光谱仪的概念类型及工作原理！
2021.11.01
1.光谱仪是什么？
光谱仪是一个总括术语，它描述了分离和测量物理特性的光谱成分的仪器。它们是测量一个连续变量的设备，在这个变量中，光谱的成分与它们的原始混合分离。
周围的光谱仪有多种变体，其中常见的是核磁共振(NMR)光谱仪、质谱计和光谱仪。
1.1核磁共振波谱仪
核磁共振波谱仪观察和测量原子核自旋的相互作用，当样品被置于一个强的恒定的磁场中时。当原子核与磁场以与原子核频率共振的频率相互作用时，会产生核磁共振信号。
分子内围绕原子的磁场随共振频率的变化而变化，从而揭示了样品的分子结构。
1.2质谱计
质谱计测量离子的质量-电荷比，并识别样品中元素的组成。这是通过电离样品来工作的，这会使一些分子根据其质量与电荷比而变得带电和分离。
然后，这些离子被能够检测到带电粒子的装置所检测。
1.3光谱仪
光谱仪测量光的特性，通常在电磁光谱的光学区域附近，即紫外线、可见光和红外光。
光强的吸收和发射随波长的变化使材料得以识别。
在这篇文章中，我们将把重点放在光谱仪上。
2.光谱仪的工作原理
Working Principle Of A Spectrometer
分光计由三部分组成：入口狭缝、光栅和探测器。
2.1入口狭缝
光源发出的光进入入口狭缝，狭缝的大小决定了仪器可以测量的光量。狭缝尺寸对光谱仪的光学分辨率也有影响，狭缝尺寸越小，光谱仪的分辨力越好。
光束穿过狭缝后发散，通过在准直镜上反射发散光束，使光束准直。准直的光线然后指向衍射光栅。光栅作为色散元件，将光分解成其组成波长。
2.2光栅
Spectrometer Entrance Slit
单色仪利用棱镜或衍射光栅中的光色散现象来选择特定波长的光。在传统的光谱仪中，使用棱镜来分散光。
然而，随着衍射光栅的发明，它以其优于棱镜的优点成为现代光谱仪中常用的单色仪。
这两种装置都能将光分裂成几种颜色，但可以制作一个衍射光栅，将颜色分散到比棱镜更大的角度上。棱镜仅在紫外光区具有较高的色散，而衍射光栅在紫外、可见光和红外光谱中具有较高且恒定的色散。
一旦光线击中衍射光栅，每个波长就会以不同的角度反射。用不同尺寸的衍射光栅来确定不同的波长范围。
光束在从光栅反射后再次发散，因此它会撞到第二面镜子来聚焦，并将其指向探测器。
2.3探测器
探测器捕获光光谱并测量光强度随波长的变化。然后，将这些数据数字化，并绘制成图表形式的软件。
3.光谱仪的部件
上面的一节讨论了光谱仪的工作原理。在本节中，将介绍分光计的组成和每个部件的种类。
3.1光源
光谱仪中常见的光源有卤化钨、氘、氙气弧、LED、汞氩、锌或激光。
3.2入口狭缝
狭缝有多种尺寸，从5μ米到800μm，高度从1毫米到2毫米不等。狭缝的大小取决于应用程序，常用的狭缝宽度为10、25、50、100和200μm。
3.3镜
常见的镜子类型通常是平面和球面镜子。球面反射镜可以分为两种类型-凹面和凸球面镜。然而，在分光计中，通常使用凹球面反射镜。
3.4衍射光栅
市场上有两种衍射光栅：直纹光栅和全息光栅.
刻划光栅是通过在刻划机上用菱形工具在反射面上刻蚀凹槽产生的，而全息光栅是通过一种称为干涉光刻的方法产生的，干涉光刻用两束紫外光构成干涉图案。
规则光栅可用于特定波长的闪耀，通常比全息光栅具有更高的效率。
全息光栅往往有一个更均匀的凹槽形状和间距，并产生较少的杂散光，因为它们是光产生。
3.5持有人
样品通常是液体，但气体和固体也可以测试。样品通常放置在一个透明的细胞内，称为小室。在某些设备中，也可以用试管代替试管。
用于制作小杯的材料取决于光谱仪所涵盖的光谱范围。熔融石英或石英玻璃是常用的，因为它们是透明的，通过紫外线到红外区域。
3.6探测器
在不同的光谱仪中使用的探测器种类繁多，常用的探测器有光电倍增管(PMT)、光电二管、光电二管阵列、电荷耦合器件(CCD)、测辐射热计和多通道分析仪(MCA)。
3.7接口
大多数光谱仪系统通过USB、RS-232或以太网与计算机接口.随着技术的进步，新的系统能够通过Wi-Fi和蓝牙无线传输数据.
3.8软件
许多软件都可以用光谱仪进行数据采集。大多数生产仪器的公司也会提供与他们生产的光谱仪兼容的软件。例如,StellarNet光谱仪带着他们的软件SPECTRAWIZ来。
除了这些现成的软件之外，还有其他软件允许您编写和创建自己的程序，并根据您的需要定制它，如LabVIEW、Visualc、C#、VB、用于MS Excel的VBA和MATLAB。
4.光谱仪的使用
光谱仪有几种用途。
