光谱原理.docx

《光谱原理.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光谱原理.docx（41页珍藏版）》请在优知文库上搜索。

1、第一章宣读光谱仪的概况国内外光电直读光谱仪的发展光讲起源于17世纪，1666年物理学家牛顿第一次进行了光的色敞试会.他在暗室中引入一束太阳光，让它通过梭镜，在梭镜后面的自屏上，看到了红、ffi,黄、绿、兰、陵、紫七种颜色的光分放在不同位附上即形成一道彩虹。这种现象叫作光i普.这个试粉就是光谱的起源，自牛顿以后,始终没有引起人们的用息.到1802年英国化学家沃拉斯帔发觉太阳光谱不是一道完备无跳的彩虹,而是被一些黑线所割裂.1814年德国光学仪器专家夫琅和费探讨太阳光诣中的黑图的相对位置时.把那些主要黑纹绘出光谱图-1826年泰尔博特探讨钠盐、钾盐在酒精灯上光谱时指出，放射光谐是化学分析的法础、钾

2、蓝的红色光谱和钠盐的黄色光i普都是这个无索的特性。到1859年克布筱夫和本生为了探讨金孙的光谱自己设计和制造了一种完善的分光装置.这个奘置就是世界上第一台好用的光谱仪器,探讨火焰、电火花中各种金属的诣线，从而建立了光谱分析的初步基础.从I860年到1907年之间、用火焰和电火花放电发觉世佥属元素艳Cs、1861年又发觉钿Rb和花T1.1868年又发觉锢In和氮H1.1869年又发觉SIN.18751907年又相维发觉玉Ga,钾K,Tm.锌Pr,针Pe,区Sm.fcy,怦I1.U等.1882年,罗兰独创了凹面光栅，即是把划痕干胸刻在凹球面上,凹面光棚事实上是光学仪器成思系统元件的合为,体的尚效元

3、件，它解决了当时核镜光谱仪所遇到的不行克服的困班,四面光梯的问世不仅简化了光谱仪器的结构,而且还提高了它的性能。波耳的理论在光谱分析中起/作用.其对光谱的激发过程、光谱线强度等提出比较满足的说明.从测定光谱税的肯定强度转到测晶谱线的相对强度的应用，使光谱分析方法从定性分析发展到定量分析创建明础。从而使允谱分析方法渐渐走出试验室，在工业部门中应用了1928年以后，由于光i普分析成了工业的分析方法，光谱仪器得到快速的发展，一方面改善激发光源的枪定性.另一方面提高光谱仪器本身性能.最小的光源是火焰激发光谱：后来又发展应用简洁的电孤和电火花为激发光源.在上世纪的三十、四十年头改进采纳限制的电弧和电火花

4、为激发光源，提裔了光谐分析的稳定性。工业生产的发展，光谱学的迸步，促使光学仪器进一步褥到改善,而后者又反作用于前拧，促进了光谱学的发展和工业生产的发展。六十年头光电直读光谱仪,他首计算机技木的发展起先快速发展.1964年AR1.公E展示一套数字计算和限制读出系统.由于计算机技术的发展，电子技术的发展,电子计算机的小型化及微处埋机的出现和普及.成本降低等缘由、于上世纪的七十年头光诺仪器几乎100%地采纳计算机限制，这不仅提高了分析精度和速度，而且对分析结果的数据处理和分析过程实现自动化限制.解放后我国的光谱仪零工业从无到有,中小到大,得到飞氏的发展,且具有肯定的规模.与世界先进技术竞争中求生存，

5、社会商从比赛中得到发展.1958年起先试制光谱仪器，生产了我国第一台中型石英摄港仪，大型摄谐仪，单色仪等,中科院光机所起先探讨刻制光Hb59年上海光学仪器厂,63年北京光学仪器厂起先探讨刻制光栅，63年研制光刻胜利.1966-1968年北京光学仪器厂和上海光学仪器厂先后研制胜利中型平面光栅徽谱仪和米平而光柢振谱仪及光电直读头.1971-1972年由北京其次光学仪器厂探讨胜利国内第一台WZG200平面光栅光量计.结束了我国不能生产光电直读光谱仪的历史。八十年头以来我国铸造行业起先引进光电出读光谱仪作为熔炼过程中化学成份限制的分析手段并逐步取代了我国传统的湿法化学分析法，至今已发展到中小企业也逐步

