直讀光譜儀的原理

1、光譜分類及原子光譜分析方法有哪些？

  光譜按強(qiáng)度隨波長(zhǎng)或頻率的分布輪廓，可分為線狀光譜、帶狀光譜和連續(xù)光譜；按能量傳遞方式可分為吸收光譜、發(fā)射光譜、熒光光譜和拉曼光譜；按電磁輻射的本質(zhì)，光譜可分為：原子光譜、分子光譜、X射線能譜、γ射線能譜等。電磁波譜根據(jù)能量的高低排列由短波段的γ射線、X射線到紫外光、可見光、紅外光再到長(zhǎng)波段的微波和射頻波，如表1所示的光譜類型。

電磁波譜與相關(guān)的光譜類型

波長(zhǎng)范圍電磁波區(qū)域光譜分析類型

＜0.005nmγ射線區(qū)（穆斯堡爾譜）

0.005~10nmX射線區(qū)（X射線熒光光譜）

10~200nm真空紫外區(qū)原子光譜

200~400nm近紫外區(qū)

400~800nm可見光區(qū)

0.8~2.5μm近紅外光區(qū)分子光譜

2.5~50μm中紅外光區(qū)

50~1000μm遠(yuǎn)紅外光區(qū)

1~300mm微波區(qū)

＞300mm射頻區(qū)（核磁共振波譜）

　　原子是由原子核和核外電子組成的，核外電子處在不同的軌道上即不同的能級(jí)上，能量變化是量子化的。當(dāng)外層電子產(chǎn)生躍遷時(shí)，所發(fā)射或吸收的光譜即為原子光譜，原子光譜屬于線狀光譜，是元素的固有特征。

　　原子光譜的分析技術(shù)包括原子發(fā)射光譜（AES）、原子吸收光譜（AAS）和原子熒光光譜（AFS）及X射線熒光光譜（XRF）分析方法。

2、什么是AES？常見的AES儀器有哪些？

　　AES的全稱是“Atomic Emission Spectrometry"，即原子發(fā)射光譜，其產(chǎn)生的原理是由原子中核外電子受到外來能量的激發(fā)，躍遷到激發(fā)態(tài)，再由高能態(tài)回到較低的能態(tài)或基態(tài)時(shí)，以輻射形式釋放能量而產(chǎn)生的光譜。

　　基于AES技術(shù)的儀器有：火花/電弧源原子發(fā)射光譜儀（AES）、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀（ICP-AES或ICP-OES）、輝光放電原子發(fā)射光譜儀（GD-OES）等。通常AES指火花源原子發(fā)射光譜儀，也叫直讀光譜儀。

3、光譜儀定性和定量計(jì)算原理是什么？

　　光譜儀是指能夠?qū)⒐庠窗l(fā)射出來的具有各種波長(zhǎng)的復(fù)色光按照波長(zhǎng)順序展開，并通過檢測(cè)器測(cè)量不同波長(zhǎng)光譜強(qiáng)度的儀器。利用光譜儀獲得的元素特征波長(zhǎng)信息可以定性判斷樣品中是否含有該元素；通過元素特征譜線的強(qiáng)度可以定量計(jì)算該元素含量，即利用一系列標(biāo)樣制定工作曲線，對(duì)比待測(cè)試樣和工作曲線坐標(biāo)上的強(qiáng)度，得到待測(cè)試樣精確的含量。

4、直讀光譜儀器的誤差來源有哪些？

　　1)系統(tǒng)誤差也叫可測(cè)誤差，一般包括儀器的本身波動(dòng)；樣品的給定值和實(shí)際值存在一定的偏差（標(biāo)準(zhǔn)樣品的元素定值方法可能和實(shí)際檢測(cè)方法不一致，這樣檢測(cè)結(jié)果會(huì)有方法上的差異；同一種方法的檢測(cè)結(jié)果也存在一定的波動(dòng)）；待測(cè)樣品和系列標(biāo)樣之間存在成分的差異，可能導(dǎo)致在蒸發(fā)、解離過程中的誤差，如背景強(qiáng)度的差別和基體蒸發(fā)的差異等。 

　　2)偶然誤差是一種無規(guī)律性的誤差，如試樣不均勻；檢測(cè)時(shí)周圍的溫濕度、電源電壓等的變化；樣品本身的成分差異等。

　　3)過失誤差是指分析人員工作中的操作失誤所得到的結(jié)果，可以避免。如制樣不精確，樣品前處理不符合要求，控樣和待測(cè)試樣存在制樣偏差，選擇了錯(cuò)誤的分析程序等。

5、直讀光譜儀有哪些種類？

　　直讀光譜儀可以有不同的劃分方法。

　　根據(jù)光柵所處的環(huán)境不同，可分為真空型和非真空型直讀光譜儀，其中非真空型直讀光譜儀又可分為空氣型直讀光譜儀（無法測(cè)定真空紫外波段的C、P、S、As等元素含量）和充惰性氣體型直讀光譜儀（可以測(cè)定真空紫外元素）；

根據(jù)儀器的結(jié)構(gòu)不同，又可分為多道直讀光譜儀和全譜直讀光譜儀，其中前者多采用光電倍增管作為檢測(cè)器，后者多采用陣列檢測(cè)器（如CCD）。

隨著CCD技術(shù)的不斷發(fā)展，直讀光譜儀開始朝小型化、全譜型方向發(fā)展。小型化儀器功耗小，占用空間小且易于維護(hù)；全譜直讀光譜儀能夠獲得全波段范圍內(nèi)的光譜，滿足多基體分析要求，譜線選擇靈活，可以有效扣除光譜干擾，分析更準(zhǔn)確，而多道直讀光譜儀只能檢測(cè)有限數(shù)量的光譜，很難做到這一點(diǎn)。