熒光光譜儀采用復合濾光片(多金屬復合材料)設計,簡化分析操作,減少了X光的損失,形成對于特定元素的較佳信號接受,同時保證對元素周期表中Mg-Th的所有元素均有較佳的激發(fā)效果。熒光光譜儀復合濾光片顯著減少更換濾波片造成的分析時間的浪費,減少操作人員接受輻照的時間,有助于減少X射線對操作人員的傷害,同時大大提高分析多種元素的效率。
熒光光譜儀光譜分析的過程:
1.把試樣在能量的作用下蒸發(fā)、原子化(轉變成氣態(tài)原子),并使氣態(tài)原子的外層電子激發(fā)至高能態(tài)。當從較高的能級躍遷到較低的能級時,原子將釋放出多余的能量而發(fā)射出特征譜線。這一過程稱為蒸發(fā)、原子化和激發(fā),需借助于激發(fā)光源來實現(xiàn)。
2.把原子所產生的輻射進行色散分光,按波長順序記錄在感光板上,就可呈現(xiàn)出有規(guī)則的光譜線條,即光譜圖。熒光光譜儀借助于攝譜儀器的分光和檢測裝置來實現(xiàn)。
3.根據所得光譜圖進行定性鑒定或定量分析。由于不同元素的原子結構不同,當被激發(fā)后發(fā)射光譜線的波長不盡相同,即每種元素都有其特征的波長,故根據這些元素的特征光譜就可以準確無誤的鑒別元素的存在(定性分析),而這些熒光光譜儀光譜線的強度與試樣中該元素的含量有關,因此還可利用這些譜線的強度來測定元素的含量(定量分析)。
拉曼光譜儀是一種散射光譜。拉曼光譜分析法是研究分子振動、轉動的光譜分析方法,在有機化學方面主要用作有機物質的結構鑒定和分子相互作用手段,和紅外光譜作用相互補充,可以鑒別特殊的結構特征和特征基團。在高分子的研究中,拉曼光譜可提供聚合物材料結構方面的許多重要信息。如分子結構與組成、立體規(guī)整性、結晶與去向、分子相互作用,以及表面和界面的結構等?! ±庾V儀在高分子材料的具體應用: 1、化學結構和立構性判斷:高分子中的C=C、C-C、S-S、C-S、N-N等骨架對拉曼光譜非常敏感,常用來研究高分子的化學組份和結構。 2、組分定量分析:拉曼散射強度與高分子的濃度成線性關系,給高分子組分含量分析帶來方便?! ?、晶相與無定形相的表征以及聚合物結晶過程和結晶度的監(jiān)測?! ?、動力學過程研究:伴隨高分子反應的動力學過程如聚合、裂解、水解和結晶等。相應的拉曼光譜某些特征譜帶會有強度的改變。 5、高分子取向研究:高分子鏈的各向異性必然帶來對光散射的各向異性,測量分子的拉曼帶退偏比可以得到分子構型或構象等方面的重要信息?! ?、聚合物共混物的相容性以及分子相互作用研究。 7、復合材料應力松弛和應變過程的監(jiān)測。 8、聚合反應過程和聚合物固化過程監(jiān)控?! ≡诶庾V儀的實際應用中,激光的聚焦點具有強有力的分析信號,在檢測時,只需將激光聚焦在樣品上即可,便可獲得該樣品的拉曼光譜圖。拉曼光譜圖上橫坐標即代表拉曼光譜的位移。
光譜學測量的基礎是測量光輻射與波長的對應關系。一般來說,光譜學測量的直接結果是由很多個離散的點構成曲線,每個點的橫坐標(X軸)是波長,縱坐標(Y軸)是在這個波長處的強度。因此,一個光譜儀的性能,可以粗略地分為下面幾個大類:
1.波長范圍(在X軸上的可以測量的范圍);
2.波長分辨率(在X軸上可以分辨到什么程度的信號變化);
3.噪聲等效功率和動態(tài)范圍(在Y軸上可以測量的范圍);
4.靈敏度與信噪比(在Y軸上可以分辨到什么程度的信號變化);
5.雜散光與穩(wěn)定性(信號的測量是否可靠?是否可重現(xiàn));
6.采樣速度和時序精度(一秒鐘可以采集多少個完整的光譜?采集光譜的時刻是否精確?)
