6-光学分析法导论
光学分析法导论全
光学分析法在医学诊断领域中具有重要价值，可用于生物组织成像、药物代谢和 疾病诊断。
详细描述
光学分析法可以用于荧光成像、光声成像等技术手段，对生物组织进行无损检测和 成像，同时还可以用于药物代谢和疾病诊断，为临床医学提供有力支持。
在农业领域的应用
总结词
光学分析法在农业领域中应用广泛，可用于 作物生长监测、病虫害防治和农产品质量检 测。
VS
详细描述
通过光谱分析和图像处理等技术手段，可以 监测作物的生长状况、病虫害发生情况，同 时还可以检测农产品中的农药残留和营养成 分，提高农产品质量和安全性。
第五小节
光学分析法的发展趋势与展望
光学分析法的发展趋势
光学分析法在生命科学领域的应用
随着生命科学研究的深入，光学分析法在生物分子检测、细胞成像和 组织分析等方面发挥着越来越重要的作用。
随机原则 实验对象的分配和实验顺序的安排应随 机进行，减少系统误差。
实验操作流程
实验准备
确定实验目的、选择适当的仪器和 试剂、准备实验材料等。
实验操作
按照实验步骤进行操作，注意控制 实验条件，确保实验的一致性。
数据记录
详细记录实验过程中的数据，包括 实验条件、仪器读数、观察结果等。
实验清理
实验结束后，应清理实验场地，确 保实验室整洁。
光的吸收、发射和散射
利用物质对光的吸收特性进行定量和定性分析。通过测量不同 波长下的吸光度，可以确定物质的存在和浓度。 吸收光谱法 通过测量物质发射的光的波长和强度，进行物质的分析和鉴别。 如原子发射光谱法和荧光光谱法。 发射光谱法 利用物质对光的散射特性进行粒径分析和浓度测量。如动态光 散射法和静态光散射法。 散射光谱法
光学分析法的未来展望
光学分析法导论
第2章光学分析法导论【2-1】解释下列名词。
（1）原子光谱和分子光谱（2）发射光谱和吸收光谱（3）闪耀光栅和闪耀波长（4）光谱通带答：（1）原子光谱：由原子能级之间跃迁产生的光谱称为原子光谱。
分子光谱：由分子能级跃迁产生的光谱称为分子光谱。
（2）发射光谱：原来处于激发态的粒子回到低能级或基态时，往往会发射电磁辐射，这样产生的光谱为发射光谱。
吸收光谱：物质对辐射选择性吸收而得到的原子或分子光谱称为吸收光谱。
（3）闪耀光栅：当光栅刻划成锯齿形的线槽断面时，光栅的光能量便集中在预定的方向上，即某一光谱级上。
从这个方向探测时，光谱的强度最大，这种现象称为闪耀，这种光栅称为闪耀光栅。
闪耀波长：在这样刻成的闪耀光栅中，起衍射作用的槽面是个光滑的平面，它与光栅的表面一夹角，称为闪耀角。
最大光强度所对应的波长，称为闪耀波长。
（4）光谱通带：仪器出射狭缝所能通过的谱线宽度。
【2-2】简述棱镜和光栅的分光原理。
【2-3】简述光电倍增管工作原理。
答：光电倍增管工作原理：1）光子透过入射窗口入射在光电阴极K上。
2）光电阴极电子受光子激发，离开表面发射到真空中。
3）光电子通过电子加速和电子光学系统聚焦入射到第一倍增极D1上，倍增极将发射出比入射电子数目更多的二次电子，入射电子经N级倍增极倍增后光电子就放大N次方倍。
4）经过倍增后的二次电子由阳极P收集起来，形成阳极光电流，在负载RL上产生信号电压。
【2-4】何谓多道型检测器？试述多道型检测器光电二极管阵列、电荷耦合器件和电荷注入器件三者在基本组成和功能方面的共同点。
【2-5】请按能量递增和波长递增的顺序，分别排列下列电磁辐射区：红外，无线电波，可见光，紫外光，X射线，微波。
答：能量递增顺序：无线电波、微波、红外线、可见光、紫外光、X射线。
波长递增顺序：X射线、紫外光、可见光、红外线、微波、无线电波。
【2-6】计算下列电磁辐射的频率和波数。
（1）波长为0.9nm的单色X射线；（2）589.0nm的钠D线；（3）12.6μm的红外吸收峰；（4）波长为200cm 的微波辐射。
2 章 光学分析法导论
当棱镜位于最小偏向角位置时
式中, m为棱镜数目; b为棱镜底边长; dn/dλ为棱镜材料的色散率。 由上式可以看出,理论分辨率的大小与棱镜材料、形 状、个数及所选波长有关，长波的分辨率要比短波的 分辨率小，棱镜分离后的光谱属于非均排光谱。
