一、 光譜分析簡(jiǎn)介  

1、 電磁輻射的基本特征  

  光譜是按照波長(zhǎng)（或波數(shù)、頻率）順序排列的電磁輻射。天空的彩虹、自然界的極光等均是人們?cè)缙谟^察到的光譜，但它們僅是電磁輻射的很小的一部分可見光譜。還有大量的不能被人們直接看到的和感覺到的光譜，如γ射線、x射線、紫外線、紅外線、微波及無線電波等，這些也都是電磁輻射，它們只是頻率或波長(zhǎng)不同而已。  電磁輻射實(shí)際是一種以巨大速度通過空間而傳播的能量（光量子流），具有波動(dòng)性和微粒性。  就波動(dòng)性而言，電磁輻射在空間的傳播具有波的性質(zhì)，如同聲波、水波的傳播一樣，可以用速度、頻率、波長(zhǎng)和振幅這樣一些參數(shù)來描述，并且傳播時(shí)不用任何介質(zhì)，且易于通過真空。在真空中所有電磁輻射的速度相同，常用光速（c）來表示，c的數(shù)值為：2.99792*103米/秒。  在一定的介質(zhì)中，它們之間的關(guān)系為 δ＝V/C=1/λ  式中：V-------頻率，單位時(shí)間內(nèi)的波數(shù)；λ„„„„波長(zhǎng)，為沿波的傳播方向、相鄰兩個(gè)波間相位相同的兩點(diǎn)之間的距離；δ„„„„波數(shù)，單位長(zhǎng)度內(nèi)波長(zhǎng)的個(gè)數(shù)。C是光速。 就電磁輻射的微粒性來說，每個(gè)光量子均有其特征的能量ε，它們與波長(zhǎng)或頻率之間的關(guān)系可以用普朗克（Planck）公式表示：  ε＝hv＝h（c/λ）波長(zhǎng)是相鄰間相位相同的兩點(diǎn)之間的距離 式中：h是普朗克常數(shù)，其值為6.626*10-34 焦耳/秒、

2、電磁波譜區(qū)域 

   電磁輻射按波長(zhǎng)順序排列稱磁波譜。他們是物質(zhì)內(nèi)部運(yùn)動(dòng)的一種客觀反映，也就是說任一波長(zhǎng)的光量子的能量ε與物質(zhì)的內(nèi)能變化△E=E2-E1=ε＝hv＝h（c/λ）如果已知物質(zhì)由一種狀態(tài)，E2過渡到另一種狀態(tài)E1時(shí)，其能量差為△E=E2-E1 便可按照公式計(jì)算出相應(yīng)的光量子的波長(zhǎng)。下表列出了各輻射區(qū)域、波長(zhǎng)范圍及相應(yīng)的能及躍遷類型。

對(duì)于成分分析主要應(yīng)用近紫外及可見光區(qū)。 

 3、光譜分析內(nèi)容  

    光譜分析是根據(jù)物質(zhì)的特征光譜來研究化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)和存在狀態(tài)的一類分析領(lǐng)域?？杉?xì)分為原子發(fā)射光譜分析、原子吸收光譜分析、分子發(fā)射光譜分析、分子吸收光譜分析、X射線熒光光譜分析、紅外和拉曼光譜分析等各類分析方法。  原子發(fā)射光譜分析是根據(jù)試樣物質(zhì)中氣態(tài)原子（或離子）被激發(fā)以后，其外層電子輻射躍遷所發(fā)射的特征輻射能（不同的光譜），來研究物質(zhì)化學(xué)組成的一種方法。常稱為光譜化學(xué)分析，也簡(jiǎn)稱為光譜分析。光電光譜分析方法是用光電轉(zhuǎn)換器件進(jìn)行測(cè)量的發(fā)射光譜分析。在光電光譜分析中，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用已很普遍。

