梯光栅谱仪

普通光栅和中阶梯光栅有什么区别了？

线色散率、分辨率、集光本领是评价光谱仪性能的重要指标，而这些性能又主要取决于所采用的色散元件—光栅，制造高性能的光栅一直是光谱仪技术追求的目标。ICP分光系统中，全直谱图的很多都是采用中阶梯光栅。从光栅色散率公式可知，在自准条件下（a=b=e）dl/dλ=(m·f)/(d·cosb)提高线色散率可采用长焦距f、大衍射角b、高光谱级次m、减少两刻线间的距离d（提高每毫米刻线数）。从光栅分辨率公式可知R=λ/Dλ=m·N提高分辨率可增加光栅刻线总数N、用高衍射级次来解决。在常规的光栅设计中，都是通过增加每毫米刻线数来提高线色散率和分辨率。事实上由于制造技术及成本原因，精确、均匀地在每毫米刻制2400条线已很困难，采用全息技术制造的全息光栅最高可达10000条，但由于槽面成正弦形，使闪耀特性受影响，集光效率下降。1949年美国麻省理工学院的Harrison教授摆脱常规光栅的设计思路，从增加衍射角b，利用“短槽面”获得高衍射级次m着手，增加两刻线间距离d的方法研制成中阶梯光栅（Echelle），这种光栅刻线数目较少（8～80条），使用的光谱级次高（m=28～200），具有光谱范围宽、色散率大、分辨率好等突出优点。但由于当时无法解决光谱级次间重叠的问题，在五、六十年代未受到重视，直到七十年代由于实现了交叉色散，将一维光谱变为二维光谱，方得到实际应用。随着九十年代初二维半导体检测器（CID）和(CCD)的应用，中阶梯光栅的优点才在ICP光谱分析中充分的展现出来。光栅方程d(Sina+Sinb)=mλ 同样也适用于中阶梯光栅。在“自准”（a=b=e）时，m=2d·Sine/λ。中阶梯光栅不同于平面光栅，采用刻槽的“短边”进行衍射，即闪耀角e很大（60°- 70°）；采用减少每毫米刻线数，即增大光栅常数d，因此，光谱级次m大大增加。例如IRIS Ad.全谱直读ICP的光栅刻线为52.6条/mm，闪耀角e=64°，可计算出对应λ=175nm的光谱级次m=189级，对应λ=800nm的光谱级次m=42级。对于衍射级次从42～189时，其闪耀波长分别在800～175nm光谱分析段内，且这些闪耀波长间隔较近，即形成全波长闪耀。中阶梯光栅的角散率：db/dλ=(2·tgb)/λ线色散率 dl/dλ=(2·f·tgb)/λ分辨率 R=λ/Dλ=2·W/(λ·Sinb)从上面三个公式可知，中阶梯光栅的角色散率、线色散率和分辨率都与衍射角b有关，并随着b增大而增大。因此，只要取足够大的b值（取闪耀角接近衍射角b=64°），即相当于在较高级次下工作，就能获得很大的角色散率、线色散率和分辨率。对于一般平面光栅，线色散率dl/dx =(f·m)/d，必须依靠增大仪器的焦距f，减小刻线间距d（增加刻线条数）来增加线色散率。而中阶梯光栅由于角色散率很大，不必依赖焦距的增加，就能获得较大的线散率。例如焦距1米，3600条/mm的平面光栅在200nm处，一级光谱的倒数线色散率仅为0.22nm/mm，而0.5米焦距，52.6条/mm的中阶梯光栅光谱仪在168级处同一波长的倒数线色散率可达0.14nm/mm。由于中阶梯光栅的角色散率足够大，焦距反而可缩小（如0.5米），因此，仪器光室的体积大为缩小，使相对孔径变大，光谱光强也得到提高。由于线色散率大，中阶梯光栅每一级光谱的波长范围相当小，在这个范围内各波长的衍射角基本一致，而且各级基本上是在同一角度下（闪耀角）观察整个波长范围，所以均可达到很大闪耀强度，即“全波长闪耀”。另外，这种中阶梯光栅它们相邻的衍射光谱级次之间的能量分布如上图所示，从图中可以看出，同一波长的入射光的能量多被分布在两个相邻衍射光谱的级次里，由于最佳闪耀波段两侧能量锐减，如图中虚线下方所示。故入射光强能量几乎都被集中到如图中虚线上方的闪耀波段中的该波长上，由此可知，中阶梯光栅在175~800nm全波段范围内均有很强的能量分布，中阶梯光栅其光谱图象可聚焦在200 mm2的焦面上，非常适合于半导体检测器来检测谱线。中阶梯光栅光谱仪各级之间的重叠用交叉色散棱镜的办法来解决，即棱镜的色散方向与中阶梯光栅的色散方向互相垂直，这样在仪器的焦面上形成二维光谱图象。

