光谱分析2—光谱分析法简介
什么是光谱分析？光谱分析的意义？
1858-1859年，德国化学家本生和物理学家基尔霍夫著名物理学家进行合作，建立起了第一台把光谱分析作为主要目的的分光镜，宣告了光谱分析方法的诞生，奠定了一种新的化学分析方法—光谱分析法的基础，初步上解决了对于化学物质进行细微的微观认识并且进行精确研究的这一难题，开创了采用物理的方法来研究化学相关内容的仪器分析法，因此他们两人被公认为光谱分析法的创始人。（感觉就是这两个人把两个学科联系起来啦）
采用光谱学的基本原理与实验的方法来确定物质的基本结构与化学的组成成分的这一种分析方法我们习惯上称之为光谱分析法。具有各种各样结构的物质都具有自身的特征性光谱，光谱分析法就是采用特征光谱来研究物质的结构或者测定化学主要组成成分的一种方法，是以分子和原子的光谱学为基础建立起的分析方法。光谱定性分析不需要纯样品，只需要利用已知的谱图，就可以进行光谱的定性分析，能够同时测定出多种元素或者化合物，省去了比较复杂的分离性操作过程。光谱定量分析建立在相对比较的基础上，必须有一套标准样品作为基准，而且要求标准样品的组成和结构状态应与被分析的样品基本一致，这是比较困难的。
光谱分析法开创了化学和分析化学的新纪元，不少化学元素通过光谱分析发现，如铷，铯，氦等，在光谱分析法被发现十年之后的1869年，门捷列夫提出元素的周期律，制订出元素的周期表，这在某种意义上能够说是得益于光谱分析法的广泛应用。
光谱分析法很好地沟通了物理学、化学以及天文学之间的相互联系，在农业、天文、汽车、生物、化学、镀膜、色度计量、环境检测、薄膜工业、食品、印刷、造纸、喇曼光谱、半导体工业、成分检测、颜色混合及匹配、生物医学应用、荧光测量、宝石成分检测、氧浓度传感器、真空室镀膜过程监控、薄膜厚度测量、LED测量、发射光谱测量、紫外/可见吸收光谱测量、颜色测量等领域应用广泛。（看来自从光谱分析法出现后就用疯了！）
光谱分析方法分类：
光谱法依据物质和辐射相互作用的性质，一般分为发射光谱法、吸收光谱法和拉曼散射光谱法。
发射光谱法：物质通过电致激发、热致激发或光致激发等过程获取能量，变成为激发态的原子或分子，激发态的原子或分子是极不稳定的，它们可能以不同形式释放出能量从激发态跃迁至基态或低能态，如果这种跃迁是以光辐射形式释放多余的能量就会产生发射光谱。通过测量物质发射光谱的波长和强度来进行定性、定量分析的方法叫做光谱法。依据光谱区域和激发方式不同，发射光谱有
吸收光谱法：是根据物质对不同波长的光具有选择性吸收而建立起来的一种分析方法。它既可对物质进行定性分析也可定量测定物质含量。通过测量物质对辐射吸收的波长和强度进行分析的方法叫做吸收光谱法，包括紫外、可见光以及红外吸收光谱等。如果单色器获得的单色光来测定物质对光的吸收能力，则称为分光光度法。
吸收光谱法的主要分析方法
拉曼散射光谱法：
某个特定频率的单色光照射到透明物质上，物质分子会发生散射现象。如果这种散射是光子与物质分子发生能量交换的，即不仅光的运动方向发生变化，能量也发生变化，则称为拉曼散射。这种散射光的频率与入射光的频率不同，叫做拉曼位移。拉曼位移的大小与分子的振动和转动的能级有关，利用拉曼位移研究物质结构的方法称为拉曼光谱法。（现在脑子里闪现的是拉曼光谱仪，因为好像不便宜）
光谱分析仪简介
不同的光谱分析仪器结构差异很大，但不管光谱分析仪器结构的复杂程度如何，光谱分析仪器一般包括五个基本单元：光源、单色器、样品容器、检测器和数据处理系统。各单元从光谱分析原理上，特别是在光谱仪器中起的作用有很大的相近，但采用的具体装置有很大的不同，此外，从光谱分析仪器光路的设计和在仪器整个装置的安装方向也有较大不同。
发射光谱仪一般光源与样品容器并为一个整体，样品在样品容器中由光源提供足够能量而发光，发射光经单色器分光后检测；
吸收光谱仪则由光源发射的光直接(如光源为连续光，则可能需要经过分光)后通过样品容器，被样品原子或分子吸收，再射入单色器中进行分光后，被检测器接收，即可测得其吸收信号；
荧光光谱仪结构与吸收光谱仪基本一致，所不同的是，光源发出的光，经过第一单色器(激发光单色器)后，得到所需的激发光，不是在一条直线上通过样品容器，而是将荧光的测量放在与激发光成一定角度(一般选直角)的方向进行，第二单色器为荧光单色器，主要是消除可能共存的其它光线(入射光和散射光)的干扰，以获得所需的荧光，荧光作用于检测器上，得到相应的电信号。
