光谱学原理课件

光譜學原理1光譜學原理1電磁波也就是俗稱的「光」，具有「波」的性質，是以光速在空間傳播的一種能量形式。電磁波也具有「粒子（光子）」的特性，與物質作用時會有折射、反射和能量轉移的現象電磁波產生--燈泡以鎢絲為發光體，鎢絲會發光是由於電流加熱，使鎢絲內原子軌道電子產生移動而釋放能量的現象，所釋放的能量即是以電磁波的形式在空間傳播，當釋放的電磁波波長為「可見光」範圍時，便照亮了黑暗。2電磁波也就是俗稱的「光」，具有「波」的性質，是以光速在空間傳電磁波的能量電磁波的能量即是每一光子所攜帶的能量公式計算：E=hν=hc/λ(E：能量，c：光速，ν：頻率，λ：波長，h：蒲朗克常數)。電磁波能量大小是和波長成反比，和頻率成正比。3電磁波的能量電磁波的能量即是每一光子所攜帶的能量3一般而言，波長短的電磁波對物質穿透性強，容易破壞生物細胞組織，例如核能反應產生的「γ射線」。醫學所用的短波長「X光射線」也要控制在安全強度以下，以免傷害人體。4一般而言，波長短的電磁波對物質穿透性強，容易破壞生物細胞組織電磁波種類目前所發現的電磁波種類包括了極短波長的「γ射線」和「X光射線」，經「紫外光」、「可見光」、「紅外光」，到長波長的「微波」和「無線電波」。只有「可見光」可為人類肉眼所見。

5電磁波種類目前所發現的電磁波種類包括了極短波長的「γ射線」和物質受到電磁波能量後所產生的原子或分子的運動，能量愈大的光，影響愈深層。能量較小時，分子產生轉動、振動、平移、外層電子移動等。能量較大時，則會使原子內部軌道的電子產生遷移，此時能量變化所產生的電磁波能量非常強，X光射線即是由此產生，γ射線更是由原子核變化而生成。6物質受到電磁波能量後所產生的原子或分子的運動，能量愈大的光，光譜分析光譜分析主要分為以下５種：(1)吸收(2)螢光(3)磷光(4)散射(5)發射。其量測儀器各有不同，其基本元件極為相似。不管波長範圍是UV、VIS、IR，這些元件的之原理仍相同。7光譜分析光譜分析主要分為以下５種：7光譜分析儀器分光鏡(spectroscope)：以視覺分辨譜線之光學儀器。構造為單色器及一目鏡，由目鏡之位置算出譜線之波長。攝譜儀(spectrograph)：構造如單色器，在聚焦面用底片記錄光譜。8光譜分析儀器分光鏡(spectroscope)：8光度計(photometer)：具有光源、濾光鏡、偵測器、讀出裝置分光計(spectrometer)：具有固定光隙的單色器。分光光度計(spectrophotometer)：具有光電偵檢器的分光計。螢光計(fluorometer)：測量螢光之光度計9光度計(photometer)：9光譜分析儀器的基本構造光譜分析儀器的五大部份(1)光源(2)樣品槽(3)波長選擇器(4)偵測器(5)訊號處理及讀出10光譜分析儀器的基本構造光譜分析儀器的五大部份10光譜儀器常用之光源連續光源譜線光源雷射11光譜儀器常用之光源連續光源11連續光源UV光源通常用氘氣燈，特殊需要時可用(含高壓Ar,Xe,Hg氣體)的電弧燈。可見光源一般用鎢絲燈。IR光源通常為加熱到1500~2000K的惰性固體。12連續光源UV光源通常用氘氣燈，特殊需要時可用(含高壓Ar,譜線光源主要應用於原子吸收光譜、原(分)子螢光光譜、拉曼光譜。AA及螢光分析主要用中空陰極管(HCL)及無電極放電管(EDL)當光源。13譜線光源主要應用於原子吸收光譜、原(分)子螢光光譜、拉曼光譜雷射應用於分子吸收光譜、發射光譜。特性為高強度、窄帶寬、同調性。14雷射應用於分子吸收光譜、發射光譜。14波長選擇器光譜分析通常須要窄頻帶以提高靈敏度。波長選擇器可分為濾光鏡及單色器。15波長選擇器光譜分析通常須要窄頻帶以提高靈敏度。15濾光鏡吸收式濾光鏡：以玻璃材質最常見干涉型濾光鏡：應用頻率範圍從UV到IR16濾光鏡吸收式濾光鏡：以玻璃材質最常見16吸收式濾光鏡材質：玻璃、塑膠等，以玻璃製者最常見。有效帶寬為30~250nm，越窄則所吸收光越多。吸收式的效率較干涉式差－帶寬大、透光率低、便宜。17吸收式濾光鏡材質：玻璃、塑膠等，以玻璃製者最常見。17干涉型濾光鏡將介電質(如CaF2MgF2SiO2)夾於二部份反射金屬(通常為Ag)膜間，當光通過時，由於建設性干涉，僅通過特定波長λ=2nt/m。應用頻率範圍從UV到IR(<14μm)。18干涉型濾光鏡將介電質(如CaF2MgF2SiO2)夾1919單色器產生具有波長λ及譜帶之光線，調整輸出功率(throughput)單色器包含(1)入口光隙(entranceslit)(2)準直器(collimator)聚集入射光(3)光柵(grating)或稜鏡(prism)(4)聚焦元件(5)出口光隙。20單色器產生具有波長λ及譜帶之光線，調整輸出功率(throug2121光柵光柵是一種光學儀器，由一組細密的狹縫組成。當光通過時會產生很多光束，互相干涉下會形成干涉圖形。過程：光線經由入口光隙進入，由準直器集中投射於分光元件，而後聚焦於聚焦面上之出口光隙。轉動分光元件，離開出口光隙之波長隨之改變。22光柵光柵是一種光學儀器，由一組細密的狹縫組成。22偵測器偵測器之信號：S=kP+kd

