電子儀器與量測技術 光譜量測 演講者：楊仲準 中原大學物理系.

Presentation on theme: "電子儀器與量測技術 光譜量測 演講者：楊仲準 中原大學物理系."— Presentation transcript:

1 電子儀器與量測技術 光譜量測 演講者：楊仲準 中原大學物理系

2 光譜量測 大綱 光譜的定義 常用光譜儀的原理與類型 量測光譜常見問題 a. 光譜與光譜儀的定義 光譜的類型 人眼下的可見光
可見-紫外光譜儀(UV-VIS) 傅立業轉換紅外光譜儀(FT-IR) 拉曼光譜儀(Raman) 其他特殊光譜儀 (X光吸收光譜儀) 量測光譜常見問題 折射、反射、透射、散射、吸收 雜訊的串入

3 壓力量測 光譜的定義

4 光譜量測 光譜的定義 光譜線: 光譜儀: 光譜線是在均勻且連續的光譜上明亮或黑暗的線條 連續光譜 吸收光譜 發射光譜
光譜儀是將具各波段波長的混合光，分解為 光譜線的科學儀器，由光源、分光元件(稜鏡/ 光柵)、偵測器(CCD或光電倍增管)等構成。

5 光譜量測 光譜的定義 人眼下的可見光 CIE 1931

6 光譜量測 光譜的定義 人眼下的可見光 CIE(國際照明委員會)在1931年定義
三原色波長各為: R: nm, G: 546.1nm, B: nm 各混色比例依照 R : G : B = 1 : : 合成為所謂的白光. NTSC NTSC 72 %

7 光譜量測 光譜的定義 人眼下的可見光 孟塞爾顏色系統 (Munsell Color System) 孟塞爾顏色系統的空間大致成一個 圓柱形：
南北軸=明度(value)，從全黑(1)到 全白(10)。 經度=色調（hue）。一周均分成五 種主色調和五種中間色：紅(R)、 紅黃(YR)、黃(Y)、黃綠(GY)、綠 (G)、綠藍(BG)、藍(B)、藍紫(PB)、 紫(P)、紫紅(RP)。 軸的距離=色度(chroma)，色調的純度。 其數值從中間(0)向外隨著色調的純度 增加。 色調 明度 色(飽和)度

8 光譜量測 光譜的定義 連續光譜 1. 連續光譜的來源： 具黑體輻射性質之白熾物體

9 光譜量測 光譜的定義 2. 吸收光譜的來源： 吸收光譜 吸收光譜係指材料在某一些頻率上對電磁輻射的吸收比率。
原子和分子在吸收特定的能量後會發生能量躍遷。在某一個軌道上的電子吸收 一個能量相等於兩條軌道間能量差的光子後，可被激發到能量較高的軌道上。 分子的能態可由振動和轉動的模式決定，振動和轉動的模式像原子的軌道，也 有特定的能量差，因此也可以在吸收一個光子之後被激發。

10 光譜量測 光譜的定義 2. 吸收光譜的來源： 吸收光譜 例：太陽光譜中的夫朗和斐譜線

11 光譜量測 光譜的定義 2. 吸收光譜的來源： 吸收光譜 A diatomic molecule is modeled as two masses connected by a spring. It has seven degrees of freedom: 1. Three translational 2. Two rotational 3. Two vibrational y x z y x z y x z degree of freedom x, y, z

12 光譜量測 光譜的定義 2. 吸收光譜的來源： There are two rotational degrees of freedom.
Because two angles are needed to specify the orientation of an axially symmetric molecule. y x z ψ θ y x z y x z y x z degree of freedom θ, ψ

13 光譜量測 光譜的定義 2. 吸收光譜的來源： 吸收光譜 The vibrational motion is represented by a one-dimensional harmonic oscillator. For simple harmonic motion, the energy is partly kinetic and partly potential. The average values of the two are equal, and both are expressible as quadratic forms. Thus these are two vibrational degrees of freedom. y x z E = Kmax E = Pmax y x z E = K + P degree of freedom K, P

14 光譜量測 光譜的定義 The equipartition theorem states that 2. 吸收光譜的來源：
(1) there is one degree of freedom associated with every form of energy expressible in quadratic form. (2) the mean value of the energy of a molecule corresponding to each degree of freedom is kT/2. Thus the total average energy of a molecule is f kT/2. It follows that the internal energy of a gas must be the total average energy of its N molecules. That is: or

15 光譜量測 光譜的定義 2. 吸收光譜的來源： 吸收光譜

16 光譜量測 光譜的定義 3. 發射光譜的來源： 發射光譜 發射光譜是當一個元素被激發時，發射某些頻率的電磁輻射。

17 光譜量測 常用光譜儀的原理與類型

18 光譜量測 常用光譜儀的原理與類型 光柵、反射鏡、透鏡、與偵測器 光柵關係式： dslitsinm=m
光柵：使入射光的振幅或相位（或同時）受到周期性空間調製的光學元件。 光柵分為透射光柵和反射光柵。 光柵關係式： dslitsinm=m 以每厘米(cm) 600條的光柵來說，d=1/600 cm = m 解析度

19 光譜量測 常用光譜儀的原理與類型 光柵、反射鏡、透鏡、與偵測器

20 光譜量測 常用光譜儀的原理與類型 光柵、反射鏡、透鏡、與偵測器 反射鏡： 材質 透鏡：材質

21 光譜量測 常用光譜儀的原理與類型 光柵、反射鏡、透鏡、與偵測器 CCD偵測器： PMT偵測器： 光二極體：

22 光譜量測 常用光譜儀的原理與類型 可見-紫外吸收光譜儀(UV-VIS) 吸收率(Absorbance)：

23 光譜量測 常用光譜儀的原理與類型 傅立業轉換紅外光譜儀(FT-IR spectrometer)

24 光譜量測 常用光譜儀的原理與類型 拉曼光譜儀(Raman spectrometer)

25 光譜量測 常用光譜儀的原理與類型 拉曼與FT-IR光譜之比較 (1)IR(吸收)：分子振動必須牽涉到偶極或電荷分布變化。因此才能與同
頻率的輻射作用，將分子激發到高階振動態。吸收的光束 強度與濃度有對數關係。  (2)Raman(散射)：拉曼散射牽涉分子鍵結之力學彈性變形。當形變回覆 到其正常狀態時，再向四面八發放出輻射。在變形的狀態 時，分子雖然暫時極性(感應偶極)，但感應偶極在放射電 磁輻射後即消失。拉曼光譜可測得對稱振動，有助於結構 鑑定。拉曼峰強度與試樣濃度成正比。

26 光譜量測 常用光譜儀的原理與類型 特殊光譜儀

27 光譜量測 量測光譜常見問題

28 光譜量測 量測光譜常見問題 常見誤差來源 折射、反射、透射、散射、吸收 溫度的效應 雜訊的串入 L=L0(1+T)

29 光譜量測 介紹結束