6、采射光诺法例作作炉前分析。国外引进的彷造生产线己配备了专用的光谱分析设在，作为成套设备诳入中国，这是体造行业对旗依限制要求越来越严的发展的必定结果,也是光电光诣分析本身的优点确定了这技术自1945年问世以来,历时五十六年而羟久不衰之原因.众所周知,原子放射光谱分析所采纳的原理是用电贝（或火花）的高温使样品中各元素从固态干脆气化并被激发而放射出各元素的特征波长，用光相分光后，成为按波长排列的“光谱”，这些元素的特征光谱线通过出射狭缝，射入各自的光电倍增管，光信号变成电伯号，势仪器的限制测髭系统将电信号枳分并进行模/数转换.然后由计驾机处理，并打印出各元素的仃分含量.从以上原理Ur以看出原子放射光

7、谱分析,有其独特的、特殊道令于协作炉前分析的优点,使其发展成为金园冶炼和铸造行业必不行少的分析手段，其特点如下：一、炉中取的样丛只要打磨掉衣面乳化皮,固体样M即可放在样品台上激发.他去了化学分析帖取试样的麻烦.对于船及铜、怦等有色金属样品而言可用小车床车去表面轨化皮即可.二、从样品激发到计售机报出元素分析含增只需20-30秒钟，逑度特别快，有利于缩短冶炼时间，降低成本。特殊是对那些筒活烧损的元素，更便于限制其G终的成份，三、样品中全部要分析的元素（几个甚至十几个）可以一次同时分析出来.对于牌号困难的产品，要求分析元素愈多愈合尊.经济效赫好.四、分析精度特别而，可以有效限制产品的化学成份,保证它

8、能符合国家标准的规格，甚至可将合金成份限制到规格的中下限，以节约中间合金或铁合佥的消耗。五、分析数据可以从计灯机打印出来或存入软盘中，作为永久性记录.总之.从技术角度来看光电光谱分析,可以说至今还没有比它能更有效的用于炉前快速分析的仪凿,具备了那么多的特点而能取代它。所以世界上舟炼、铸造以及其他金属加工企业均竞相聚熟这类仪器成为一种常规分析手段，从保证产品顽讣，从经济效益等方面，它是特别有利的分析工具，九十年头以来，我国有一些知名企业，如：长春一汽、上海大众、无锡小天魁等在引进国外惦造生产线时均带有的国OB1.F光谱仪作为炉前分析的专用设的.德国OB1.F公司生产光谱仪在伤国已有二十七年历史,

9、在世界各地（主要是欧洲）已有用户约九百多家.仪器里号有；适用于单基体分析系统的有OB1.FGS-I（XX）型（可分析氮元素，最多能设置32个分析通道，适用于多种基体的分析系统为OB1.FQSN-750型（最多可设置60个分析通道）和QSG-750型（最多能设近6（）个分析通道，可分析策，以及酸溶性及酸不溶性铝和姗等，仪器特点；考虑到的造行业现场环境，作如下设计：一、光学室具有防飕装置.并有恒墨装置.光室温度为35CO.2C.全部零件都密封在口空室内,以保证其长期稳定性，即使在较差的作业环境中，仪器也能正常工作。全部通道长期稳定性的结果去明白八小时之内有300个测试值（降十个取一平均值），则30

10、个平均值中最高最低之伯不超过原强度比值的2M二、I（XX）型采纳焦距为500mm的凹面光棍.750型采纳焦距为750mm的凹面光栅依据分析样品选样光栅刻或，保证有足够的辨别率以满足困难合金刖的分析.三、由于光谙仪处于日夜不停的工作状密，采纳澈机限制出空泵，既保证了足够的此空度亦爱护了0空泵,处于冷状态廷氏寿命,削减油蒸气.四、提高分析灵敏度及精确度方面.在光路上采纳出射式提高光强.并采纳脉冲放电激发光源,放电频率可达100o燕兹及单火花技术.可大大提高信噪比及激发的稔定性，从而有特别良好的分析精度.五、性能良好的光谱仪软件,使仪器全部自动化并可进行背景校正、干扰元笳校H基体校正等.旨在保证分析

11、的正确度.OB1.F光谱仪由于具备/以上各种特点，使得仪器完全能满足铸造行业炉前快速分析的要求故现在在广陶铸造、格金、机械等行业广泛运用.其次章光谱分析基本原理2-1,光谱分析的种类和分析的内容在日常生活中，可以见到各种不I可的，如红、黄、兰、白色光,太阳光经三极镜后，会产生红、椎、黄、绿、青、兰，紫排列的色带，还有人们肉眼所看不见的光如紫外城，红外线，丫射线等。从光谱分析的观点Ig要的谱线波长是在MJO-120)MoJnm之间,这个区间又分为几个光谱范用.从广义讲，各种电感辐射郎限于光谱，一般按其波长可分为：丫射线0.005-0.1.4tunX射成0.01IOnin微波波谱0.3mmImm而

