光谱是复色光经过色散系统(如棱镜、光栅)分光后,被色散开的单色光按波长(或频率)大小而依次排列的图案。色谱又叫色表或色彩图,是供用色部门参考的色彩排列表。
按波长区域不同,光谱可分为红外光谱、可见光谱和紫外光谱;按产生的本质不同,可分为原子光谱、分子光谱;按产生的方式不同,可分为发射光谱、吸收光谱和散射光谱;按光谱表观形态不同,可分为线光谱、带光谱和连续光谱。
光谱中最大的一部分可见光谱是电磁波谱中人眼可见的一部分,在这个波长范围内的电磁辐射被称作可见光。光谱并没有包含人类大脑视觉所能区别的所有颜色,譬如褐色和粉红色。
色谱是用色料表现颜色。由于目前彩色复制技术条件和原材料质量的限制,还无法复制出我们希望的所有颜色,所以它只能对在一定范围内的典型颜色提供参考依据。
在光谱学中,对于连续光谱来说,光谱分辨率(Spectral Resolution)可以简单地定义为两个相邻吸收特征之间的波数Δv(cm-1)或波长间隔,如图5-4-1(a)所示。准确地说,要求这两个吸收特征有相同大小的吸收值,并且能被一个最小吸收谷隔离开(Mary⁃Joan Blümich,2002)。
图5-4-1 光谱分辨率的定义示意图
在非连续型的波段传感器中定义成某一波段上光谱响应函数半功率点之间的波长距离FWHM(单位为φ)或波数(cm-1)。严格地说,波段的带宽和光谱分辨率是两个不同的概念。光谱分辨率不仅与波段的带宽有关,还与光谱采样间隔有关。根据采样定理,在带宽范围内必须至少采两个样,才不会造成光谱高频信息的损失。但在实际应用中,通常指传感器的波段数目、每个通道的中心波长位置和波段带宽,这三个因素共同决定光谱分辨率(赵英时等,2003)。
成像光谱遥感岩性识别和矿物填图主要利用不同岩矿种类、矿物丰度和不同组分的光谱特征差异,特别是光谱吸收谱带波长位置、吸收深度和谱带形态特征。光谱分辨率直接影响对岩矿光谱吸收谱带及其形态特征的探测和分辨能力,从而直接影响成像光谱数据对矿物种类及其成分的区分能力和识别精度。
光学分析法
主要根据物质发射,吸收电磁辐射以及物质与电磁辐射的相互作用来进行分析的一类重要的仪器分析法。
光学分析法是基于物质对光的吸收或激发后光的发射所建立起来的一类方法,比如紫外-可见分光光度法,红外及拉曼光谱法,原子发射与原子吸收光谱法,原子和分子荧光光谱法,核磁共振波谱法,质谱法等。
光谱分析法
利用光谱学的原理和实验方法以确定物质的结构和化学成分的分析方法称为光谱分析法。 英文为spectral analysis或spectrum analysis。各种结构的物质都具有自己的特征光谱,光谱分析法就是利用特征光谱研究物质结构或测定化学成分的方法。
参考资料
光谱分析法
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光谱
光谱
光波是由原子内部运动的电子产生的.各种物质的原子内部电子的运动情况不同,所以它们发射的光波也不同.研究不同物质的发光和吸收光的情况,有重要的理论和实际意义,已成为一门专门的学科——光谱学.下面简单介绍一些关于光谱的知识.
分光镜观察光谱要用分光镜,这里我们先讲一下分光镜的构造原理.图6-18是分光镜的构造原理示意图.它是由平行光管A、三棱镜P和望远镜筒B组成的.平行光管A的前方有一个宽度可以调节的狭缝S,它位于透镜L1的焦平面①处.从狭缝射入的光线经透镜L1折射后,变成平行光线射到三棱镜P上.不同颜色的光经过三棱镜沿不同的折射方向射出,并在透镜L2后方的焦平面MN上分别会聚成不同颜色的像(谱线).通过望远镜筒B的目镜L3,就看到了放大的光谱像.如果在MN那里放上照相底片,就可以摄下光谱的像.具有这种装置的光谱仪器叫做摄谱仪.
发射光谱物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱.发射光谱有两种类型:连续光谱和明线光谱.
连续分布的包含有从红光到紫光各种色光的光谱叫做连续光谱(彩图6).炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续光谱.例如电灯丝发出的光、炽热的钢水发出的光都形成连续光谱.