2. 光栅 光栅是由大量等宽、等距离、相互平行的狭缝(或反 射面)构成的光学元件。 从工作 原理上 分： 透射光栅 反射光栅
非光谱法－折射、散射、干涉、衍射、偏振和圆二色等
光 学 分 析 法 光谱法
X射线荧光分析法
光致发光 发射光谱法
原子荧光
分子荧光
分子磷光
原子发射光谱法
非辐射发光
紫外-可见 原子吸收光谱法 吸收光谱法 红外光谱法 核磁共振波谱法
化学发光法
２－3 光谱法仪器
光谱仪通常由五个部分组成：光源、单色器、试样 池、检测器、读数器件。 2-3-1光源 依据方法不同，采用不同的光源。光源有连续光源和 线光源等。 1.连续光源：在较宽波长范围内发射强度平稳的具有 连续光谱的光源。 如氢灯、氘灯、钨丝灯。 2.线光源：提供特定波长的光源。 如空心阴极灯、金属蒸气灯、激光。
I
K=-1
0
一级光谱
(3) 当K 与的乘积相同时
k1 1=k2 2=k3 3=‥‥‥ 出现光谱重叠 如： K=1×800nm=2×400nm =3×267nm=4×200nm
0
一级光谱 二级光谱
三级光谱
光谱重叠消除
• 滤光片 • 感光板 • 谱级分离器
（2）光栅的光学特性 常用色散率、分辨率和集光本领（闪耀特性）来表示。 色散率——表示不同波长的光谱线色散开的能力。
1J (焦耳) 1Cal (卡) 1erg (尔格) 1eV
二章节光学分析法导论-
4s2基态 4
激发态 4 (4s1,4p1)
00
10
1 2 3
0
1
2 1 0
41s
41s0
41p
41p1
43p2
பைடு நூலகம்43p
43p1
43p0
单 单
三
1
3
5 3 1
( l1=0, l2=1 L=1; ms=+1/2, -1/2, S=0, 1; J=L+S 到 L-S )
(二)、能级图
把原子中可能存在的光谱项---能级 及能级跃迁用平面图解的形式表示 出来, 称为能级图。见钠原子的能 级图。
激发态 →基态以光辐射形式释放出来，把释放 的光辐射按波长排列下来称为发射光谱
吸收或发射的光子的能量
E光 = h = E2-E1=E= E转+ E振+ E电 E转﹤E振﹤ E电
三、光谱及光谱分析法的分类
1. 原子光谱和分子光谱 气态原子纯电子能级跃迁 线状光谱
原子光谱
气态或溶液中分子电子、振动、转动能级跃迁 带状光谱
L≥S时，2S+1就是内量子数，同一光谱项 中包含的J值不同。把J值不同的光谱项
称为光谱支项; 用 n2S+1LJ
在磁场作用下,同一光谱支项会分裂成 2J+1个不同的支能级;外磁场消失,分裂 能级亦消失. 2J+1为能级的简并度或统 计权重g
Ca原子的基态与激发态的光谱项
n L S J 光谱项 光谱支项 多重性 简并度
习惯上将多重性为1、2、3的光谱项分别称 为单重态、双重态、三重态。
例： Na价电子组态3s1,一个价电子,电子自旋 取 1/2; S=1/2。M=2S+1=2，产生双重线,L=0
仪器分析 光学分析法导论
1 1
2 2
3 3
h6.61 2-0 6 3J4S
实用文档
每个光子的能量与相应频率或波长之间的关系为
hhc hc
普朗克 方程
1. 普朗克公式把光的粒子性与波动性统一起来，不 同波长的光能量不同。
2. 光量子的能量和波长成反比，和频率及波数成正比。
λ越长，ε越小，ν、σ越低
可用波数表示能量的高低实用文，档 单位 cm-1。
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光波动说的创始人惠更斯
麦克斯韦证明光是 一种电磁波，于是光 的波动学说更战胜了 粒子学说，在相当长 时期占据统治地位；
实用文档
20 世 纪 初 ， 爱 因 斯 坦 光子学说解释光电效应得 到成功，并进一步被其它 实验证实，迫使人们在承 认光是波的同时又承认光 是由一定能量和动量的粒 子（光子）所组成。光具 有波动和微粒的双重性质， 就称为光的波粒二象性， 其波粒二象性可以被波动 力学统一起来。
b. 光学光谱区： 10nm ＜ λ ＜ 1mm， 光谱分析法 102 eV ＞ ε ＞ 10-4 eV
c. 波 谱 区： λ＞1mm， ε＜ 10-4 eV
