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光譜儀是怎樣誕生的

點(diǎn)擊次數(shù)：4335 更新時(shí)間2019-07-12 【關(guān)閉】

　　光譜起源于17世紀(jì)，1666年物理學(xué)家牛頓次進(jìn)行了光的色散實(shí)驗(yàn)。他在暗室中引入一束太陽光，讓它通過棱鏡，在棱鏡后面的自屏上，看到了紅、橙、黃、綠、蘭、靛、紫七種顏色的光分散在不同位置上——即形成一道彩虹，這種現(xiàn)象叫光譜，這個(gè)實(shí)驗(yàn)就是光譜的起源。自牛頓以后，一直沒有引起人們的注意。到1802年英國化學(xué)家沃拉斯頓發(fā)現(xiàn)太陽光譜不是一道無缺的彩虹，而是被一些黑線所割裂。

　　1814年德國光學(xué)儀器專家研究太陽光譜中的黑斑的相對(duì)位置時(shí)，把那些主要黑線繪出光譜圖。

　　1826年泰爾博特研究鈉鹽、鉀鹽在酒精燈上光譜時(shí)指出，發(fā)射光譜是化學(xué)分析的基礎(chǔ)、鉀鹽的紅色光譜和鈉鹽的黃色光譜都是這個(gè)元素的特性。到1859年克希霍夫和本生為了研究金屬的光譜自己設(shè)計(jì)和制造了一種*的分光裝置，這個(gè)裝置就是世界上臺(tái)實(shí)用的光譜儀器，研究火焰、電火花中各種金屬的譜線，從而建立了光譜分析的初步基礎(chǔ)。

　　從1860年到1907年之間、用火焰和電火花放電發(fā)現(xiàn)堿金屬元素銫Cs、1861年又發(fā)現(xiàn)銣Rb和鉈Tl，1868年又發(fā)現(xiàn)銦In和氦He。1869年又發(fā)現(xiàn)氮N。1875—1907年又相繼發(fā)現(xiàn)鎵Ga、鉀K、銩Tm、鐠Pr、釙Pe、釤Sm、釔y、镥Lu等。

　　1882年，羅蘭發(fā)明了凹面光柵，即是把劃痕直接刻在凹球面上。凹面光柵實(shí)際上是光學(xué)儀器成象系統(tǒng)元件的合為一體的元件，它解決了當(dāng)時(shí)棱鏡光譜儀所遇到的不可克服的困難。凹面光柵的問世不僅簡化了光譜儀器的結(jié)構(gòu)，而且還提高了它的性能。

　　波耳的理論在光譜分析中起了作用，其對(duì)光譜的激發(fā)過程、光譜線強(qiáng)度等提出比較滿意的解釋。

　　從測定光譜線的強(qiáng)度轉(zhuǎn)到測量譜線的相對(duì)強(qiáng)度的應(yīng)用，使光譜分析方法從定性分析發(fā)展到定量分析創(chuàng)造基礎(chǔ)。從而使光譜分析方法逐漸走出實(shí)驗(yàn)室，在工業(yè)部門中應(yīng)用了。

　　1928年以后，由于光譜分析成了工業(yè)的分析方法，光譜儀器得到迅速的發(fā)展，一方面改善激發(fā)光源的穩(wěn)定性，另一方面提高光譜儀器本身性能。

　　早的光源是火焰激發(fā)光譜；后來又發(fā)展應(yīng)用簡單的電弧和電火花為激發(fā)光源，在上世紀(jì)的三十、四十年代改進(jìn)采用控制的電弧和電火花為激發(fā)光源，提高了光譜分析的穩(wěn)定性。工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)晨，光譜學(xué)的進(jìn)步，促使光學(xué)儀器進(jìn)一步得到改善，而后者又反作用于前者，促進(jìn)了光譜學(xué)的發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。

　　六十年代光電直讀光譜儀，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展開始迅速發(fā)展，1964年ARL公司展示一套數(shù)字計(jì)算和控制讀出系統(tǒng)。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，電子技術(shù)的發(fā)展，電子計(jì)算機(jī)的小型化及微處理機(jī)的出現(xiàn)和普及，成本降低等原因、于上世紀(jì)的七十年代光譜儀器幾乎100%地采用計(jì)算機(jī)控制，這不僅提高了分析精度和速度，而且對(duì)分析結(jié)果的數(shù)據(jù)處理和分析過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。

