【最新】一章节光学分析法导论
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
光学分析法导论课件
• 光学分析法的基本原理 • 光学分析法的 • 光学分析法的数据理与分析 • 光学分析法的用例
01
光学分析法介
光学分析法的定 义
光学分析法是一种基于光与物质相互 作用，通过测量光与物质相互作用的 特性来分析物质的方法。
它利用了光的吸收、反射、散射、透 射等特性，以及光与物质相互作用后 产生的光谱信息，来对物质进行定性 和定量分析。
干涉条件
干涉图样
干涉图样是干涉现象的直观表现，其 形状取决于光波的波长、相位差和振 动方向。
相干光波的频率相同、有恒定的相位 差、有相同的振动方向。
光的衍射
01
02
03
衍射现象
光波在遇到障碍物或通过 孔洞时，会绕过障碍物或 穿过孔洞，产生偏离直线 传播的现象。
衍射分类
根据产生衍射现象的原因， 可以分为菲涅尔衍射和夫 琅禾费衍射。
03
利用分类算法对光谱数据进行分类和识别，以实现物质鉴别和
含量测定等功能。
图像数据的处理与分析
图像增强
通过对比度增强、滤波等技术改善图像质量，提高图像的清晰度 和可辨识度。
图像分割
将图像划分为不同的区域或对象，以便于提取感兴趣的目标或特 征。
特征提取与识别
从图像中提取出目标物的形状、大小、颜色等特征，并利用分类 算法进行识别和分类。
光学显微镜 用于观察细胞形态和组织结构。
流式细胞术 用于细胞分选、计数和表型分析。
在环境监测中的应用
遥感技 术
用于大范围的环境监测和污染源调查。
光学传感器
用于实时监测水质和空气质量。
荧光光谱法
用于水体中有机污染物的检测。
表面增强拉曼散射
用于空气中有毒有害物质的检测。
02光学分析法导论
0.1 cm 10cm
103 cm
105 cm
x射 线
紫外 光
红外 光
微 波
无线 电波
可
见
光
光学分析法导论
二、光学分析法分类
光谱法：
光学分析法中的重点
光学分析法
非光谱法
光学分析法导论
• １．光谱法 • 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
光学分析法导论
f
入 射 狭缝 准 直 镜
棱镜
棱 镜
物 镜
焦 面
出 射 狭缝
棱镜的分光作用是利用不同波长的光在同一 介质中具有不同折射率而进行的。
光学分析法导论
光学特性
表征：色散率、分辨率、集光本领。
分辨率R：指将两条靠得很近的谱线分开的能力 色散率：指对不同波长的光被棱镜分开的能力。它又分 为角色散率和线色散率 角色散率dθ /dλ ：两条波长相差dλ 的光被棱镜色散 后所分开的角度为dθ ，则棱镜的角色散率为： dθ /dλ 。它主要与棱镜的材料和几何形状有关。 线色散率dl/dλ ：它表示两条谱线在焦面上被分开的距 离l对波长λ 的变化率
光学分析法导论
所用仪器
基本组成：光源（辐射源）、单色器、试样
池、检测器和信号显示系统等。 现在大多附有计算机通过专用软件控制。
光学分析法导论
光源
作用：发射或提供被物质吸收散射的光
发射光谱仪试样本身就是一个发射体光源
原子吸收光谱法：空心阴极灯（阴极用待分
析的元素的金属构成） 紫外可见：？？、红外：？？
的波长和强度进行分析的方法。
•
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。
一章节光学分析法导论
三、物质与光的相互作用： 1、折射和反射 2、散射 3、吸收和发射
二、光学分析法分类
光学分析法可分为光谱法和非光谱 法两大类。
１．光谱法 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。
它又可分为吸收光谱法、发光光 谱法、散射光谱法三种。
１）吸收光谱法：它是利用物质吸 收光后所产生的吸收光谱来进行分 析的方法。
２）发光光谱法：物质中的粒子 用一定的能量（如光、电、热等）激 发到高能级后，当跃迁回低能级时， 便产生出特征的发射光谱，利用此发 射光谱进行的分析的方法
３）散射光谱法：利用物质对光 的散射来进行分析的方法。
２．非光谱法：
