什么是光譜儀？光譜儀的應(yīng)用及原理

什么是光譜儀？

光譜儀是分析設(shè)備的總稱，可以通過測量物質(zhì)發(fā)射和吸收的光來研究物質(zhì)的成分和性質(zhì)。

該裝置主要由光源、光譜部分、樣品部分、探測器等組成。根據(jù)所使用的光源類型和設(shè)備結(jié)構(gòu)，光譜儀有多種類型。

具體來說，紫外可見分光光度計（UV-Vis）、紅外分光光度計（IR）、電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP-AES）、原子吸收光譜儀（AAS）以及X射線熒光分析儀（XRF）和X射線分析儀。光電子能譜（XPS）。每臺設(shè)備可以分析的內(nèi)容不同，因此需要根據(jù)目的使用不同的設(shè)備。

光譜儀的使用

光譜儀用于各個領(lǐng)域。以下是一些典型用途。這些只是一些示例；光譜分析儀的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。

1. 化學(xué)?生化學(xué)

這包括質(zhì)量控制，例如檢查合成化學(xué)品的分子結(jié)構(gòu)、反應(yīng)速率和雜質(zhì)含量、蛋白質(zhì)和 DNA 的結(jié)構(gòu)分析以及酶促反應(yīng)的測量。

2.環(huán)境科學(xué)

例子包括水和空氣中污染物的檢測和分析。

3.醫(yī)療/藥學(xué)

例如測量藥物的質(zhì)量、測量血液成分和診斷疾病。

4.食品工業(yè)

例子包括食品中營養(yǎng)成分和添加劑的定量分析、質(zhì)量控制、材料的成分分析、表面物理性質(zhì)的測量以及氧化反應(yīng)的研究。

光譜儀原理

光譜分析儀基本上是一種通過用某種光照射樣品并分析樣品吸收、反射或發(fā)射的光來識別和量化樣品中的物質(zhì)的設(shè)備。分析結(jié)果以稱為頻譜的波形圖輸出。

通過分析該光譜數(shù)據(jù)，可以進行樣品的定性和定量分析、分子結(jié)構(gòu)的評價、材料特性的評價等。不同設(shè)備的測量原理有所不同，我們將簡要描述上述六種代表性設(shè)備的測量原理。

1. 紫外可視分光光度計

當(dāng)樣品受到紫外線和可見光波長范圍內(nèi)的光照射時，光被樣品中所含的物質(zhì)吸收和反射。通過測量每個入射光波長的吸收光和透射光的強度，可以確定分子結(jié)構(gòu)并定量樣品中所含的成分。

2. 赤外分光光度計

當(dāng)用紅外線照射樣品時，樣品吸收或反射紅外線。吸收和反射的紅外線根據(jù)樣品中化合物的類型和鍵合狀態(tài)而變化。光譜儀將紅外線分成波長，探測器測量光的強度，以確定樣品中化合物的類型及其鍵的狀態(tài)。

3. 電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀

將樣品放入通過高溫燃燒材料產(chǎn)生的稱為“等離子體"的火焰中，通過觀察發(fā)光可以確定材料的成分。當(dāng)樣品放入等離子體中時，它會分解成原子和離子。

此時，等離子體中的原子和離子吸收能量并釋放能量，產(chǎn)生光。這種發(fā)光由各種波長的光組成，通過測量光的強度和波長，可以確定樣品中的成分。

4. 原子吸光分析裝置

從特殊光源發(fā)出的光照射到樣品上。由于元素吸收特定于該元素的波長的光，因此可以通過測量每個波長下吸收的光的強度來確定樣品中該元素的含量。

5. 熒光X射線分析儀

當(dāng) X 射線照射到樣品時，樣品中的元素吸收能量并發(fā)射能量，產(chǎn)生熒光 X 射線。

這種熒光X射線的能量根據(jù)元素的種類而變化，因此通過測量熒光X射線的能量，可以查出樣品中含有哪些元素。

6. X線光電子分光分析裝置

當(dāng) X 射線照射到固體表面時，原子和分子被電離，電子隨著電離而釋放。發(fā)射的電子具有不同的能量，具體取決于元素及其化學(xué)狀態(tài)。

設(shè)備內(nèi)部的探測器測量發(fā)射電子的能量，并據(jù)此可以確定樣品中元素的類型和狀態(tài)。通過在改變 X 射線能量的同時進行測量，可以檢查不同深度的樣品表面。

光譜分析儀的類型

光譜儀有多種類型，分析能力因設(shè)備而異。這里我們簡要概述六種典型設(shè)備。

1. 紫外可視分光光度計(UV-Vis)

這是一種利用紫外線或可見光作為光源來檢查物質(zhì)透射、吸收和反射的光的裝置。可以對樣品中的成分進行定性和定量分析。

2. 赤外分光光度計(IR)

這是一種利用紅外光作為光源來檢查材料透射和反射的光的裝置?？梢詫悠分械某煞诌M行結(jié)構(gòu)估計和定量。

3. 電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP-AES）

該裝置將樣品引入電感耦合等離子體并檢測發(fā)生的發(fā)光現(xiàn)象。其高靈敏度可以對微量元素進行定性和定量分析。

4. 原子吸光分析裝置 (AAS)

該裝置利用原子吸收特定波長的光的現(xiàn)象，能夠?qū)ξ⒘吭剡M行定性和定量分析。

5.X射線熒光光譜儀（XRF）

這是一種可以使用X射線作為光源對材料進行元素分析的裝置。通過測量每種元素的熒光 X 射線，可以對樣品進行定性和定量分析。

6. X線光電子分光分析裝置(XPS)

這是一種利用X射線作為光源來獲取構(gòu)成固體表面的原子和分子信息的裝置。