材料光谱分析导论
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《光谱分析导论》课件
介绍光谱分析在环境监测和污染 控制中的重要作用。
食品安全
讲解光谱分析在食品安全检测中 的应用，以及它对消费者健康的 重要性。
总结和建议
光谱分析的重要性
回顾光谱分析在科学研究和 工业应用中的重要作用。
学习与实践
提供学习光谱分析的建议， 包括实验室实践和专业培训。
未来发展
展望光谱分析技术的未来发 展趋势和应用领域。
光谱分析简介
什么是光谱分析？
介绍光谱分析的定义和基本原 理。
常见的光谱类型
详细解释可见光谱、紫外光谱 和红外光谱等常见的光谱类型。
光谱分析的应用领域
探索光谱分析在物质研究、环 境监测、药物分析等领域中的 应用。
基本概念
1 能谱与波长谱
比较能谱和波长谱两种常用的光谱表示方式，并解释其优缺点。
2 波长与频率的关系
仪器与设备
光谱仪
介绍光谱分析仪器的工作原理 和常见类型，包括分光光度计 和质谱仪。
采样技术
讲解光谱分析中的样品采集和 处理技术，如气相色谱和固相 萃取。
光源
探索光谱分析中常用的光源， 如激光和氘灯，并介绍它们的 特点。
应用案例
医学应用
环境应用
探索光谱分析在医学领域的应用， 如药物检测和疾病诊断。
《光谱分析导论》
欢迎来到《光谱分析导论》PPT课件。在本课程中，我们将一起探索光谱分析 的基本概念、分析技术、仪器与设备以及应用案例。准备好迎接精彩的光谱 世界吧！
导言
1 光谱的定义与背景
简单介绍光谱的基本概念与历史背景。
2 光谱在现代科学中的重要性
探讨光谱在物理、化学及其他领域中的广泛应用和价值。
介绍波长与频率之间的数学关系，并解释它在光谱分析中的意义。
第二章 光谱分析法导论
26
分子发射
分子发射与分子外层的电子能级、振动能级和转动能 级相关。因此分子发射光谱较原子发射光谱复杂。 为了保持分子的形态，分子的激发不能采用电、热等 极端方式，而采用光激发或化学能激发。 分子发射的电磁辐射基本处于紫外、可见和红外光区 。因此分子主要发射紫外、可见电磁辐射，据此建立 了荧光光谱法、磷光光谱法和化学发光光谱法。 与分子吸收光谱一样，由于相邻两个转动能级之间的 能量差很小，因此由相邻两个转动能级跃迁回同一较 低能级的两个跃迁的能量差也很小，故发射过程所发 射的两个辐射的频率或波长很接近，通常的检测系统 很难分辨出来。而分子能量相近的振动能级又很多， 因此表观上分子发射表现为对特定波长段电磁辐射的27 发射，光谱上表现为连续光谱。
E=（n+1）hv
hv
E=nhv
能量降低
发射(Emission)
物质受到激发而跃迁
到激发态后，由激发态跃迁回到基态时以辐
射的方式释放能量。
能量：光、电、热、化学能等
M → M
M→ M+h
24
发射跃迁可以理解为吸收跃迁相反的过程。由于原子 、分子和离子的基态最稳定，，所以发射跃迁涉及的 是从较高能态向基态的跃迁。 可以通过实验得到发射强度对波长或频率的函数图， 即发射光谱图。 通常情况下，分子、原子和离子处于基态，因此要产 生发射，必须使分子、原子和离子处于激发态，这个 过程称为激发。 激发可以通过提供不同不同形式的能量来实现。包括 三种：1.热能。将试样置于高压交流火花、电弧、火 焰、高温炉体之中，物质以原子、离子形式存在，可 获取热能而处于激发态，并产生紫外、可见或红外辐 射；2.电磁辐射。即用光辐射作用于分子或原子，使 之产生吸收跃迁，并发射分子荧光、分子磷光或原子 荧光；3.化学能。即通过放热的化学反应是反应物或 产物获取化学能而被激发，并产生化学发光。
分析化学二-第二章 光谱分析导论ppt实用资料
五 电磁辐射与物质的相互作用
电磁辐射的基本性质
（2） 分子的吸收 E分子=E电子+E振动+E转动 E电子> E振动> E转动
振动 能级
辐射能
第一电子激 h=E 发态（E1) 吸收光
转动
电子基态
能级
（E0)
基态分子
电子 能级 间的 跃迁
激发态 分子
0 .5
0 .4
光 0 .3
强 度0 .2
转动能级 0.1
反射：入射光与物质 碰撞而按反射定律改 变传播方向的现象
电磁辐射的基本性质
五 电磁辐射与物质的相互作用——折射和反射
折射率 (n) ：光在真空中的传播速度与其在介质中的传播速度的比
n=c/v
相对折射率 (n2,1)：光从介质1进入介质2时，其入射角i与折射角r的正弦比
n2,1
s ini v1 s inr v2
§2-1 电磁辐射的基本性质
一、电磁辐射
所谓电磁辐射是指一种以极大的速度通过空间转播 能量的电磁波
光就是一种电磁波
二、电磁辐射的基本性质 ———波粒二象性
➢ 波动性指电磁波以正弦波的形式向前传播，可以叠加， 并具有折射、衍射、干涉等波的现象。