第一章 光学 分析法导论
一．电磁波的基本性质 1．电磁波的种类：
波 5×10-3 0.1～10 10～200
200～400
长 ～0.1
λ
名 γ射线 x射线 远紫外光 近紫外光
称
波 400 ～ 750 ～ 1.0×106 ～ 1.0×109 ～
长 750
1.0×106 1.0×109
1.0×1012
非光谱法是基于物质与辐 射相互作用时，测量辐射的某些 性质，如折射、散射、干涉、衍 射、偏振等变化的分析方法。主 要有折射法和旋光法。
三.光谱种类 （一）依外形分类： 若干条强度不同的谱线和
暗区相间而成的光谱。
带状光谱: 由几个光带和暗区相间而成
的光谱。
λ
名 可见光 红外光 微波
无线电波
称
10-2 nm 10 nm 102 nm 104 nm 0.1 cm 10cm 103 cm 105 cm
光学分析法导论
3．散射光谱
• 分子吸收辐射能后，有一部分电子激发至电子能级中较高的振动能级， 在很短时间内（约10-12S）返回原来的基态或比原来稍高或稍低的振 动能级时，而向四周发射，这时在不与光路平行的方向上观察到的光 谱称散射光谱。
• 散射光谱有两种： 瑞利（Rayleigh）散射：只改变方向，散射辐射的频率与入
统称为光学光谱区。 基态： 在原子 （或 离 子、 分 子 ）中，价电子一般在能量最
低的轨道上运动，这种能量最低的稳定状态叫做基态。 处于基态的原子称基态原子，处于基 态的离子称基态离子，处于基态的分子 称基态分子。 激发态：如果原子（或离子、分子）中有处在其它较高能级上
运动的电子时，则称之为激发态。
0.76～2.5m 分子的振动和转动能级的跃迁
2.5～50m
紫外光谱法 分光光度法 红外分光光度法 红外光谱法
远红外光 微波 射频
50～1000m
0.1～100cm 1～100m
分子的转动能级跃迁 分子的转动及电子自旋能级跃迁 电子自旋及核自旋
微波光谱法 核磁共振波谱法
§1－2光谱的分类
几个基本概念： 光学光谱区：包含紫外、可见及红外等光谱在内的光谱区域，
光子的能量为：
式中： E: 为光量子的能量，其单位为J或kJ（也可用“电子伏特eV”
作单位）； leV为1个电子通过电位差为 1伏特的电场时所吸收或释放的能
量； 1eV＝1.602×10-19 J； h: 为普朗克常数，其值为h=6.626×10-34 J·s； C : 光速，C=3.0×108m/s。
2. 吸收光谱
当一定能量的光辐射通过气态、液态或透明固体物质 时，物质的原子、离子或分子将吸收相应能量的光辐射而 由低能态跃迁至较高能态，从而产生一吸收光谱。这种
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分子吸收光谱
E0
波长/nm
C. 荧光发射
光致发光
E3
原子荧光----线光谱
h E2
分子荧光----带光谱
E2
E1
hi
E0
hi
E1
hi
E0
三.光学分析法
1.电磁波谱与现代仪器分析方法
波谱区 -射线 X-射线 远紫外光 近紫外光
可见光
波长 跃迁类型
5~140 pm
核能级
10-
10~200n
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
2.光学分析法的分类
核磁共振波谱法:射频原子核自旋吸收
光 谱 法：以光的波长与强度为特征信号的仪器分析方法 吸收光谱法、发射光谱法、散射光谱法
非光谱法：以光辐射的某些性质变化特征信号的仪器分析方法
折射法、旋光法、圆二色法、比浊法、衍射法
原子光谱：原子发射光谱、原子吸收光谱、原子荧光光谱 分子光谱：紫外-可见吸收光谱、分子荧光/磷光光谱、化学发光
波谱区 近红外光 中红外光 远红外光
微波
射频
波长
0.75~2.5 2.5~50 50~1990 0.1~100c
m
m
m
m
1~100 m
跃迁类型
分子振动
近红外光谱区:配位化学的研究对象
分子转动 电子、核自旋
3.稀饭
面对胃炎吃什么食物好的问题，粥类食物是 广大患者最佳的选择，一直以来我国就有用粥来 治疗各种胃病的传统。粥有营养、易消化。