波谱分析法
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§2-2 光学分析法的分类
一. 根据测量的信号是否与能级跃迁有关，可分为：
1．光谱法：与能级跃迁有关
发射光谱法 吸收光谱法 散射光谱法
2．非光谱法：与能级跃迁无关
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2-2-1. 发射光谱法
通过测量分子或原子的特征发射光谱来研究物质结构 和测定其化学组成。
M* hν
M
实用文档
实用文档
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2-1-3．电磁波谱
按波长或频率的大小顺序排列起来的电磁辐射
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华中师范大学等六校合编《分析化学》(第4版)(下册)配套题库-课后习题-光学分析法导论【圣才出品】
第三章光学分析法导论1．解释下列名词（1）原子光谱和分子光谱；（2）发射光谱和吸收光谱；（3）线光谱和带光谱；（4）光谱项和光谱支项；（5）统计权重和简并度；（6）禁戒跃迁和亚稳态；（7）单重态和多重态；（8）原子发射光谱和原子荧光光谱；（9）荧光、磷光和化学发光；（10）Raman光谱。
答：（1）由原子的外层电子能级跃迁产生的光谱称为原子光谱；由分子的各能级跃迁产生的光谱称为分子光谱。
（2）当原子受到外界能量的作用时，激发到较高能级上处于激发态。
但激发态的原子很不稳定，一般在10－8s内返回到基态或较低能态而发射出的特征谱线形成的光谱称为原子发射光谱；当基态原子蒸气选择性地吸收一定频率的光辐射后跃迁到较高能级，这种选择性吸收产生的原子特征的光谱称为原子吸收光谱。
（3）从谱线上看时线状的，谱峰很锐，很尖，谱宽大概3～10nm，主要是原子受激辐射的谱线称为线光谱。
带状的，谱峰较宽，像山峰一样，谱宽从几十纳米到几百纳米都有，主要是分子受激辐射的谱线称为带光谱。
（4）用n、L、S、J四个量子数来表示的能量状态称为光谱项，符号为n2S＋1L；把J 值不同的光谱项称为光谱支项，符号为n2S＋1L J。
（5）由能级简并引起的概率权重称为统计权重；在磁场作用下，同一光谱支项会分裂称2J＋1个不同的支能级，2J＋1称为能级的简并度。
（6）不符合光谱选择定则的跃迁称为禁戒跃迁；若两光谱项之间为禁戒跃迁，处于较高能级的原子具有较长的寿命，原子的这种状态称为亚稳态。
（7）单重态电子两两成对，单电子数为零；多重态是有两个电子自旋平行。
（8）利用物质在热激发或电激发下，每种元素的原子或离子发射特征光谱来判断物质的组成，而进行元素的定性与定量分析的方法称为原子发射光谱；原子荧光光谱法是测量待测元素的原子蒸气在一定波长的辐射能激发下发射的荧光强度进行定量分析的方法。
（9）光照射到某些原子时，光的能量使原子核周围的一些电子由原来的轨道跃迁到了能量更高的轨道，第一激发单线态是不稳定的，当电子由第一激发单线态恢复到基态时，能量会以光的形式释放，产生的光称为荧光；如果受激发分子的电子在激发态发生自旋反转，当它所处单重态的较低振动能级与激发三重态的较高能级重叠时，就会发生系间窜跃，到达激发三重态，经过振动驰豫达到最低振动能级，然后以辐射形式发射光子跃迁到基态的任一振动能级上，这时发射的光子称为磷光；物质在进行化学反应过程中伴随的一种光辐射现象称为化学发光。
光学分析法导论习题
光学分析法导论习题班级姓名学号一．填空题1. 光速c≈3×1010cm·s-1是在中测得的。
2．原子内层电子跃迁的能量相当于光,原子外层电子跃迁的能量相当于光和。
3．分子振动能级跃迁所需的能量相当于光,分子中电子跃迁的能量相当于光。
4．钠的基态光谱项为,钠的共振谱线以表示。
5．，和三种光分析方法是利用线光谱进行检测的。
