一文看懂光譜分析儀的工作原理及應用范圍

根據物質的光譜來鑒別物質及確定它的化學組成和相對含量的方法叫光譜分析。其優點是靈敏，迅速。歷史上曾通過光譜分析發現了許多新元素，如銣，銫，氦等。根據分析原理光譜分析可分為發射光譜分析與吸收光譜分析二種；根據被測成分的形態可分為原子光譜分析與分子光譜分析。光譜分析的被測成分是原子的稱為原子光譜，被測成分是分子的則稱為分子光譜。

發射光譜分析是根據被測原子或分子在激發狀態下發射的特征光譜的強度計算其含量。

吸收光譜是根據待測元素的特征光譜，通過樣品蒸汽中待測元素的基態原子吸收被測元素的光譜后被減弱的強度計算其含量。它符合郎珀-比爾定律：A= -lg I/I o= -lgT = KCL

式中I為透射光強度，I0為發射光強度，T為透射比，L為光通過原子化器光程由于L是不變值所以A=KC。

物理原理為：

任何元素的原子都是由原子核和繞核運動的電子組成的，原子核外電子按其能量的高低分層分布而形成不同的能級，因此，一個原子核可以具有多種能級狀態。

能量最低的能級狀態稱為基態能級（E0=0），其余能級稱為激發態能級，而能最低的激發態則稱為第一激發態。正常情況下，原子處于基態，核外電子在各自能量最低的軌道上運動。

如果將一定外界能量如光能提供給該基態原子，當外界光能量E恰好等于該基態原子中基態和某一較高能級之間的能級差E時，該原子將吸收這一特征波長的光，外層電子由基態躍遷到相應的激發態。原來提供能量的光經分光后譜線中缺少了一些特征光譜線，因而產生原子吸收光譜。

電子躍遷到較高能級以后處于激發態，但激發態電子是不穩定的，大約經過10-8秒以后，激發態電子將返回基態或其它較低能級，并將電子躍遷時所吸收的能量以光的形式釋放出去，這個過程稱原子發射光譜?？梢娫游展庾V過程吸收輻射能量，而原子發射光譜過程則釋放輻射能量。

光譜分析儀

根據現代光譜儀器的工作原理，光譜儀可以分為兩大類：經典光譜儀和新型光譜儀。經典光譜儀器是建立在空間色散原理上的儀器：新型光譜儀器是建立在調制原理上的儀器。經典光譜儀器都是狹縫光譜儀器。調制光譜儀是非空間分光的，它采用圓孔進光根據色散組件的分光原理，光譜儀器可分為：棱鏡光譜儀，衍射光柵光譜儀和干涉光譜儀。

光學多道OMA（OpTIcal MulTI-channel Analyzer）是近十幾年出現的采用光子探測器（CCD）和計算機控制的新型光譜分析儀器，它集信息采集，處理，存儲諸功能于一體。由于OMA不再使用感光乳膠，避免和省去了暗室處理以及之后的一系列繁瑣處理，測量工作，使傳統的光譜技術發生了根本的改變，大大改善了工作條件，提高了工作效率：使用OMA分析光譜，測盆準確迅速，方便，且靈敏度高，響應時間快，光譜分辨率高，測量結果可立即從顯示屏上讀出或由打印機，繪圖儀輸出。它己被廣泛使用于幾乎所有的光譜測量，分析及研究工作中，特別適應于對微弱信號，瞬變信號的檢測。

光譜分析儀工作原理

原子發射光譜分析是根據原子所發射的光譜來測定物質的化學組分的。不同物質由不同元素的原子所組成，而原子都包含著一個結構緊密的原子核，核外圍繞著不斷運動的電子。每個電子處于一定的能級上，具有一定的能量。在正常的情況下，原子處于穩定狀態，它的能量是最低的，這種狀態稱為基態。但當原子受到能量（如熱能、電能等）的作用時，原子由于與高速運動的氣態粒子和電子相互碰撞而獲得了能量，使原子中外層的電子從基態躍遷到更高的能級上，處在這種狀態的原子稱激發態。電子從基態躍遷至激發態所需的能量稱為激發電位，當外加的能量足夠大時，原子中的電子脫離原子核的束縛力，使原子成為離子，這種過程稱為電離。原子失去一個電子成為離子時所需要的能量稱為一級電離電位。離子中的外層電子也能被激發，其所需的能量即為相應離子的激發電位。處于激發態的原子是十分不穩定的，在極短的時間內便躍遷至基態或其它較低的能級上。

當原子從較高能級躍遷到基態或其它較低的能級的過程中，將釋放出多余的能量，這種能量是以一定波長的電磁波的形式輻射出去的，其輻射的能量可用下式表示：（1）E2、E1分別為高能級、低能級的能量，h為普朗克（Planck）常數；v及λ分別為所發射電磁波的頻率及波長，c為光在真空中的速度。

每一條所發射的譜線的波長，取決于躍遷前后兩個能級之差。由于原子的能級很多，原子在被激發后，其外層電子可有不同的躍遷，但這些躍遷應遵循一定的規則（即“光譜選律”），因此對特定元素的原子可產生一系列不同波長的特征光譜線，這些譜線按一定的順序排列，并保持一定的強度比例。光譜分析就是從識別這些元素的特征光譜來鑒別元素的存在（定性分析），而這些光譜線的強度又與試樣中該元素的含量有關，因此又可利用這些譜線的強度來測定元素的含量（定量分析）。這就是發射光譜分析的基本依據。

光譜分析儀有什么用途

光譜儀，又稱分光儀，廣泛為認知的為直讀光譜儀。以光電倍增管等光探測器測量譜線不同波長位置強度的裝置。其構造由一個入射狹縫，一個色散系統，一個成像系統和一個或多個出射狹縫組成。以色散元件將輻射源的電磁輻射分離出所需要的波長或波長區域，并在選定的波長上（或掃描某一波段）進行強度測定。分為單色儀和多色儀兩種。