Spectrometer & applications

1. Spectrometer & applications 組別：N 組員：光電三 982006010 詹沛翰 光電三 982006504 陳泓餘 光電三 982006506 侯智舜 指導教授： 梁肇文 教授

2. 目錄 • 光譜儀簡介、原理、架構 (How do those things works optically…) • 光譜儀應用 (The key performance factors explanation) • 光譜儀未來發展 (Future development)

3. 根據抽籤結果分配工作 • 光譜儀簡介、原理、架構 (How do those things works optically…) →陳泓餘 • 光譜儀應用 (The key performance factors explanation) →侯智舜 • 光譜儀未來發展 (Future development) →詹沛翰 • PPT及A4講義製作 →詹沛翰

4. 光譜儀簡介、原理、架構

5. 光譜儀簡介 • 光譜儀( Spectroscope)是將成分複雜的光，分解為光譜線的科學儀器，由稜鏡或衍射光柵等構成，利用光譜儀可測量物體表面反射的光線。陽光中的七色光是肉眼能分的部分(可見光)，但若通過光譜儀將陽光分解，按波長排列，可見光只佔光譜中很小的範圍，其餘都是肉眼無法分辨的光譜，如紅外線、微波、紫外線、X射線等等。通過光譜儀對光信息的抓取、以照相底片顯影，或電腦化自動顯示數值儀器顯示和分析，從而測知物品中含有何種元素。這種技術被廣泛的應用於空氣污染、水污染、食品衛生、金屬工業等的檢測中。

6. 分光光譜儀光路圖

7. 稜鏡的色散 http://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%A8%9C%E9%8F%A1 http://phys.thu.edu.tw/~exp01/class/gp-exp10/exp10.htm

8. 光柵的分光 http://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%A8%9C%E9%8F%A1

9. 光柵原理 • 光柵則為一狹縫數N極大之多狹縫，因此可得到一系列寬度極窄的譜線。 • 當波長為單色光垂直入射於光柵後，於繞射角滿足 ‧‧‧

10. 汞燈光譜

11. 比爾-朗伯定律（Beer–Lambert law） 一束單色光照射於一吸收介質表面，在通過一定厚度的介質後，由於介質吸收了一部分光能，透射光的強度就要減弱。吸收介質的濃度愈大，介質的厚度愈大，則光強度的減弱愈顯著，其關係為：

12. 比爾-朗伯定律（Beer–Lambert law） ：吸光度 ：入射光的強度 ：透射光的強度 ：透射比，或稱透光度 ：係數，可以是吸收係數或摩爾吸收係數 ：吸收介質的厚度，一般以 cm 為單位 ：吸光物質的濃度，單位可以是 g/L 或 mol/L

13. 比爾-朗伯定律的成立的前提 • 入射光為平行單色光且垂直照射； • 吸光物質為均勻非散射體系； • 吸光質點之間無相互作用； • 輻射與物質之間的作用僅限於光吸收過程，無螢光和光化學現象發生

14. IR光譜儀與UV光譜儀 • IR光譜儀是由光源--樣品--分光器--偵測器 • UV光譜儀是由光源--分光器--樣品--偵測器 • 因為：IR的能量較低 ← → UV的能量較強

15. 影響光譜儀檢測的因素 • 光源的波長 • 透鏡的好壞

16. 汞燈光譜 http://140.120.11.1/prophys/basicexp/expnote/spectrum2/spectrum_2_0423.htm

17. 透鏡好壞

18. 光譜儀應用

19. photoluminescence spectrometer • 產品型號：Nanometrics/Accent / NAN-VerteX • 製造原廠：Nanometrics Inc. 光激螢光光譜儀 Reference:德技科技股份有限公司

20. 原理 • 螢光(Luminescence) 是物理系統由於過度熱輻射或白熱化後產生電磁輻射放射的一種現象。 • hω(laser) = hω(PL) + hω(phonon)