波 的 叠y 加
频率相同的正 弦波叠加得相 同频率的合成 t 正弦波
应用: 浊度分析法、比浊法
瑞利散射(Rayleigh)：（属于弹性碰撞）
分子散射： 定义：光与粒子碰撞时没有发生能量交换的分子散射
性质：散射＝ 入射，散射强度I ∝ 1/4，强度弱
粒子直径 应用: 共振瑞利散射光谱法 小于入射 光波长时 拉曼散射(Raman) ： （属于非弹性碰撞）
所产生的
光谱分析法导论
分子散射
拉曼散射（λ散≠ λ入 ） （粒子直径小于入射光波长） I（散射光强）∝ν4∝1/λ4
2.1.4.4 折射与反射（Refraction and Reflection） 折射率 n=c/ν 相对折射率
sin i V1 n2 n2.1 sin r V2 n1
棱镜的分光作用
图2-10 光的反射与折射示意图
一种有效的结构分析手段
2.2.2.3 基于原子内层电子能级跃迁的光谱法 与原子内层电子能级跃迁相关的光谱法 为X射线分析法，它是基于高能电子的减速 运动或原子内层电子跃迁所产生的短波电磁 辐射所建立的分析方法，包括X射线荧光法、 X射线吸收法。
2.2.2.4 基于原子核能级跃迁的光谱法 基于原子核能级跃迁的光谱法为核磁共 振波谱法。在强磁场作用下，核自旋磁矩与 外磁场相互作用分裂为能量不同的核磁能级， 核磁能级之间的跃迁吸收或发射射频区的电 磁波。
图2-2 原子吸收跃迁示意图
2. 分子吸收 特点： 分子能级的复杂性 连续光谱 紫外-可见（电子能级跃迁）和红外光谱 （振转能级跃迁）
分子总能量：
Ｅ分子＝Ｅ电子＋Ｅ振动
＋Ｅ转动
图2-3 电子能级吸收跃迁示意图
图2-4 分子振动能级吸收跃迁示意图
3. 磁场诱导吸收 将某些元素原子放入磁场，其电子和 核受到强磁场的作用后，具有磁性质的简 并能级将发生分裂，并产生具有微小能量 差的不同量子化的能级，进而可以吸收低 频率的电磁辐射。
第2章 光谱分析法导论 （Introduction to spectral analysis）
光分析法基础： 能量作用于待测物质后产生光辐射，该能量 形式可以是光辐射和其他辐射能量形式，也 可以是声、电、磁或热等能量形式； 光辐射作用于待测物质后发生某种变化，这 种变化可以是待测物质物理化学特性的改变， 也可以是光辐射光学特性的改变。
2光谱分析导论习题答案
第二章 光谱分析导论习题答案
1.发射光谱法和吸收光谱法分别包括哪些方法？
发射光谱法包括原子发射光谱、原子荧光光谱、X 射线荧光光谱、分子荧光光谱等。
吸收光谱法包括原子吸收光谱、紫外可见吸收光谱、红外光谱、核磁共振波谱等。
2.请解释下列名词：原子光谱，分子光谱，线光谱，带光谱，连续光谱。
原子光谱：原子中的电子在能量变化时所发射或吸收的一系列光所组成的光谱。
分子光谱：分子从一种能态改变到另一种能态时吸收或发射的光谱。
线光谱：气态原子或离子当其受外界能量激发时，将发射出各自的线状光谱。
带光谱：气体分子在高温下激发，除电子能级跃迁外，还产生分子振动和转动能级变化，形成一个或数个密集的谱线组，即为带光谱。
连续光谱：由炽热的固体、液体或高压气体所发的光谱。
3.按能量递增顺序排列下列电磁波区域：微波，X 射线，可见光区，紫外区，
红外区。
微波，红外区，可见光区，紫外区，X 射线。
4.一个原子与光作用时，可吸收400nm 处的光线，则该原子吸收了多少能量？E = h λC = 71034104001031063.6--⨯⨯⨯⨯ = 4.97×10-19 (J)。
材料分析技术-光谱分析法
20
红外吸收光谱法
• 历史概述 • 理论基础 • 仪器构成 • 样品制备 • 图谱解析与应用 • 新发展
21
红外光谱的范围
近紫外
可见
红外
200nm 400nm
780nm
1000um
近红外区 中红外区
远红外区
0.78um 2.5um
50um
1000um
22
波数/cm-1
/ cm1
1
104
/ cm / m
10
价电子跃迁与原子光谱
• 原子价电子能级发生变化而产生。 • 激发-跃迁对应于吸收光谱与发射光谱。 • 价电子跃迁能量变化在1-20eV之间。 • 所以波长大多分布在紫外-可见光区域。
11
内层电子跃迁与X射线光谱
• 内层电子跃迁能量较高，对应波长X射线区 域。
• 除了辐射X射线还有部分能量以Auger电子 的形式放出。
2 频率（v）
单位时间内通过传播方向某一点的波峰或波谷的数 目，即单位时间内电磁场振动的次数称为频率，单 位为赫兹（Hz，即s-1）。
4
3 波数（σ）
每厘米长度内所含的波长的数目，它是波长的倒数，即
σ ＝1 / λ
波数单位常用cm-1来表示。
4 传播速度 辐射传播速度υ等于频率v乘以波长λ，即υ＝v λ。在
分子光谱法
原子发射光谱法 原子吸收光谱法 原子荧光光谱法