二．选择题1．电磁辐射的微粒性表现在下述哪种性质上A. 能量B. 频率C. 波长D. 波数2.当辐射从一种介质传播到另一种介质中时,下述哪种参量不变?A. 波长B.频率C.速度D.方向3.镁的L=2光谱项可具有几个J值?A.1B.2C.3D.44.下述哪种分析方法是基于发射原理的?A.红外光谱法B.荧光光度法C.核磁共振波谱法D.分光光度法5.带光谱是由于A 炽热固体发射的结果B 受激分子发射的结果C 受激原子发射的结果D 简单离子发射的结果三．计算题1. 1.50A0的X射线其波数(σ)应为多少?2. 670.7nm的锂线其频率(υ)应为多少?3. 波数为3300cm-1。
其波长应为多少纳米?4．铜的共振线激发电位为3.824eV，其波长应为（h=6.63×10-34J·s；c=3.0×1010cm·s-1；1eV=1.602×10一19J）多少埃(A0)?5．可见光相应的能量范围应为多少电子伏特?四．解释下列名词：1．发射光谱和吸收光谱2．原子光谱和分子光谱3．分子振动光谱和分子转动光谱4．统计权重和简并度五．写出镁原子基态和第一激发态的光谱支项。
6．用次甲基蓝－二氯乙烷光度法测定试样中硼时，为制作标准曲线，配制一系列质量浓度的标准溶液，测得相应的吸光度如下βB/（mg.L-1）0.5 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0A 0.140 0.160 0.280 0.380 0.410 0.540试写出该标准曲线的一元线性回归方程，并求出相关系数。
《仪器分析》第十章光学分析法导论
λ1 λ2 λ3
θ1
b
等边型棱镜的色散
θ2
λ1
λ2
λ3
棱镜对相邻波长的光的色散能力可以用棱镜的角色散率 来衡量，即以折射角θ作为波长的函数而改变的速率：dθ/dλ
d d dn d dn d
dθ/dn是指θ棱镜材料折射率n的变化，dn/dλ代表折射率随着 波长的变化。前者取决于棱镜的几何形状，后者就是棱镜材 料的色散率。
子 子子 射
发
吸荧
线 荧
射 收光 光
原子光谱法
吸收光谱法
原紫红核 子外外磁 吸可可共 收见见振
光谱分析法
紫红分分核化 外外子子磁学 可可荧磷共发 见见光光振光
分子光谱法
发射光谱法
原原分分 X 化
子子子子 射 学
发
荧
荧
磷
线 荧
发
射光光光 光 光
电磁波谱区及常用光学分析方法
光谱区域 γ射线 X射线 光学区
ni=c/vi 因为光传播的速度与频率有关，而c是常数，因此折射率是随 着频率改变而改变的，即波长不同的光的折射率不同。
当光束从一种介质到另一种介质时，由于两个介质的 密度不同使得光束在二介质中的传播速度不同，并且方向 也发生改变的现象成为折射。折射由斯涅耳（Snell）定律 表示：
入射
反射
i1 r1 1
5、光学方析法的应用
光学分析法是仪器分析中种类最多的一大类分析方法， 目前已达几十种之多，应用范围十分广泛：工农业生产、 国防、医药卫生、生物、地质矿产、环境保护等各领域， 几乎所有需要分析测试的领域，都有可能用到光学分析方
6、光学分析仪器的组成
（1）光源 （2）波长选择器 （3）样品池 （4）检测器 （5）信号处理器及读出装置
仪器分析各章习题与答案
第一章绪论问答题1. 简述仪器分析法的特点.第二章色谱分析法1．塔板理论的要点与不足是什么？2．速率理论的要点是什么？3．利用保留值定性的依据是什么？4．利用相对保留值定性有什么优点？5．色谱图上的色谱流出曲线可说明什么问题?6．什么叫死时间?用什么样的样品测定? ．7．在色谱流出曲线上，两峰间距离决定于相应两组分在两相间的分配系数还是扩散速率？为什么？8．某一色谱柱从理论上计算得到的理论塔板数n很大，塔板高度H很小，但实际上柱效并不高，试分析原因。
9．某人制备了一根填充柱，用组分A和B为测试样品，测得该柱理论塔板数为4500,因而推断A和B在该柱上一定能得到很好的分离，该人推断正确吗?简要说明理由。
10．色谱分析中常用的定量分析方法有哪几种?当样品中各组分不能全部出峰或在组分中只需要定量其中几个组分时可选用哪种方法？11．气相色谱仪一般由哪几部分组成?各部件的主要作用是什么?12．气相色谱仪的气路结构分为几种?双柱双气路有何作用？13．为什么载气需要净化？如何净化?14．简述热导检测器的基本原理.15．简述氢火焰离子化检测器的基本结构和工作原理。
