光谱分析仪原理

光谱分析仪的工作原理基于物质对光的吸收和散射。当光通过物质时，物质会根据其原子结构、分子组成以及物理状态等因素，选择性地吸收某些波长的光，而反射或透射其他波长的光。被吸收的光的强度随波长的变化关系，就是该物质的光谱。1

光谱分析仪主要由以下几个部分组成：光源、分光系统、检测系统和信号处理系统。光源的作用是提供能量，使物质产生光学吸收。分光系统的主要元件是棱镜或光栅，它们将混合光分解成单色光。检测系统包括光电倍增管(PMT)或电荷耦合器件(CCD)等检测器，用于检测单色光的强度。信号处理系统负责处理检测器输出的电信号，将其转化为可视的光谱图。

通过光谱分析，我们可以得到物质在不同波长下的吸光度、发射率、反射率等参数，进而推断物质的成分、结构等信息。

光谱分析仪简称光谱仪，是将成分复杂的复合光分解为光谱线并进行测量和计算的科学仪器，被广泛应用于辐射度学分析、颜色测量、化学成份分析等领域，在冶金、地质、水文、医药、石油化工、环境保护、宇宙探索等行业发挥着重要作用。在照明行业，通常使用光谱仪来测量光源的光色参数。

光谱仪 (spectrometer) 是利用一些部件和光学系统，将光辐射按波长分列，并用适当的接收器接收不同波长的光辐射的仪器。利用光谱仪获得的元素特征波长信息，可以定性判断样品中是否含有该元素;通过元素特征谱线的强度可以定量计算该元素含量，即利用一系列标样制定工作曲线，对比待测试样和工作曲线坐标上的强度，得到待测试样中元素的含量。原子发射光谱仪 (atomic emission spectrometer) 是用于原子发射光谱分析的测量仪器。其工作原理是，利用色散元件和光学系统将被分析物质发射的光谱按不同的波长分开排列，然后加以记录和测量。光谱分析所用仪器包括激发光源和光谱仪两大部分。常用的激发光源有:电弧、电火花、电感耦合高频等离子体。光谱仪由光源系统、分光色散系统、记录测量系统组成。常见的原子发射光谱仪器有:火花/电弧源原子发射光谱仪电感合等离子体原子发射光谱仪 (ICP -AES)、辉光放电原子发射光谱仪(GD -AES)等。根据所用色散元件的不同，可分为两类:棱镜光谱仪、光栅光谱仪。

钱荣全谱直读光谱仪QR-9，QR-9光谱仪适用于金属制造业、加工业及金属冶炼业的质量监控、材料牌号识别、材料研究和开发的首选设备之一。

火花源直读光谱仪是原子发射光谱仪。它主要通过测量样品被激发时发出代表各元素的特征光谱(发射光谱)的强度而对样品进行定量分析。国家标准 GB/T 14666-2003《分析化学术语》中，将火花源原子发射光谱法称为“光电直读光谱法”，其相对应的光谱仪为“光电直读光谱仪”。

根据光栅所处的环境不同，光电直读光谱仪可分为真空型和非真空型直读光谱仪。其中，非真空型直读光谱仪又可分为空气型直读光谱仪和充惰性气体型直读光谱仪。空气型直读光谱仪的工作波长范围在近紫外区和可见光区，无法测定真空紫外波段的碳、磷硫、砷等元素含量。充惰性气体型直读光谱仪和真空型光电光谱仪，工作波长扩展至远真空紫外120.0nm，可利用这个波段检测氮、磷、碳、硫等元素含量。

根据物质的光谱来鉴别物质及确定它的化学组成和相对含量的方法叫光谱分析。其优点是灵敏，迅速。历史上曾通过光谱分析发现了许多新元素，如铷，铯，氦等。根据分析原理光谱分析可分为发射光谱分析与吸收光谱分析二种;根据被测成分的形态可分为原子光谱分析与分子光谱分析。光谱分析的被测成分是原子的称为原子光谱，被测成分是分子的则称为分子光谱。