12、光谱区可分为：出空紫外区IO-2OOnm近紫外区2OO-38Onm可见光谱区3807XOnm近红外光谱78(nm-3Pm远红外光谱3300Hm注：I米(m)=10亳米(mm)=a做米(Mm)光电直读光谱分析应用的元素波长.大部分在真空紫外区和近紫外区最多.我们通常所讲到光诣仪指光学光诣而古，从物质(固、液、气)加热或用光或用电激放射光诙时得到三种类型的光谐，雄光谱是由气体状态下的原子或离子经激发而得到的，通游呈现分立的战状所以称战光线，就其产生方式而言又可分为放射光谱(明找)和汲取光谱(晤线)两种，因此光谱分析又分为放射光谱分析和原子汲取光谱分析.假如是原子激发产生的光谱,称原子光i*假如肉子

13、激发所产生的光谱称离子光谱.带状光谱是原子结合成分子中发出的或两个以上原子的集出发出的，通常呈带状分布，是分子光讲产生，如在光谱分析中采纳炭电极，在高温时，炭与空气中翅化合生成箱带(CN)分子，当M分子在电蛆中激发时产生的光谱，构:都带。连续光谱是从白热的固体中发出的,是特定的状态下原干分子中发出来的，所以连续光谱是无限数的线光谱或带光谱集合体.我们通常讲的光诣分析，一般是指“原子放射光谱分析”，光电光谱分析中元素波长都是元素的原子光错和离子光谱。现在光电光谱仪主要分为两大类.作直空型的光电光谱仪的工作波长范围在近紫外区和可见光区,真空光电光谱仪工作波长扩展到远真空紫外120.Onm,因而利用

14、这个波段中觎、碳、磷、破等谱线的灵敏度来分析钢中的圣要元素.2-2放射光谱分析的理论基础2-2-1原子站构与原子中电子的性质光谱分析主要是指定性分析和定量分析：分析时，必须要了解原子的结构和原子中电子的性质。试脸表明、任何元素的原子都包含着一个小的结构紧密的原子核,原子核由质子和中子组成,核外分布着电子,每个电子都带有负电荷.其电荷大小与质子所带的电荷相等而符号相反,中子是不带电的，在中性的原子内，质子的数目与电子数目相等，这个数目表征蓿俅一元素的特征，通常称为原子序数，正是由于电子在原子核四周分布不是随意的，而是有泞定规律的,所以才显示了每个元泰的不同化学性版和不同光谱,因而我们可以想象电子

15、处于肯定轨道上.同时电子在每一轨道（或状态上）所具有的能出不相pjrj,每个轨道可认为是相当于原子中的一个能级,波耳的原子模型图来说明原子核外的电子结构是比较简沽明白的。图中A.B分别表示氢原子和氮原子的波耳模型犷实上，电子具有波动性，这特性质使原子中电子轨道概念失去意义，代杵这个概念的和更能反映原子图象的是眼:子力学的电子状态或者称波南数，在原子核四周的空间电子是按几率分缶的，这种几率分布称为“电子云”依据量子力学理论计算褥到的电子云密度与波耳乳原子笫一轨道地方是相吻合的.电子在原于中几率分2-2-2光谐波长的产生任何物成都是由元素组成的，而元素又都是由原子现成的，原子是由原子核和电子组成，

16、埒个电子都处在肯定的能级E.具有肯定的能盘,在正常状态下,原子处在稳定状态.它的能fit最低.这种状态称基态.当物质受到外界能量（电能和热能）的作用时，核外电子就跋迁到高能级,处于高能态（激发态）电子是不稔定的，激发态原子可存在的时间约10秒，它从裔能态跃迁到基态，或较低能态时，把多余的能量以光的形式择放出来.原子能级跃迁图见图.横坐标表示原子所处的能级：E。为基态能级的能盘.殷为零表示,择放出的能址AE与幅射出的光波长人有如下关系*E=Eh-Ei=Ch/式中：E棒放出的能fit，Eh商能态的能双，E1.低能愈的能量，谶发态c光速（3X10啊米/秒）h勃朗克常数辎射光的波长图中纵坐标表示各能级所具有的能用