16．影响热导检测器灵敏度的主要因素有哪些？分别是如何影响的?17．为什么常用气固色谱分离永久性气体?18．对气相色谱的载体有哪些要求？19．试比较红色载体和白色载体的特点。
20．对气相色谱的固定液有哪些要求?21．固定液按极性大小如何分类?22．如何选择固定液？23．什么叫聚合物固定相？有何优点?24．柱温对分离有何影响?柱温的选择原则是什么?25．根据样品的沸点如何选择柱温、固定液用量和载体的种类?26．毛细管色谱柱与填充柱相比有何特点?27．为什么毛细管色谱系统要采用分流进样和尾吹装置?28．在下列情况下色谱峰形将会怎样变化？(1）进样速度慢；(2）由于汽化室温度低，样品不能瞬间汽化;(3)增加柱温；(4）增大载气流速;(5)增加柱长；（6）固定相颗粒变粗。
第2章光学分析法导论
第2章光学分析法导论光学分析法是一种常用的分析方法，广泛应用于材料科学、化学、生物、医学等领域。
在分析过程中，通过光的吸收、散射、反射等性质来获得样品的信息。
本章将介绍光学分析法的基本原理和常见的应用。
1.光学分析法原理光学分析法是利用光与物质相互作用来获得样品信息的方法。
其中最基本的原理是光的吸收、散射和发射。
当光通过物质时，会与物质的分子或原子发生相互作用，导致光的振动矢量和频率发生改变。
通过测量光的吸收、散射或发射，可以得到物质的各种信息。
2.光的吸收法光的吸收法是通过测量物质对特定波长光的吸收来确定样品中其中一种物质的含量。
该方法常用于分析有机化合物和无机物中的金属离子含量。
测量方法包括光度法、比色法、比较法等。
其中最常见的是光度法，即通过测量光的强度来确定样品中物质的含量。
在实际应用中，可以根据吸收光谱图来确定样品中各种物质的含量和种类。
3.光的发射法光的发射法是通过测量样品发光的强度来确定样品的成分和性质。
发射光谱的特点是样品发射出符合波长的光，通常用于分析无机化合物中的金属元素。
常用的方法包括原子发射光谱法和荧光光谱法。
其中原子发射光谱法是在样品被激发时，各种金属元素自发射出特定波长的光，通过测量光的强度来确定金属元素的含量。
荧光光谱法则是通过将样品激发到荧光状态，然后测量样品散射出的荧光光强度来确定样品的成分和性质。
4.光的散射法光的散射法是通过测量光的散射强度来确定样品的成分和性质。
散射光谱的特点是样品散射出具有不同波长的光，通常用于分析颗粒物质的大小、浓度和形状等。
常用的方法包括拉曼光谱法和动态光散射法。
拉曼光谱法是通过测量样品散射光中与入射光具有不同频率和振幅的拉曼散射光来确定样品的成分。
动态光散射法则是通过测量样品散射光的强度和角度分布来估算样品颗粒的大小和浓度。
5.光学分析法的应用光学分析法在各个领域都有广泛的应用。
在材料科学中，可以通过测量光的吸收、发射和散射来研究材料的光学性质、结构和相变等。
光学分析法导论
第七章 光学分析法导论
■是建立在物质发射的电磁辐射或电磁辐射与物质相互作用
基础上的各种分析方法的统称。 ■电磁辐射具有波粒二象性，能以巨大速度通过空间，不需 要以任何物质作为传播媒介的一种能量。 热能 M* M + 能量 电能 光能（hν） （激发态） （基态）
M + h
选择吸收
选择发射
第七章 光学分析法导论
●粒子性：
E=hν=hc /λ
E-光量子的能量，单位有J、kJ、eV。 1eV=1.602×10-19J h-普朗克(Planck)常数。
h= 6.626×10-34 J.s
第七章 光学分析法导论
●光波长300nm, 其波数是多少? 并计算该波长的光所具有的 能量（kJ/mol). 解： ν=ν/c=1/λ = 1/(300×10-7) = 3.33×104 (cm-1) 则单个光子的能量为： E= hν= hc /λ = 6.626×10-34×3×108/(300×109) = 6.626×10-19 (J) 1mol该光子具有的能量为： E´= 6.023×1023×6.626×10-19 = 33.91×104 (J/mol) = 3.39×102 (kJ/mol)
长余辉材料、自发光、荧光和磷光涂料等