粥在熬煮的时候会将米粒分解成双糖或单 糖，这些物质很容易刺激胃酸分泌从而导 致出现胃烧心、胃酸的情况，因此并不是 所有人都适合通过喝粥来养胃的。因此专 家建议，在喝粥的时候最好是能尽量的多 咀嚼，这样才能真正的达到养胃的作用。
光学分析法导论答案
光学分析法导论1. 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。
通过这种方式获得的光谱，称为荧光光谱．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．电致发光――电场引起的碰撞激发，是指被电场加速的带电粒子碰撞而受到激发，从而发射出电磁辐射．这一过程称为电致发光．光致发光――电磁辐射吸收激发，是指吸收电磁辐射而引起的激发，从而发射出电磁辐射，这一过程称为光致发光．化学发光――在一些特殊的化学反应体系中，有关分子吸收反应所释放的化学能而处于激发态，回到基态时产生光辐射。
这样获得的光谱称为化学发光光谱．热发光――物体加热到一定温度也会发射出电磁辐射，称为热发光．2. 什么是光谱分析法，它包括哪些主要方法？答：当物质高温产生辐射或当辐射能与物质作用时，物质内部能级之间发生量子化的跃迁，并测量由此而产生的发射，吸收或散射辐射的波长和强度，进行定性或定量分析，这类方法就是光谱分析法．光谱分析法主要有原子吸收光谱法、原子发射光谱法、原子荧光法、紫外－可见分光光度法、红外光谱法、分子荧光法、X射线荧光法等．3. 辐射光子能量与波长的关系怎样，按光子能量从高到低有哪些辐射类型？答：辐射光子能量与波长的关系为：E=hc/λ按光子能量从高到低的顺序为：γ射线，X射线，紫外，可见，红外，微波，无线电波4. 电子光谱一般在什么波长区？振动光谱在什么波长区？转动光谱在什么波长区？答：电子光谱——紫外、可见区（E e、Eυ、E r 均改变）62~620nm及E r改变）620~24.8µm振动光谱——近红外区（Ev转动光谱——远红外、微波区（仅E r改变）>24.8µm5.原子光谱来源于A.原子的外层电子在不同能级之间的跃迁B.原子核的转动C.原子的次外层电子在不同能级之间的跃迁D.原子外层电子的振动和转动6. 任何一种分析仪器都可视作由以下四部分组成:信号发生器、信号转换器(传感器)、读出装置、放大记录系统_.7. 可以概述三种原子光谱(吸收、发射、荧光)产生机理的是(3)(1) 能量使气态原子外层电子产生发射光谱(2) 辐射能使气态基态原子外层电子产生跃迁(3) 能量与气态原子外层电子相互作用(4) 辐射能使原子内层电子产生跃迁8. 在光学分析法中, 采用钨灯作光源的是 (3)(1)原子光谱； (2)分子光谱； (3)可见分子光谱； (4)红外光谱9. 以光栅作单色器的色散元件，若工艺精度好，光栅上单位距离的刻痕线数越多， 则： (1)(1) 光栅色散率变大，分辨率增高； (2) 光栅色散率变大，分辨率降低(3) 光栅色散率变小，分辨率降低； (4) 光栅色散率变小，分辨率增高10.什么叫摄谱仪的线色散率、分辨率及集光本领？它们各与哪些主要因素有关。
光学分析法导论
光学分析法导论光学分析法的分类光谱法：以光的波长与强度为特征信号的仪器分析方法非光谱法：以光辐射的某些性质变化特征信号的仪器分析方法吸收光谱法、发射光谱法、散射光谱法折射法、旋光法、圆二色法、比浊法、衍射法光谱法与非光谱法的区别：光谱法：内部能级发生变化原子吸收/发射光谱法：原子外层电子能级跃迁分子吸收/发射光谱法：分子外层电子能级跃迁?非光谱法：内部能级不发生变化，仅测定电磁辐射性质改变光学分析法的分类光分析法光谱分析法非光谱分析法原子光谱分析法分子光谱分析法折射法圆二色性法X射线衍射法干涉法旋光法原子吸收光谱原子发射光谱原子荧光光谱X射线荧光光谱紫外光谱法红外光谱法分子荧光光谱法分子磷光光谱法核磁共振波谱法光学分析法的分类光谱分析法吸收光谱法发射光谱法原子光谱法分子光谱法原子发射原子吸收原子荧光X射线荧光原子吸收紫外可见红外可见核磁共振紫外可见红外可见分子荧光分子磷光核磁共振化学发光原子发射原子荧光分子荧光分子磷光X射线荧光化学发光光谱分析法的分类散射光谱法光谱：把测得的发射或吸收强度对电磁辐射的波长或频率作图，得到光谱。
