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  • 光谱仪有发射光谱仪和吸收光谱仪,发射光谱仪主要分哪几种?按照原理和仪器的设计为什么这么划分?下面小编带你了解发射光谱仪的分类。 发射光谱仪按其发生的本质可分为:原子发射光谱、离子发射光谱、分子发射光谱...

    光谱仪有发射光谱仪和吸收光谱仪,发射光谱仪主要分哪几种?按照原理和仪器的设计为什么这么划分?下面小编带你了解发射光谱仪的分类。

    发射光谱仪按其发生的本质可分为:原子发射光谱、离子发射光谱、分子发射光谱和X射线发射光谱等。原子发射光谱及离子发射光谱主要是由原子的价电子能级变化而产生的光谱;分子发射光谱仪是由分子中的电子能级及分子的振动、转动能级变化而产生的光谱;X射线发射光谱仪则是由原子中最内层的电子跃迁至高能级后返回到基态时发射的光谱。

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    发射光谱仪的分类和原理

    发射光谱仪按照其形状可分为:线光谱、带光谱和连续光谱。线光谱是为数不多的、彼此分离的、有特定波长的辐射,原子和X射线发射所产生的光谱为线光谱;带光谱是由许多紧靠着的谱线组成的,它是包括了一定波长范围的谱线所组成的谱带,一些简单的气态分子的发射光谱为带光谱;复杂分子和固态物质受激发后,发出波长连续、范围相当宽广的连续光谱。连续光谱常用来作一些分析方法的光源,例如可见吸收光度法所用的白炽灯光源就是包含了波长325~2500nm区域的连续光谱;紫外吸收光度法所用的氢灯就是能产生波长为180~375nm范围的连续光谱。

    发射光谱仪器根据以上的光谱类型进行分类,对此上原理研发出各种类型的光谱发射仪器帮助市场进行检测。

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    以下内容主要摘自 R. A. Moss 和 W. E. Loomis 于 1952 年发表的文章 Absorption Spectra of Leaves. I. The Visible Spectrum



    一、叶片的漫反射


    我们知道计算吸收光强的公式为 A = I - (R + T),其中 I 为发射光强、R 为反射光强、T 为透射光强,若要得到 A 则需要准确计算 R、T。由于植物的反射光存在大量漫反射,准确计算 R、T 需要对植株全方位的收集反射光。这使得在早期植物叶片光谱研究和实际生产应用中主要集中于反射光谱。

    Dinger 于 1941(The Absorption of Radiant Energy in Plants)测定了 coleus、pansy 两种植物叶片各角度的光反射、透射强度。结果表明反射光和透射光存在大量漫反射,总反射、透射光强需要通过积分计算得到。其中反射光强比较符合余弦函数,透射光强不太符合余弦函数。

    在这里插入图片描述在这里插入图片描述
    R. A. Moss 和 W. E. Loomis 于 1952 年在前人 Seybold 和 Weissweiler(Spektrophotometrische Messungen
    an grünen Pflanzen und an Chlorophyll Lösungen)的基础上以 10nm 为测定间隔,研究了不同类型、颜色、处理方式下叶片的反射、吸收光谱,以及通过叶绿体悬浮液、破碎叶绿体上清液研究结构对光吸收的影响。

    二、叶片的吸收、反射光谱


    在这里插入图片描述
    作者研究了 Bean、Spinach、Swiss chard、Tobacco、Ficus、Cabbage 植株叶片的反射和吸收光谱。其中 Bean、Spinach、Swiss chard、Tobacco 的叶片薄,粗线为 4 个物种光谱的平均曲线;Ficus 叶片厚且颜色深。

    从上图中可以发现,虽然不同物种间叶片形态、颜色、薄厚等差异也反映在光谱上,如 Ficus 厚叶片相比其他物种的薄叶片光吸收能力更强、反射能力更弱,但光谱曲线的走势基本相似:

    1. 480-500nm 附近叶片光吸收能力大幅降低,反射能力大幅升高;
    2. 540-560nm 附近叶片光吸收能力到达波谷,反射能力到达波峰,之后光吸收不断升高,反射能力不断降低;
    3. 680nm 附近叶片光吸收能力达到波峰,反射能力到达波谷,之后光吸收能力迅速降低,反射能力迅速升高;
    4. 叶片光吸收曲线与反射曲线变化 基本同步,反射升高吸收降低,反之亦然;


    三、银白杨叶片上下表面的吸收、反射光谱


    white poplar(Populus alba L,银白杨)叶片初两面被白绒毛,后上面脱落,即叶片上表面光滑,下表面被白色绒毛。通过实验可以发现,下表面光反射能力更强,吸收能力更弱。