2001年美国9.11事件中，断电黑暗中的世 贸大厦，慌乱的人群在自发光材料的指 引下只用1个半小时18000人安全疏散， 比起使用发光材料前1993年世贸大厦发 生的那场汽车炸弹爆炸事件中，6个多小 时的逃生经历，与2小时后大厦的倒塌， 死亡和惊险把它的作用安全指示的重要 性表述得淋淋尽致。 肖志国和他的路明（luminescence）公 司产品在国际市场上取得的业绩引起了 高度重视，公安部、建设部已联合审定 将发光消防安全疏散指示系统列入新审 定的国家消防规范进行实施， 天安门广场改造、人民大会堂、三峡工程、上海地铁、东方明珠电视塔、 上海金茂大厦等国家重点工程亦已率先使用……
仪器分析-第2章 光学分析法导论
·电子能级变化时，必然伴随着振动能级的变化，振 动能级的变化又伴随转动能级的变化，因此，分子光谱 不是线状光谱，而是带状光谱。
λ =1 / σ
c：光速 (2.9979×1010 cm ·s-1)；λ：波长(cm)； ν：频率(Hz或s-1)；σ：波数(cm-1) ； E ：能量(ev或J)； h：普朗克常数6.6256 ×10-34J ·s或４.136 ×10-15ev.s
二、电磁波谱
电磁辐射按照波长(或频率、波数、能量)大小的顺序排列.
如： 钠原子的光谱项符号 32S1/2；
表示钠原子的电子处于n=3，M =2(S = 1/2)，L =0，
J = 1/2 的能级状态（基态能级）；
接下一页
电子的多重态
h +
单重态 （自旋配对）
电子跃迁
激发单重态 （自旋 配对）
h +
单重态
电子跃迁 和 自旋翻转
（自旋配对）
三重态 （自旋 平行）
返回
3. △J = 0、±1 但当J=0时，△J =0跃迁是禁戒的。 4. △S = 0 即单重态只跃迁到单重态，三重态只跃迁到三重
态。不同多重态之间的跃迁是禁阻的。
符合以上条件的跃迁，跃迁概率大，谱线较强．不符合 光谱选择定则的跃迁叫禁戒跃迁，禁阻跃迁强度很弱。 若两光谱项之间为禁戒跃迁，处于较高能级的原子具有较长 的寿命，原子的这种状态称为亚稳态。
吸收光谱法
原紫红核 子外外磁 吸可可共 收见见振
光谱分析法
分子光谱法
发射光谱法
原原分分 X 化
子
子
《仪器分析》第二章 光学分析法导论习题答案
第二章光学分析法导论1. 已知1电子伏特=1. 602×10-19J，试计算下列辐射波长的频率（以兆赫为单位），波数（以cm-1为单位）及每个光子的能量（以电子伏特为单位）：（1）波长为900pm的单色X射线；（2）589.0nm的钠D线；（3）12.6µm的红外吸收峰；（4）波长为200cm的微波辐射。
解：已知1eV=1.602×10-19J, h=6.626×10-34J·s, c=3.0×108m·s-1①λ=900pm的X射线Hz，即3.333×1011MHzcm-1J用eV表示，则eV②589.0nm的钠D线Hz，即5.093×108MHzcm-1J用eV表示，则eV③12.6µm的红外吸收峰Hz，即2.381×107MHzcm-1J用eV表示，则eV④波长为200cm的微波辐射Hz，即1.50×102MHzcm-1J用eV表示，则eV2. 一个体系包含三个能级，如果这三个能级的统计权重相同，体系在300K温度下达到平衡时，试计算在各能级上的相对分布（N i/N）．能级的相对能量如下。
（1） 0eV，0.001eV，0.02eV；（2） 0eV，0.01eV，0.2eV;（3） 0eV，0.1eV, 2eV。
解：已知T=300K, k=1.380×10-23J·K-1=8.614×10-5eV·K-1,kT=8.614×10-5×300=0.0258eV①E0=0eV, E1=0.001eV, E2=0.02eV②E0=0eV, E1=0.01eV, E2=0.2eV③E0=0eV, E1=01eV, E2=2eV3. 简述下列术语的含义电磁辐射电磁波谱发射光谱吸收光谱荧光光谱原子光谱分子光谱自发发射受激发射受激吸收电致发光光致发光化学发光热发光电磁辐射――电磁辐射是一种以巨大速度通过空间传播的光量子流，它即有波动性，又具有粒子性．电磁波谱――将电磁辐射按波长顺序排列，便得到电子波谱．电子波谱无确定的上下限，实际上它包括了波长或能量的无限范围．发射光谱――原来处于激发态的粒子回到低能级或基态时，往往会发射电磁辐射，这样产生的光谱为发射光谱．吸收光谱――物质对辐射选择性吸收而得到的原子或分子光谱称为吸收光谱．荧光光谱――在某些情形下，激发态原子或分子可能先通过无辐射跃迁过渡到较低激发态，然后再以辐射跃迁的形式过渡到基态，或者直接以辐射跃迁的形式过渡到基态。