紫外-可见吸收光谱法 红外吸收光谱法 分子荧光与磷光光谱法 化学发光光谱法 拉曼光谱法
其它光谱法
核磁共振与顺磁共振波谱法 X射线荧光光谱法
19
光谱分析法仪器的基本流程
光谱仪器通常 包括五个基本单元
光源； 单色器； 样品； 检测器； 显示与数据处理
红外吸收光谱法
• 历史概述 • 理论基础 • 仪器构成 • 样品制备 • 图谱解析与应用 • 新发展
21
红外光谱的范围
近紫外
可见
红外
200nm 400nm
780nm
1000um
近红外区 中红外区
远红外区
0.78um 2.5um
50um
1000um
22
波数/cm-1
/ cm1
1
104
/ cm / m
10
价电子跃迁与原子光谱
• 原子价电子能级发生变化而产生。 • 激发-跃迁对应于吸收光谱与发射光谱。 • 价电子跃迁能量变化在1-20eV之间。 • 所以波长大多分布在紫外-可见光区域。
11
内层电子跃迁与X射线光谱
• 内层电子跃迁能量较高，对应波长X射线区 域。
• 除了辐射X射线还有部分能量以Auger电子 的形式放出。
2 频率（v）
单位时间内通过传播方向某一点的波峰或波谷的数 目，即单位时间内电磁场振动的次数称为频率，单 位为赫兹（Hz，即s-1）。
4
3 波数（σ）
每厘米长度内所含的波长的数目，它是波长的倒数，即
σ ＝1 / λ
波数单位常用cm-1来表示。
4 传播速度 辐射传播速度υ等于频率v乘以波长λ，即υ＝v λ。在
分子光谱法
原子发射光谱法 原子吸收光谱法 原子荧光光谱法
紫外-可见吸收光谱法 红外吸收光谱法 分子荧光与磷光光谱法 化学发光光谱法 拉曼光谱法
其它光谱法
核磁共振与顺磁共振波谱法 X射线荧光光谱法
19
光谱分析法仪器的基本流程
光谱仪器通常 包括五个基本单元
光源； 单色器； 样品； 检测器； 显示与数据处理
《光谱分析导论》PPT课件
2. 联用技术
电感耦合高频等离子体（ICP）—质谱 激光质谱：灵敏度达10-20 g
3. 新材料
光导纤维传导，损耗少；抗干扰能力强；
2020/11/28
《仪器分析》
20
4. 交叉
电致发光分析；光导纤维电化学传感器
5. 检测器的发展
电荷耦合阵列检测器光谱范围宽、量子效率高、线性范围 宽、多道同时数据采集、三维谱图，将取代光电倍增管；
2020/11/28
《仪器分析》
27
内量子数 ：
内量子数J取决于总角量子数L和总自旋量子数S的矢量和：
J = (L + S)， (L + S － 1)，······， (L － S)
若 L ≥ S ； 其数值共(2 S +1)个；
若 L ＜ S ； 其数值共(2 L +1)个；
例：L=2，S=1，则 J 有三个值，J = 3，2，1；
2020/11/28
《仪器分析》
5
三个基本过程：
（1）能源提供能量； （2）能量与被测物之间的相互作用； （3）产生信号。
基本特点：
（1）所有光分析法均包含三个基本过程； （2）选择性测量，不涉及混合物分离（不同于色谱分析）； （3）涉及大量光学元器件。
2020/11/28
《仪器分析》
6
二、电磁辐射的基本性质
波数 cm-1
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《仪器分析》
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电子能级跃迁的选择定则
根据量子力学原理，电子的跃迁不能在任意两个能级之 间进行；必须遵循一定的“选择定则”： （1）主量子数的变化 Δn为整数，包括零； （2）总角量子数的变化ΔL = ± 1； （3）内量子数的变化ΔJ =0， ± 1；但是当J =0时， ΔJ =0的 跃迁被禁阻； （4）总自旋量子数的变化ΔS =0 ，即不同多重性状态之间的 跃迁被禁阻；(基态与激发态中电子的自旋方向相同）
第二章光谱分析法导论精选文档PPT课件
④ 外转换：激发态分子与溶剂和其它溶质分子间的 相互作用及能量转移等过程。外转换过程是荧光或磷 光的竞争过程，该过程是发光强度减弱或消失，这种 现象称猝灭。
⑤ 系间跨越：不同多重态之间的一种无辐射跃迁。 该过程是电子改变其它自旋态，分子的多重性发生变 化的结果。例如：S1 T1跃迁，即单重态到三重态 跃迁。
电子跃迁
振动 转动
分子基态，单重态S，二个电子同处于基态，二电子 自旋方向相反。
分子激发态，单重态 S，一个电子处于基态，一个电子 处于高能态，二电子自旋方向相反。
分子激发态，三重态 T，一个电子处于基态，一个电 子处于高能态，二电子自旋方向相同。
二原子间距改变，即键长改变。
键长不变，只旋转。
b
互作用,电磁波的能量正好等于物质的基态和激发态之 间的能量差时,就会产生吸收光谱.