　　解放后，我國的光譜儀器工業(yè)從無到有，由小到大，得到飛躍的發(fā)展，且具有一定的規(guī)模，與競爭中求生存，社會(huì)商品競賽中得到發(fā)展。

　　1958年開始試制光譜儀器，生產(chǎn)了我國臺(tái)中型石英攝譜儀、大型攝譜儀、單色儀等。中科院光機(jī)所開始研究刻制光柵，59年上海光學(xué)儀器廠，63年北京光學(xué)儀器廠開始研究刻制光柵，63年研制光刻成功。1966—1968年北京光學(xué)儀器廠和上海光學(xué)儀器廠先后研制成功中型平面光柵攝譜儀和一米平面光柵攝譜儀及光電直讀頭。1971—1972年由北京第二光學(xué)儀器廠研究成功國內(nèi)臺(tái)WZG—200平面光柵光量計(jì)，結(jié)束了我國不能生產(chǎn)光電直讀光譜儀的歷史。

　　八十年代以來，我國鑄造行業(yè)開始引進(jìn)光電直讀光譜儀作為熔煉過程中化學(xué)成份控制的分析手段，并逐步取代了我國傳統(tǒng)的濕法化學(xué)分析法，至今已發(fā)展到中小企業(yè)也逐步采用光譜法配合作爐前分析。國外引進(jìn)的鑄造生產(chǎn)線已配備了的光譜分析設(shè)備，作為成套設(shè)備進(jìn)入中國，這是鑄造行業(yè)對(duì)質(zhì)量控制要求越來越嚴(yán)的發(fā)展的必然結(jié)果，也是光電光譜分析本身的優(yōu)點(diǎn)決定了這一技術(shù)自1945年問世以來，歷時(shí)五十六年而經(jīng)久不衰之緣故。

　　*，原子發(fā)射光譜分析所采用的原理是用電弧(或火花)的高溫使樣品中各元素從固態(tài)直接氣化并被激發(fā)而發(fā)射出各元素的特征波長，用光柵分光后，成為按波長排列的“光譜”，這些元素的特征光譜線通過出射狹縫，射入各自的光電倍增管，光信號(hào)變成電信號(hào)，經(jīng)儀器的控制測量系統(tǒng)將電信號(hào)積分并進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，然后由計(jì)算機(jī)處理，并打印出各元素的百分含量。

　　從以上原理可以看出原子發(fā)射光譜分析，有其*的、特別適合于配合爐前分析的優(yōu)點(diǎn)，使其發(fā)展成為金屬冶煉和鑄造行業(yè)*的分析手段，其特點(diǎn)如下：

　　一、爐中取的樣品只要打磨掉表面氧化皮，固體樣品即可放在樣品臺(tái)上激發(fā)，免去了化學(xué)分析鉆取試樣的麻煩。對(duì)于鋁及銅、鋅等有色金屬樣品而言，可用小車床車去表面氧化皮即可。

　　二、從樣品激發(fā)到計(jì)算機(jī)報(bào)出元素分析含量只需20-30秒鐘，速度非常快，有利于縮短冶煉時(shí)間，降低成本。特別是對(duì)那些容易燒損的元素，更便于控制其后的成份。

　　三、樣品中所有要分析的元素(幾個(gè)甚至十幾個(gè))可以一次同時(shí)分析出來，對(duì)于牌號(hào)復(fù)雜的產(chǎn)品，要求分析元素愈多愈合算，經(jīng)濟(jì)效益好。

　　四、分析精度非常高，可以有效控制產(chǎn)品的化學(xué)成份，保證它能符合國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)格，甚至可將合金成份控制到規(guī)格的中下限，以節(jié)省中間合金或鐵合金的消耗。

　　五、分析數(shù)據(jù)可以從計(jì)算機(jī)打印出來或存入軟盤中，作為記錄。

　　總之，從技術(shù)角度來看光電光譜分析，可以說至今還沒有比它能更有效的用于爐前快速分析的儀器，具備了那么多的特點(diǎn)而能取代它。所以世界上冶煉、鑄造以及其他金屬加工企業(yè)均競相采用這類儀器成為一種常規(guī)分析手段，從保證產(chǎn)品質(zhì)量，從經(jīng)濟(jì)效益等方面，它是十分有利的分析工具。

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