轫致辐射等色线光谱分析
电子
光子图1. 逆光电效应示意图 轫致辐射等色光谱分析
Bremsstrahlung Isochromate Spectroscopy (BIS)
写作者：※顺 ※会亚
指导者：※※老师
摘要：轫致辐射的等色光谱分析(BIS)是测量样本费米能级以上非占据态态密度的重要技术，本篇文章主要介绍了BIS 的基本原理、实验装置，并介绍了BIS 在系统表面态能量的确定、体能带结构的阐明、表面吸附分子相互作用的应用，同时介绍XPS/BIS 相结合应用于过渡金属以及锕系金属的光谱测量。
关键词：BIS ；非占据态；XPS ；能带结构
一、引言
Bremsstrahlung ，它来源于德语，“brems”是“brake”刹车的意思，“strahlung”是“radiation ”辐射的意思[1]。根据经典电动力学，带电粒子作加速或减速运动时必然伴随电磁辐射，这种辐射就叫做轫致辐射，也叫刹车辐射。
当高速电子束入射在特定材料上面时，可以探测到光子的出射，这个过程就称为逆光电效应，这个分析技术叫逆光电效应光谱分析，英文叫Inverse PhotoElectron Spectroscopy (IPES)。简
单的就是电子进，光子出的过程，如图
1。由于逆光电效应有多种形式，因此
对于IPES ，要对出射的不同能量的光
子都要进行分析，而轫致辐射只是其中
的一种，相应BIS 只对其中特定能量的
光子进行分析。 早在1915年，Duane 和Hunt 第一次在金属钨上进行了轫致辐射研究[2]发现了辐射谱的短波长极限，称Duane-Hunt 极限（光子的最大能量不超过入射电子的能量，此光子的波长最小），并记录了较窄带的X 射线轫致辐射强度与阳极电压关系，他们分析得出辐射强度在高于阈值电压后呈近似线性增长。1942年，Ohlin 用更高的分辨率重复了Duane 和Hunt 的实验[3]，在W ，Cu ，Ag ，以及MoS 2的Duane-Hunt 极限处，发现了宽的能级结构，他认为这些结构代表了这些阳极材料的特征。1946年，Nijboer 用费米能级以上的空态（unfilled ）能级密度解释了Ohlin 的测量结果。让后的几年里没有取得太显著的进展，到了1958年，Ulmer 等人指出了同色光谱同样也解释了样品中电子能量有特征的损耗。到了
1972年，又了新的发展，Turtle 等，尝试把实验得到的光谱与空态能态密度理论计算结果进行精确比对。令仍惊讶的是直到1979年，研究人员才首次用这种思想直接的测量了费米能级以上空态的能态密度分布[3]，实验由Lang 等人开展，并获得了0.43eV 的分辨率。
二、原理
在BIS 中，一束电子入射到固体样品上，电子与物质的相互作用是剧烈的，激发束缚电子，或者等离子激元起了主要作用，而其中很少一部分电子被直接减速，发生轫致辐射，辐射出光子。这些被减速的电子占据了样品费米能级F E 以上的空态[3]，如图2，只对样品有轻微的扰动。而且有一观点是被大家接受的，当电子的能量较高时（>1KeV ），电子的跃迁几率是随能量缓慢变化的，与初始能态关系不大。依据这一观点，电子轫致辐射的概率可以近似等于非占据态的能态密度D (E )。当使用热电子发射阴极是，根据能量守恒定律，可得知轫致辐射的能量关系：
0ωφ -++=kT V E cath acc u (1)
其中，如图2所示，u E 表示非占据态的能量，acc V 表示发射电子束的潜在加速势，
图2. BIS 过程中热电子发射阴极与样品能量关系示意图。(From[3])
cath φ表示电子激发到真空能级的功函数，T 表示阴极温度，
0ω是发射光子源频率, πh = , h 表示普朗克常量。
由上面的分析可以知道，如果改变acc V ，或者改变探测的光子0ω ，都可以
对费米能级以上的所有非占据态进行探测，而事实上，由于发射的光子波长很短，探测计数很不容易，另外改变电子的加速势比较简单，因此BIS 就是只变化加速度势acc V ，而只探测一种能量的光子，也就是BIS 中Isochromate 的意思。
实际中，式子(1)，只有在0=u E 时，才是正确的，因为此时的光子只是由加速势kT V cath acc --=φω0 的电子激发。当要探测较大的u E 时（假设a E u =），入射的电子的加速势要增大，此时探测到的0ω 光子，不只有满足(1)
的电子激发，还可能由已经发生别的相互作用后能量降低的电子被能量小于a 的非占据态捕获，发射出的来的0ω 光子。因此需要对(1)进行修正，为：
0ωφ --++=CL cath acc u E kT V E (2)
其中CL E 是电子在轫致辐射出0ω 光子之前损失的能量。
三、实验装置
BIS 的实验装置主要由电子枪、X 射线单色仪、X 光子计数器、以及样品几部分组成。通常BIS 的实验装置都是和XPS 装置安装在一起的，如图3。对于BIS 电子束近似直角的打在样品表面上，仅有一个很小角度的X 射线入射到单色器上面，另外，整个设备都是全封闭的，样品和X 光子探测器都是放置没有破坏整体的真空环境；对于XPS ，X 射线由X 射线管产生，用半球状的电子能谱仪分析电子光电子的能量。
这样的设计有很多优点：⑴单色仪两者可以共用；⑵样品的表面清洁度和工作环境可以随时被XPS 检查；⑶两个过程都涉及相似的电子转换关系，一次实验可以做到对样品费米能级上下的非占据态和占据态能态密度的分析。
图3. XPS-BIS实验装置示意图。1-电子枪；2-样品；3-X射线单色仪；4-X射线探测器；5-电子枪能源装置；6-电子计数器与数据输出装置；7-光电子能量分析仪；8-光电子探测器；9-X射线管（From [3]）
1、电子枪
电子枪是BIS装置的重要部件，要求能产生0.1-1mA的强度，能量分辨率优于0.5eV，这主要的问题是Boersh效应，当电流增大时，电子能量宽度加宽，大大超过了阴极温度对应的麦克斯韦分布的能量分布宽度。研究人员发现[4]，热电子发射电子源可以满足这个要求，如图1右侧所示，这类电子源的电子能量分布是不对称的半麦克斯韦分布(asymmetrical half-Maxwellian intensity distribution)，它的半高全宽为2.5KT，因此只需要找出一种能够在较低温度下实现热发射的材料，参考文献[3]中使用BaO作为阴极材料，热发射出来的电子进入到能量分析器中，能量分析器的入口只有0.06mm，以减少电子密度，之后电子进入到电子倍增器里面，在10-9A量级控制电流大小，最后在1mA电流大小上获得了半高全宽为0.26eV的电子束。
另外对电子枪还有一个重要要求，就是阴极材料不能对材料产生污染，对于热激发的阴极材料，往往工作在较高的温度，容易引起阴极材料自身的蒸发，蒸发出来的材料就可能附着在样品表面，对样品造成污染，干扰实验结果，因此要选择熔点高的。文献[3]中提到了，对于单纯Ba，在1000℃下，一天时间内才在样品上沉着0.01层。
2、单色器
常见的单色器有衍射光栅单色器和晶体单色器。衍射光栅单色器是利用光栅的分光特性进行分光的[5]，衍射光栅是在平面或者球面的基板材料上加工等间隔的平行刻槽得到的。通常实用的刻槽密度是500~3000线/mm ，换成间隔d 就是0.3~2μm 。衍射公式为：
λβαn d =+)sin (sin (3)
其中α和β是从法线方向定义的入射角和出射角，法线同侧去正好，异侧取反号。
晶体单色器是利用晶体的布拉格反射，若晶体的面间距为d ，掠入射角为θ，得到的波长λ可由λθn d =sin 2计算，n 是衍射级次。由式子可以看出，改变d 或θ可以调节分光的波段。
为了收集更宽的立体角范围内的入射光，并且还要分光聚焦，一般使用如图4所示的弯曲晶体单色器，将晶体弯成曲率半径为R 的弧面，并将发光点和探测器放在直径为R 的圆周上，这个圆成为罗兰圆。
3、X 光探测器
X 光电子探测的方式有多种，
有光电阴极探测器、X 光CCD 、
感光胶片、盖格计数器等。在BIS
中一般只取很小一个空间立体角
内的X 光子，前面几种探测器件
对X 光强阈值比较高，适用范围
比较窄，Dose 改进的盖格计数器
[1]解决了这个问题，它对9.7eV
的光电子有很高的探测效率。 盖格计数器主要由一个直径S F R 罗兰圆
图 4. 弯曲晶体单色器 图5. 盖格计数器结构示意图
图6. I 2、SrF 2和CaF 2透过率曲线(From[1] )