第二章光学分析法导论
反射：光通过具有不同折射率的两种介质的介面时会产 生反射；
干涉 频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强， 某些区域的振动减弱，并且振动加强和振动减弱的区 域互相间隔，此现象叫干涉；
衍射 光绕过物体而弯曲地向它后面传播的现象； 偏振 只在一个固定方向有振动的光称为平面偏振光。
光分析法在研究物质组成、结构表征、表 面分析等方面具有其他方法不可区代的地位。
波谷的数目。单位: S-1 (Hz) γ=1/T
波长λ: 相邻两极大值或极小值之间的距离。 波长的单位: cm µm nm Å λ=c / γ
波数δ:每厘米内波的数目,即单位距离中极大值的数 目。单位：cm-1 δ=1/ λ
波速v：波在一秒钟内通过的距离。 v=λ/T=λγ
2、电磁辐射的粒子性
电磁辐射是在空间高速运动的光量子（或称光子） 流。可以用光子具有的能量表征。单位为eV或J， 1eV=1.60×10-19J。 光子能量与光波频率有关，普朗克方程将电磁辐射 的波动性和微粒性联系在一起：
一、光学分析法的分类
光学分析法可分为光谱法和非光谱法两大类. 1、光谱法
基于物质与辐射能作用时，分子发生能级 跃迁而产生的发射、吸收或散射的波长或 强度进行分析的方法。
按产生光谱的基本粒子不同
原子光谱 光谱
分子光谱 （1）原子光谱
由原子外层或内层电子能级的变化产生的，表现形式 为线光谱。 原子光谱（线性光谱）：最常见的三种
； h：普朗克常数
电磁辐射具有波动性和微粒性（波粒二相性）
1、电磁辐射的波动性
电磁波是横波（找一个图建立超链接，见上课稿） 可以用波长λ、频率γ、速度v、波数δ、能量等来
表示其特性。 周期T: 相邻两个波峰或波谷通过空间某一固定点所
01 光学分析法导论(讲课版)
五、读出装置
由检测器将光信号转换成电信号后，可用检流计、微安 计数字显示器、计算机等显示和记录结果。 现代分析仪器多配有计算机完成数据采集、信号处理、 数据分析、结果打印，工作站软件系统。
教学要求
掌握光学分析法的分类 掌握光学分析法的基本特性 掌握光谱分析法的仪器结构
了解单色器的分光特征
二、吸收光谱法
分类： 1. Mōssbauer（莫斯鲍尔）谱法
由与被测元素相同的同位素作为射线的发 射源，使吸收体（样品）原子核产生 无反冲 的射线共振吸收 所形成的光谱。光谱波长 在射线区。
第一节
光学分析法及其分类
2. 紫外-可见分光光度法 利用溶液中的分子或基团在紫外和可见光 区产生分子外层电子能级跃迁所形成的吸收 光谱。根据吸收光谱用于定性和定量测定。 3. 原子吸收光谱法
第一节 光学分析法及其分类
5. 分子荧光分析法 某些物质被紫外光照射后，物质分子吸收辐射 而成为激发态分子，然后回到基态的过程中发射出 比入射波长更长的荧光。测量荧光的强度进行分析 的方法称为荧光分析法。 6. 分子磷光分析法 物质吸收光能后，基态分子中的一个电子被激 发跃迁至第一激发单重态轨道，由第一激发单重态 的最低能级，经系统间交叉跃迁至第一激发三重态 （系间窜跃），并经过振动弛豫至最低振动能级， 由此激发态跃迁回至基态时，便发射磷光。
紫外-可见分光光度法（UV-VIS）、红外光谱法（IR）、 分子荧光光谱法（MFS）、分子磷光光谱法（MPS）等。
分子光谱
分子能级
电子能级
能级差
反映的信息
反映价电子能量状况等信息可给 △E 1--20 eV 出物质的化学性质的信息。(主 紫外可见波区 要用于定量测定) △E 0.05--1 eV 红外波区 △E 0.050.005eV 远红外区 反映价键特性等结构信息。主要 用于定性，定量比UV/Vis 差。 反映分子大小、键长度、折合质 量等分子特性的信息。