21. Reference: http://www.ndl.org.tw/cht/ndlcomm/P12_2/6.pdf

22. 直接能隙半導體的吸收係數 A和P是用來判斷特定材料的常數，hω指的是雷射光的光子能量，而Egap則是結構的能隙。

23. Reference: http://www.ndl.org.tw/cht/ndlcomm/P12_2/6.pdf

24. Reference: http://www.ndl.org.tw/cht/ndlcomm/P12_2/6.pdf

25. Reference: http://www.ndl.org.tw/cht/ndlcomm/P12_2/6.pdf

26. 應用 • 藉由分析光激發螢光資料，可以由光譜中的特徵可以得知材料的摻雜雜質種類、能隙大小、化合物中的組成成分。

27. 高光譜遙測技術 • 高光譜遙測是指利用很多很窄的電磁波波段從感興趣的物體獲取有關數據。它是在電磁波譜的紫外、可見光、近紅外和中紅外區域，獲取許多非常窄且光譜連續的影像數據的技術。成像光譜儀為每個像素提供 數十至數百個窄波段 (通常波段寬度 < 10 nm) 光譜訊息，能產生一條完整而連續的光譜曲線。

28. Reference:http://www.itrc.narl.org.tw/Research/isis/term.php

29. Reference:http://www.itrc.narl.org.tw/Research/isis/term.php

30. Reference:http://www.itrc.narl.org.tw/Research/isis/term.php

31. 光譜儀未來發展

32. 食物 • 過去→化學實驗 • 現在、未來→近紅外線光譜儀(Near Infrared Spectroscopy ) • 最大的不同之處在於「不用」任何化學試劑，不會破壞食物的分子結構。使用上也比化學分析安全許多。 • 目前有2種方式：近紅外線反射比 & 近紅外線透射比

33. 食物

34. 醫療 • 腦裡面有腫瘤怎麼辦？？

35. 醫療 • 螢光光譜儀(Fluorescence Spectroscopy) Cedars-Sinai醫學中心生物光電暨技術發展實驗室的Laura Marcu博士 • 膠質細胞瘤(glioma) • 螢光半衰期

36. 健康 • 血糖的測定 • Raman光譜法 • 通過近紅外光掃描患者的手臂或者手指來測定患者的血糖水平，而不需要紮針抽血。 • 大小約筆記型電腦

37. 健康

38. 隨身攜帶 • 光纖光譜儀

39. 隨身攜帶 • 探測器參數 薄型背照式2D，HAMAMATSU S10420-1106 像素，完整：2068x70；有效：2048x64 有效尺寸，28.672x0.896mm • 光譜儀參數 光學平台，對稱式Czerny-Turner，72mm焦距 波長範圍，185nm~1100nm 分辨率，0.04~10nm 積分時間，3ms ~ 10s 外形尺寸，119×90×28(mm)

40. 鑑識，蒐證 • 採集指紋 • 過去→煙燻、液體或粉末對指紋上的成分進行處理 • 現在、未來→顯微X光螢光光譜儀（micro X-ray Fluorescence, MXRF）

41. 鑑識，蒐證

42. Q&A

43. Q & A • Q1：光譜儀的基本原理有哪兩個？

44. Q & A • Q2：高光譜儀的應用有哪些？(試舉出一樣)

45. Q & A • Q3：近紅外線光譜儀運用哪兩種方式分析食物？

46. 資料來源 • http://tw.knowledge.yahoo.com/question/question?qid=1608030403581 • http://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E5%85%89%E8%B0%B1%E4%BB%AA • http://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%A1%8D%E5%B0%84%E5%85%89%E6%A0%85 • http://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%A8%9C%E9%8F%A1 • http://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%AF%94%E7%88%BE-%E6%9C%97%E4%BC%AF%E5%AE%9A%E5%BE%8B

47. 資料來源 • 光譜儀未來發展 • www.asaimtaiwan.org/sm_052010.pdf • http://www.grasun-opt.com/guangxianguangpuyi/ • http://sciscape2.org/2011/02/09/5647.htm • http://sciscape2.org/2011/02/09/6977.htm • http://expo.hc3i.cn/art/201111/16986.htm

48. 謝謝大家