你對光譜儀了解多少？

一、光譜儀簡介

光譜儀( Spectroscope)是將成分復雜的光分解為光譜線的科學儀器，由棱鏡或衍射光柵等構成，利用光譜儀可測量物體表面反射的光線。陽光中的七色光是肉眼能分的部分(可見光)，但若通過光譜儀將陽光分解，按波長排列，可見光只占光譜中很小的范圍，其余都是肉眼無法分辨的光譜，如紅外線、微波、紫外線、X射線等等。通過光譜儀對光信息的抓取、以照相底片顯影，或電腦化自動顯示數值儀器顯示和分析，從而測知物品中含有何種元素。這種技術被廣泛地應用于空氣污染、水污染、食品衛生、金屬工業等的檢測中。

二、光譜儀用途

光譜儀應用很廣，如農業、天文、汽車、生物、化學、鍍膜、色度計量、環境檢測、薄膜工業、食品、印刷、造紙、喇曼光譜、半導體工業、成分檢測、顏色混合及匹配、生物醫學應用、熒光測量、寶石成分檢測、氧濃度傳感器、真空室鍍膜過程監控、薄膜厚度測量、LED測量、發射光譜測量、紫外/可見吸收光譜測量、顏色測量

三、光譜儀分類

光譜儀的種類很多，分類方法也很多，根據光譜儀所采用的分解光譜的原理，可以將其分成兩大類：經典光譜儀和新型光譜儀。經典光譜儀是建立在空間色散（分光）原理上的儀器；新型光譜儀是建立在調制原理上的儀器，故又稱為調制光譜儀。

1.經典光譜儀依據其色散原理可將儀器分為：棱鏡光譜儀、衍射光柵光譜儀、干涉光譜儀

2.根據接收和記錄光譜的方法不同，光譜儀可分為

（1）看譜儀攝譜儀

（2）光電光譜儀:光電光譜儀、光電單色儀、分光光度計

3.根據光譜儀器所能正常工作的光譜范圍，光譜儀可分為:真空紫外（遠紫外）光譜儀（6-200nm）、紫外光譜儀（185-400nm）、可見光光譜儀（380-780nm）、近紅外光譜儀（780nm-2.5um）、紅外光譜儀（2.5-50um）、遠紅外光譜儀（50um-1mm）

4.根據儀器的功能及結構特點，光譜儀可分為下列類型：

（1）單色儀：平面光柵單色儀、凹面光柵單色儀、棱鏡單色儀雙單色儀

（2）發射光譜儀：火焰光度計、看譜儀攝譜儀、光電光譜儀、譜線測量光譜儀

（3）吸收光譜儀：真空紫外分光光度計、可見分光光度計、紫外可見分光光度計、雙波長分光光度計、紅外分光光度計、原子吸收分光光度計

（4）熒光光譜儀：原子熒光光度計、熒光光度計、熒光分光光度計、熒光檢測計

（5）調制光譜儀：傅里葉變換光譜儀、阿達瑪變換光譜儀、柵欄調制光譜儀

（6）其他光譜儀：激光拉曼光譜儀、快速掃描光譜儀、相關光譜儀、光聲光譜儀、成像光譜儀、多光譜掃描儀、色度儀、測色色差計、白度計

四、光譜儀的組成

光譜儀是一種用于對光信號進行頻譜分析的儀器。它具有光信號采集，色散，成像等幾大功能。 如圖1-1所示，一臺典型的光譜儀主要由一個光學平臺和一個檢測系統組成。包括以下幾個主要部分：

1.入射狹縫: 在入射光的照射下形成光譜 儀成像系統的物點

2.準直元件: 使狹縫發出的光線變為平行 光。該準直元件可以是一獨立的透鏡、反射鏡、或直接集成在色散元件上，如凹面光柵光譜儀中的凹面光柵。

3.色散元件: 通常采用光柵，使光信號在 空間上按波長分散成為多條光束。

4.聚焦元件: 聚焦色散后的光束，使其在 焦平面上形成一系列入射狹縫的像，其中每一像點對應于一特定波長。

5.探測器陣列：放置于焦平面，用于測量各種波長像點的光強度。該探測器陣列可以是CCD陣列或其它種類的光探測器陣列。

五、光譜儀性能參數

一個光譜儀的性能可以用以下六個參數來描述：

1.光譜覆蓋范圍:能被光譜儀檢測到的光信號的波長范圍。對于一具有固定光學成像系統，固定探測器陣列長度的光譜儀來說，光譜覆蓋范圍直接取決于所用光柵的線密度。

2.光譜分辨率: 能被光譜儀分辨的zui小波長間距。在實際應用中, 常常定義為一窄帶譜所測得的譜線寬度 (半高全寬值) 。對于一個帶有確定的檢測器陣列的光學平臺來說，光譜分辨率和光譜覆蓋范圍是成反比的。換句話說，對于短焦距光學平臺和長焦距光學平臺來說，當它們的波長覆蓋范圍和檢測器陣列相同時，他們可獲得的zui高光譜分辨率也是相同的。只有當波長覆蓋范圍較小時，長焦距光學平臺才能比短焦距光學平臺提供更高的光譜分辨率。

