什么是光谱仪？光谱仪的应用及原理

什么是光谱仪？

光谱仪是分析设备的总称，可以通过测量物质发射和吸收的光来研究物质的成分和性质。

该装置主要由光源、光谱部分、样品部分、探测器等组成。根据所使用的光源类型和设备结构，光谱仪有多种类型。

具体来说，紫外可见分光光度计（UV-Vis）、红外分光光度计（IR）、电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-AES）、原子吸收光谱仪（AAS）以及X射线荧光分析仪（XRF）和X射线分析仪。光电子能谱（XPS）。每台设备可以分析的内容不同，因此需要根据目的使用不同的设备。

光谱仪的使用

光谱仪用于各个领域。以下是一些典型用途。这些只是一些示例；光谱分析仪的应用领域非常广泛。

1. 化学・生化学

这包括质量控制，例如检查合成化学品的分子结构、反应速率和杂质含量、蛋白质和 DNA 的结构分析以及酶促反应的测量。

2.环境科学

例子包括水和空气中污染物的检测和分析。

3.医疗/药学

例如测量药物的质量、测量血液成分和诊断疾病。

4.食品工业

例子包括食品中营养成分和添加剂的定量分析、质量控制、材料的成分分析、表面物理性质的测量以及氧化反应的研究。

光谱仪原理

光谱分析仪基本上是一种通过用某种光照射样品并分析样品吸收、反射或发射的光来识别和量化样品中的物质的设备。分析结果以称为频谱的波形图输出。

通过分析该光谱数据，可以进行样品的定性和定量分析、分子结构的评价、材料特性的评价等。不同设备的测量原理有所不同，我们将简要描述上述六种代表性设备的测量原理。

1. 紫外可视分光光度计

当样品受到紫外线和可见光波长范围内的光照射时，光被样品中所含的物质吸收和反射。通过测量每个入射光波长的吸收光和透射光的强度，可以确定分子结构并定量样品中所含的成分。

2. 赤外分光光度计

当用红外线照射样品时，样品吸收或反射红外线。吸收和反射的红外线根据样品中化合物的类型和键合状态而变化。光谱仪将红外线分成波长，探测器测量光的强度，以确定样品中化合物的类型及其键的状态。

3. 电感耦合等离子体发射光谱仪

将样品放入通过高温燃烧材料产生的称为“等离子体”的火焰中，通过观察发光可以确定材料的成分。当样品放入等离子体中时，它会分解成原子和离子。

此时，等离子体中的原子和离子吸收能量并释放能量，产生光。这种发光由各种波长的光组成，通过测量光的强度和波长，可以确定样品中的成分。

4. 原子吸光分析装置

从特殊光源发出的光照射到样品上。由于元素吸收特定于该元素的波长的光，因此可以通过测量每个波长下吸收的光的强度来确定样品中该元素的含量。

5. 荧光X射线分析仪

当 X 射线照射到样品时，样品中的元素吸收能量并发射能量，产生荧光 X 射线。

这种荧光X射线的能量根据元素的种类而变化，因此通过测量荧光X射线的能量，可以查出样品中含有哪些元素。

6. X线光电子分光分析装置

当 X 射线照射到固体表面时，原子和分子被电离，电子随着电离而释放。发射的电子具有不同的能量，具体取决于元素及其化学状态。

设备内部的探测器测量发射电子的能量，并据此可以确定样品中元素的类型和状态。通过在改变 X 射线能量的同时进行测量，可以检查不同深度的样品表面。

光谱分析仪的类型

光谱仪有多种类型，分析能力因设备而异。这里我们简要概述六种典型设备。

1. 紫外可视分光光度计(UV-Vis)

这是一种利用紫外线或可见光作为光源来检查物质透射、吸收和反射的光的装置。可以对样品中的成分进行定性和定量分析。

2. 赤外分光光度计(IR)

这是一种利用红外光作为光源来检查材料透射和反射的光的装置。可以对样品中的成分进行结构估计和定量。

3. 电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-AES）

该装置将样品引入电感耦合等离子体并检测发生的发光现象。其高灵敏度可以对微量元素进行定性和定量分析。

4. 原子吸光分析装置 (AAS)

该装置利用原子吸收特定波长的光的现象，能够对微量元素进行定性和定量分析。

5.X射线荧光光谱仪（XRF）

这是一种可以使用X射线作为光源对材料进行元素分析的装置。通过测量每种元素的荧光 X 射线，可以对样品进行定性和定量分析。

6. X线光电子分光分析装置(XPS)

这是一种利用X射线作为光源来获取构成固体表面的原子和分子信息的装置。