光谱孤立的原子、离子或分子的能级是特征的；由特征光谱可做试样组分的定性分析，由发射或吸收强度可以进行定量分析。
E2E0E1E3h?i波长半宽度10-2~10-5原子吸收光谱原子发射光谱原子光谱原子光谱是由原子外层或内层电子能级的变化产生的。
原子光谱是由一条条彼此分立的谱线组成的线状光谱。
原子光谱分为原子发射光谱和原子吸收光谱。
原子光谱原子光谱的波长主要分布在紫外及可见光谱区,仅少数落在近红外区。
原子光谱可以确定试样物质的元素组成和含量，但不能给出物质分子结构的信息。
属于这类分析方法的有原子发射光谱法（AES）、原子吸收光谱法（AAS），原子荧光光谱法（AFS）以及X射线荧光光谱法（XFS）等。
分子光谱分子的运动：包括价电子的运动、分子内原子相对于平衡位置的振动和分子绕其质心的转动。
光学分析法导论
以能量（吸光度或透过率）为纵坐标，波长（或频率）为横坐标的曲线
为比例系数，b为自吸系数
高压氢灯以
低压氢灯是在有氧化物涂层的灯丝和金属电极间形成电弧，启
棱镜单色器
③在
但在
θ=0出现明条纹
θ符合b sinθ=2n(λ/2)时，半波长整倍时出现暗条纹θ符合bsinθ=（2n＋1）(λ/2)时，半波长的奇数倍时为明条纹
（b）闪耀光栅
将反射光栅的线槽加工成适当形状能使有效强度集中在特定的衍射角上。
图所示反射光栅是由与光栅表面成β角的小斜面构成(小阶梯光栅，闪耀光栅)，β角叫做闪耀角。
选择适宜的闪耀角，可以使90%的有效能量集中在单独一级的衍射上。
光学分析法导论
与波长成反比，而与光的强度无关。被辐射激发的振动
质点的能量是量子化的，当振子从一个允许的高能级向
低能级跃迁时就有一个光子的能量发射出来
粒子性
E hv h c
普朗克常数 h ＝6.6262×10-34J·s
光学分析法导论
电磁波谱：电磁辐射按波长顺序排列，称~。
光学分析法导论
波数（σ）单位：cm-1，物理意义：1cm的间距内有多少个光波
光分析法导论
基本要求： ➢1.了解光与物质的相互作用特点及其与光
学分析法的关系； ➢2.了解光学分析法的基本分类； ➢3.掌握光学分析仪器的基本构成单元及
其作用。
光学分析法导论
第一节 光分析基础 一、光分析法及其特点
optical analysis and its characteristics
光分析法：基于电磁辐射与待测物质相互作用后所产生 的辐射信号与物质组成及结构关系所建立起来的分析方法；
第二激发态 第一激发态 三重态
振动能级 吸收 无辐射退激 荧光 磷光 共振发射
基态
不发光，发 热
发光光学，分波析长 法导论发光，波长
变长，发热
最长，发热
发光，波长最 短，不发热
(3) 散射（Scattering）光通过不均匀介质时部分光偏离原方
向传播的现象。丁铎尔（Tyndall）散射和分子散射.
光学分析法导论
光激发所发射的第二次光子称为荧光或磷光。 当吸收第一次光子与发射第二次光子之间的时间
落后很短为荧光（fluorescence），时间落后较 长为磷光（phosphorescence）。荧光和磷光最 易在与激发光束成直角的方向观察到。
光学分析法导论
2、物质吸收和发光的过程示意图
光学分析方法导论
光学分析方法导论光学分析方法是现代分析化学中重要的一个分支，主要利用光的性质进行样品的分析和测量。
光学分析方法广泛应用于食品、环境、药物、化工等领域，具有灵敏度高、分析速度快、非破坏性等优点，因此在实际应用中得到了广泛的应用。
光学分析方法的基本原理是利用光与物质之间的相互作用进行样品的分析。
光信号的检测主要包括吸收、散射、发射、干涉等多种形式，根据这些信号的变化可以推断出样品中所含有的物质种类和含量。
光学分析方法的主要手段包括光吸收光谱法、光散射光谱法、荧光光谱法、拉曼光谱法等。
光吸收光谱法是光学分析方法中最常见的一种方法。
它利用物质对特定波长的光的吸收进行分析。
当光通过样品时，被样品吸收的光将减弱，而通过样品的光则变强。
通过测量样品吸收光的减弱程度，可以得到样品中所含物质的浓度。
常见的光吸收光谱法有紫外可见吸收光谱法、红外吸收光谱法等。
光散射光谱法是另一种常用的光学分析方法。