20mm 的不锈钢圆柱管，和一根位于圆柱体中心轴的不锈钢丝构成，如图5所示，周围空间充有100mbar 的氩气，做倍增用。圆柱管和不锈钢丝间加上适当电压，使钢丝（阳极）上的电位高与圆柱管（阴极）电位，但不使氩气放电。当有射线或离子由入窗进入到圆柱管内，会使氩气电离，游离出的电子被高电位的阳极吸引，加速冲向阳极，在此过程中高速的电子再与氩原子碰撞并击出更多的电子，如此产生更多的电子流向阳极，产生极短的脉冲电流，经分析电路得出入射光子或粒子的数目。
Dose 改进的是在圆柱管里加入
碘蒸汽，如图6所示，只有能量大于
9.23eV 的光子才不被它吸收，另外在
计数器的入窗处加上了CaF 2晶体，从
图6可以看出它只有能量低于10.2eV
的光子才能通过它。I 2蒸汽和CaF 2
晶体的联合使用，使得探测器的探测
范围只有9.7±0.40eV 段的光子。
另外需要指出的是，如果对能量
分辨率要求低于0.4eV ，那就不需要
用单色仪，直接使用Dose 即可。 四、典型BIS 光谱的两个说明：Ag 和Gd
图7中Ag 和Gd 的两个BIS 光谱是BIS 中看到两个极端情况。Ag 的光谱显示在E F 处有一激剧增长，然后有一系列的肩和峰，这或许与Ag 的能带结构有关。Ag 谱和展宽态密度的关系相当紧密，并且在电子-电子关联不是很强的系统中可以被当作是典型。然而在特征能量上有些不同，这些特征是值得注意的和来自于固有能量的变化，这是由电势中交互关联的能量独立所控制[6,7]。
Ag 的BIS 谱结构与XAS 中的XANES 结构相似。靠近E F 结构代表能带结构的临界点[8]，同时高能量时电子的平均自由程短，通过集群计算可以相当好的重现结构。更高能量时，可以看到微弱的强度振动，这和EXAFS 相似[9]。但是与XAS 相比，有一些不同。第一，在BIS 中我们不必考虑芯空穴势的影响，因为没有芯空穴产生。第二，BIS 不受制于相同的选择定则和样品所有非占据态，不管角动量量子数l 。最后，BIS 不是位置选择性的。因此，在几何结构研究上BIS 的扩展精细结构不可能和EXAFS 一样有用。但是，它或许可以用于说明EXAFS 中关于与芯空穴相关的相移的一些问题[10]。
Gd 的光谱是一种不同的情况，具有高关联材料光谱的特点。能带结构显示在E F 处有一个4f 态窄带。然而，价带结构计算显示出E F 处有4f 态窄带。XPS/BIS
显示在E F没有4f态。4f态反而像是在第一电离势和第一电子亲合势有很大差别的局部的原子态。这个差别反应了4f态间的库伦关联能量。在E F附近只发现了5d和6s。这种情况是所有稀土元素4f态的特点，尽管在早期的稀土元素和混合价材料中发现更复杂的情况。
五、BIS在三个主要的应用[3]
1、系统表面态能量的确定
这里用Cu(100)为例，分别在干净环境中和CO环境来确定表面态。干净环境下的光谱由靠近E F的非对称峰主导，并被分解为如图所示的两个峰。图中的点迹是实验所得，平滑的曲线是减去背景的数据。分解峰值得E F附近一宽峰和
1.1eV 附近处一肩。主峰被看作是体能带结构的直接转变，而肩是由于表面态引起的。以CO 覆盖表面引起表面态的消失，而直接跃迁不受影响。
图9展示更高温度下Cu(100)表面的更扩展光谱（T=900）。这些光谱中在-4eV 的E B 处可以看到额外的结构，被看作是期盼在低于0.55eV 的意象势态。这种分配的确定来源于态强度的温度独立；由于Debye – Waller 效应，主峰强度减弱。其中强度正比与exp (-2W)，W 是正比与T 的函数。因此随着T 增加，强度减弱。
观察意象势或势垒诱发的表面态来自于这个态是被固定在真空能级，
预测如
下，
E v?E n=0.85
(n+1?ε)2
eV，其中n=1,2,3,……，ε为介质介电常数，真空时为1。可得
E v?E1=0.85eV。
干净Cu(100)的光谱可以看做是涂有Cl的c(2X2)覆盖层的光谱，其工函数增加了1.1eV，表面势垒态的增长正如上面等式所预测的真空能级下的情况相同。相反地，对Pt来说K的吸收降低了工函数，如图10所示。
一些金属的的图像势（E B，单位eV）：Au(100)-0.63, Ag(100)-0.5, Cu(100)-0.6, Ni(111)-0.6。这说明结合能一般在0.4-0.85eV的窄范围内。
2、体能带结构的阐明
为了阐明体能带结构，通常样品需要被探测一定的时间，因为在BIS中将只控制一个能量，并且还有其他的跃迁。然而必须达到优化好的时间，因为更大的曝光将导致样品的毁坏，这并非技术的缘故，因此可得到的信息受限。值得注意的是，PES测量技术出给了非占据能带意义明确的值，IPES（包括BIS）通常用来检测非占据能带假定位置的准确性。
图11是由PES和IPES共同的得到的能带谱图，可以看出两种技术很好的结合在了一起。
3、表面吸附分子的相互作用
用BIS研究表面吸附分子的相互作用是一个有意义的应用。由于自身的特性IPES很适合用于E F和E V间的能级研究。一个恰当的例子是基底表面吸收分子的反键结轨道。这里的讨论是通过比较Pd吸收的CO和NO的数据，这里选Pd 作为基底是因为它几乎不诱发NO分解。
CO的电子结构类型是(σg 2s)2(σu 2s)2(σg 2p)2(πg 2p)4，NO有(πg2p)1。它们各自的结合或反结合轨道可以通过对称性推出。CO气体的最小电离能是14eV 的(πg 2p)4光致电离能。而NO的是9.3eV（(πg2p)1）。
CO和NO的化学吸收作用在Pd上得到研究。我们必须考虑从金属到吸附的CO/NO上电子的反馈作用。这就导致了能级的降低，甚至有时候是气相中非
占据能级的占据的减少。从下图可以看出，CO的2π*能级不如NO的结合的紧
密。
干净Pd(100)显示了一个双峰IPES。CO/NO的吸收又增加了一个峰，但是使得金属信号基本不变。正如上面讨论所得，NO信号比CO的更靠近费米能级，这反过来影响用化学方法吸附的分子原子内结合的稳定性。NO中2π*态容易被来自金属的反馈作用所填满，因为其靠近附近费米能级。因此NO比CO展现出更大的化学吸附倾向。
另一个有趣的观察是看Pd(100)/NO的PES/IPES。2π能级在两种情况下都能看到。PES 和IPES中E B分别为2.5 eV 和-1.5eV。这让人迷惑，因为其在PES 和IPES都能被测到。可以通过一下方式理解。在初态，能级是半占据，
并且被固定在E F。在PES中电子被移动，我们在费米能级以下2.5 eV处观测到2π空穴态。相反地，一个双电子2π*能级在BIS中被观测到。这表示了2 π & 2 π*能级的相关能，大概发生在4eV处，而在中性孤立的气态中则是在9.5eV。
图15的能谱展示了N2（与CO等电子）的吸收BIS，驼峰曲线（不用于母峰）表明了不同情况下的2 π。
非占据或部分占据轨道对电子结构和几何构型的上的微小改变十分敏感。在做IPES测量时，光谱上的改变来源于这些微小的变化。然而在PES中，我们探测紧密结合的占据轨道。
图15. 2π* orbital observed by IPES
for N2, CO, NO adsorbed on Ni
(001)
图16. PES of:
‘a’ Pt(111) + CO；
‘b’ Pt(111) + K + CO；
‘c’ Spec. a minus Pt(111)；
‘d’ Spec. b minus Pt + K
最后，考虑到碱金属对Pt表面CO的吸收的促进作用，这里加入K。
图16显示了这个系统的光谱。曲线a是Pt(111)上CO的光谱，由于CO的
吸收产生双峰结构，代表了来着4σ & (1π，5σ)轨道的光致电离。当加入17%K
时，产生曲线b，几乎没有什么改变。当Pt 对光谱的贡献被减去时，变化变得
更明显。可以看出Pt表面覆盖小量的K，4σ & (1π，5σ)剧烈增加。然而，既然PES包含初态和终态作用，光谱的解释就不那么直接了。
作为比较，图17也展示了Pt和Pt+K上的CO 的BIS，阴影部分表明了配
合基CO的贡献（NO作为对比）。明显表面上催化剂K的吸收降低了CO反键
结2π*的能量。这意味着反馈作用通过K的吸收影响CO2 π*轨道，这增强了
Pt-C键，减弱了C-O键（由IR探测得到）。因此可以明显看出在研究化学键方
面，IPES比PES更有优势。
图17. BIS of CO, NO & K/CO on Pt (111).
