了解光谱仪中的光分散元件

众所周知的事实是，普通的白光包括不同波长或颜色的混合物。我们都熟悉彩虹的不同颜色，这些彩虹实际上是包含白光的不同颜色。在光谱分析中很少使用白光，尽管可见光源是紫外线 - Vis光谱仪的常见组成部分。来自此类来源的未经处理的白光几乎没有关于材料化学成分的有用信息。

什么是光谱仪？

光谱仪是一种用于测量给定范围内物理特征变化的仪器，例如光的色散。它可以测量质谱仪中的质量比光谱，NMR光谱仪中不同的核共振频率或光的发射和吸收的变化 - 光谱仪中具有波长。

用于研究的最常见的光谱仪类型是光学的，例如通过棱镜的光散。如果有人提到“光谱仪”而不添加预选赛，则通常是指光谱仪。

光谱仪如何工作？

光谱仪的目标，例如棱镜光谱仪，是测量辐射的吸收，散射和反射以及样品电磁辐射的发射；发射可以包括磷光，荧光和电致发光。

这光谱分析deals with observing the electromagnetic radiation that falls within the optical region of the electromagnetic spectrum; this includes the lights that span within the visible, ultraviolet, and infrared wavelength regions of a spectrum.

为了获得最大的信息，应将光或相互作用的发射表示为一般特征和波长的正常函数。如果准确的波长部分不重要，则可以选择低成本光谱仪；在这里，光过滤器将根据感兴趣的区域隔离波长。

如果精确的波长是优先事项，则需要使用一个分散元件，该分散元件设法将光分离为一代光谱和构成波长。

所有现代光谱仪都包括光的色散, it’s a diffraction grating that has destructive and constructive interference. These interferences are used to separate the polychromatic light, spatially, on the grating.

单色器是一个单元，可用于从多色光源中选择特定的光波长。衍射光栅是单色器中的重要特征。单色仪旋转衍射光栅以操纵和更改波长，以使其对齐并通过出口狭缝。

All spectrophotometers have excitation monochromators, they are used for selecting the desired exiting wavelength to reach the white light source sample. The spectra are measured by changing the signal as a function of excitation wavelength and by scanning the monochromator.

有两种用于检测样品发射光的方法。第一种方法包括一个发射单色仪，它从样品中接收光源，而单色器的单色器选择哪个波长到达检测器。

第二种方法包括同时检测一系列分散的光谱；这是通过使用阵列检测器来完成的，该检测器称为光谱仪。

光谱仪的类型

一旦您理解什么是光谱仪and the role it plays in the光的色散，我们现在可以了解各种类型的光谱仪，其基本设计及其角色。这三个公共光谱仪包括拉曼光谱仪，光谱荧光计和分光光度计。

Raman Spectrometers

拉曼光谱仪用于光谱分析来自样品的光。白光和激发棱镜单色器被激光代替；有两个原因。

首先，“拉曼”是一种散射效果，样品不会吸收光。因此，您不需要宽带可调的光源来匹配吸收功能。其次，拉曼效应比荧光较弱，并且包括高光子通量的来源。

光谱荧光计

这也称为荧光/光致发光光谱仪，用于测量样品中的荧光发射。有一个普遍的惯例表明，光谱荧光仪是一种紧凑的台式仪器，其尺寸与分光光度计相似。

该单元的激发侧类似于分光光度计，这意味着它包括白光源和激发单色器。ARC灯被用作光源，因为它具有高亮度范围，可用于测量任何弱荧光发射。

分光光度计

This term can be used to describe a variety of tools that are used to measure light, the exact definition depends on the scientific area or industry. The term ‘photo’ is used for the spectrometer because it helps with the quantitative measurement of light intensity with wavelength.

该仪器进行的常见测量是测量吸收样品光谱。这是进行激发单色仪的扫描的地方，它还可以监视通过样品传输时光强度的变化。

了解光谱仪中光的分散

白光的入射光束需要在其构成波长中解析，然后才能提供有关材料的分子结构和组成的相关化学信息。不同化学实体在特定波长处的最大吸光度的基本特性是使用快速的常规实验室分析中化学估计的基础光谱分析技术。

棱镜

A prism is a triangular block of glass or quartz with smooth polished surfaces which is used to disperse the incident light beam into its constituent wavelengths or colours.

玻璃在紫外线区域吸收光，不用于在大约200-350 nm波长范围内的波长范围内的吸光度研究。另一方面，石英可以在紫外线和可见区域上使用。但是，尽管棱镜提供了较低价格的分散培养基，但它们在更长的波长下遭受非线性色散，即，在可见区域的上端，在600 - 800 nm处的上端，分散的波长似乎是靠近的。

光栅

光栅是蚀刻凹槽的平面表面，蚀刻的凹槽或线之间的距离是要分散的光波长的顺序。光栅比棱镜更昂贵，但由于分散的光不受分散波长的任何非线性畸变，因此具有优势。

Monochromator

单色仪是光谱仪中用于分离所需波长带用于光谱分析的光学元件的排列。

常用的单色配置也称为Czerny-turner光栅单色器简要描述。主要组成部分包括：

入口狭缝 -根据入口狭缝的宽度，将来自光源的宽带光直接进入狭窄的光束，然后将其带到凹面镜，该凹面镜反射并将光束散布在光栅表面上。

Grating –这grating disperses the incident beam into its constituent wavelengths. A fixed grating disperses the incident beam in a definite pattern. On the other hand the grating can be rotated on its central axis to spread the diffraction pattern to cover broad wavelength bands. The reflected dispersed beam is led to the second concave mirror

退出缝隙 -反射的分散光到达位于第二凹面镜的焦平面的出口狭缝。可以固定出口缝隙宽度或可以变化以使光强度增加以确定敏感。但是，需要优化出口狭缝宽度，以获得最佳的较高光束强度，并同时避免在隔离束的波长频带上扩散。

In order to isolate the wavelength band of interest and to select the optimum width of exit slit it is always helpful to carry out trial absorbance measurements before taking the final observations under optimum conditions.