[font=宋体]光栅作为分光器件的[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]近红外光谱仪[/color][/url]器所占比例很大，由于使用全息光栅，[/font][font=宋体][font=宋体]使光栅的质量大大提高，没有鬼线，杂散光很低，使光栅分光系统的光学性能有很大的提高。其中一种光栅分光系统采用精密波长编码技术的扫描技术，通过精密控制光栅的转动实现单色光的获取，如图[/font][font=Times New Roman]2-4[/font][font=宋体]所示；另一种技术路线是采用固定凹面光栅的同时配上多通道检测器，如图[/font][font=Times New Roman]2-5[/font][font=宋体]所示，检测器的不同通道单元接收不同波长的单色光，该方式改变了光谱扫描的方式，光谱读取的速度大大提高。上述两种光栅分光光谱仪器价格适中，对[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]近红外光谱[/color][/url]技术的普及与推广起很大作用。其中采用阵列检测器的光栅光谱仪因为没有任何移动部件，一般认为仪器的稳固程度较高，非常适宜用于在线系统。[/font][/font][align=center][img=,228,183]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2024/06/202406251642251485_5277_4070220_3.png!w397x413.jpg[/img][font=宋体] [/font][img=,229,183]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2024/06/202406251642298588_3148_4070220_3.png!w491x346.jpg[/img][/align][align=center][font=宋体][font=宋体]图[/font][font=Times New Roman]2-4[/font][font=宋体]光栅扫描型分光系统示意图图[/font][font=Times New Roman]2-5[/font][font=宋体]固定光栅[/font][/font][font='Times New Roman']—[/font][font=宋体]多通道传感分光系统示意图[/font][/align]

光栅作为重要的分光器件，它的选择与性能直接影响整个系统性能。光栅分为刻划光栅、复制光栅、全息光栅等。刻划光栅是用钻石刻刀在涂薄金属表面机械刻划而成；复制光栅是用母光栅复制而成。典型刻划光栅和复制光栅的刻槽是三角形。全息光栅是由激光干涉条纹光刻而成。全息光栅通常包括正弦刻槽。刻划光栅具有衍射效率高的特点，全息光栅光谱范围广，杂散光低，且可作到高光谱分辨率。◆如何选择光栅选择光栅主要考虑如下因素：1、光栅刻线，光栅刻线多少直接关系到光谱分辨率，刻线多光谱分辨率高，刻线少光谱覆盖范围宽，两者要根据实验灵活选择；2、闪耀波长，闪耀波长为光栅最大衍射效率点，因此选择光栅时应尽量选择闪耀波长在实验需要波长附近。如实验为可见光范围，可选择闪耀波长为500nm；3、使用范围，3、光栅效率，光栅效率是衍射到给定级次的单色光与入射单色光的比值。光栅效率愈高，信号损失愈小。为提高此效率，除提高光栅制作工艺外，还采用特殊镀膜，提高反射效率。◆光栅方程反射式衍射光栅是在衬底上周期地刻划很多微细的刻槽，一系列平行刻槽的间隔与波长相当，光栅表面涂上一层高反射率金属膜。光栅沟槽表面反射的辐射相互作用产生衍射和干涉。对某波长，在大多数方向消失，只在一定的有限方向出现，这些方向确定了衍射级次。如图所示，光栅刻槽垂直辐射入射平面，辐射与光栅法线入射角为α，衍射角为β，衍射级次为m，d为刻槽间距，在下述条件下得到干涉的极大值：Mλ=d（sinα+sinβ）定义φ 为入射光线与衍射光线夹角的一半，即φ=(α-β)/2；θ 为相对于零级光谱位置的光栅角，即θ=(α+β)/2,得到更方便的光栅方程：mλ=2dcosφsinθ从该光栅方程可看出：对一给定方向β，可以有几个波长与级次m 相对应λ 满足光栅方程。比如600nm 的一级辐射和300nm 的二级辐射、200nm 的三级辐射有相同的衍射角，这就是为什么要加消二级光谱滤光片轮的意义。衍射级次m 可正可负。对相同级次的多波长在不同的β 分布开。含多波长的辐射方向固定，旋转光栅，改变α，则在α+β 不变的方向得到不同的波长。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/03/201703121735_01_1841897_3.jpg

