紅外區(qū)  3－30 微米  能級躍遷
遠(yuǎn)紅外區(qū)  30－300 微米  分子轉(zhuǎn)動能級躍遷
微波區(qū)  0.3 毫米－1 米  電子自旋和核子旋
射頻區(qū)  1－1000 米  能級躍遷
注：1 米＝10 3 毫米＝10 6 微米＝10 9 納米＝10 12 皮米
3、直讀光譜儀的光譜分析內(nèi)容
光譜分析是根據(jù)物質(zhì)的特征光譜來研究化學(xué)組成、 結(jié)構(gòu)和存在狀態(tài)的一類分析領(lǐng)域。 可細(xì)分為原子發(fā)射光譜分析、原子吸收光譜分析、分子發(fā)射光譜分析、分子吸收光譜分析、X射線熒光光譜分析、紅外和拉曼光譜分析等各類分析方法。原子發(fā)射光譜分析是根據(jù)試樣物質(zhì)中氣態(tài)原子（或離子）被激發(fā)以后，其外層電子輻射躍遷所發(fā)射的特征輻射能（不同的光譜） ，來研究物質(zhì)化學(xué)組成的一種方法。常稱為光譜化學(xué)分析， 也簡稱為光譜分析。 光電光譜分析方法是用光電轉(zhuǎn)換器件進(jìn)行測量的發(fā)射光譜分析。
在光電光譜分析中，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用已很普遍。