它利用光在物质中的散射进行分析。
光散射光谱法是一种非常灵敏的方法，可以用来分析微小颗粒的大小、浓度等。
光散射现象在日常生活中也常见，比如我们能够看到空气中的尘埃颗粒是因为光被尘埃颗粒散射而进入我们的眼睛。
荧光光谱法是通过激发物质中的分子或原子使其发生荧光现象，并通过测量荧光光的强度和波长来进行分析。
荧光光谱法具有高灵敏度、高选择性和高时效性的特点，广泛用于分析荧光染料、生物标记物等。
荧光光谱法也被广泛应用于生物医学领域，如生物荧光成像等。
拉曼光谱法是一种利用光与物质相互作用的分析方法。
与光吸收光谱法不同的是，拉曼光谱法主要是通过测量样品散射光中的拉曼散射光谱来进行分析。
拉曼光谱在分析物质分子结构、成分分析等领域具有广泛的应用。
光学分析方法在实际应用中具有许多优点。
首先，光学分析方法的灵敏度非常高，可以进行非常低浓度的物质分析。
其次，光学分析方法非常快速，可以在短时间内得到分析结果。
此外，光学分析方法还具有非破坏性的特点，可以对样品进行非破坏性分析，适用于需要保护样品完整性的领域。
光学分析方法
两个重要推论： 物质粒子存在不连续的能态，各能态具有特定
的能量。当粒子的状态发生变化时，该粒子将吸收或 发射完全等于两个能级之间的能量差；
反之亦是成立的，即 E =E1-E0=h
2021/2/4
1
9
三、电磁波谱
分子光谱法是由 分子中电子能级、振动和转动能级 的变 化产生的，表现形式为带光谱。属于这类分析方法的有紫外
-可见分光光度法（UV-Vis），红外光谱法（IR），分子荧 光光谱法（MFS）和分子磷光光谱法（MPS）等。
2021/2/4
1
12
非光谱法是基于物质与辐射相互作用时， 测量辐射的某些性质，如折射、散射、 干涉、衍射、偏振等变化的分析方法。
轰击 能量
原子,离子, 激发 原子*, 离
分子
子*,分子*
基态
激发态
X 原子,离子, 发射 分子
基态
AFS, MFS, XFS
电磁辐射或者 光（一次光） 原子,离子, 激发 原子*, 离
化学反应
能量 分子
子*,分子*
基态
激发态
产生的辐射通称为发射光谱，以辐
射能对辐射频率或波长作图可得到发射 光谱图：
些辐射被选择性地吸收。
原子吸收：原子吸收光谱分析(AAS); 分子吸收：紫外可见光度分析(UV-Vis)； 分子吸收：红外光谱分析(IR)及拉曼光谱(Raman) ； 核吸收：核磁共振光谱(NMR)。
2021/2/4
1
19
Raman散射
频率为0的单色光照射到透明物质上，
物质分子会发生散射现象。如果这种散射是 光子与物质分子发生能量交换的，即不仅光 子的运动方向发生变化，它的能量也发生变 化，则称为Raman散射。散射光的频率（νm ）与入射光的频率不同，称为Raman位移。 Raman位移的大小与分子的振动和转动的能 级有关，利用Raman位移研究物质结构的方 法称为Raman光谱法。
1.光学分析法导论
1.光学分析法导论第一章光学分析法导论（An Introduction to Optical Analysis ）1.1 电磁辐射的性质电磁辐射（electromagnetic radiation ）是一种以极大的速度（在真空中为2.9979×1010cm ·s －1）通过空间，不需要任何物质作为传播媒介的能量。
它包括无线电波、微波、红外光、紫外-可见光以及X 射线和γ射线等形式。
电磁辐射具有波动性和微粒性。
1.1.1 电磁辐射的波动性根据Maxwell 的观点，电磁辐射的波动性可以用电场矢量E 和磁场矢量M 来描述，如图1.1.1所示。
它是最简单的单个频率的平面偏振电磁波。
平面偏振就是它的电场矢量E 在一个平面内振动，而磁场矢量M 在另一个与电场矢量相垂直的平面内振动。
电场和磁场矢量都是正弦波形，并且垂直于波的传播方向。
与物质的电子相互作用的是电磁波的电场，所以磁场矢量可以忽略，仅用电场矢量代表电磁波。
波的传播以及反射、衍射、干涉、折射和散射等现象表现了电磁辐射具有波的性质，可以用以下波参数来描。
图1.1.1 电磁波的电场矢量E 和磁场矢量M1）周期T相邻两个波峰或波谷通过空间某一固定点所需要的时间间隔称为周期，单位为s （秒）。