M+hv = M* hv = E1 - E0
利用物质的特征吸收光谱进行分析的方法称为吸收 光谱法。
吸收光谱法包括：原子吸收、 分子吸收、磁场的诱
导吸收和弛豫过程。 ⑴ 原子吸收
气态原子对特征辐射光波的吸收，其光波能量正好 等于物质的基态和某一激发态之间的能量差时，即有：
1.高能辐射 包括r射线和x射线,r射线的能量最高，它 来源于核能级跃迁；x射线来源于原子内层电子能级跃 迁。随着波长减小，电磁辐射的粒子性越来越明显。
2.中间部分 包括紫外、可见和红外区,统称光学光谱 区。它们来源于原子和分子的外层电子的能级跃迁、分 子振动能级和转动能级跃迁。它们的分光系统，一般 采用光栅和棱镜。
b
S2
c
b
S1
f
T1
a
a
d
e
g
S0 激发分子的去活化过程
⑤ 系间跨越：不同多重态之间的一种无辐射跃迁。 该过程是电子改变其它自旋态，分子的多重性发生变 化的结果。例如：S1 T1跃迁，即单重态到三重态 跃迁。
电子跃迁
振动 转动
分子基态，单重态S，二个电子同处于基态，二电子 自旋方向相反。
分子激发态，单重态 S，一个电子处于基态，一个电子 处于高能态，二电子自旋方向相反。
分子激发态，三重态 T，一个电子处于基态，一个电 子处于高能态，二电子自旋方向相同。
二原子间距改变，即键长改变。
键长不变，只旋转。
b
互作用,电磁波的能量正好等于物质的基态和激发态之 间的能量差时,就会产生吸收光谱.
M+hv = M* hv = E1 - E0
利用物质的特征吸收光谱进行分析的方法称为吸收 光谱法。
吸收光谱法包括：原子吸收、 分子吸收、磁场的诱
导吸收和弛豫过程。 ⑴ 原子吸收
气态原子对特征辐射光波的吸收，其光波能量正好 等于物质的基态和某一激发态之间的能量差时，即有：
1.高能辐射 包括r射线和x射线,r射线的能量最高，它 来源于核能级跃迁；x射线来源于原子内层电子能级跃 迁。随着波长减小，电磁辐射的粒子性越来越明显。
2.中间部分 包括紫外、可见和红外区,统称光学光谱 区。它们来源于原子和分子的外层电子的能级跃迁、分 子振动能级和转动能级跃迁。它们的分光系统，一般 采用光栅和棱镜。
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S0 激发分子的去活化过程
材料研究方法--光谱分析
峰位，即谱带的特征振动频率，是对官 能团进行分析的基础。 许多不同的基团可能在相同的频率区域 产生吸收。 元素种类及元素价态有关：
元素轻则高波数，元素重则低波数； 高价则高波数，低价则低波数。
谱带的强度 ③ 谱带的强度
峰相对强度 与分子振动时偶极矩的变化率有关，与 样品的厚度、种类及其含量有关。 IR可对某一基团定量分析。
压片法： 是固体样品红外测定的标准方法。 将固体样品0.5-1.0mg与150mg左右的 KBr一起粉碎，用压片机压成薄片。 薄片应透明均匀。压片模具及压片机因 生产厂家不同而异。
压片法
固体样品
调糊法： 又称重烃油法，Nujol法。 将固体样品（5-10mg）放入研钵中充分 研细，滴1-2滴重烃油调成糊状，涂在盐 片上用组合窗板组装后测定。 重烃油可用六氯丁二烯替代。
谱带的形状 ④ 谱带的形状
峰形状，包括峰是否有分裂和峰的宽窄。 与结晶程度及相对含量有关。 结晶差说明晶体结构中键长与键角有差 别，引起振动频率有一定变化范围，每 一谱带形状就不稳定。 用半高宽表示 WHFM
width at half full maximum
（2）红外吸收峰的强度
决定于振动时偶极矩变化ε大小。 ε愈大， 吸收强度愈大； ε愈小，吸收强度愈小； 没有偶极矩变化，不产生红外吸收。 吸收强度的表示： vs (ε> 200) s (ε= 75~200) m (ε= 25~75) w (ε= 5~25) vw (ε< 5)
能量在4000～ 400cm-1的红外光可以使 样品产生振动能级与转动能级的跃迁。 分子在振动和转动过程中只有伴随偶极 矩变化的键才有红外活性。
2.2 红外吸收光谱的特点
优点： 特征性高。极少有不同化合物有相同的 红外光谱。 无机、有机、高分子等气、液、固均可 测定。 所需样品少，几毫克到几微克。 操作方便、速度快、重复性好。 已有的标准图谱较多，便于查阅。
元素轻则高波数，元素重则低波数； 高价则高波数，低价则低波数。
谱带的强度 ③ 谱带的强度
峰相对强度 与分子振动时偶极矩的变化率有关，与 样品的厚度、种类及其含量有关。 IR可对某一基团定量分析。
压片法： 是固体样品红外测定的标准方法。 将固体样品0.5-1.0mg与150mg左右的 KBr一起粉碎，用压片机压成薄片。 薄片应透明均匀。压片模具及压片机因 生产厂家不同而异。
压片法
固体样品
调糊法： 又称重烃油法，Nujol法。 将固体样品（5-10mg）放入研钵中充分 研细，滴1-2滴重烃油调成糊状，涂在盐 片上用组合窗板组装后测定。 重烃油可用六氯丁二烯替代。