为什么中阶梯光栅每一级光谱范围很窄？同时其高级光谱密集而低级光谱稀疏？一直搞不懂啊

一米光栅摄谱仪是测什么的？原理是什么？有没有可替代的仪器？

全谱ICP中，中阶梯光栅配合棱镜起到什么作用？

国内分析仪器厂商为何不开发 连续光源+中阶梯光栅+面阵CCD 原子吸收光谱仪？上世纪60、70年代，国内的原子吸收分析技术发展紧跟国外的步伐，也算是走在了世界的前列，而现在我们在AAS研发方面好像停滞了，国内基本很少有人去研究连续光源+中阶梯光栅+面阵CCD构型的AAS及半导体泵浦激光AAS(Diode Laser AAS)。

Zhangxm,您一共有六个问题，先回答一个。关于中阶梯光栅，我的回答是抄书。以下的文字是邓勃，何华昆老师的《[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Wp][color=#3333ff]原子吸收光谱[/color][/url]分析》中抄下来的，改了改段落号和图号，改了一二个印刷错误。《[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Wp][color=#3333ff]原子吸收光谱[/color][/url]分析》化学工业出版社2004年9月第一版。这是十分好的教科书。许多问题可以从中得到解答。参考文献我就不列了。希望大家都能看到，看完这本书。[color=red]【4077注】[/color]本网《仪器书店》有这本书出售，用户可在此购买：[url]http://www.instrument.com.cn/book/shtml/20040922/1008299.shtml[/url]1． 中阶梯光栅与棱镜构成的双单色器中阶梯光栅的特点一是每毫米的刻线数目较少，都在100以内；二是以较大的衍射角和较高级数的谱线工作，且多与棱镜或低色散的光栅构成高色散中阶梯光栅单色器。G．R．Harrson开创了这项工作。 由前面的光栅的角色散率与分辨率各式可知，在波长一定时，光栅的角色散率与衍射角β、光栅常数d和光谱级次n有关，分辨率取决于光栅的刻线面宽度W和光谱级次n。当衍射角β确定后，用小的光栅常数d(即大的刻线密度)和低谱级次(n小)，或者采用大的光栅常数d(小的刻线密度)高谱级次(n大)，可以得到相同的角色散率。缩小d，即增加刻线密度是有物理限度的。所以采用大的衍射角β和高谱级次n是增大角色散率的实际有效途径。至于要提高分辨率，除了要增大衍射角β外，还要增大光栅的刻线面宽度W，因为与分辨率直接相关的通光孔径A会随衍射角β的增大而缩小(A=Wcosβ)。Harrson据此发明了刻线密度小(例如100刻线／mm)，主要用于高谱级(例如n等于几十至一二百)的光栅，并命名为echelle，中文译名是中阶梯光栅。图1是中阶梯光栅示意图。[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2005/03/200503211444_2819_1868106_3.gif[/img]图1中阶梯光栅示意[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2005/03/200503211445_2820_1868106_3.gif[/img]图2 中阶梯光栅的色散的重叠多级谱线位于最佳闪耀区 当衍射角β=0时，通光孔径A=O，此时分辨率虽达到分辨率的理论极限值Rmax，但光栅无法使用。目前，一般的中阶梯光栅采用a=β=63。26’(实际上β是有一定角度范围的)，此时，R= O．89Rmax。此外，为了使光栅在β方向有最大的闪耀效率，必须使光栅的闪耀角ε=β=α。并且，光栅刻槽的衍射面s须与入射、衍射光谱线垂直，s面的光学平整度要达到1／10干涉条纹(“光圈”)，否则不可能使上百级的光谱都有足够的光强。这就是说，在β方向的闪耀效率很高，只要有一两度的偏离，闪耀效率就会迅速下降。