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1 nm=10-9 m 1 m=10-6 m
频率
c l
波数
Hz ( s 1 ) MHz (106 Hz ) c 3 108 m / s 3 1010 cm / s
1 l (cm)
(cm 1 )
能量
E h ( J , eV ) h 6.626 10
34
5
6.2 原子光谱
光谱可分为：线光谱、带光谱和连续光谱
I
线 带 连续光谱 l
线：产生于原子、离子
带：产生于分子
连续：产生于固体颗粒
6
1、原子光谱的产生
n2 n1
ΔEABiblioteka Δhγ hγ2 1
n0
E
F
0
发射（E）：加热使电子跃迁至高能态，回到低能态时发出光子 吸收（A）：处于低能态的电子吸收光子跃迁至高能态 荧光（F）：用光使电子跃迁至高能态，返回后发荧光
J s 1eV 1.602 10
19
J
4
<例>
l 400nm
3 108 14 8 7.5 10 ( Hz ) 7.5 10 ( MHz ) 9 400 10 1 4 1 2 . 5 10 ( cm ) 7 400 10 E h 6.626 10 34 7.5 1014 5 10 19 ( J ) 5 10 19 3.1(eV ) 19 1.602 10
分子的总能量E为 E Ee Ev Er Ee 电子能量 1 ~ 20 eV
内 E 振动能量 1 ~ 0.05 eV 能 v Er 转动能量 0.05 ~ 0.005 eV
分子光谱：产生内能的变化
电子跃迁
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。
(lD )
lD ~10-3 nm
（4） 压力变宽
( l p ) l p P
10
l p ~10-3 nm
（5） 自吸、自蚀
高温 Cu Cu Cu 低温
正常
自吸
自蚀
火焰
火焰中心高温中Cu的发射被周围低温下基态 Cu 吸收，吸收后产生自吸或自蚀，表观上变宽
11
6.3 分子光谱
1、 分子光谱产生
7
强度I、波长λ和形状是描述光谱线的三个参数
c c E h h E E1 E0 h l l E1 E0 E h h 强度 I A n h 10 10 1 10
A10：跃迁几率
hc l E1 E0
n1：能态1上的原子个数
8
2、 谱线形状
I
信号
l （1） 描述谱线形状的参数
线型函数，即光强度随波长变化的函数
I I ( )d
0
( )
I ( )
0
I ( )d
I ( ) I
9
半宽度：在峰高一半的宽度（ l或 ）
（2）自然变宽（ VN）
h 测不准原理 Et 2
E2
2
lN ~10-5 nm
E1
1 高能态
0
（3）热(Doppler)变宽
了解原子光谱与分子光谱的区别
了解谱线形状及变宽原因
14
第六章
光学分析法导论
Introduction to Optical Analysis
1
本章要求
了解电磁辐射按波长的长短排列顺序 了解原子光谱与分子光谱的区别 了解谱线形状及变宽原因
2
6.1 电磁辐射
电磁波谱：电磁辐射按波长的长短顺序排列起来。 描述电磁辐射的参数有波长、频率、波数和能量。
波 长 l： 10~200 nm 真空（远）紫外 200~400 nm（近）紫外 400~750 nm 可见光 0.75~2.5 m 近红外 2.5~50 m 中红外 50~1000 m远红外 1~1000 mm 微波 1~1000 m 无线电波 1mm= 10-3 m 1cm=10-2 m
振动 转动
二原子间距改变，即键长改变，或键长不变，键角变化 键长和键角都不变，只旋转。
12
平动：能量是非量子化的。
2、 分子光谱形状
0-0
0-1
0-2
稀薄气体，振动、转动结构存在
中等气体压力，振动结构
分子间作用力小的液体，振动结构存在
分子间作用力大的液体，振动转动结 构均消失 13
本章要求
了解电磁辐射按波长的长短排列顺序