The co-adsorption of K lowers the CO
orbital drastically
六、BIS和XPS相结合
1、过渡金属（TM）
过渡金属具有强的界限明确的d能带，其在E F为10eV的XPS和BIS中占
主要地位。计算得带宽在4到10eV[11,12]的表格1，最小带宽为元素周期表TM
区域右上角的元素，最大带宽为左下角元素。XPS/BIS 研究被期望用于显示从
元素周期表左边到右边的d态的填满，以及能带形状随着TM晶体结构改变的变
化。我们期望TM右上角元素的更强相关能带的增强多体效应。
BIS可以研究大部分的过渡金属元素[12]，这里选择Mo、Ru和Ni作为例子。图18 Mo的DOS显示了接近E F的一个显著最小值。这个最小值是体心立方TM 的特点，并且分离结合态和非结合态。Ru的DOS显示了四个峰群，最小值在E F以下的~4.5，~3，~0eV。这种结构是hcp TM的特点，但是这种结构在一些元素中比较弱，例如Y[12]，这是sp轨道的杂化引起的。当然由于XPS和BIS的展宽寿命，Ru和Pd的光谱并没有展示DOS的所有结构。然而DOS的主要特点可以从这个光谱中看出，例如d轨道的宽度，以及随着占据态宽度的增加和非占据态宽度的减少，从Mo到Ru的轨道的填充情况。我们也可以观察到与晶体结构有关的DOS中一些特点，例如Mo费米能级在结合和非结合态之间主要最小值得的位置，或是Ru的XPS谱中费米能级一下0.5和5eV处的肩。
图18没有显示显著的卫星峰，激发过程中的多体效应似乎很弱，对于所有的过渡金属BIS谱，计算所得非占据态宽度与观察到相对好统一。然而由于单粒子对附加电子或空穴能量的依赖，似乎还有一些别的效应。
下一个例子是是Ni。Ni在所有过渡金属中有最小的带宽和最大的库伦关联能（U eff）。这些特性，加上其几乎满带，导致了其XPS谱与单粒子相比有剧烈变形。除此之外Ni在光电发射中的d带比其单粒子DOS要窄。在Fe6.5Ni3.5中有类似的效应。
至于其他过渡金属，没有在Ni 的BIS 中发现强的卫星峰（如图19）[12]。当U eff 是1到10倍带宽时，在XPS 或BIS 中能发现强的卫星峰。对于纯过渡金属，只有Ni 不在这个范围内，尽管卫星峰在TM 混合物中很常见。然而卫星峰的强度受能带填充程度的影响。如果能带几乎被填满，那么卫星峰倾向于在XPS 中更大。如果能带几乎是空的，则卫星峰倾向于在BIS 中更大。
图19也呈现了态的旋转分解问题，这对于理解磁特性很重要。Fe 6.5Ni 3.5是无序的合金，计算和实验表明其非占据态带宽比Ni 的更大[13]。图19中，它的少数态在DOS 中逐渐形成，非占据态强烈的旋转偏振。
2、稀土元素和锕系元素
对稀土元素和锕系元素的XPS/BIS 谱贡献最大通常是4f 和5f 态。实验上测得的稀土元素4f 的U eff 在5和11.5eV 之间。稀土元素的4f 能带宽度决不会高于~1eV ，因此原子关联总是决定光谱。然而4f 电子的跳跃部分和产生非完整f 数的混合价效应，导致了光谱中的复杂效应[14-18]。这些效应不仅有趣，而且还利于我们了解稀土元素的基态属性。锕系元素在性质上介于稀土元素和TM 之间，并且有一些有趣的效应，但是只有一小部分元素可以用于研究。
我们以考虑Ce 和Ni 的金属化合物的光谱来讨论会在稀土元素和锕系元素中发生的效应。室温下，每个γCe 原子有0.98f 个电子，因此BIS 光谱由具有f 1特性的基态跃迁到具有f 2特性的终态的跃迁有关的峰控制。BIS 峰由尚未解决的多重态结构展宽。随着越来越多的Ni 加入，在附近有一个新的峰产生。与相应的La-Ni 混合的比较说明这不是由于有更低横截面的Ni 态，而是由于被称为f 0到f 1的跃迁。这些跃迁是因为材料基态的f 数小于1。但是在杂化中，我们不能简单的认为f 0到f 1的跃迁强度比例与基态的比重成正比。
图20. BIS of CeNi compounds. Illustration
of the influence of hybridization and f-count
on the relative intensity of the BIS f1
peak[15].
由于杂化导致的高关联材料的XPS/BIS谱的峰值并不总是能简单的描述。
为说明这些效应，我们使用如图21的例子。CeN和CeSi2的XPS/BIS光谱如下。
图21. Combined XPS/BIS spectra
of CeN and CeSi2.
CeSi2的Ce中每个原子有0.97个4f电子，杂化很小。当XPS的强度是BIS 的1/13时，XPS和BIS光谱的强度相当，因为4f壳层只占据1/14。对于，CeSi2的XPS谱由E F能级下2eV处的从f1到f0的跃迁控制，而BIS谱由从f1到f2的跃迁的峰值控制。注意到由于杂化在E F处产生的小峰值。CeN中它们的相对强度更大，是因为其杂化更大（约15meV，而CeSi2是3meV）。
Ce混合物光谱的研究使我们对稀土元素和锕系元素的所谓混合价混合物的的电子结构有了更深刻的了解。锕系元素的特性与之前研究Ce的特性很相近，但是有更大杂化[19,20]。还有峰值宽度的问题需要关注，并且有相似基态属性的许多重要材料需要被研究。
七、总结
BIS已经有100年的历史，但是和光电发射相比，它还不是一种广泛应用的技术。原因是复杂的，其中包括该技术在正常情况下不适合于化学分析，并且它没有像其它技术如XAS一样的元素特异性。然而，BIS没有广泛应用并非是它在整个图谱中不重要。这可以从表2看出。例如，XAS，IPS和BIS都是探测占据态最直接的方式，但是XAS受芯空穴效应强烈影响，而BIS不是；IPS是强烈的k保存，而BIS不是。因此要全面的了解非占据态，需要将三种技术结合。
这种互补性的一个明显的例子是XAS和BIS结合来试着将交互关联体系EXC的能量独立的影响从XAS的芯空穴效应分离。第二个例子是将XPS和BIS 结合来研究窄能带系统的电子-电子相关。在这些例子中，虽然BIS的研究只是一小部分，但是这一小部分极大的提高其他部分工作的实用性。然而必须强调的是BIS不如其他技术引人注目，而且其他技术相当简单，并高度可靠。
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B Condensed Matter, 1989, 77(3): 373-380.
各种仪器分析的基本原理及谱图表示方法!!!紫外吸收光谱UV分析
各种仪器分析的基本原理及谱图表示方法！！！ 紫外吸收光谱UV 分析原理：吸收紫外光能量，引起分子中电子能级的跃迁谱图的表示方法：相对吸收光能量随吸收光波长的变化提供的信息：吸收峰的位置、强度和形状，提供分子中不同电子结构的信息荧光光谱法FS 分析原理：被电磁辐射激发后，从最低单线激发态回到单线基态，发射荧光谱图的表示方法：发射的荧光能量随光波长的变化提供的信息：荧光效率和寿命，提供分子中不同电子结构的信息红外吸收光谱法IR 分析原理：吸收红外光能量，引起具有偶极矩变化的分子的振动、转动能级跃迁谱图的表示方法：相对透射光能量随透射光频率变化提供的信息：峰的位置、强度和形状，提供功能团或化学键的特征振动频率拉曼光谱法Ram 分析原理：吸收光能后，引起具有极化率变化的分子振动，产生拉曼散射谱图的表示方法：散射光能量随拉曼位移的变化提供的信息：峰的位置、强度和形状，提供功能团或化学键的特征振动频率核磁共振波谱法NMR 分析原理：在外磁场中，具有核磁矩的原子核，吸收射频能量，产生核自旋能级的跃迁谱图的表示方法：吸收光能量随化学位移的变化提供的信息：峰的化学位移、强度、裂分数和偶合常数，提供核的数目、所处化学环境和几何构型的信息电子顺磁共振波谱法ESR 分析原理：在外磁场中，分子中未成对电子吸收射频能量，产生电子自旋能级跃迁谱图的表示方法：吸收光能量或微分能量随磁场强度变化提供的信息：谱线位置、强度、裂分数目和超精细分裂常数，提供未成对电子密度、分子键特性及几何构型信息 质谱分析法MS 分析原理：分子在真空中被电子轰击，形成离子，通过电磁场按不同m/e 分离 谱图的表示方法：以棒图形式表示离子的相对峰度随m/e 的变化提供的信息：分子离子及碎片离子的质量数及其相对峰度，提供分子量，元素组成及结构的信息气相色谱法GC 分析原理：样品中各组分在流动相和固定相之间，由于分配系数不同而分离谱图的表示方法：柱后流出物浓度随保留值的变化提供的信息：峰的保留值与组分热力学参数有关，是定性依据；峰面积与组分含量有关反气相色谱法IGC 