目前中阶梯光栅各级光谱中央的闪耀效率可以达到70％以上(如图2所示)鬼线强度也只有母线的O．005％以下。中阶梯光栅的特点是：a．衍射角β大，由nλ=2 sinβ可知，将不同的λ和不同n级的谱线重叠在同一位置；b．这些重叠的谱线都集中在最佳的光栅闪耀区；c．对中阶梯光栅光谱，需用辅助色散元件在垂直方向进行谱级色散，再在水平方向进行波长色散，即可获得高色散的良好结果。表1列出了3个元素的谱线在不同级数次中的相对强度。表1不同级次中光谱线的相对强度[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2005/03/200503211446_2821_1868106_3.gif[/img]2. 中阶梯光栅、棱镜两次色散一维分光双单色器 用中阶梯光栅和棱镜作色散元件构成的双单色器分光系统，如图3所示。这种单色器具有体积小，线色散率高的特点。第一个单色器用中阶梯光栅作色散元件，能得到大衍射角高级次角色散率大的谱线。由于众多衍射级次的谱线分布在很小的角度范围内，不同级次的谱线发生重叠较严重，第二个单色器将不同级次间重叠区分离开并对相应级次谱线进行色散。因第二个单色器用了石英棱镜色散元件，其紫外光谱区线色散倒数小。如Thermo-Elemental公司M系列[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Wp][color=#3333ff]原子吸收光谱仪[/color][/url]就是采用这种分光系统，其线色散倒数为0．5 nm。[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2005/03/200503211447_2822_1868106_3.gif[/img]图3 中阶梯光栅、棱镜两次色散一维分光光路系统示意3．二维分光工作方式 二维分光是指在X轴与y轴两个方向色散分光，经分光后谱线在二维的焦面上成像。由上述对中阶梯光栅工作过程分析可知，对中阶梯光栅的色散，再加用辅助的色散元件，在被色散谱线的垂直方向进行色散，即可获得高色散的良好结果。图4为中阶梯光栅与棱镜组成的交叉色散(即二维色散)分光过程示意，为简化问题，只标出了在垂直方向的色散，即不同衍射级次谱线的色散。图5为多元素同时测定[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Wp][color=#3333ff]原子吸收光谱[/color][/url]实验装置中用的中阶梯光栅两次分光交叉色散多色器分光系统，分光系统的焦面为二维谱线图像，检测器亦由多个光电倍增管组成的二维阵列。在检测器阵列与谱线焦面之间经严密测算制作的与多条分析波长谱线图像对应的多个狭缝专用板，分析线的数目多于光电倍增管的数目，专用板也有多块。工作时根据分析者选定的分析元素，采用相应的专用板，再通过转动机构将光电倍增管阵列移至分析谱线波长位置。这种固定光学系统，采用更换专用狭缝板和移动光电倍增管的工作方式，不仅免除了要将中阶梯光栅和棱镜十分精确地转动一个极小角度的困难，还可得到与多道同时测定一样的精度，而且在接近检出限工作时也不会找错谱线。这种交叉色散系统能提供高分辨的二维光谱信息，最先是应用在原子发射光谱仪器中。[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2005/03/200503211449_2823_1868106_3.gif[/img]图4 为中阶梯光栅与棱镜组成的交叉 色散(二维色散)分光过程示意[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2005/03/200503211450_2824_1868106_3.gif[/img]图5 为连续光源多元素同时测定[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Wp][color=#3333ff]原子吸收光谱[/color][/url]实验装置中用的 中阶梯光栅两次分光交叉色散多色器分光系统4 电子扫描二维分光工作方式由于中阶梯光栅经交叉色散后能给出面积较小，并有较宽波长范围的高分辨率二维光谱，所以人们就容易想到用成像器件来做二维检测器，最先是用于原子发射光谱仪器中，如国外若干大分析仪器公司的原子发射光谱仪器商品都是用紫外增强型CMOS、 CCD或CID等半导体图像检测器。