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  技术文章 - 直读光谱仪的基本原理

一 、 光谱分析简介
1 、直读光谱仪的电磁辐射的基本特征
光谱是按照波长(或波数、频率)顺序排列的电磁辐射。天空的彩虹、自然界的极光等
均是人们早期观察到的光谱, 但它们仅是电磁辐射的很小的一部分可见光谱。 还有大量的不
能被人们直接看到的和感觉到的光谱,如γ射线、x 射线、紫外线、红外线、微波及无线电
波等,这些也都是电磁辐射,它们只是频率或波长不同而已。
电磁辐射实际是一种以巨大速度通过空间而传播的能量(光量子流) ,具有波动性和微
粒性。
就波动性而言,电磁辐射在空间的传播具有波的性质,如同声波、水波的传播一样,可
以用速度、频率、波长和振幅这样一些参数来描述,并且传播时不用任何介质,且易于通过
真空。在真空中所有电磁辐射的速度相同,常用光速(c)来表示,c 的数值为:2.99792*10 3
米/秒。
在一定的介质中,它们之间的关系为
δ=V/C=1/λ
式中:V-------频率,单位时间内的波数;λ…………波长,为沿波的传播方向、相邻两个波
间相位相同的两点之间的距离;δ…………波数,单位长度内波长的个数。C 是光速。
就电磁辐射的微粒性来说,每个光量子均有其特征的能量 ε,它们与波长或频率之间的
关系可以用普朗克(Planck)公式表示:
ε=hv=h(c/λ) 波长是相邻间相位相同的两点之间的距离
式中:h 是普朗克常数,其值为 6.626*10 -34  焦耳/秒
2 、 直读光谱仪的电磁波谱区域
电磁辐射按波长顺序排列称磁波谱。 他们是物质内部运动的一种客观反映, 也就是说任
一波长的光量子的能量 ε 与物质的内能变化△E=E 2 -E 1 =ε=hv=h(c/λ)
如果已知物质由一种状态,E 2 过渡到另一种状态 E 1 时,其能量差为△E=E 2 -E 1
便可按照公式计算出相应的光量子的波长。 下表列出了各辐射区域、 波长范围及相应的
能及跃迁类型。
对于成分分析主要应用近紫外及可见光区。
表一 电磁波谱区域
辐射区域  波长范围  跃迁类型
γ 射线区  5-140 皮米  核能级跃迁
Х 射线区  0.01-10.0 纳米  内层电子能跃迁
远紫外区  10-200 纳米  原子及分子
近紫外区  200-380 纳米  外层电子
可见区  380-780 纳米  能级跃迁
近红外区  0.78-3 微米  分子振动
中红外区  3-30 微米  能级跃迁
远红外区  30-300 微米  分子转动能级跃迁
微波区  0.3 毫米-1 米  电子自旋和核子旋
射频区  1-1000 米  能级跃迁
注:1 米=10 3 毫米=10 6 微米=10 9 纳米=10 12 皮米
3、直读光谱仪的光谱分析内容
光谱分析是根据物质的特征光谱来研究化学组成、 结构和存在状态的一类分析领域。 可
细分为原子发射光谱分析、原子吸收光谱分析、分子发射光谱分析、分子吸收光谱分析、X
射线荧光光谱分析、红外和拉曼光谱分析等各类分析方法。
原子发射光谱分析是根据试样物质中气态原子(或离子)被激发以后,其外层电子辐射
跃迁所发射的特征辐射能(不同的光谱) ,来研究物质化学组成的一种方法。常称为光谱化
学分析, 也简称为光谱分析。 光电光谱分析方法是用光电转换器件进行测量的发射光谱分析。
在光电光谱分析中,计算机的应用已很普遍。

 
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