 二、光電光譜分析的基本原理和發(fā)展情況  

1、基本原理 

  測(cè)定物質(zhì)的組成，是人類認(rèn)識(shí)自然，改造自然必要的。物質(zhì)系由分子或原子所組成。欲測(cè)定物質(zhì)的組成，通常用化學(xué)分析法，但光譜分析也是廣泛采用的方法。 物質(zhì)都有其屬性，通過屬性可以區(qū)別不同的物質(zhì)。由于物質(zhì)的組成不同，在一定條件下物質(zhì)能發(fā)射其特征的光譜。我們就是利用光譜這個(gè)屬性來測(cè)定物質(zhì)的組成。  由于光具有波動(dòng)物質(zhì)，所以光的一個(gè)標(biāo)志是它的波長(zhǎng)。不同顏色的光彩表明它們的波長(zhǎng)不同。由短波的紫光到長(zhǎng)波的紅光組成全部可見光。按照波長(zhǎng)分開而排列的一系列不同波長(zhǎng)的光就組成所謂光譜。廣義而言，可用于分析工作的光譜的范圍可以包括更大電磁波的范圍，大約波長(zhǎng)范圍由10-10至10厘米。但發(fā)射光譜分析工作的光譜范圍只是紫外光域的一部分，波長(zhǎng)約為1600埃－8500埃（可見光域的波長(zhǎng)范圍約為4000埃－7000埃）物質(zhì)能發(fā)射光譜，物質(zhì)對(duì)光且有吸收、散射等作用。這些現(xiàn)象都可以利用來作物質(zhì)的測(cè)定。這里討論的限于發(fā)射光譜分析，或者說的嚴(yán)密一些，應(yīng)稱作發(fā)射光譜化學(xué)分析。但為簡(jiǎn)單起見，我們就稱之為光譜分析。  物質(zhì)發(fā)射的光譜有三種，線狀光譜、帶狀光譜及連續(xù)光譜。線狀光譜系由原子或離子被激發(fā)而發(fā)射，因此只有當(dāng)物質(zhì)在離解成原子或離子時(shí)（一般氣態(tài)或高溫下）才發(fā)射線狀光譜。帶狀光譜系由分子被激發(fā)而發(fā)射，而連續(xù)光譜系由炙熱的固體或液體所發(fā)射。在通常進(jìn)行光譜分析所用的激發(fā)光源火焰、電弧或電火花的作用下，分析的物質(zhì)處在高溫的氣態(tài)下，一般都離解為原子或離子，因而被激發(fā)后發(fā)射的是線狀光譜。所以光譜分析所利用的是線狀光譜中的譜線，并且所得結(jié)果只能給出組成元素的種類及含量，而不顯示物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)。 每一種元素的原子被激發(fā)后，可以產(chǎn)生一組其特征的光譜，而特征光譜的出現(xiàn)就能證明此種元素在輻射源中存在。。原子或離子被激發(fā)而產(chǎn)生十?dāng)?shù)萬條光譜的譜線已經(jīng)測(cè)定它們的波長(zhǎng)。由于測(cè)定波長(zhǎng)能達(dá)很高的準(zhǔn)確度，光譜中的大部分譜線都可以無誤地確定其由哪一種元素產(chǎn)生。所以光源定性分析是很可靠的辦法，即靈敏、快速又簡(jiǎn)單。周期表上約七十個(gè)元素，可以用光譜方法，較容易地定性測(cè)定。  一般當(dāng)試樣中某一元素的含量不太高時(shí)，該元素發(fā)射的光譜譜線強(qiáng)度是和它的含量成正比。這個(gè)關(guān)系成為光譜定量分析的基礎(chǔ)，并使光譜定量分析成為非常方便的方法。凡是光譜定性分析能測(cè)到的元素，一般都可以做定量分析。光譜定量分析，一般比化學(xué)快，并且用較少的試樣即可進(jìn)行。  物質(zhì)發(fā)射的光譜需用分光儀器進(jìn)行觀測(cè)。分光儀器需有三個(gè)元件：狹縫、能將不同波長(zhǎng)的光按波長(zhǎng)分開和排列成序的三棱鏡或光柵和能聚焦成像以形成譜線的光學(xué)系統(tǒng)（譜線即為狹縫的像）。 譜線落在焦面上，可用感光板攝取，或用目鏡觀測(cè)（限于可見光），或用一出口狹縫接收（使與近旁其它譜線區(qū)分）。前一種方式即為一攝譜儀，其次一種方式則為看譜鏡，而第三種方式則為單色儀。如在許多譜線處裝上出口狹縫，并在出口狹縫后面設(shè)置光電接收裝置，即成為光電直讀光譜議。

 2、電法光譜分析的發(fā)展情況 

   在近代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展中，光譜分析的應(yīng)用在成分分析、結(jié)構(gòu)分析及科學(xué)研究中均起到重要的作用。其中原子發(fā)射光譜這一分析方法不僅對(duì)金屬、合金、礦物成分的測(cè)定，也對(duì)生產(chǎn)過程的控制有著重要的作用，而且已廣泛應(yīng)用于高分子材料、石油化工、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、環(huán)境科學(xué)以及生命科學(xué)等領(lǐng)域。  發(fā)射光譜分析根據(jù)接收光譜輻射方式的不同而分成三種：看譜法，攝譜法和光電法。由圖1可以看出這三種方法基本原理都相同：都是把激發(fā)試樣獲得的復(fù)合光通過入射狹縫射在分光元件上，被色散成光譜，通過測(cè)量譜線強(qiáng)度而求得試樣中分析元素的含量。三種方法的區(qū)別在于看譜法用人眼去接收，射譜法用感光板接收，而光電法則使譜線通過放在光譜焦面處的出射狹縫，用光電倍增管接收光譜輻射。  光電法是由看譜法及攝譜法發(fā)展而來的，主要用來作定量分析。攝譜法的光譜定量分析