光谱仪[2](Spectroscope)是将成分复杂的光分解为光谱线的科学仪器,由棱镜或衍射光栅等构成,光谱仪*,利用光谱仪可测量物体表面反射的光线。阳光中的七色光是肉眼能分的部分(可见光),但若通过光谱仪将阳光分解,按波长排列,可见光只占光谱中很小的范围,其余都是肉眼无法分辨的光谱,如红外线、微波、紫外线、X射线等等。通过光谱仪对光信息的抓取、以照相底片显影,或电脑化自动显示数值仪器显示和分析,从而测知物品中含有何种元素。这种技术被广泛地应用于空气污染、水污染、食品卫生、金属工业等的检测中。
将复色光分离成光谱的光学仪器。光谱仪有多种类型,除在可见光波段使用的光谱仪外,还有红外光谱仪和紫外光谱仪。按色散元件的不同可分为棱镜光谱仪、光栅光谱仪和干涉光谱仪等。按探测方法分,有直接用眼观察的分光镜,用感光片记录的摄谱仪,铜仁光谱仪,以及用光电或热电元件探测光谱的分光光度计等。单色仪是通过狭缝只输出单色谱线的光谱仪器,常与其他分析仪器配合使用。
图中所示是三棱镜摄谱仪的基本结构。狭缝S与棱镜的主截面垂直,放置在透镜L的物方焦面内,感光片放置在透镜L的像方焦面内。用光源照明狭缝S,S的像成在感光片上成为光谱线,由于棱镜的色散作用,不同波长的谱线彼此分开,就得入射光的光谱。棱镜摄谱仪能观察的光谱范围决定于棱镜等光学元件对光谱的吸收。普通光学玻璃只适用于可见光波段,用石英可扩展到紫外区,在红外区一般使用氯化钠、化钾和氟化钙等晶体。普遍使用的反射式光栅光谱仪的光谱范围取决于光栅条纹的设计,光谱仪原理,可以具有较宽的光谱范围。
表征光谱仪基本特性的参量有光谱范围、色散率、带宽和分辨本领等。基于干涉原理设计的光谱仪(如法布里-涉仪、傅立叶变换光谱仪)具有很高的色散率和分辨本领,常用于光谱精细结构的分析。
、拉曼在研究中具有“得天独厚”的优势
拉曼光谱是一种以拉曼散射为基础的分子光谱分析方法,选择拉曼,正是看中了其“得天独厚”的优势—无损。而且拉曼光谱样品需求量少,光谱仪价格,具有高的空间分辨率,检测过程简单,越来越多的被应用在研究领域。
拉曼光谱的分析方向
拉曼光谱仪分析技术是以拉曼效应为基础建立起来的分子结构表征技术,其信号来源与分子的振动和转动。
拉曼光谱的分析方向有:
定性分析:不同的物质具有不同的特征光谱,因此可以通过光谱进行定性分析。
结构分析:对光谱谱带的分析,又是进行物质结构分析的基础。
定量分析:根据物质对光谱的吸光度的特点,可以对物质的量有很好的分析能力。
拉曼光谱仪用于分析的优点和缺点
1、拉曼光谱用于分析的优点 拉曼光谱的分析方法不需要对样品进行前处理,也没有样品的制备过程,避免了一些误差的产生,并且在分析过程中操作简便,测定时间短,灵敏度高等优点
2、拉曼光谱用于分析的不足 (1)拉曼散射面积
(2)不同振动峰重叠和拉曼散射强度容易受光学系统参数等因素的影响
(3)荧光现象对傅立叶变换拉曼光谱分析的干扰
(4)在进行傅立叶变换光谱分析时,常出现曲线的非线性的问题
(5)任何一物质的引入都会对被测体体系带来某种程度的污染,这等于引入了一些误差的可能性,会对分析的结果产生一定的影响。
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拉曼光谱技术在材料科学研究中的应用 拉曼光谱在材料科学中是物质结构研究的有力工具,在相组成界面、晶界等课题中可以做很多工作。包括:
(1)薄膜结构材料拉曼研究:拉曼光谱已成CVD(化学气相沉积法)制备薄膜的检测和鉴定手段。拉曼可以研究单、多、微和非晶硅结构以及硼化非晶硅、氢化非晶硅、金刚石、类金刚石等层状薄膜的结构。
(2)超晶格材料研究:可通过测量超晶格中的应变层的拉曼频移计算出应变层的应力,根据拉曼峰的对称性,知道晶格的完整性。
(3)半导体材料研究:拉曼光谱可测出经离子注入后的半导体损伤分布,可测出半磁半导体的组分,外延层的质量,外延层混品的组分载流子浓度。
(4)耐高温材料的相结构拉曼研究。
(5)全碳分子的拉曼研究。
(6)纳米材料的*尺寸效应研究。
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