只含有一些不连续的亮线的光谱叫做明线光谱(彩图7).明线光谱中的亮线叫做谱线,各条谱线对应于不同波长的光.稀薄气体或金属的蒸气的发射光谱是明线光谱.明线光谱是由游离状态的原子发射的,所以也叫原子光谱.观察气体的原子光谱,可以使用光谱管(图6-19),它是一支中间比较细的封闭的玻璃管,里面装有低压气体,管的两端有两个电极.把两个电极接到高压电源上,管里稀薄气体发生辉光放电,产生一定颜色的光.
观察固态或液态物质的原子光谱,可以把它们放到煤气灯的火焰或电弧中去烧,使它们气化后发光,就可以从分光镜中看到它们的明线光谱.
实验证明,原子不同,发射的明线光谱也不同,每种元素的原子都有一定的明线光谱.彩图7就是几种元素的明线光谱.每种原子只能发出具有本身特征的某些波长的光,因此,明线光谱的谱线叫做原子的特征谱线.利用原子的特征谱线可以鉴别物质和研究原子的结构.
吸收光谱高温物体发出的白光(其中包含连续分布的一切波长的光)通过物质时,某些波长的光被物质吸收后产生的光谱,叫做吸收光谱。例如,让弧光灯发出的白光通过温度较低的钠气(在酒精灯的灯心上放一些食盐,食盐受热分解就会产生钠气),然后用分光镜来观察,就会看到在连续光谱的背景中有两条挨得很近的暗线(见彩图8.分光镜的分辨本领不够高时,只能看见一条暗线).这就是钠原子的吸收光谱.值得注意的是,各种原子的吸收光谱中的每一条暗线都跟该种原子的发射光谱中的一条明线相对应.这表明,低温气体原子吸收的光,恰好就是这种原子在高温时发出的光.因此,吸收光谱中的谱线(暗线),也是原子的特征谱线,只是通常在吸收光谱中看到的特征谱线比明线光谱中的少.
光谱分析由于每种原子都有自己的特征谱线,因此可以根据光谱来鉴别物质和确定它的化学组成.这种方法叫做光谱分析.做光谱分析时,可以利用发射光谱,也可以利用吸收光谱.这种方法的优点是非常灵敏而且迅速.某种元素在物质中的含量达10-10克,就可以从光谱中发现它的特征谱线,因而能够把它检查出来.光谱分析在科学技术中有广泛的应用.例如,在检查半导体材料硅和锗是不是达到了高纯度的要求时,就要用到光谱分析.在历史上,光谱分析还帮助人们发现了许多新元素.例如,铷和铯就是从光谱中看到了以前所不知道的特征谱线而被发现的.光谱分析对于研究天体的化学组成也很有用.十九世纪初,在研究太阳光谱时,发现它的连续光谱中有许多暗线(参看彩图9,其中只有一些主要暗线).最初不知道这些暗线是怎样形成的,后来人们了解了吸收光谱的成因,才知道这是太阳内部发出的强光经过温度比较低的太阳大气层时产生的吸收光谱.仔细分析这些暗线,把它跟各种原子的特征谱线对照,人们就知道了太阳大气层中含有氢、氦、氮、碳、氧、铁、镁、硅、钙、钠等几十种元素.
光谱分析法是利用光谱学的原理和实验方法以确定物质的结构和化学成分的分析方法。
英文为spectral analysis或spectrum analysis。各种结构的物质都具有自己的特征光谱,光谱分析法就是利用特征光谱研究物质结构或测定化学成分的方法。
光谱分析法主要有原子发射光谱法、原子吸收光谱法、紫外-可见吸收光谱法、红外光谱法[2] 等。根据电磁辐射的本质,光谱分析又可分为分子光谱和原子光谱。
物质吸收波长范围在200~760nm区间的电磁辐射能而产生的分子吸收光谱称为该物质的紫外——可见吸收光谱,利用紫外——可见吸收光谱进行物质的定性、定量分析的方法称为紫外——可见分光光度法。其光谱是由于分子之中价电子的跃进而产生的,因此这种吸收光谱决定于分子中价电子的分布和结合情况。
其在饲料加工分析领域应用相当广泛,特别是在测定饲料中的铅、铁、铅、铜、锌等离子的含量中的应用。荧光分析也是近年来发展迅速的痕量分析方法,该方法操作简单、快速、灵敏度高、精密度和准确度好,并且线形范围宽,检出限低。
1858~1859年间,德国化学家本生和物理学家基尔霍夫奠定了一种新的化学分析方法—光谱分析法的基础。他们两人被公认为光谱分析法的创始人。
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