    在这里插入图片描述

    四、不同颜色叶片的吸收、反射光谱


    实验测定了叶片绿色、黄色、橙色、红色的反射光谱,可惜的是作者并没有说明不同颜色叶片来自相同物种叶片的不同时期,还是不同物种的相同时期。从实验结果来看,随着叶片颜色从绿色向红色转变,反射光谱的波峰不断向长波长偏移。

    在这里插入图片描述

    五、不同处理下叶片的吸收、反射光谱


    作者将浸泡在水、乙醚、沸水中一段时间后的叶片与新鲜叶片、叶片提取物(溶剂甲醇)的反射吸收光谱比较。叶片的光反射分为两部分:1. 叶片表面反射;2. 叶组织反射。当叶片 浸泡在水或乙醚溶剂中(Infiltrated Leaf、Ether Dipped Leaf) 时,由于叶绿素并未扩散至溶剂中,所以叶片内细胞结构未被破坏,作者认为浸泡会使叶组织内的空气被替换成溶剂,影响了光在组织内的反射与折射,进而影响了整个叶片的光吸收、反射光谱。作者比较了在乙醚溶剂中不同浸泡时间对叶片吸收、反射光谱的影响,下图 1 中浸泡时间短、图 2 中浸泡时间长,可以发现浸泡时间短,叶片在 500-650nm 区间内的光吸收能力增强,反射能力下降,浸泡时间长则反之,作者无法对这一结果进行解释。

    当叶片 浸泡在沸水中(Boiled Leaf) 时,除了组织内空气被替换为水外,叶片细胞内蛋白质会发生变性。比较浸泡过水、沸水的叶片的吸收、反射光谱,可以观察出蛋白质变性对叶片吸收光谱的影响。从下图 2 中可以发现,细胞内蛋白质变性对叶片吸收光谱整体影响不大,但在 580nm-680nm 区间吸收光谱存在少量差异;会加宽反射光谱的波峰。

    叶片提取叶中 仅包含叶片中溶于脂的物质,主要目的是提取叶片中的脂溶性色素,如叶绿素、类胡萝卜素。相比叶片,提取液丢失了组织、细胞结构,色素占总溶质的比例升高,其他非色素物质对光吸收、反射的干扰减小,提取叶的吸收光谱更贴合色素的吸收光谱。从 480-560nm 区间的光谱中可以发现,叶片中存在大量的非色素吸光因素,这里的吸光因素既指可以吸光的物质,也指因增加了光在叶片内总路径(光在不同介质界面发生的反射)而促进吸光物质吸光的结构,如叶绿体中堆叠的内囊体结构、细胞间气泡等。

    结合叶片脱色处理后呈现白色,可以假设叶片中非色素吸光物质总体对不同波长光的吸收是近乎均匀的。在此假设下我们可以推论出:吸收光谱中波峰、波谷之间的差异是由色素造成的;波谷处的光吸收是由非色素吸光物质造成的。


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    六、不同完整程度下叶片的吸收、反射光谱


    作者对叶片进行了三种处理,分别得到叶绿体悬浮液、叶绿体裂解液、叶片提取液。从实验结果来看,随着生物结构完整度的下降,光谱越来越与色素光谱贴合。进一步证明了非色素因素对叶片吸收光谱的影响。


    在这里插入图片描述


    七、总结


    以下几点结论仅在 400-700nm 波长区间成立:
    1. 不同种植物叶片的光吸收曲线与反射曲线变化 基本同步,虽然反射光谱的曲线变化幅度远不如吸收光谱明显,但反射光谱的测定更为便捷。同时由于叶片 反射光强近似余弦定理,可以仅测定某特定角度光强进而推测出总反射光强。
    2. 虽然物种间叶片在厚度、下表面是否被毛等问题上存在差异,但吸收光谱与反射光谱在 480-700nm 区间内的变化存在共性。首先叶片吸收能力迅速下降,反射能力迅速上升;在 540-560nm 附近达到波峰波谷后,叶片吸收能力缓慢上升,反射能力缓慢下降;在 680nm 附近达到波峰波谷后,叶片吸收能力迅速下降,反射能力迅速上升。
    3. 叶片中存在大量的非色素吸光因素影响叶片对光的吸收与反射
    4. 虽然沸水叶片与非沸水叶片的吸收光谱差别较小,可能说明蛋白质结构对光吸收影响不大,但由于作者没有在更多的物种叶片上进行实验,所以该结论的具有普遍性有待讨论。
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  • 光谱分析