谱带的形状 ④ 谱带的形状
峰形状，包括峰是否有分裂和峰的宽窄。 与结晶程度及相对含量有关。 结晶差说明晶体结构中键长与键角有差 别，引起振动频率有一定变化范围，每 一谱带形状就不稳定。 用半高宽表示 WHFM
width at half full maximum
（2）红外吸收峰的强度
决定于振动时偶极矩变化ε大小。 ε愈大， 吸收强度愈大； ε愈小，吸收强度愈小； 没有偶极矩变化，不产生红外吸收。 吸收强度的表示： vs (ε> 200) s (ε= 75~200) m (ε= 25~75) w (ε= 5~25) vw (ε< 5)
能量在4000～ 400cm-1的红外光可以使 样品产生振动能级与转动能级的跃迁。 分子在振动和转动过程中只有伴随偶极 矩变化的键才有红外活性。
2.2 红外吸收光谱的特点
优点： 特征性高。极少有不同化合物有相同的 红外光谱。 无机、有机、高分子等气、液、固均可 测定。 所需样品少，几毫克到几微克。 操作方便、速度快、重复性好。 已有的标准图谱较多，便于查阅。
《光谱分析导论》课件
《光谱分析导论》ppt课件
目录
• 光谱分析的基本概念 • 光谱分析技术 • 光谱分析的应用 • 光谱分析仪器 • 光谱分析的未来发展
01 光谱分析的基本概念
光谱分析的定义
总结词
光谱分析是一种基于物质与光相互作用的测量技术，通过测量物质发射或吸收 的光谱来分析其组成和性质。
详细描述
光谱分析是一种通过测量物质与光相互作用的特性来分析物质组成和性质的方 法。它利用物质吸收、发射或散射光的特性，通过测量光谱线及其强度来推断 物质的结构、组成和状态。
光谱分析的分类
总结词
光谱分析可以根据不同的分类标准进行分类，如光谱 的来源、光谱的测量方式、光谱的波长范围等。
详细描述
光谱分析可以根据不同的分类标准进行分类。根据光 谱的来源，可以分为发射光谱和吸收光谱；根据光谱 的测量方式，可以分为原子光谱和分子光谱；根据光 谱的波长范围，可以分为可见光谱、紫外光谱、红外 光谱、X射线光谱等。这些分类方法在特定的应用场 景中具有不同的优缺点，选择合适的分类方法对于获 得准确的分析结果至关重要。
光谱分析的原理
总结词
光谱分析的原理基于物质与光的相互作用，通过测量光谱线的波长、强度物质与光之间的相互作用，当光照射到物质上时，物质会吸收特定波长的光， 从而改变光的能量分布。通过测量光谱线的波长、强度和形状，可以推断出物质的成分、结构和性质 等信息。
05 光谱分析的未来发展
高分辨光谱技术
总结词
高分辨光谱技术是光谱分析的重要发展方向，能够提供更精确、更全面的物质成分信息。
详细描述
高分辨光谱技术利用高精度的光谱仪和先进的光源，能够获得更精细的光谱细节，从而更准确地解析 物质成分和结构。这种技术对于研究复杂分子结构和化学反应机制具有重要意义，有助于推动科学研 究和工业生产的发展。
目录
• 光谱分析的基本概念 • 光谱分析技术 • 光谱分析的应用 • 光谱分析仪器 • 光谱分析的未来发展
01 光谱分析的基本概念
光谱分析的定义
总结词
光谱分析是一种基于物质与光相互作用的测量技术，通过测量物质发射或吸收 的光谱来分析其组成和性质。
详细描述
光谱分析是一种通过测量物质与光相互作用的特性来分析物质组成和性质的方 法。它利用物质吸收、发射或散射光的特性，通过测量光谱线及其强度来推断 物质的结构、组成和状态。
光谱分析的分类
总结词
光谱分析可以根据不同的分类标准进行分类，如光谱 的来源、光谱的测量方式、光谱的波长范围等。
详细描述
光谱分析可以根据不同的分类标准进行分类。根据光 谱的来源，可以分为发射光谱和吸收光谱；根据光谱 的测量方式，可以分为原子光谱和分子光谱；根据光 谱的波长范围，可以分为可见光谱、紫外光谱、红外 光谱、X射线光谱等。这些分类方法在特定的应用场 景中具有不同的优缺点，选择合适的分类方法对于获 得准确的分析结果至关重要。
光谱分析的原理
总结词
光谱分析的原理基于物质与光的相互作用，通过测量光谱线的波长、强度物质与光之间的相互作用，当光照射到物质上时，物质会吸收特定波长的光， 从而改变光的能量分布。通过测量光谱线的波长、强度和形状，可以推断出物质的成分、结构和性质 等信息。
05 光谱分析的未来发展
高分辨光谱技术
总结词
高分辨光谱技术是光谱分析的重要发展方向，能够提供更精确、更全面的物质成分信息。
详细描述
高分辨光谱技术利用高精度的光谱仪和先进的光源，能够获得更精细的光谱细节，从而更准确地解析 物质成分和结构。这种技术对于研究复杂分子结构和化学反应机制具有重要意义，有助于推动科学研 究和工业生产的发展。
光谱分析法导论
I 篇光谱学分析方法第二章光谱分析法导论Basic of Spectrometry analysis光学分析法是根据物质发射的电磁辐射或电磁辐射与物质相互作用而建立起来的一类分析化学方法。