光谱分析仪主要部件的简介
1、光源：光谱分析中，光源是提供足够的能量使试样蒸发、原子化、激发，产生光谱。光源必须具有足够的输出功率和稳定性。由于光源辐射功率的波动与电源功率的变化成指数关系，因此往往需用稳压电源以保证稳定或者用参比光束的方法来减少光源输出对测定所产生的影响。光源为连续光源和线光源等。一般连续光源主要用于分子吸收光谱法；线光源用于荧光、原子吸收和Raman光谱法。
2、单色器：单色器的主要作用是将复合光分解成单色光或有一定宽度的谱带。单色器由入射狭缝和出射狭缝、准直镜以及色散元件，如棱镜或光栅等组成。
棱镜的作用是把复合光分解为单色光。平行光经色散后按波长顺序分解为不同波长的光，经聚焦后在焦面的不同位置成像，得到按波长展开的光谱。色散能力常以色散率和分辨率表示。对于同一种材料的棱镜，波长越短，角色散率也越大，因此，短波部分的谱线分得较开一些，长波部分的谱线靠得紧些。由于介质材料的折射率n与入射光的波长λ有关，因此棱镜给出的光谱与波长有关，是非匀排光谱。(从今天开始，我要照顾一周的兔子，看到的世界都变成兔子啦)
光栅分为透射光栅和反射光栅，常用反射光栅。反射光栅又可分为平面反射光栅(或称闪耀光栅)和凹面反射光栅。光栅上准确地刻有宽度和距离都相等的平行线条(刻痕)，可近似地将它看成一系列等宽度和等距离的透光狭缝。光栅是一种多狭缝部件，光栅光谱的产生是多狭缝干涉和单狭缝衍射两者联合作用的结果。多狭缝干涉决定光谱出现的位置，单狭缝衍射决定谱线的强度分布。光栅的特性可用色散率、分辨能力和闪耀特性来表征。光栅的角色散率只决定于光栅常数d和光谱级次n，可以认为是常数，不随波长而变，这样的光谱称为“匀排光谱”。
闪耀光栅,由于非闪耀光栅其能量分布与单缝衍射相似，大部分能量集中在没有被色散的“零级光谱”中，小部分能量分散在其它各级光谱。零级光谱不起分光作用，不能用于光谱分析。而色散越来越大的一级、二级光谱，强度却越来越小。为了降低零级光谱的强度，将辐射能集中于所要求的波长范围，近代的光栅采用定向闪耀的办法。即将光栅刻痕刻成一定的形状，使每一刻痕的小反射面与光栅平面成一定的角度，使衍射光强主最大从原来与不分光的零级光最大重合的方向，转移至由刻痕形状决定的反射方向。结果使反射光方向光谱变强，这种现象称为闪耀，这种光栅称为闪耀光栅。
d、狭缝是由两片经过精密加工，且具有锐利边缘的金属片组成，其两边必须保持互相平行，并且处于同一平面上。狭缝宽度对分析有重要意义。单色器的分辨能力表示能分开最小波长间隔的能力。波长间隔大小决定于分辨率、狭缝宽度和光学材料性质等，它用有效带宽S表示
S=DW,式中，D为线色散率倒数；W为狭缝宽度。
当仪器的色散率固定时，S将随W而变化。对于原子发射光谱，在定性分析时一般用较窄的狭缝，这样可提高分辨率，使邻近的谱线清晰分开。在定量分析时则采用较宽的狭缝，以得到较大的谱线强度。对于原子吸收光谱分析，由于吸收线的数目比发射线少得多，谱线重叠的概率小，因此常采用较宽的狭缝，以得到较大的光强。当然，如果背景发射太强，则要适当减小狭缝宽度。
3、样品容器不同的光谱仪中，样品容器的结构差异较大，在反射光谱仪中甚至没有专门的样品容器，在吸收光谱中，样品容器也称为吸收池。吸收池一般由光透明的材料制成。在紫外光区，采用石英材料；可见光区，则用硅酸盐玻璃；红外光区，则可根据不同的波长范围选用不同材料的晶体制成吸收池的窗口。
5、检测器是将一种类型的信号转变成另一种类型的信号的器件，如在分光光度计中的光电管，是将光能转变成电能的元件。检测器可分为两类，一类对光子有响应的光检测器，另一类为对热产生响应的热检测器。光检测器有硒光电池、光电管、光电倍增管、半导体等。热检测器是吸收辐射并根据吸收引起的热效应来测量入射辐射的强度，包括真空热电偶、热释电检测器等。
7、数据处理系统主要有计算机、数据通信部件和仪器控制及数据处理软件组成。通常由检测器将光信号转换成电信号后，还须经过一定的信号处理器处理，如对电信号进行放大、衰减、积分、微分、相加、差减等；也可通过整流使其变为直流信号，或将其转变成交流信号。处理的目的是将检测器检测到的信号转变成一种可以被人读出的信号，如可用检流计、微安计数字显示器、计算机显示和记录结果。目前，光谱仪器大多数是通过专门的操作软件在计算机中进行数据处理，可进行仪器操作、定性定量分析、记录保存等。