    2019-12-16 22:43:24
    光谱分析 根据物质的光谱来鉴别物质及确定它的化学组成相对含量...分类:发射光谱分析;吸收光谱分析。(分析原理) 原子光谱分析,分子光谱分析。(被测成分) –光谱两类:按波长区域不同,光谱可分为红外光谱、...
    光谱分析

    根据物质的光谱来鉴别物质及确定它的化学组成和相对含量的方法叫光谱分析.(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)

    其优点是灵敏,迅速.历史上曾通过光谱分析发现了许多新元素,如铷,铯,氦等

    1. 分类:发射光谱分析;吸收光谱分析。(分析原理)
      原子光谱分析,分子光谱分析。(被测成分)
      –光谱两类: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。

    2. 原理:
      发射光谱分析是根据被测原子或分子在激发状态下发射的特征光谱的强度计算其含量。
      吸收光谱是根据待测元素的特征光谱,通过样品蒸汽中待测元素的基态原子吸收被测元素的光谱后被减弱的强度计算其含量。

    3. 光谱学介绍:
      China光谱网核心介绍:光谱学是光学的一个分支学科,它主要研究各种物质的光谱的产生及其同物质之间的相互作用。
      光谱是电磁辐射按照波长的有序排列,根据实验条件的不同,各个辐射波长都具有各自的特征强度。
      光谱学技术并不仅是一种科学工具,在化学分析中它也提供了重要的定性与定量的分析方法。

    光谱研究内容:

    根据研究方法不同:发射光谱学、吸收光谱学与散射光谱学。
    发射光谱可以区分为三种不同类别的光谱:线状光谱、带状光谱和连续光谱。线状光谱主要产生于原子,带状光谱主要产生于分子,连续光谱则主要产生于白炽的固体或气体放电。
    当原子以某种方法从基态被提升到较高的能态上时,原子的内部能量增加了,原子就会把这种多余的能量以光的形式发射出来,于是产生了原子的发射光谱,反之就产生吸收光谱。这种原子能态的变化不是连续的,而是量子性的,我们称之为原子能级之间的跃迁。

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  • 2019/07/13 作者/EWG1990仪器学习网更多的仪器学习资料,在仪器学习网光谱干扰是指与光谱发射和吸收有关的干扰效应,主要来自吸收线重叠干扰,以及在光谱通带内...原子吸收光谱分析中的光谱干扰较原子发射光谱少得多...

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    光谱干扰是指与光谱发射和吸收有关的干扰效应,主要来自吸收线重叠干扰,以及在光谱通带内多于一条吸收线和在光谱通带内存在光源发射的非吸收线。它是由于光源、样品或仪器使某些不需要的辐射光被检测器测量所引起的。这种干扰能使灵敏度降低,工作曲线弯曲,有时也会引起测定结果偏高等。

    原子吸收光谱分析中的光谱干扰较原子发射光谱少得多。理想的原子吸收,应该是在所选用的光谱通带内仅有光源的一条共振发射线和波长与之对应的一条吸收线。当光谱通带内多于一条吸收线或光谱通带内存在光源发射的非吸收线时,灵敏度降低且工作曲线线性范围变窄。当被测试液中含有吸收线相重叠的两种元素时,无论测哪一种都将产生干扰。

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    在理想的情况下,在光谱通带内光源只产生一条参与吸收的发射线,这时便得到理想的吸收线轮廓。如果在光谱通带内存在光源的几条发射线,而且被测元素对这几种辐射光均产生吸收,这就产生干扰,也就是所谓的多重谱线干扰,这种干扰以过渡元素较多。

    镍灯除发射Ni232.00nm谱线之外,在该线的两旁还有Ni231.98nm与Ni232.14nm。这时原子吸收出现较复杂的情况。当每条谱线的发射强度和吸收系数各不相同时,它们将分别对总的吸收强度作出不同的贡献,由于各多重线组分的吸收系数是不一样的,多重线其他各组分的吸收系数小于主吸收线的吸收系数,故测得的吸光度要小于只有单一发射线参与吸收时所得到的吸光度。

    如果多重吸收线和主吸收线的波长相差不是很小,则可通过减小狭缝宽度的方法来消除多重线吸收引起的干扰,但过小狭缝宽度对信噪比是不利的,最合适的狭缝宽度就是不造成吸收降低时的狭缝宽度。但波长相差很小时,通过减小狭缝仍难消除干扰,并且可能使信噪比大大降低,此时需另选谱线。


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