光学分析法可分为光谱法和非光谱法两大类。
光谱法是基于物质与辐射能作用时，测量由物质内部发生量子化的能级之间的跃迁而产生的发射、吸收或散射辐射的波长和强度进行分析的方法。
如果辐射能与物质相互作用时，不包含物质能级之间的跃迁，电磁辐射只改变了传播方向或某些物理性质，如折射、偏振等，这些方法属于非光谱法。
在分析化学上光谱法比非光谱法更重要。
电磁辐射是一种以极大的速度（在真空中为2.99792×1010cm·s-1）通过空间，而不需要以任何物质作为传播媒介的能量形式（注意！是一种能量形式）。
它既具有波动性，也具有微粒性。
第一节电磁辐射的波动性电磁辐射在传播时表现出波的性质，如反射、折射、衍射、干涉和散射等。
电磁辐射的波动性，可以用频率、速度和波长等参数来描述。
频率 ：每秒内场振动的次数，单位是秒-1（s-1），这一量称为赫兹，用Hz 表示。
传播速度c：电磁波通过某介质时波面的移动速度，单位是厘米·秒-1（cm·s-1）。
波长λ：相邻两个波峰或波谷间的直线距离，单位：m（米）、cm（厘米，等于10-2m）、μm（微米，等于10-6 m）、nm（纳米，等于10-9m）。
辐射的速度、频率和波长之间的关系： c =λν注意：辐射的频率只决定于辐射源，与介质无关。
在真空中，辐射的传播速度与频率无关，且有它们的最大值。
c≈3×1010 cm·s-1波数的定义：有时用波数来描述电磁辐射，波数σ的定义是每厘米内该波的振动次数。
σ =104/ λ(μm)=107/ λ(nm)在红外光谱中常用波数来表示红外吸收峰的位置。
电磁波谱将各种电磁辐射按照波长或频率的大小顺序排列所画成的图或表便得到电磁波谱。
第2章 光谱分析法导论
（1）电磁辐射包括从波长极短的γ射线到无线电波的所有电 磁波谱范围，而不只局限于光学光谱区。 （2）电磁辐射与物质的相互作用方式很多，有发射、吸收、 反射、折射、散射、干涉、衍射、偏振等，各种相互作用的 方式均可建立起对应的分析方法，光学分析法的类型极多。
（3）基于上述两点，光学分析法的应用非常广泛。
线光谱
带光谱
三、电磁辐射的发射（emission）
3、连续光谱(continum spectra):
固体被加热到炽热状态时，无数原子和分子的运动或振动 所产生的热辐射称为 连续光谱，也称黑体辐射（blackbody radiation）。
通常产生背景干扰。温度越高，辐射越强，而且短波长的 辐射强度增加得最快！
6×1014~ 2 2.5 × 106~ 莫斯鲍尔光谱法
×1012
8.3×103
X 射线 10-3~10nm
3 × 1014~ 1．2×106 ~ X 射线吸收法
3×1010
1.2×102
X 射线荧光法
紫外光 10~400nm 可见光 400~750nm
3 × 1010 ~ 125~3.1 7.5×108
六、以电磁辐射为基础的常用光谱方法
波谱区 近红外光 中红外光 远红外光
微波
射频
波长 0.75~2.5m 2.5~50m 50~1990m 0.1~100cm 1~100 m
跃迁类型
分子振动
分子转动 电子、核自旋
近红外光谱区:配位化学的研究对象
红外吸收光谱法:红外光分子吸收
远红外光谱区
电子自旋共振波谱法:微波分子未成对电子吸收
核磁共振波谱法:射频原子核自旋吸收
Small balls on the surface of Mars: The constituents of small balls was proved to be FeS2 by using Musbal Spectrometry （莫斯鲍尔光谱法）
（3）基于上述两点，光学分析法的应用非常广泛。
线光谱
带光谱
三、电磁辐射的发射（emission）
3、连续光谱(continum spectra):
固体被加热到炽热状态时，无数原子和分子的运动或振动 所产生的热辐射称为 连续光谱，也称黑体辐射（blackbody radiation）。
通常产生背景干扰。温度越高，辐射越强，而且短波长的 辐射强度增加得最快！
6×1014~ 2 2.5 × 106~ 莫斯鲍尔光谱法
×1012
8.3×103
X 射线 10-3~10nm
3 × 1014~ 1．2×106 ~ X 射线吸收法
3×1010
1.2×102
X 射线荧光法
紫外光 10~400nm 可见光 400~750nm
3 × 1010 ~ 125~3.1 7.5×108
六、以电磁辐射为基础的常用光谱方法
波谱区 近红外光 中红外光 远红外光
微波
射频
波长 0.75~2.5m 2.5~50m 50~1990m 0.1~100cm 1~100 m
跃迁类型
分子振动
分子转动 电子、核自旋
近红外光谱区:配位化学的研究对象
红外吸收光谱法:红外光分子吸收
远红外光谱区
电子自旋共振波谱法:微波分子未成对电子吸收
核磁共振波谱法:射频原子核自旋吸收