3.靈敏度: 能被光譜儀檢測到的zui小的光能量?，F有的檢測器陣列具有不同的結構阱深和光電子、電流或電荷的容納能力也有所不同。非科學級的器件相對科學級器件來說，其量子阱往往要“淺”得多，因此在相同的光強度輸入情況下，其達到飽和所需的積分時間與科學級器件相比要短得多，這也使人們往往誤解為它具有“更高的靈敏度”。B&W Tek Inc.公司的光譜儀采用了多種檢測器陣列，既有淺量阱的非科學級器件，如Sony和Toshiba的CCD陣列，同時也有深量阱的科研級器件

4.動態范圍(DR):檢測陣列的動態參數一般都用來作為衡量光譜儀的性能指標的參考。但 是不同的器件生產廠家對其檢測器陣列的動態范圍的定義都有所不同。非科研級的淺量阱器件一般采用飽和輸出信號與其暗噪聲的均方根值 (RMS) 的比值來定義，而科研級的器件一般采用量阱深與其讀出噪聲之比來定義。該比值越大，其動態范圍就越大，也就標志著更好的光譜儀性能。淺量阱的器件如Toshiba CCD陣列的動態范圍一般在250-300之間，而科研級的檢測器陣列的動態范圍往往大于幾千。

5.信噪比(SNR)：測量所得的信號與疊加在其上的噪聲的比值。測量的信噪比可通過多次平均

(即進行多次測量，然后將其結果取平均值e. ) 的方法來提高，提高的倍數大致與測量的次數的

平方根相當，即如果進行次平均，則信噪比可提高大約2倍。另外，數據處理技術如Boxcar binning(即將幾個數據點的信號進行平均，將其結果作為一個數據點)和窗口平滑等也同樣可以提高信噪比。一般來說，信噪比越高，則檢測的精就越高。另外，測量的檢測限一般也都定義為當zui小信噪比為3時，能夠被成功檢測到的信號。

6.光譜獲取速度：光譜儀獲得單張或多張光譜的速度。

六、使用注意事項

啟動

1. 如停機在2-8小時，則外冷水需先運轉10分鐘，內冷水需先運轉5分鐘;如停機在8小時以上，則外冷水需先運轉15分鐘，內冷水需先運轉10分鐘。

2.開機順序為打開外冷水

3.打開內冷水(COOLER)開關

4.打開CTROL、VACUUM開關(觀察真空度是否下降到10以下，觀察內冷卻水的電導率是否在10以下)

5.打開HEATER

6.打開板高壓開關

7.打開電腦，打開MXF操作軟件，點擊Monitor，觀察狀態并檢查是否聯機

8.一切正常后，打開面板右下方X-RAY開關

9. 點擊面板左上方X-RAY ON按鈕，可打開X射線--按照

(5KV-0mA)--(10KV-mA)--(15KV-0mA)--(20KV-0mA)--(20KV-5mA)--(20KV-10mA)順序升高管流、管壓。如停機在2-8小時，則每步需等待10分鐘;如停機在8小時以上，則每步需等待20分鐘

10. 點擊Maintenance欄位-彈出Maintenance-MXF-點擊Inrument Setup，彈出Instrument Setup后在X-ray下方管壓、管流欄位中，將兩項設定為(30、20)，點擊執行，即可使光管條件恢復待機狀態，可進行常規分析操作。

關機

在電壓正常情況下，需進行關機調試或其他工作，則可進行常規關機工作。

1.待機狀態為管壓30KV、管流20mA。若需關機，則可點擊Maintenance欄位-彈出Maintenance-MXF-點擊Instrument Setup，彈出Instrument Setup-在X-ray下方管壓、管流欄位中，將兩項分別按(20、10)-(20、0)-(10、0)-(0、0)進行降低，zui后歸0。

2.當管壓、管流均歸0的條件下，可進行關機操作。將面板上X-RAY打到OFF

3.將下方X-RAY開關關閉

4.關閉HEATER

5.關閉板高壓開關

6.關閉CONSOLE、VACUUM開關

7.關閉電腦中MXF操作軟件，關閉電腦

8.如果有必要關閉內循環水，則等待5分鐘后，關閉內循環水，如無必要，則不關閉--如果有必要關閉外循環水，則等待10分鐘后關閉外循環水，如無必要，則不關閉。

9.關閉配電箱開關，使儀器*斷電，可進行維護檢查操作