对[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Wp][color=#3333ff]原子吸收光谱仪[/color][/url]器采用此项先进技术的是SIMAA6000型[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Wp][color=#3333ff]原子吸收光谱仪[/color][/url]，有文献详细报道过，采用了具有高分辨率的二维光谱焦面的中阶梯光栅分光系统和紫外增强型分段式PDA检测器。其分光光路和检测系统如图6所示，中阶梯光栅刻线是79槽／mm，闪耀角63．4o，棱镜是人造熔融石英，顶角25．15o，成像球面镜的焦距501 mm，面积是120 mmxl20 mm。线色散倒数是O．1 nm／mm(200 nm，113级)和O4nm／mm(800nm，28级)。入射狭缝选用2．3 mm×1O mm时，对于As 193．7 nm光谱通带0．2 nm，Ba 553．5 nm光谱通带约为O．55 nm。二维光谱线焦面约为50 mm×60 mm，覆盖波长范围190～900 nm。半导体图像体检测器从日本Hamamatsu定制，专门设计加工成分段式单片检测器，称分段式PDA[又称分段式CMOS-PDA]检测器]，整个检测器结构如图6所示。可提供的分析线数目为：39个主要常用元素的主灵敏线，16条次灵敏线和3条用于波长校正的氖线。关于波长的检查和校正，使用装在仪器内的充氖辉光放电灯，由计算机控制一面反射镜使氖灯发射光谱线进入光路，用位于图6左上角的607．43 nm[607(A)]和左下角的614．31 nm[614(A)]和Zn空心阴极灯的202．55 nm[位于图6右上角的202(A)]三条谱线来进行。此三条谱线处于二维焦面三个重要位置，包罗了全部分析线。具体操作程序是通过在X和Y方向分别在2 mm和4 mm范围内扫描，用峰拟合程序测量三条谱线轮廓的半宽度与相对位置。SIMAA型[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Wp][color=#3333ff]原子吸收光谱仪[/color][/url]的这种分光系统，用电子扫描代替了分光元件转动的机械扫描，不但缩短工作时间和减少机械磨损，而且提高了波长精度。由于光源数量的限制，以及其他技术难点，多元素同时测定[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Wp][color=#3333ff]原子吸收光谱仪[/color][/url]器还在研究开发中，上述的中阶梯光栅分光系统应属较好的方案之一。[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2005/03/200503211451_2825_1868106_3.gif[/img]图5 SIMAA6000型[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Wp][color=#3333ff]原子吸收光谱仪[/color][/url]光学系统示意[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2005/03/200503211451_2826_1868106_3.gif[/img]

