【摘要】：原子發(fā)射光譜分析技術(shù)廣泛應(yīng)用于物理,生物,化學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域,隨著技術(shù)水平的進(jìn)步,對(duì)原子發(fā)射光譜分析儀器靈敏度、測(cè)試范圍、速度方面的要求進(jìn)一步提高。但在光柵光譜儀中,高分辨率,寬光譜范圍之間存在難以調(diào)和的矛盾,目前現(xiàn)有的原子發(fā)射光譜儀大多通過(guò)設(shè)置多塊光柵以及多個(gè)單點(diǎn)探測(cè)器進(jìn)行不同波長(zhǎng)的探測(cè),很難從根本上解決檢測(cè)速度慢、光譜范圍窄等問(wèn)題,不能滿(mǎn)足寬光譜高分辨快速檢測(cè)的需求。為此開(kāi)展原子發(fā)射光譜儀寬譜段高分辨率快速檢測(cè)技術(shù)研究,可提升原子發(fā)射光譜儀的檢測(cè)譜段范圍和光譜分辨率,對(duì)化學(xué)元素分析和研究有重要意義和應(yīng)用價(jià)值。論文針對(duì)原子發(fā)射光譜儀寬譜段和高分辨率及快速檢測(cè)相制約的問(wèn)題,以提高譜段范圍、分辨率和檢測(cè)速度為目標(biāo),開(kāi)展高分辨率光譜儀光學(xué)系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法、寬譜段掃描、快速檢測(cè)和遠(yuǎn)距離傳輸?shù)汝P(guān)鍵技術(shù)研究,提出寬譜段高分辨快速檢測(cè)的原子發(fā)射光譜儀總體設(shè)計(jì)方案。著重優(yōu)化設(shè)計(jì)光譜儀光學(xué)系統(tǒng)�；谠影l(fā)射光譜儀相關(guān)理論和光學(xué)像差理論,研究分析了影響光譜儀光譜分辨率、檢測(cè)譜段范圍和檢測(cè)速度的因素。從光柵光譜儀基礎(chǔ)理論和光學(xué)像差理論兩個(gè)角度分析了影響光譜儀高分辨率的因素,并推導(dǎo)出光譜儀自身器件對(duì)光譜儀高分辨率的影響公式,采用像元分辨率匹配的方法,從光電探測(cè)器和視場(chǎng)光闌考慮,計(jì)算出光譜儀所需入射狹縫大小;采用角位移平臺(tái)作為轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)光柵旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)寬譜段的掃描;比較光電倍增管(PMT)和CCD的性能,選用CCD實(shí)現(xiàn)光譜儀的快速檢測(cè)。在此基礎(chǔ)上確定了寬譜段高分辨快速檢測(cè)的原子發(fā)射光譜儀總體設(shè)計(jì)方案。為解決光譜儀中心波長(zhǎng)和邊緣波長(zhǎng)不能同時(shí)達(dá)到高分辨率的問(wèn)題,提出了一種光譜儀色散光學(xué)系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法,利用該方法優(yōu)化設(shè)計(jì)出一種原子發(fā)射光譜儀光柵色散光學(xué)系統(tǒng),并對(duì)其進(jìn)行了仿真,結(jié)果表明在全譜段200 nm-1000 nm范圍內(nèi)全視場(chǎng)子午方向RMS值均小于兩個(gè)探測(cè)器像元尺寸32μm,在不同譜段光譜分辨率優(yōu)于0.01 nm�；谖锵耠p遠(yuǎn)心光學(xué)原理,設(shè)計(jì)出一種原子發(fā)射光譜儀前置光學(xué)系統(tǒng),將原子發(fā)射光譜儀光源信號(hào)按放大倍率1:1傳輸?shù)焦庾V儀入射狹縫內(nèi),實(shí)現(xiàn)了原子發(fā)射光譜儀光源信號(hào)的遠(yuǎn)距離(1400 mm)傳輸。
【圖文】：

使光譜儀探測(cè)技術(shù)朝著快速化、全譜化的方向發(fā)展。如美國(guó)瓦里 VARIAN VISTA 系列的全譜直讀原子發(fā)射光譜儀采用 CCD 二維檢測(cè)器圍達(dá)到 167-785 nm。球頂級(jí)光學(xué)產(chǎn)品供應(yīng)商法國(guó) HORIBA JY 公司所生產(chǎn)的等離子體發(fā)射光光譜分辨率還是光譜范圍性能上一直在國(guó)際上處于領(lǐng)先地位，如型號(hào)為t LT 的原子發(fā)射光譜儀譜段覆蓋范圍可以從 160 nm 到 800 nm，在紫外區(qū)分辨率小于 5 pm；可見(jiàn)光范圍內(nèi)的光譜分辨率小于 10 pm。且 JY 公司采用測(cè)器件，如圖 1.1 所示，通過(guò)掃描機(jī)構(gòu)帶動(dòng)光柵轉(zhuǎn)動(dòng)逐步實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)掃描度高，最高可達(dá) 0.1 ppm，但是其一次只能對(duì)單一光譜通道進(jìn)行測(cè)量，，復(fù)雜樣品發(fā)射光譜探測(cè)時(shí)，探測(cè)譜段為紫外至近紅外，且光譜分辨率要求測(cè)速度較慢，探測(cè) 1 nm 的波段范圍需要進(jìn)行數(shù)千步掃描。而國(guó)內(nèi)中科等研究機(jī)構(gòu)則主要研究將中階梯光柵與面陣探測(cè)器配合，通過(guò)對(duì)光譜信散，同時(shí)在探測(cè)器像面上獲得不同級(jí)次的不同譜段的光譜信號(hào)，只用一得從紫外至近紅外寬譜段范圍內(nèi)的光譜信號(hào)，其結(jié)構(gòu)原理如圖 1.2 所示

最高可達(dá) 0.1 ppm，但是其一次只能對(duì)單一光譜通道進(jìn)行測(cè)量，復(fù)雜樣品發(fā)射光譜探測(cè)時(shí)，探測(cè)譜段為紫外至近紅外，且光譜分辨率要求測(cè)速度較慢，探測(cè) 1 nm 的波段范圍需要進(jìn)行數(shù)千步掃描。而國(guó)內(nèi)中科等研究機(jī)構(gòu)則主要研究將中階梯光柵與面陣探測(cè)器配合，通過(guò)對(duì)光譜信散，同時(shí)在探測(cè)器像面上獲得不同級(jí)次的不同譜段的光譜信號(hào)，只用一得從紫外至近紅外寬譜段范圍內(nèi)的光譜信號(hào)，其結(jié)構(gòu)原理如圖 1.2 所示圖 1.1 HORIBAJY 公司 PMT 原子發(fā)射發(fā)射光譜儀結(jié)構(gòu)圖
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)春理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TH744.1

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本文編號(hào)：2684814