发射光谱分析是根据被测原子或分子在激发状态下发射的特征光谱的强度计算其含量。

吸收光谱是根据待测元素的特征光谱，通过样品蒸汽中待测元素的基态原子吸收被测元素的光谱后被减弱的强度计算其含量。它符合郎珀-比尔定律：A= -lg I/I o= -lgT = KCL

式中I为透射光强度，I0为发射光强度，T为透射比，L为光通过原子化器光程由于L是不变值所以A=KC。

物理原理为：

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。原来提供能量的光经分光后谱线中缺少了一些特征光谱线，因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。

光谱分析仪

根据现代光谱仪器的工作原理，光谱仪可以分为两大类：经典光谱仪和新型光谱仪。经典光谱仪器是建立在空间色散原理上的仪器：新型光谱仪器是建立在调制原理上的仪器。经典光谱仪器都是狭缝光谱仪器。调制光谱仪是非空间分光的，它采用圆孔进光根据色散组件的分光原理，光谱仪器可分为：棱镜光谱仪，衍射光栅光谱仪和干涉光谱仪。

光学多道OMA(OpTIcal MulTI-channel Analyzer)是近十几年出现的采用光子探测器(CCD)和计算机控制的新型光谱分析仪器，它集信息采集，处理，存储诸功能于一体。由于OMA不再使用感光乳胶，避免和省去了暗室处理以及之后的一系列繁琐处理，测量工作，使传统的光谱技术发生了根本的改变，大大改善了工作条件，提高了工作效率：使用OMA分析光谱，测盆准确迅速，方便，且灵敏度高，响应时间快，光谱分辨率高，测量结果可立即从显示屏上读出或由打印机，绘图仪输出。它己被广泛使用于几乎所有的光谱测量，分析及研究工作中，特别适应于对微弱信号，瞬变信号的检测。

光谱分析仪工作原理

原子发射光谱分析是根据原子所发射的光谱来测定物质的化学组分的。不同物质由不同元素的原子所组成，而原子都包含着一个结构紧密的原子核，核外围绕着不断运动的电子。每个电子处于一定的能级上，具有一定的能量。在正常的情况下，原子处于稳定状态，它的能量是最低的，这种状态称为基态。但当原子受到能量(如热能、电能等)的作用时，原子由于与高速运动的气态粒子和电子相互碰撞而获得了能量，使原子中外层的电子从基态跃迁到更高的能级上，处在这种状态的原子称激发态。电子从基态跃迁至激发态所需的能量称为激发电位，当外加的能量足够大时，原子中的电子脱离原子核的束缚力，使原子成为离子，这种过程称为电离。原子失去一个电子成为离子时所需要的能量称为一级电离电位。离子中的外层电子也能被激发，其所需的能量即为相应离子的激发电位。处于激发态的原子是十分不稳定的，在极短的时间内便跃迁至基态或其它较低的能级上。

当原子从较高能级跃迁到基态或其它较低的能级的过程中，将释放出多余的能量，这种能量是以一定波长的电磁波的形式辐射出去的，其辐射的能量可用下式表示：(1)E2、E1分别为高能级、低能级的能量，h为普朗克(Planck)常数;v及λ分别为所发射电磁波的频率及波长，c为光在真空中的速度。

每一条所发射的谱线的波长，取决于跃迁前后两个能级之差。由于原子的能级很多，原子在被激发后，其外层电子可有不同的跃迁，但这些跃迁应遵循一定的规则(即“光谱选律”)，因此对特定元素的原子可产生一系列不同波长的特征光谱线，这些谱线按一定的顺序排列，并保持一定的强度比例。光谱分析就是从识别这些元素的特征光谱来鉴别元素的存在(定性分析)，而这些光谱线的强度又与试样中该元素的含量有关，因此又可利用这些谱线的强度来测定元素的含量(定量分析)。这就是发射光谱分析的基本依据。