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1、1,光譜學原理,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。,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公式計算：E=h=hc / (E：能量，c：光速，：頻率， ：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。,4,一般而言，波長短的電磁波對物質穿透性強，容易破
2、壞生物細胞組織，例如核能反應產生的射線。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。,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。,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，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，射線更是由原子核變化而生成。,7,光譜分析,光譜分析主要分為以下種： (1)吸收(2)螢光(3)磷光(4)
3、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。,8,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。,9,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
4、之光度計,10,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,11,光譜儀器常用之光源,連續光源譜線光源雷射,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, 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 15002000 K 的惰性固體。,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。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。,14,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。,15,波長
5、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。,16,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IR,17,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 30250 nm，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。,18,干涉型濾光鏡,將介電質(如 CaF2 MgF2 SiO2) 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=2nt/m。應用頻率範圍從 UV 到 IR ( 14 m)。,19,20,單色器,產生具有波長及譜帶之光線，調整輸出功率(th
6、roughput)單色器包含 (1)入口光隙(entrance slit) (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。,21,22,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。,23,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
7、熱能主要用於 IR）,24,光電偵測器,(1) 光電池 (photovoltaic cell)(2) 光電管 (photoemissive tube)(3) 光電倍增管 (photomultiplier tube)(4) 光導偵測器 (photoconductivity detector)(5) 光二極體 (photodiode),25,光電池 (photovoltaic cell),26,光電管 (photoemissive tube),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
8、常光電管有暗電流，係由熱及天然輻射所產生,27,光電管 (photoemissive tube),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(electron multiplying) 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 (internal amplification) 效果。,29,30,光導偵測器,構造：為一矽半導體構成。 感光原理：當光子撞擊
9、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。,31,32,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。,33,34,多頻偵檢器,可同時偵檢多個頻率 (1) 二極體陣列 (diode array)(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) 電荷移轉偵檢器(CCD)-由一系列之半導體電容所構成。,35,信號處理與讀出,信號處理：包括放大、整流、改變相位、濾波，以及微分、積分、對數等。 簡單型儀器：係將光譜直接轉成直流信號，用電表、記錄器、或電腦螢幕顯示。 光子計數：光電倍增管輸出為脈衝形式之電流。,