我用的光栅摄谱仪,有没有朋友交流一下

光谱仪光栅哪里有卖？朋友想打听一下。

请问各位大侠，光栅光谱仪是种什么仪器，用来检测样品的什么指标呢？与荧光光谱仪有什么关系呢？

最近版面上经常出现中阶梯光栅有没有高手给我们普及一下中阶梯光栅的知识网上的太抽象了，看不懂

直读光谱用的是什么光栅？平面光栅？凹面光栅？阶梯光栅？或其他光栅？

有谁用过平场光栅光谱仪，能否介绍一下什么意思 有哪些产品

光栅摄谱仪，能用为原则，便宜的都有哪几家？

有没有哪位大神知道哪个牌子的平面光栅光谱仪好？光栅摄谱仪是一米的好呢，还是两米的好？

原子发射光谱的中阶剃光栅分光系统有那些优势

大家觉得限制中阶梯光栅仪器的分辨率怎么样?在长波段够用吗？

瑞利原子光谱仪器中的光栅是国内自己刻的吗？现在国内都能制作什么样的光栅？

请问所用的光栅摄谱仪（2米）及总有机碳分析仪的型号价格是什莫？可用于何用途？谢谢！

[img]http://www.instrument.com.cn/bbs/images/affix.gif[/img][url=http://www.instrument.com.cn/bbs/download.asp?ID=18699]光栅和棱镜光谱仪的特性1.pdf[/url]

直读光谱有一米（1000mm）光栅，750mm光栅，500mm光栅，到底哪种光栅最好？直读光谱光栅是否越长越好？请大家发表高论。

看到很多版友都问过直读光谱中光栅的区别，整理了几个老帖子的回答~~汇总优质资源啦！！！！1、知识简介 —— 光栅摄谱仪http://bbs.instrument.com.cn/topic/41402962、凹面光栅和平面光栅的区别http://bbs.instrument.com.cn/topic/38543273、火花直读光谱的光栅基本上固定不动的吧？只能微调？http://bbs.instrument.com.cn/topic/4421323~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~目前只看到这些，大家还有看到好帖子，欢迎在本帖下留言，推荐给我哦~~

坛内有人还在用平面光栅摄谱仪吗？

请问国内有生产用于光谱仪的凹面光栅的吗？

傅里叶变换红外光谱仪和红外光栅分光光度计的对比如何？ 傅里叶变换红外光谱仪与红外光栅分光光度计相比，具有：光通量大、测量速度快、测量精度高、分辨率高、信噪比高、可以一次取得全波段光谱等特点。 其二者的性能相比，傅里叶红外光谱仪和其他类型红外光谱仪一样，都是用来获得物质的红外吸收光谱，但测量原理却不相同。在色散型红外光谱仪中，光源发出的光先照射试样，而后再经分光器（光栅或棱镜）分成单色光，由检测器检测后获得光谱。但在傅里叶变换红外光谱仪中，首先是把光源发出的光经干涉仪变成干涉光，再让干涉光照射样品。经检测器获得干涉图，得不到我们常见的红外吸收光谱，实际吸收光谱是由计算机将干涉图进行傅里叶变换得到的。 从两类红外光谱仪的原理比较可知，傅里叶变换红外光谱仪有其独到之处，它与一般色散型红外光谱仪截然不同，它没有分光系统，测量时是应用经干涉仪调制了的干涉光，可一次取得全波段光谱信息。与红外光栅分光光度计相比具有高光通量，测量速度快、测量准确度高、信噪比高、操作简便等特点，已逐渐替代了早期的红外光栅分光光度计，应用前景十分广泛。

光栅摄谱仪和光电直读光谱仪的优缺点比较：　　光栅摄谱仪的优点是： 　　(1)适用的波长范围广; 　　(2)具有较大的线色散率和分辨率，且色散率仅决定于光栅刻线条数而与光栅材料无关; 　　(3)线色散率与分辨率大小基本上与波长无关。其不足之处是光栅会产生罗兰鬼线以及多级衍射线间的重叠而出现谱线干扰。 　　光电直读光谱仪的优点是： 　　(1)分析速度快; 　　(2)准确度高，相对误差约为1%; 　　(3)适用于较宽的波长范围; 　　(4)光电倍增管对信号放大能力强，对强弱不同谱线可用不同的放大倍率，相差可达10000倍，因此它可用同一分析条件对样品中多种含量范围差别很大的元素同时进行分析; 　　(5)线性范围宽，可做高含量分析。 　　缺点为：出射狭缝固定，能分析的元素也固定，也不能利用不同波长的谱线进行分析;价格昂贵。

有人目测过直读光谱仪光栅的实际尺寸吗？包括PMT和CCD的。