1.波長范圍
波長范圍是光譜儀所能測量的波長區(qū)間。常見的光纖光譜儀的波長范圍是400nm-1100nm,也就是可以探測可見光和一部分近紅外的光。使用新型探測器可以使這個范圍拓展至200nm-2500nm,即覆蓋紫外、可見和近紅外波段。光柵的類型以及探測器的類型會影響波長范圍。一般來說,寬的波長范圍意味著低的波長分辨率,所以用戶需要在波長范圍和波長分辨率兩個參數間做權衡。如果同時需要寬的波長范圍和高的波長分辨率,則需要組合使用多個光譜儀通道(多通道光譜儀)。
2.波長分辨率
顧名思義,波長分辨率描述了光譜儀能夠分辨波長的能力,常用的光譜儀的波長分辨率大約為1nm,即可以區(qū)分間隔1nm的兩條譜線。Avantes公司可以提供的最高的波長分辨率為0.025nm。波長分辨率與波長的取樣間隔(數據的x坐標的間隔)是兩個不同概念。一般來說,高的波長分辨率意味著窄額度波長范圍,所以用戶需要在波長范圍和波長分辨率兩個參數間做權衡。如果同時需要寬的波長范圍和高的波長分辨率,則需要組合使用多個光譜儀通道(多通道光譜儀)。
3.噪聲等效功率和動態(tài)范圍
當信號的值與噪聲的值相當時,從噪聲中分辨信號就會非常困難。一般用與噪聲相當的信號的值(光譜輻照度或光譜輻亮度)來表征能一個光譜儀所能夠測量的最弱的光強(Y軸的最小值)。噪聲等效功率越小,光譜儀就可以測量更弱的信號。狹縫的寬度、光柵的類型、探測器的類型等等參數都會影響噪聲等效功率。因為這些參數也會影響波長范圍和波長分辨率,用戶需要在這些指標間做出取舍。對探測器制冷(Avantes公司的制冷型光譜儀)有助于減小探測器的熱噪音,優(yōu)化探測器檢測弱光的能力。
動態(tài)范圍描述一個光譜儀所能夠測量到的較強的信號與最弱的信號的比值。較強的信號為光譜儀在信號不飽和情況下,所能測量的最大信號值,最弱的信號用上述的噪聲等效功率衡量。動態(tài)范圍主要受制于探測器的類型。傳統(tǒng)上,動態(tài)范圍是影響測量方便性的一個很關鍵的指標,但目前大部分光纖光譜儀都可以通過調整積分時間的方式等效地擴大動態(tài)范圍,因此,動態(tài)范圍一般不會對用戶的測量帶來困擾。
4.靈敏度與信噪比
靈敏度描述了光譜儀把光信號變成電子學信號的能力,高的靈敏度有助于減小電路本身的噪聲對結果影響。狹縫的寬度、光柵的類型、探測器的類型以及電路的參數都會影響靈敏度。衍射效率高的光柵和量子效率高的探測器都有利于提高光譜儀的靈敏度。人為地調高前置放大電路的放大倍數也會提高名義上的靈敏度,但并不一定有助于實際的測量。寬的狹縫會改善靈敏度,但也會降低分辨率,因此,需要用戶綜合考慮和權衡。
光譜儀的信噪比定義為:光譜儀在強光照射下,接近飽和時的信號的平均值與信號偏離平均值的抖動值(以標準偏差橫向)的比。需要注意的是,因為定義中沒有對光源做任何限制,使用這個定義所測量到的信噪比并不能等同于用戶在實際實驗中所能實現(xiàn)的信噪比。光譜儀的信噪比主要受探測器限制。通過光譜儀電路的平均功能累加信號,可以提高實際測量中的信噪比。
5.干擾與穩(wěn)定性
實際光譜儀與理想光譜儀的重要區(qū)別之一是其內部存在雜散光等干擾。雜散光會影響信號的準確性,并對測量弱信號帶來麻煩。特殊設計的低雜散光光路能夠降低光路中的雜散光。
光譜儀的光路和探測器都不可避免地隨著環(huán)境而變化,例如,環(huán)境溫度的變化會導致光譜儀波長(X軸)的漂移。對光路和探測器做特殊處理能夠增強光譜儀的長期穩(wěn)定性。然而,這些特殊處理會增加光譜儀的硬件成本。
6.采樣速度和時序精度
Avantes公司的標準光譜儀可以在一秒鐘內采集約900幅完整的光譜。當需要研究在更短時間內的光譜變化時,更快速的光譜儀可以在一秒鐘內采集高達8000幅光譜。然而,這些光譜儀往往在波長分辨率等指標上不能與標準光譜儀媲美,用戶也必須綜合考慮各個指標。
光譜儀必須具備好的時序性能方能捕捉到很短的脈沖信號。不同類型的光譜儀的時序精度差別很大,性能好的可以到納秒量級的時間精度,而性能差的只能到毫秒量級的時間精度。