分析原理：探针分子保留值的变化取决于它和作为固定相的聚合物样品之间的相互作用力谱图的表示方法：探针分子比保留体积的对数值随柱温倒数的变化曲线提供的信息：探针分子保留值与温度的关系提供聚合物的热力学参数裂解气相色谱法PGC 分析原理：高分子材料在一定条件下瞬间裂解，可获得具有一定特征的碎片谱图的表示方法：柱后流出物浓度随保留值的变化提供的信息：谱图的指纹性或特征碎片峰，表征聚合物的化学结构和几何构型凝胶色谱法GPC 分析原理：样品通过凝胶柱时，按分子的流体力学体积不同进行分离，大分子先流出谱图的表示方法：柱后流出物浓度随保留值的变化提供的信息：高聚物的平均分子量及其分布热重法TG 分析原理：在控温环境中，样品重量随温度或时间变化谱图的表示方法：样品的重量分数随温度或时间的变化曲线提供的信息：曲线陡降处为样品失重区，平台区为样品的热稳定区热差分析DTA 分析原理：样品与参比物处于同一控温环境中，由于二者导热系数不同产生温差，记录温度随环境温度或时间的变化 谱图的表示方法：温差随环境温度或时间的变化曲线提供的信息：提供聚合物热转变温度及各种热效应的信息示差扫描量热分析DSC 分析原理：样品与参比物处于同一控温环境中，记录维持温差为零时，所需能量随环境温度或时间的变化 谱图的表示方法：热量或其变化率随环境温度或时间的变化曲线提供的信息：提供聚合物热转变温度及各种热效应的信息静态热―力分析TMA 分析原理：样品在恒力作用下产生的形变随温度或时间变化谱图的表示方法：样品形变值随温度或时间变化曲线提供的信息：热转变温度和力学状态
各种光谱原理解读
紫外吸收光谱 UV 分析原理：吸收紫外光能量，引起分子中电子能级的跃迁 谱图的表示方法：相对吸收光能量随吸收光波长的变化 提供的信息：吸收峰的位置、强度和形状，提供分子中不同电子结构的信息 荧光光谱法 FS 分析原理：被电磁辐射激发后，从最低单线激发态回到单线基态，发射荧光 谱图的表示方法：发射的荧光能量随光波长的变化 提供的信息：荧光效率和寿命，提供分子中不同电子结构的信息 红外吸收光谱法 IR 分析原理：吸收红外光能量，引起具有偶极矩变化的分子的振动、转动能级跃迁 谱图的表示方法：相对透射光能量随透射光频率变化 提供的信息：峰的位置、强度和形状，提供功能团或化学键的特征振动频率 拉曼光谱法 Ram 分析原理：吸收光能后，引起具有极化率变化的分子振动，产生拉曼散射 谱图的表示方法：散射光能量随拉曼位移的变化 提供的信息：峰的位置、强度和形状，提供功能团或化学键的特征振动频率 核磁共振波谱法 NMR 分析原理：在外磁场中，具有核磁矩的原子核，吸收射频能量，产生核自旋能级的跃迁 谱图的表示方法：吸收光能量随化学位移的变化 提供的信息：峰的化学位移、强度、裂分数和偶合常数，提供核的数目、所处化学环境和几何构型的信息 电子顺磁共振波谱法 ESR 分析原理：在外磁场中，分子中未成对电子吸收射频能量，产生电子自旋能级跃迁 谱图的表示方法：吸收光能量或微分能量随磁场强度变化 提供的信息：谱线位置、强度、裂分数目和超精细分裂常数，提供未成对电子密度、分子键特性及几何构型信息 质谱分析法 MS 分析原理：分子在真空中被电子轰击，形成离子，通过电磁场按不同m/e分离 谱图的表示方法：以棒图形式表示离子的相对峰度随m/e的变化 提供的信息：分子离子及碎片离子的质量数及其相对峰度，提供分子量，元素组成及结构的信息 气相色谱法 GC 分析原理：样品中各组分在流动相和固定相之间，由于分配系数不同而分离 谱图的表示方法：柱后流出物浓度随保留值的变化 提供的信息：峰的保留值与组分热力学参数有关，是定性依据；峰面积与组分含量有关 反气相色谱法 IGC
光谱分析系统定标操作指南解析
光谱分析系统定标操作指南 1.打开WY直流电源和光谱仪电源，预热15分钟，启动 PMS-50/80PLUS软件。 2.在PMS-50/80软件主界面“测试”菜单“系统设置”中的“通讯 选项”对话框里设置相应通讯端口，选择任意一种“测试模式”。 3.把负载线连接在积分球上的“1”“2”接线柱和WY电源输出端之 间（WY305电压电流调至最小位置即逆时针方向调节电压和电流旋钮发出响声） 4.安装标准灯，调节灯杆位置使灯泡处于挡光班的中心高度，以确 保标准灯发出的光线不直射光度探测器和光纤。 5.关闭积分球，在“测试”菜单中或工具栏中选择“光通量定标”， 点击“关灯校零”进行光度校零。 6.校零成功后，手动调节WY电源（也可以在软件中的WY系列功 能中输入标准灯的标定电流和参考电压（输入的电压数值比标识的参考电压高1-2伏以把线路上的压降考虑进去），使其输出电流至标准灯标定电流值并处于稳流状态，等待5分钟以上待发光稳定，进行光通量定标，并“存盘推出”。 7.在“测试”菜单中或工具栏中点击“光谱定标”，进行色温定标， 完毕后“存盘退出”。 8.在PMS-50/80软件主页界面“测试”菜单“系统设置”中的“通 讯选项”对话框里选择另一种“测试模式”。 9.在“测试”菜单中或工具栏中点击“光谱定标”进行色温定标，
完毕后“存盘退出”。 10.把标准灯当做被测光源，在“测试”菜单中或工具栏中点击”电光 源测试“开始测试，测试结束验证测试色温和光通量是否正确：（要求色温偏差在±15K以内，光通量偏差在±1%以内）符合进行11步，如不符合关灯后重新5-10步的操作。 11.把WY电源的输出调至最小，以熄灭标准灯，等标准灯冷却后， 取下放入灯盒。 12.关闭WY电源，取下负载线接至机柜后的负载接线柱，至此完成 定标，即可以正常的测试操作了。 注：早期的PMS-50（即测试时间为2-3分钟的机型不需要8、9两步的操作）！
第七章 原子发射光谱分析 习题
第七章原子发射光谱分析（网上习题） 一、选择题 1. 原子发射光谱是由下列哪种跃迁产生的？ ( ) (1) 辐射能使气态原子外层电子激发 (2) 辐射能使气态原子内层电子激发 (3) 电热能使气态原子内层电子激发 (4) 电热能使气态原子外层电子激发答案：（4） 2.发射光谱定量分析选用的“分析线对”应是这样的一对线（） (1) 波长不一定接近，但激发电位要相近 (2) 波长要接近，激发电位可以不接近 (3) 波长和激发电位都应接近 (4) 波长和激发电位都不一定接近答案：（3） 3.发射光谱分析中, 具有低干扰、高精度、高灵敏度和宽线性范围的激发光源是( ) 答案：（4） (1) 直流电弧 (2) 低压交流电弧 (3) 电火花 (4) 高频电感耦合等离子体 4. 电子能级差愈小, 跃迁时发射光子的（） (1) 能量越大 (2) 波长越长 (3) 波数越大 (4) 频率越高 答案：（2） 5.下面哪种光源, 不但能激发产生原子光谱和离子光谱, 而且许多元素的离子线强度大于原子线强度？（）
(1)直流电弧 (2)交流电弧 (3)电火花 (4)高频电感耦合等离子体 答案：（4） 6.下面几种常用激发光源中, 分析灵敏度最高的是（） (1)直流电弧 (2)交流电弧 (3)电火花 (4)高频电感耦合等离子体 答案：（4） 7.下面几种常用的激发光源中, 最稳定的是（） (1)直流电弧 (2)交流电弧 (3)电火花 (4)高频电感耦合等离子体 答案：（4） 8.下面几种常用的激发光源中, 背景最小的是 ( ) (1)直流电弧 (2)交流电弧 (3)电火花 (4)高频电感耦合等离子体 答案：（1） 9.下面几种常用的激发光源中, 激发温度最高的是 ( ) (1)直流电弧 (2)交流电弧 (3)电火花 (4)高频电感耦合等离子体 答案：（3） 10.用原子发射光谱法直接分析海水中重金属元素时, 应采用的光源是 ( )
光谱分析仪
光谱分析仪 一、概述 光谱分析仪是在平时的光通信波分复用产品中较常使用到的仪表，当WDM系统刚出现时，多用它测试信号波长和光信噪比。其主要特点是动态范围大，一般可达70dB；灵敏度好，可达-90dBm；分辨率带宽小，一般小于0.1nm；比较适合于测试光信噪比。另外测量波长范围大，一般在600~1700nm.，但是测试波长精度时却不如多波长计准确。 在光谱的测量、各参考点通路信号光功率、各参考点光信噪比、光放大器各个波长的增益系数和增益平坦度的测试都可以使用光谱分析仪。光谱分析仪现在也集成了WDM的分析软件，可以很方便地把WDM的各个波长的中心频率、功率、光信噪比等参数用菜单的方式显示出来。 二、常用参数的测试 光谱分析仪的屏幕显示测量条件、标记值、其它数据以及测量波形。屏幕各部分的名称显示如下：