Small balls on the surface of Mars: The constituents of small balls was proved to be FeS2 by using Musbal Spectrometry （莫斯鲍尔光谱法）
材料光谱分析
材料光谱分析
材料光谱分析是一种重要的分析技术，广泛应用于材料科学和化学领域。
它通过测量材料与电磁辐射的相互作用来获取材料的物理和化学信息，包括材料的组成、结构和性质等。
材料光谱分析的原理和方法主要有紫外可见光谱、红外光谱和拉曼光谱等。
紫外可见光谱是一种应用广泛的分析技术，用于测量样品对不同波长的紫外和可见光的吸收和反射反应。
通过测量材料对不同波长光的吸收强度和波长的关系，可以推断材料的电子结构、化学键等信息。
紫外可见光谱可以用于定量分析和质量控制，也可以用于研究材料的光学特性和性质等。
红外光谱是一种用于研究材料的化学组成和结构的分析技术。
它通过测量样品对红外光吸收的特性来分析材料的化学键和分子结构。
红外光谱可以用于确定有机和无机物质的功能基团和化学键类型，也可以用于定性和定量分析。
红外光谱在材料研究、药物分析和环境监测等领域具有重要的应用价值。
拉曼光谱是一种非常强大的分析技术，用于研究材料的分子振动和晶格振动等信息。
它通过测量样品散射光的频移来分析材料的化学组成、晶体结构和应力等信息。
拉曼光谱可以用于研究固体、液体和气体材料的性质和行为，也可以用于检测材料中的有毒和有害物质。
拉曼光谱在材料科学、生命科学和环境科学等领域具有广泛的应用潜力。
材料光谱分析的优点包括非破坏性、无需样品处理和快速分析
等。
它可以提供准确、可靠和重复性的结果，对于研究材料的组成和性质，以及鉴定和检测样品中的污染物和杂质等具有重要的意义。
材料光谱分析的发展和应用将进一步推动材料科学和化学领域的发展，并为解决现实问题和提高生产效率提供有力支持。
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方向等物理性质；偏振法、干涉法、旋光法等。
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§1. 材料光分析方法基础
光分析法
非光谱分析法 光谱分析法
圆 折 二 射 色 法 性 法
X 射 干 线 涉 衍 法 射 法
原子光谱分析法 旋 光 法 原 子 吸 收 光 谱 原 子 发 射 光 谱 原 子 荧 光 光 谱
X 射 线 荧 光 光 谱
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§1. 材料光分析方法基础
8.紫外吸收光谱分析法 利用溶液中分子吸收紫外和可见光产生跃迁所记录的吸 收光谱图，可进行化合物结构分析，根据最大吸收波长 强度变化可进行定量分析。 9.红外吸收光谱分析法 利用分子中基团吸收红外光产生的振动-转动吸收光谱进 行定量和有机化合物结构分析的方法。 10.核磁共振波谱分析法 在外磁场的作用下，核自旋磁矩与磁场相互作用而裂分 为能量不同的核磁能级，吸收射频辐射后产生能级跃迁 ，根据吸收光谱可进行有机化合物结构分析 。
材料光谱分析导论
内容
§1. 材料光分析方法基础
§2. 原子光谱与分子光谱
§3. 光谱法仪器与光学器件
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§1. 材料光分析方法基础
一、材料光分析法概述 optical analysis and its characteristics
光分析法：基于待测物质发射的电磁辐射信号或电 磁辐射能量与待测物质相互作用后所产生的电磁辐射信
分子光谱分析法
分 子 荧 光 光 谱 法 分 子 磷 光 光 谱 法 核 磁 共 振 波 谱 法
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紫 外 光 谱 法
红 外 光 谱 法
§1. 材料光分析方法基础
原 子 发 射 原 子 吸 收 原 子 荧 光
X 射 线 荧 光
拉 曼 光 谱
紫 外 可 见
红 外 可 见
分 子 荧 光
分 子 磷 光
定量分析方法。
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§1. 材料光分析方法基础
3.原子荧光分析法 气态原子吸收特征波长的辐射后，外层电子从基态或低 能态跃迁到高能态，在10-8s后跃回基态或低能态时，发
射出与吸收波长相同或不同的荧光辐射，在与光源成90
度的方向上，测定荧光强度进行定量分析的方法。 4.分子荧光分析法 某些物质被紫外光照射激发后，在回到基态的过程中发 射出比原激发波长更长的荧光，通过测量荧光强度进行
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§1. 材料光分析方法基础