(S為信號，P為輻射能，kd為暗電流)分類：(1)光電類－偵檢光子(2)熱電類－偵檢熱能主要用於IR）23偵測器偵測器之信號：S=kP+kd23光電偵測器(1)光電池(photovoltaiccell)(2)光電管(photoemissivetube)(3)光電倍增管(photomultipliertube)(4)光導偵測器(photoconductivitydetector)(5)光二極體(photodiode)

24光電偵測器(1)光電池(photovoltaiccel光電池(photovoltaiccell)25光電池(photovoltaiccell)25光電管(photoemissivetube)構造：為一真空管，半圓柱形陰極之感光面塗以感光物（通常為鹼金屬）光電效應：當光照射感光物時，釋出電子，為陽極吸引而產生電流，兩電極之電壓通常為90V。通常光電管有暗電流，係由熱及天然輻射所產生26光電管(photoemissivetube)構造：為一真光電管(photoemissivetube)27光電管(photoemissivetube)27光電倍增管為一真空管，具有一感光陰極，及一組電子倍增(electronmultiplying)電極。當陰極感光而釋出電子時，受到靜電場之聚焦，射向第一支電極(dynode)。電極上所塗之化合物(BeO,GaP,CsSb)，受到高能電子撞擊，會釋出數個電子。這些二級電子，則被靜電場導向第二支電極，產生更多的電子。如此重複數次後抵達陽極，達到電流內部放大(internalamplification)效果。28光電倍增管為一真空管，具有一感光陰極，及一組電子倍增(ele2929光導偵測器構造：為一矽半導體構成。感光原理：當光子撞擊二極體，將電子提升至導電帶而產生電流。此電流正比於入射光能。一般僅能偵測可見光及近紅外線。為光電管的十倍以上，但遠小於光電增幅管。30光導偵測器構造：為一矽半導體構成。303131光二極體(photodiode)由多個小光二極體組合而成。可用以同時偵測一維或二維之光信號。通常有1024個偵測元件。使用時，將其置於出口光隙，不需轉動分光元件，即可得到光譜。32光二極體(photodiode)由多個小光二極體組合而成。可3333多頻偵檢器可同時偵檢多個頻率(1)二極體陣列(diodearray)(2)Vidicon---由15000/mm2以上之矽光二極體構成，類似電視攝影機之真空管。(3