图1：屏幕各部分的名称 1、光谱谱宽的测量 谱宽即光谱的带宽，使用光谱分析仪可以测量LD、发光二极管的谱宽。在光谱的谱宽测量时，要特别注意光谱分析仪系统分辨率的选择，即原理上光谱分析仪的分辨率应当小于被测信号谱宽的1/10.，一般推荐设置为至少小于被测信号谱宽的1/5。 在实际的测量中，为了能够准确测量数据，一般选择分辨率带宽为0.1nm以下。分辨率带宽RES位于SETUP菜单中的第一项，直接输入所要设定的分辨率带宽的大小即可。如下图2、3、4所示（图中只为区别光谱形状的不同），当选择的分辨率带宽不同时，从光谱分析仪观察到的光谱形状有很大的不同，并且所测量得到的谱宽大小的不同。
图2：分辨率带宽RES=0.5nm时的光谱形状 图3：分辨率带宽RES=0.1nm时的光谱形状
光谱分析知识点
原子发射光谱分析 1、原子发射光谱分析的基本原理（依据） 2、ICP光源形成的原理及特点（习题2） ：ICP是利用高频加热原理。 当在感应线圈上施加高频电场时，由于某种原因（如电火花等）在等离子体工作气体中部分电离产生的带电粒子在高频交变电磁场的作用下做高速运动，碰撞气体原子，使之迅速、大量电离，形成雪崩式放电，电离的气体在垂直于磁场方向的截面上形成闭合环形的涡流，在感应线圈内形成相当于变压器的次级线圈并同相当于初级线圈的感应线圈耦合，这种高频感应电流产生的高温又将气体加热、电离，并在管口形成一个火炬状的稳定的等离子体焰矩。 其特点如下： 工作温度高、同时工作气体为惰性气体，因此原子化条件良好，有利于难熔化合物的分解及元素的激发，对大多数元素有很高的灵敏度。 （2）由于趋肤效应的存在，稳定性高，自吸现象小，测定的线性范围宽。（3）由于电子密度高，所以碱金属的电离引起的干扰较小。 （4）ICP属无极放电，不存在电极污染现象。 （5）ICP的载气流速较低，有利于试样在中央通道中充分激发，而且耗样量也较少。 （6）采用惰性气体作工作气体，因而光谱背景干扰少。 3、掌握特征谱线、共振线、灵敏线、最后线、分析线的含义及其它们之间的内 在联系。（习题3） 4、：由激发态向基态跃迁所发射的谱线称为共振线(resonance line)。共振线 具有最小的激发电位，因此最容易被激发，为该元素最强的谱线。 5、灵敏线(sensitive line) 是元素激发电位低、强度较大的谱线，多是共振 线(resonance line)。 最后线(last line) 是指当样品中某元素的含量逐渐减少时，最后仍能观察到的几条谱线。它也是该元素的最灵敏线。 进行分析时所使用的谱线称为分析线(analytical line)。 由于共振线是最强的谱线，所以在没有其它谱线干扰的情况下，通常选择共振线作为分析线。 发射光谱定性分析的基本原理和常用方法。（习题5 由于各种元素的原子结构不同，在光源的激发下，可以产生各自的特征谱线，其波长是由每种元素的原子性质决定的，具有特征性和唯一性，因此可以通过检查谱片上有无特征谱线的出现来确定该元素是否存在，这就是光谱定性分析的基础。 进行光谱定性分析有以下三种方法： （1）比较法。将要检出元素的纯物质或纯化合物与试样并列摄谱于同一感光板上，在映谱仪上检查试样光谱与纯物质光谱。若两者谱线出现在同一波长位置上，即可说明某一元素的某条谱线存在。本方法简单易行，但只适用于试样中指定组分的定性。
光谱分析原理
拉曼光谱、红外光谱、XPS的原理及应用 作者: 3040821025(站内联系TA)发布: 2007-10-26 拉曼光谱的原理及应用 拉曼光谱由于近几年来以下几项技术的集中发展而有了更广泛的应用。这些技术是：CCD 检测系统在近红外区域的高灵敏性，体积小而功率大的二极管激光器，与激发激光及信号过滤整合的光纤探头。这些产品连同高口径短焦距的分光光度计，提供了低荧光本底而高质量的拉曼光谱以及体积小、容易使用的拉曼光谱仪。 （一）含义 光照射到物质上发生弹性散射和非弹性散射. 弹性散射的散射光是与激发光波长相同的成分.非弹性散射的散射光有比激发光波长长的和短的成分, 统称为拉曼效应当用波长比试样粒径小得多的单色光照射气体、液体或透明试样时，大部分的光会按原来的方向透射，而一小部分则按不同的角度散射开来，产生散射光。在垂直方向观察时，除了与原入射光有相同频率的瑞利散射外，还有一系列对称分布着若干条很弱的与入射光频率发生位移的拉曼谱线，这种现象称为拉曼效应。由于拉曼谱线的数目，位移的大小，谱线的长度直接与试样分子振动或转动能级有关。因此，与红外吸收光谱类似，对拉曼光谱的研究，也可以得到有关分子振动或转动的信息。目前拉曼光谱分析技术已广泛应用于物质的鉴定，分子结构的研究谱线特征 （二）拉曼散射光谱具有以下明显的特征： a.拉曼散射谱线的波数虽然随入射光的波数而不同，但对同一样品，同一拉曼谱线的位移与入射光的波长无关,只和样品的振动转动能级有关； b. 在以波数为变量的拉曼光谱图上，斯托克斯线和反斯托克斯线对称地分布在瑞利散射线两侧, 这是由于在上述两种情况下分别相应于得到或失去了一个振动量子的能量。 c. 一般情况下，斯托克斯线比反斯托克斯线的强度大。这是由于Boltzmann分布，处于振动基态上的粒子数远大于处于振动激发态上的粒子数。 （三）拉曼光谱技术的优越性 提供快速、简单、可重复、且更重要的是无损伤的定性定量分析，它无需样品准备，样品可直接通过光纤探头或者通过玻璃、石英、和光纤测量。此外 1 由于水的拉曼散射很微弱，拉曼光谱是研究水溶液中的生物样品和化学化合物的理想工具。 2 拉曼一次可以同时覆盖50-4000波数的区间，可对有机物及无机物进行分析。相反，若
原子发射光谱分析习题
原子发射光谱分析习题 一、简答题 1. 试从电极头温度、弧焰温度、稳定性及主要用途比较三种常用光源（直流、交流电弧，高压火花）的性能。 2．摄谱仪由哪几部分构成？各组成部件的主要作用是什么？ 3．简述ICP的形成原理及其特点。 4. 何谓元素的共振线、灵敏线、最后线、分析线，它们之间有何联系？ 5. 光谱定性分析的基本原理是什么？进行光谱定性分析时可以有哪几种方法？说明各个方法的基本原理和使用场合。 6. 结合实验说明进行光谱定性分析的过程。 7. 光谱定性分析摄谱时，为什么要使用哈特曼光阑？为什么要同时摄取铁光谱？ 8. 光谱定量分析的依据是什么？为什么要采用内标？简述内标法的原理。内标元素和分析线对应具备哪些条件？为什么？ 9.何谓三标准试样法？ 10. 试述光谱半定量分析的基本原理，如何进行？ 二、选择题 1. 原子发射光谱的光源中，火花光源的蒸发温度（T a ）比直流电弧的蒸发温度 （T b ） ( ) A T a = T b B T a ＜ T b C T a ＞ T b D 无法确定 2. 光电直读光谱仪中，使用的传感器是 ( ) A 感光板 B 光电倍增管 C 两者均可 D 3. 光电直读光谱仪中，若光源为ICP，测定时的试样是 ( )
A 固体 B 粉末 C 溶液 D 4. 用摄谱法进行元素定量分析时，宜用感光板乳剂的 ( ) A 反衬度小 B 展度小 C 反衬度大 D 5. 在进行光谱定量分析时，狭缝宽度宜 ( ) A 大 B 小 C 大小无关 D 6. 用摄谱法进行元素定性分析时,测量感光板上的光谱图采用 ( ) A 光度计 B 测微光度计 C 映谱仪 D 7. 在原子发射光谱的光源中，激发温度最高的是 ( ) A 交流电弧 B 火花 C ICP D 8. 在摄谱仪中，使用的传感器是 ( ) A 光电倍增管 B 感光板 C 两者均可 D 9. 用摄谱法进行元素定量分析时，分析线对应的黑度一定要落在感光板乳剂特性曲线的 ( ) A 惰延量内 B 展度外 C 展度内 D 10. 在进行光谱定性分析时，狭缝宽度宜 ( ) A 小 B 大 C 大小无关 D 11. 用摄谱法进行元素定量分析时，测量感光板上的光谱图采用 ( ) A 光度计 B 仪映谱 C 测微光度计 D 12. 在原子发射光谱分析法中，选择激发电位相近的分析线对是为了 ( ) A 减小基体效应 B 提高激发几率 C 消除弧温的影 响 D 13. 矿石粉末的定性分析，一般选用下列哪种光源 ( )
光谱仪的原理、功能以及分类【详尽版】
光谱仪的原理光谱仪的主要功能以及具体的分类 内容来源网络，由SIMM深圳机械展整理 更多相关展示，就在深圳机械展！ 光谱仪器是进行光谱研究和物质结构分析，利用光学色散原理及现代先进电子技术设计的光电仪器，光谱仪的主要功能是什么，在它工作原理的基础上怎么对其进行分类的，本文将详细的为大家介绍。 光谱仪的主要功能 它的基本作用是测量被研究光（所研究物质反射、吸收、散射或受激发的荧光等）的光谱特性，包括波长、强度等谱线特征。因此，光谱仪器应具有以下功能： （1）分光：把被研究光按一定波长或波数的发布规律在一定空间内分开。 （2）感光：将光信号转换成易于测量的电信号，相应测量出各波长光的强度，得到光能量按波长的发布规律。 （3）绘谱线图：把分开的光波及其强度按波长或波数的发布规律记录保存或显示对应光谱图。 要具备上述功能，一般光谱仪器都可分成四部分组成:光源和照明系统，分光系统，探测接收系统和传输存储显示系统。 主要分类 根据光谱仪器的工作原理可以分成两大类：一类是基于空间色散和干涉分光的光谱仪；另一类是基于调制原理分光的新型光谱仪。本设计是一套利用光栅分光的光谱仪，其基本结构如