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§1. 材料光分析方法基础
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§1. 材料光分析方法基础
三、材料光分析方法分类 type of optical analysis
1. 光谱法——对由物质的原子或分子中发生量子化的能级 跃迁而产生的发射、吸收或散射等电磁辐射信号的波长或 强度进行测量分析的方法；包括：原子光谱和分子光谱 原子光谱（线性光谱）：最常见的三种 a.基于原子外层电子跃迁的原子吸收光谱（AAS）、原
号与材料组成及结构关系所建立起来的分析方法。
电磁辐射范围：γ射线～无线电波所有范围 材料光分析方法是进行材料微观测试分析的主要技 术，在进行材料微观组成与结构表征和材料表面分析等 方面具有其他方法不可替代的地位。
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§1. 材料光分析方法基础
光分析方法的三个基本过程：
（1）激发源提供激发能量； （2）激发能与被测物之间的相互作用； （3）产生电磁辐射信号。
子发射光谱（AES）、原子荧光光谱（AFS）；
b.基于原子内层电子跃迁的X射线荧光光谱（XFS）； c.基于原子核与γ射线作用的穆斯堡谱。
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§1. 材料光分析方法基础
分子光谱（带状光谱）：基于分子中电子能级、振转能级跃迁； 紫外－可见光谱法（UV-Vis）； 红外(拉曼）光谱法（IR，Raman）； 分子荧光光谱法（MFS）； 分子磷光光谱法（MPS）； 核磁共振与顺磁共振波谱（N）。 2. 非光谱法： 不涉及能级跃迁，物质与辐射作用时，仅改变传播
四、主要材料光分析法简介 a brief introduction of optical analysis
1.原子发射光谱分析法
以火焰、电弧、等离子炬等作为激发源，使气态原子的外
层电子受激发射出特征光谱进行定量分析的方法。 2.原子吸收光谱分析法 利用特殊光源发射出待测元素的共振线，并将溶液中离子 转变成气态原子后，测定气态原子对共振线吸收而进行的
定量分析的方法。
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§1. 材料光分析方法基础
5. 分子磷光分析法 处于第一最低单重激发态分子以无辐射弛豫方式进入第 一三重激发态，再跃迁返回基态发出磷光。测定磷光强 度进行定量分析的方法。 6. X射线荧光分析法 原子受高能辐射，其内层电子发生能级跃迁，发射出特 征X射线（ X射线荧光），测定其强度可进行定量分析。 7. 化学发光分析法 利用化学反应提供能量，使待测分子被激发，返回基态 时发出一定波长的光，依据其强度与待测物浓度之间的 线性关系进行定量分析的方法。
光分析方法的基本特点：
（1）所有光分析法均包含三个基本过程； （2）选择性测量，不涉及混合物分离； （3）涉及大量光学元器件。
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§1. 材料光分析方法基础
二、电磁辐射的基本性质 basic properties of electromagnetic radiation
电磁辐射（电磁波）：以接近光速（真空中为光速 ）传播的能量，电磁辐射具有波动性和微粒性。
c =λν =ν/σ E = hν = h c /λ
c：光速；λ：波长；ν：频率；σ：波数 ；
E ：能量； h：普朗克常数
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§1. 材料光分析方法基础
电磁辐射与材料的相互作用方式
(1) 吸收 物质选择性吸收特定频率的辐射能，并从低能级
跃迁到高能级； (2) 发射 将吸收的能量以光的形式释放出； (3) 散射 弹性散射和非弹性散射； (4) 光电离 入射光子能量足够大造成原子或分子产生电离 (5) 反射与折射 光在两种介质中的传播行为； (6) 干涉 干涉现象； (7) 衍射 光绕过物体而弯曲地向他后面传播的现象； (8) 偏振 只在一个固定方向有振动的光称为平面偏振光。
核 磁 共 振
化 学 发 光
原子光谱法
光谱分析法
分子光谱法
吸收光谱法 散射光谱法
原 子 吸 收 紫 外 可 见 红 外 可 见 核 磁 共 振 拉 曼 光 谱
发射光谱法
原 子 发 射 原 线 荧 光
化 学 发 光
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§1. 材料光分析方法基础