图。 光源和照明系统可以是研究的对象，也可以作为研究的工具照射被研究的物质。一般来说，在研究物质的发射光谱如气体火焰、交直流电弧以及电火花等激发试样时，光源就是研究的对象；而在研究吸收光谱、拉曼光谱或荧光光谱时，光源则作为照明工具（如汞灯、红外干燥灯、乌灯、氙灯、LED、激光器等等）。为了尽可能多地会聚光源照射的光强度，并传递给后面的分光系统，就需要设计照明系统。 分光系统是任何光谱仪的核心部分，它一般是由准直系统、色散系统、成像系统三部分组成，作用是将照射来的光在一定空间内按照一定波长规律分开。如图2-1所示，准直系统一般由入射狭缝和准直物镜组成，入射狭缝位于准直物镜的焦平面上。光源和照明系统发出的光通过狭缝照射到准直物镜，变成平行光束投射到色散系统上。色散系统的作用是将入射的单束复合光分解为多束单色光。多束单色光经过成像物镜按照波长的顺序成像在透镜焦平面上；这样，单束的复合光经过分光系统后变成了多束单色光的像。目前主要的色散系统主要有物质色散（如棱镜）、多缝衍射（如光栅）和多光束干涉（如干涉仪）。 探测接收系统的作用是将成像系统焦平面上接收的光谱能量转换成易于测量的电信号，并测
光谱分析仪应用及功能特点
光谱分析仪应用及功能特点 由于近红外光在常规中有良好的传输特性，且其仪器较简单、分析速度快、非破坏性和样品制备量小、几乎适合各类样品（液体、粘稠体、涂层、粉末和固体）分析、多组分多通道同时测定等特点，成为在线分析仪表中的一枝奇葩。近几年，随着化学计量学、光纤和计算机技术的发展，在线近红外光谱分析技术正以惊人的速度应用于包括农牧、食品、化工、石化、制药、烟草等在内的许多领域，为科研、教学以及生产过程控制提供了一个十分广阔的使用空间。光谱分析仪应用于钢铁冶金、有色金属、石油化工、机械制造、能源电力、铁路运输、航空航天、食品卫生、环境保护以及教学科研等各个领域。 直读光谱仪一般属于原子发射光谱，应用于冶金，铸造，有色，黑色金属鉴别，石化，机械制造等行业。国际上比较有名的有美国热电（收购瑞士ARL），德国斯派克，德国布鲁克，日本岛津等比较有名。 手持式光谱仪属于X射线荧光光谱仪，同样属于原子发射光谱仪，但和直读光谱的激发方式不一样，直读光谱靠高压放电激发，X射线是通过X光管来激发，接收原件也不同，检测元素范围和精度低于直读光谱，但应用于合金材料牌号鉴别以及混料筛选，废料回收，野外材料牌号鉴别有特殊用途，因可以做的小巧，一般做成手持式，方便携带。 性能特点 防返油真空技术，采用两级阀门控制。一级通过真空规管控制并与真空泵联动，为世界光谱仪领域最新技术，避免仪器抽真空带来的噪声、故障，防返油真空技术，避免油蒸汽对光学系统造成的污染，大大提高了仪器的使用寿命。 1.仪器采用的独立出射狭缝为国内首创，世界先进。金属整缝的特点是仪器调试方便、快捷，便于出射狭缝增加通道(用户可仅考虑目前应用的元素，以后需要的通道可随时增加)节约成本。 2.自动高压系统为世界先进水平。该系统可通过计算机控制每个通道提供8档高压，使同一通道可以在不同分析程序中得到应用，提高了通道的利用率和谱线最佳线性范围在分析不同材料中的采用，减少了通道的采用数量，降低了成本。 3.自动描迹为世界领先水平，同类仪器国内空白。自动描迹可大大缩短校准仪器所用的时间，使仪器校准变得简单、方便，非专业人员既可进行描迹操作。仪器设有内部恒温系统。大大减小了环境温度变化对光学系统造成的漂移。 4.WINDOWS系统下的中文操作软件，方便国内使用。不同层次的操作员可随时调用相关帮助菜单来指导对仪器的操作;分析速度快捷，20秒内测完所有通道的化学成分;针对不同的分析材料，通过制作预燃曲线来确定分析时间，使仪器用最短的时间达到最优的分析效果;预制好合理的工作曲线，用户可免购大量标样，节约使用成本，安装后即可投入使用。 5.多功能光源国内空白。多功能光源的采用可扩大元素的分析范围，满足超高含量以及痕量元素的分析;各系统独立供电，单元化设计，维修方便快捷。单元化的设计可达到非专业人员的快速维修，为互联网摇诊仪器故障做好了充分准备。
成都地区太阳紫外辐射光谱的观测与分析
第28卷,第4期 光谱学与光谱分析Vol 128,No 14,pp8752878 2008年4月 Spectroscopy and Spectral Analysis April ,2008 成都地区太阳紫外辐射光谱的观测与分析 孙 鹏,何 捷3,赵晓艳,左浩毅,杨经国 四川大学物理系,四川成都 610064 摘 要 利用紫外CCD 光学多道分析器,对成都地区2006年3月至7月UVA 和UVB 波段太阳紫外辐射 光谱进行了观测,对这一地区紫外辐射的基本特征进行了统计分析。分析表明:太阳紫外辐射在一天内早晚小,中午大,一年中6月份达到最强,与太阳天顶角的变化密切相关;UVB 辐射积分通量远小于UVA 辐射积分通量,其比值一般小于0104,在天气晴好时下午大于上午;雾能导致UVB 辐射积分通量与UVA 辐射积分通量的比值增大,其原因是雾对UVA 辐射衰减强于对UVB 辐射衰减;云对太阳紫外辐射存在异常吸收。 关键词 太阳紫外光谱;CCD 光学多道分析器;UVA ;UVB 中图分类号:P18213 文献标识码:A 文章编号:100020593(2008)0420875204 收稿日期:2006212201,修订日期:2007203206 基金项目:国家自然科学基金项目(60478044,10475058)资助 作者简介:孙 鹏,1982年生,四川大学物理学院在读研究生 e 2mail :peng3219@https://www.wendangku.net/doc/d69959382.html, 3通讯联系人 e 2mail :schjdxx163@1631com 引 言 尽管太阳紫外辐射在太阳总辐射中只占很小的比例(紫 外波段辐射能量约占太阳辐射总能量的8%),但因其对生物学、医学及环境科学方面具有重要影响,因此受到人们的广泛关注[1]。 到达地表的太阳紫外辐射要受到臭氧层吸收,光化学反应,气溶胶粒子及云滴粒子散射,空气分子散射,以及测站纬度和太阳天顶角等因素的影响 [2] 。大气臭氧层吸收了太阳 紫外辐射的70%～80%[3],构成了对地球生态系统的一个天然保护层。随着大气污染的进一步加剧,大气中氟氯化烃(CFC S )、氮氧化物(N 2O )等化学物质含量的显著升高,使平流层的臭氧(O 3)层逐年变薄,导致到达地面的太阳紫外辐射不断增强。这将对动物、植物以及人类本身造成许多不良的影响,使人类的生存环境面临巨大威胁[4]。太阳紫外辐射的过度照射会对人的健康产生不利影响,使人容易患白内障、皮肤癌等疾病,并使人的免疫系统受到干扰,导致一系列传染病和免疫系统疾病的发生[5]。因此,有必要对太阳紫外辐射进行有效的观测,研究太阳紫外辐射的特征和传输规律,制定出切实可靠的应对方法。成都地区地处西南腹地,云雾多晴天少,紫外辐射的观测有一定难度。 目前,太阳紫外辐射探测主要是采用滤色片式的分波段总量测量,其缺陷是不能对太阳紫外辐射各光谱段进行精确 测量,难以分析和判断各光谱段对环境和人体的影响。冯志庆、李福田[6]、刁丽军[7]等人使用光栅光谱仪分光、光电倍增管接收,测量了太阳紫外辐射光谱。使用光电倍增管接收方法及光栅扫描,难以实现光谱的实时探测。赵晓艳等成功地使用紫外CCD 光学多道分析器观测了成都地区2005年冬季的太阳紫外辐射光谱[8]。为获得成都地区紫外辐射详细信息,研究这一地区紫外辐射的基本规律,本工作使用自制紫外光学多道分析器对成都地区2006年3月至7月太阳紫外辐射光谱进行了长期系统的测量,同时将所测结果与紫外辐射表测量结果进行对比分析,获得了有意义的研究结果。 1 实验装置 紫外CCD 光学多道分析器基本结构如图1所示。入射太阳光由可变光阑L 调节入射光强,经石英凸透镜P 会聚,由紫外光纤导入光栅多色仪,经光栅分光后光谱图像被紫外 CCD 探测器(CCD ,EG &G RETICON RL2048D KQ )转换为相应的电信号,在专用驱动电源(CCD driver )支持下,信号经放大,采样保持,模数变换,进入专用微机(MPC )[9]。自编的Visual C ++专用应用软件用于系统控制,实现太阳紫外辐射光谱的采集分析。所研制的紫外CCD 光学多道分析器应用于太阳紫外光谱采集时,一次采集紫外光谱范围:280
紫外光谱分析仪基础知识
紫外光谱分析仪基础知识 紫外,可见光谱法及相关仪器 UV-VIS Spectrometry & Instrument 紫外,可见光谱法及相关仪器 一(紫外,可见吸收光谱概述 二(紫外,可见分光光度计2 1(紫外,可见分光光度计的主要部件 2(紫外,可见分光光度计的分类 3(紫外,可见分光光度计的各项指标含义 4(紫外,可见分光光度计的校正 三(紫外,可见分光光度计的应用 四(紫外,可见分光光度计的进展 一(紫外,可见吸收光谱概述 利用紫外,可见吸收光谱来进行定量分析由来已久，可追溯到古代，公元60年古希腊已经知道利用五味子浸液来估计醋中铁的含量，这一古老的方法由于最初是运用人眼来进行检测，所以又称比色法。到了16、17世纪，相关分析理论开始蓬勃发展，1852年，比尔(Beer)参考了布给尔(Bouguer)1729年和朗伯(Lambert)在1760年所发表的文章，提出了分光光度的基本定律，即液层厚度相等时，颜色的强度与呈色溶液的浓度成比例，从而奠定了分光光度法的理论基础，这就是著名的朗伯,比尔定律。 1(紫外,可见吸收光谱的形成 吸光光度法也称做分光光度法，但是分光光度法的概念有些含糊，分光光度是指仪器的功能，即仪器进行分光并用光度法测定，这类仪器包括了分光光度计与原
子吸收光谱仪(AAS)。吸光光度法的本质是光的吸收，因此称吸光光度法比较合理，当然，称分子吸光光度法是最确切的。 紫外,可见吸收光谱是物质中分子吸收200-800nm光谱区内的光而产生的。这种分子吸收光谱产生于价电子和分子轨道上的电子在电子能级跃迁(原子或分子中的电子，总是处在某一种运动状态之中。每一种状态都具有一定的能量，属于一定的能级。这些电子由于各种原因(如受光、热、电的激发)而从一个能级转到另一个能级，称为跃迁。)当这些电子吸收了外来辐射的能量就从一个能量较低的能级跃迁到一个能量较高的能级。因此，每一跃迁都对应着吸收一定的能量辐射。具有不同分子结构的各种物质，有对电磁辐射显示选择吸收的特性。吸光光度法就是基于这种物质对电磁辐射的选择性吸收的特性而建立起来的，它属于分子吸收光谱。跃迁所吸收的能量符合波尔条件: hvEE,,2121 二(紫外,可见分光光度计 1854年，杜包斯克(Duboscq)和奈斯勒(Nessler)等人将此理论应用于定量分析化学领域，并且设计了第一台比色计。到1918年，美国国家标准局制成了第一台紫外可见分光光度计。此后，紫外,可见分光光度计经不断改进，又出现自动记录、自动打印、数字显示、微机控制等各种类型的仪器，仪器的灵敏度和准确度也不断提高，其应用范围也不断扩大。 1(紫外,可见分光光度计的主要部件 全世界的紫外,可见分光光度计生产厂家有上百家，产品型号成千上万，但就基本结构来说，都是由五个部分组成，即光源、单色器(单色仪)、吸收池、检测器和信号指示系统。如下图所示: 信号指光源单色器吸收池检测器示系统光源
傅立叶变换红外光谱仪的基本原理
傅立叶变换红外光谱仪的 基本原理及其应用 红外光谱仪是鉴别物质和分析物质结构的有效手段，其中傅立叶变换红外光谱仪（FT-IR）是七十年代发展起来的第三代红外光谱仪的典型代表。它是根据光的相干性原理设计的，是一种干涉型光谱仪，具有优良的特性，完善的功能，并且应用围极其广泛，同样也有着广泛的发展前景。本文就傅立叶变换红外光谱仪的基本原理作扼要的介绍，总结了傅立叶变换红外光谱法的主要特点，综述了其在各个方面的应用，并对傅立叶变换红外光谱仪的发展方向提出了一些基本观点。 关键词：傅立叶变换红外光谱仪；基本原理；应用；发展
目录 摘要................................................................................... I ABSTRACT......................................................................... II 1 傅里叶红外光谱仪的发展历史 (1) 2 基本原理 (4) 2.1光学系统及工作原理 (4) 2.2傅立叶变换红外光谱测定 (6) 2.3傅立叶变换红外光谱仪的主要特点 (7) 3 样品处理 (8) 3.1气体样品 (8) 3.2液体和溶液样品 (8) 3.3固体样品 (8) 4 傅立叶变换红外光谱仪的应用 (9) 4.1在临床医学和药学方面的应用⑷ (9) 4.2在化学、化工方面的应用 (10) 4.3在环境分析中的应用 (11) 4.4在半导体和超导材料等方面的应用⑼ (11) 5 全文总结 (12) 参考文献 (13)
仪器分析光谱法总结
AES 原子发射光谱：原子的外层由高层能及向底层能级，能量以电磁辐射的形式发射出去， 这样就得到了发射光谱。原子发射一般是线状光谱。 原理：原子处于基态，通过电至激发，热至激发或者，光至激发等激发作用下，原子获得能 量，外层电子从基态跃迁到较高能态变成激发态，经过10-8s ，外层电子就从高能级向较低 能级或基态跃迁，多余能量的发射可得到一条光谱线。 光谱选择定律：①主量子数的变化△n 为包括零的整数，②△L=±1,即跃迁只能在S 项与P 项间，P 与S 或者D 间，D 到P 和F 。③△S=0，即不同多重性状间的迁移是不可能的。 ③△J=0，±1。但在J=0时，J=0的跃迁是允许的。 N 2S+1L J 影响谱线强度的主要因素：1激发电位2跃迁概率3 统计权重4激发温度（激发温度↑离子 ↑原子光谱↓离子光谱↑）5原子密度 原子发射光谱仪组成：激发光源，色散系统，检测系统， 激发光源：①火焰：2000到3000K ，只能激发激发电位低的原子：如碱性金属和碱土金属。 ② 直流电弧：4000到7000K ，优点：分析的灵敏度高，背景小，适合定量分析和低含量的 测定。缺点：不宜用于定量分析及低熔点元素的分析。 ③交流电弧：温度比直流高，离子线相对多，稳定性比直流高，操作安全，但灵敏度差 ④火花：一万K ，稳定性好，定量分析以及难测元素。每次放电时间间隔长，电极头温度低。 适合分析熔点低。缺点：灵敏度较差，背景大，不宜做痕量元素分析（金属，合金等组成均 匀的试样）⑤辉光 激发能力强，可以激发很难激发的元素，（非金属，卤素，一些气体）谱 线强度大，背景小，检出限低，稳定性好，准确度高（设备复杂，进样不方便）⑥电感耦合 等离子体10000K 基体效应小，检出限低，限行范围宽⑦激光 一万K ，适合珍贵样品 分光系统：单色器：入射狭缝，准直装置，色散装置，聚焦透镜，出射狭缝。 棱镜：分光原理：光的折射，由于不同的光有不同的折射率，所以分开。 光栅：光的折射与干涉的总效果，不同波长的光通过光栅作用各有不同的衍射角。 分辨率： 原子发射检测法：①目视法，②光电法， ③摄谱法：用感光板来记录光谱，感光板：载片（光学玻璃）和感光乳剂（精致卤化 银精致明胶）。 曝光量H=Et E 感光层接受的照度、 黑度：S=lgT -1=lg io/i io 为没有谱线的光强，i 通过谱线的光强度i ,透过率T 定性分析：铁光谱比较法，标样光谱比较法，波长测定法。 定量法：①基本原理②内标法 ⑴内标元素和被测元素有相近的物理化学性质，如沸点，熔 点近似，在激发光源中有相近的蒸发性。⑵内标元素和被测元素有相近的激发能，如果选用 离子线组成分析线对时，则不仅要求两线对的激发电位相等，还要求内标元素的电离电位相 近。⑶内标元素是外加的，样品中不应有内标元素，⑷内标元素的含量必须适量且固定，⑸ 汾西线和内标线无自吸或者自吸很小，且不受其他谱线干扰。⑹如采用照相法测量谱线强度， 则要求两条谱线的波长应尽量靠近。 简述内标法基本原理和为什么要使用内标法。 答：内标法是通过测量谱线相对强度进行定量分析的方法。通常在被测定元素的谱线中选一 条灵敏线作为分析线，在基体元素（或定量加入的其它元素）的谱线中选一条谱线为比较线， 又称为内标线。分析线与内标线的绝对强度的比值称为分析线对的相对强度。在工作条件相 对变化时，分析线对两谱线的绝对强度均有变化，但对分析线对的相对强度影响不大，因此 可准确地测定元素的含量。从光谱定量分析公式a c b I lg lg lg +=，可知谱线强度I 与元素 的浓度有关，还受到许多因素的影响，而内标法可消除工作条件变化等大部分因素带来的影 响。 激发电位：原子中某一外层电子由基态激发到高能级所需要的能量。共振线：由激发态像基 态跃迁所发射的谱线。（共振线具有最小电位，最容易被激发，最强谱线） 火花线：火法激发产生的谱线，激发能量大，产生的谱线主要是离子线。又称共振线。
高精度LED光谱分析系统
一、关于组合式光色电分析系统的数量清单，提供如下： 积分球/光谱分析仪可以配置电脑直接检测光源(节能灯,荧光灯,HID灯,白织灯,LED灯等)的相对光谱功率分布、色品坐标、相关色温、显色指数、色容差、峰值波长、光通量、光效、电压、电流等光色电参数组合式综合测试仪,由以下仪器组成. HSP系列组合式光谱分析系统 1、HSP-3000光谱分析仪（进口器件） 可测试参数： 相对光谱功率分布：P(λ)；色品坐标：(x,y)、(u,v)；相关色温：(Tc)； 显色指数：Ra; Ri(I=1~14)；色容差 (含国际和国内标准)； 峰值波长、半宽度（光谱辐射带宽）；红色比。 可自动测试光电变化曲线,适时监测电参数,光参数以及光效等。可直接保存为EXCEL文档，方便存档记录数据。 主要技术性能指标： 波长：380－780nm；波长准确度：±0.2nm； 波长重复性：±0.1nm；采样间隔：5nm； 光通量测试：根据积分球大小决定 光度线性：0.3％；光度准确度：一级（全范围）； 色品坐标准确度：±0.0003（相对于稳定度优于0.0001的标 准光源和中国计量院直接传值）； 色温测量范围：1500k-25000k； 色温准确度：±0.3％（相对于稳定度优于±0.1％的标 准光源和中国计量院直接传值）
显色指数测量范围：0－100.0；显色指数测量误差：±（0.3％rd+0.5）； 色容差准确度：±0.5（相对于稳定度优于0.15的标准光 源和中国计量院直接量传计算值）； 环境温度测量范围：―10℃∽80℃；球内温度测量范围：―10℃∽100℃； 新增功能： ㈠采用RS-232-C串口通讯或USB转RS-232-C串口通讯，无需插卡。 操作系统Windows/2000或Windows/XP。 ㈡快速负高压自动调节，不仅使测量时间更快，更大大降低了仪器的磨损。 ㈢仪器可自动校准系统误差，并增加了定时器功能，能自动进入测量。 ㈣环境温度、测光球内温度的同步监测，使测量条件更直观，资料更可靠。 ㈤光谱功率分布可选择彩色和黑白显示及打印。 ㈥测试报告中色品图与色容差图可自由转换，适合各类光源的测试㈦采用了更高精度的A/D转换，测量灵敏度和重复性更高。 2、1.5米导光纤维 主要用于HSP-3000光谱分析仪和积分球之间的光信号传输。 3、HP502标准灯专用电源 标准光源的供电电源，恒流源，带四位半数显电流表头。 ●输出范围：电压0.00 —30.00V，电流0.000 — 5.000A； ●稳压时电压稳定度：0.10 V —30.00V：≤5mV ●稳流时电流稳定度： 0.000 A —1.000 A：≤0.2mA 1.000 A —3.000 A：≤0.8mA 3.000 A —5.000 A：≤2mA 4、24V/50W通用标准光源（德国OSRAM） ●在标定的工作电流下具有稳定的可复现的色温（光谱分布）及光通量，用于HSP系列光谱分析系统的色温（光谱分布）定标及HP系列等光度计的光通量定标，量值可溯源至中国计量院。 5、2.0米积分球(特殊工艺喷涂) ●设计完全符合相应国际及国内标准的要求,内壁涂层主要材料选用分析纯硫酸钡（BaSO4）,化学稳定性好，日久不易泛黄；球体材料选用冷轧钢板，不易变形；底座高度可调，能确保积分球的水平放置；多个接口可满足光源多项测试同时进行。 6、HP105电参数测量仪 在测量光源光参数的同时，监测光源的电压、电流、功率、功率因子/频率。可与HSP-3000 软件自动通讯。 ●四窗口同时显示：电压、电流、功率、功率因数/频率；
原子发射光谱原理及应用
原子发射光谱分析法一、 一、基本原理 基本原理 二、装置与仪器 三、等离子体发射光谱仪 四、 四、定性定量分析方法 定性定量分析方法 atomic emission spectrometry,AES 2009-10-23
第一节基本原理 一、概述 generalization 原子发射光谱分析法（atomic emission spectroscopy ，AES）：元素在受到热或电激发时，由基态跃迁到激发态，返回到基态时，发射出特征光谱，依据特征光谱进行定性、定量的分析方法。 2009-10-23
2009-10-23 ?1859年，基尔霍夫(Kirchhoff Kirchhoff G R) G R)、本生(Bunsen R W Bunsen R W) )?研制第一台用于光谱分析的分光镜，实 现了光谱检验；
2009-10-23 ?1930年以后，建立了光谱定量分析方法； ?原子光谱 ＜＞ 原子结构 ＜＞ 原子结构理论＜＞ 新元素 ?在原子吸收光谱分析法建立后，其在分析化学中的作用下降，新光源(ICP)、新仪器的出现，作用加强。
原子发射光谱分析法的特点: (1)可多元素同时检测 各元素同时发射各自的特征光谱； (2)分析速度快 试样不需处理，同时对几十种元素进行定量分析(光电直读仪)； (3)选择性高 各元素具有不同的特征光谱； 2009-10-23
2009-10-23 ?(4)检出限较低 10～0.1μg ?g-1(一般光源)；n g ?g-1(ICP ） ?(5)准确度较高 5%～10% 10% ((一般光源）； < <1% (1% (1% (ICP) ICP) ；? (6)(6)ICP-AES ICP-AES 性能优越 线性范围4～6数量级，可测高、中、低不同含量试样； ?缺点：非金属元素不能检测或灵敏度低。
紫外吸收光谱的基本原理
紫外吸收光谱的基本原理，应用与其特点 紫外吸收光谱的基本原理 吸收光谱的产生 许多无色透明的有机化合物，虽不吸收可见光，但往往能吸收紫外光。如果用一束具有连续波长的紫外光照射有机化合物，这时紫外光中某些波长的光辐射就可以被该化合物的分子所吸收，若将不同波长的吸收光度记录下来，就可获的该化合物的紫外吸收光谱. 紫外光谱的表示方法 通常以波长λ为横轴、吸光度A（百分透光率T%）为纵轴作图，就可获的该化合物的紫外吸收光谱图。 吸光度A，表示单色光通过某一样品时被吸收的程度A=log(I0/I1), I0入射光强度，I1透过光强度； 透光率也称透射率T，为透过光强度I1与入射光强度I0之比值，T= I1/I0透光率T与吸光度A的关系为A=log(1/T) 根据朗伯-比尔定律，吸光度A与溶液浓度c成正比A=εbc ε为摩尔吸光系数，它是浓度为1mol/L的溶液在1cm的吸收池中，在一定波长下测得的吸光度，它表示物质对光能的吸收强度，是各种物质在一定波长下的特征常数，因而是检定化合物的重要数据；c为物质的浓度，单位为mol/L；b为液层厚度，单位为cm。 在紫外吸收光谱中常以吸收带最大吸收处波长λmax和该波长下的摩尔吸收系数εmax来表征化合物吸收特征。吸收光谱反映了物质分子对不同波长紫外光的吸收能力。吸收带的许多无色透明的有机化合物，虽不吸收可见光，但往往能吸收紫外光。如果用一束具有连续波长的紫外光照射有机化合物，这时紫外光中某些波长的光辐射就可以被该化合物的分子所吸收，若将不同波长的吸收光度记录下来，就可获的该化合物的紫外吸收光谱. 通常以波长λ为横轴、吸光度A（百分透光率T%）为纵轴作图，就可获的该化合物的紫外吸收光谱图。 吸光度A，表示单色光通过某一样品时被吸收的程度A=log(I0/I1), I0入射光强度，I1透过光强度； 透光率也称透射率T，为透过光强度I1与入射光强度I0之比值，T= I1/I0透光率T与吸光度A的关系为A=log(1/T) 根据朗伯-比尔定律，吸光度A与溶液浓度c成正比A=εbc ε为摩尔吸光系数，它是浓度为1mol/L的溶液在1cm的吸收池中，在一定波长下测得的吸光度，它表示物质对光能的吸收强度，是各种物质在一定波长下的特征常数，因而是检定化合物的重要数据；c为物质的浓度，单位为mol/L；b为液层厚度，单位为cm。 在紫外吸收光谱中常以吸收带最大吸收处波长λmax和该波长下的摩尔吸收系数εmax来表征化合物吸收特征。吸收光谱反映了物质分子对不同波长紫外光的吸收能力。吸收带的形状、λmax和εmax与吸光分子的结构有密切的关系。各种有机化合形状、λmax 和εmax与吸光分子的结构有密切的关系。各种有机化合物的λmax和εmax都有定值，同类化合物的εmax比较接近，处于一个范围。 紫外吸收光谱是由分子中价电子能级跃迁所产生的。由于电子能级跃迁往往要引起分子中核的运动状态的变化，因此在电子跃迁的同时，总是伴随着分子的振动能级和转动能级的跃迁。考虑跃迁前的基态分子并不是全是处于最低振动和转动能级，而是分布在若干不同的