2）频率ν单位时间内通过传播方向上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，它等于周期的倒数1/T ，单位为1/s （1/秒），称为赫兹，以Hz 表示。
电磁波的频率只取决于辐射源，与通过的介质无关。
3）波长λ相邻两个波峰或波谷的直线距离。
若电磁波传播速度为c ，频率为ν，那么波长λ为：νλ1=c （1.1.1）不同的电磁波谱区可采用不同的波长单位，可以是m ，cm ，μm 或nm ，他们之间的换算关系为1m=102cm=106μm=109nm 。
4）波数每厘米长度内含有波长的数目，即波长的倒数：c νλ==1 （1.1.2）单位为cm －1（厘米－1），将波长换算成波长的关系式为：（cm －1）)(10)(14m cm μλλ== （1.1.3） 5）传播速度υ辐射的速度等于频率ν乘以波长λ，即υ=νλ。
一章节光学分析法导论
１）吸收光谱法：它是利用物质吸 收光后所产生旳吸收光谱来进行分 析旳措施。
２）发光光谱法：物质中旳粒子 用一定旳能量（如光、电、热等）激 发到高能级后，当跃迁回低能级时， 便产生出特征旳发射光谱，利用此发 射光谱进行旳分析旳措施
３）散射光谱法：利用物质对光 旳散射来进行分析旳措施。
２．非光谱法：
波数（ω）：指在单位长度内波旳 数目。
频率（γ）：指在1秒时间内经过 某点旳波数（即每秒内振动旳次数）。
能量(E)：光子所具有旳能量。
光旳能量与光旳波长及频率之间旳关 系为：
Ｅ=hγ=hc/λ
式中Ｅ为光旳能量（尔格）；γ为频 率；λ为波长；h为普朗克常数，其值 为6.6256×10-27尔格·秒；c为光速。
线光谱
带光谱
连续光谱：在一定范围内。多种 波长旳光都有，连续不断，无明 显旳谱线和谱带。
（二）分子光谱和原子光谱： 原子光谱主要是因为核外电子能级发 生变化而产生旳辐射或吸收而产生旳 光谱。 分子光谱则是因为分子中电子能级及 分子旳振动、分子旳转动能级旳变化 而产生旳光谱。
三、物质与光旳相互作用： 1、折射和反射 2、散射 3、吸收和发射
二、光学分析法分类
光学分析法可分为光谱法和非光谱 法两大类。
１．光谱法 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旳能级之间 旳跃迁而产生旳发射、吸收或散射辐射 旳波长和强度进行分析旳措施。
它又可分为吸收光谱法、发光光 谱法、散射光谱法三种。
非光谱法是基于物质与辐 射相互作用时，测量辐射旳某些 性质，如折射、散射、干涉、衍 射、偏振等变化旳分析措施。主 要有折射法和旋光法。
三.光谱种类 （一）依外形分类： 线状光谱:
带状光谱:
光学分析法导论(1)
辐射的强度，包括真空热电偶、热电检测器、热电偶等。 (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、光子计数等显示和记录结果。
(二)单色器 单色器的主要作用是将复合光分解成单色光或有一定宽
度的谱带。 单色器由入射狭缝和出射狭缝、准直镜以及色散元件，
如棱镜或光栅等组成。 (三)吸收池
紫外光区，采用石英材料； 可见光区，则用硅酸盐玻璃； 红外光区，则可根据不同的波长范围选用不同材料的晶 体制成吸收池的窗口。
(四)检测器 检测器可分为两类，一类对光子有响应的光检测器，另一
会发生散射现象。如果这种散射是光子与物质分子发 生能量交换的，即不仅光子的运动方向发生变化，它 的能量也发生变化，则称为Raman散射。
这种散射光的频率（νm）与入射光的频率不同， 称为Raman位移。Raman位移的大小与分子的振动和转 动的能级有关，利用Raman位移研究物质结构的方法 称为Raman光谱法。
按光谱的性质和形状分：线状光谱，带状光谱和连续光谱
1.原子光谱（线状光谱）：吸收光谱法,发射光谱法
原子发射光谱法（AES）、原子吸收光谱法（AAS），原子荧光
光谱法（AFS）以及X射线荧光光谱法（XFS）
E3
原子发射光谱
半宽度10-2~10-5
O
A
E2
E1
原子吸收光谱
E0
波长
O
A
2. 分子光谱（带光谱）：吸收光谱法,发射光谱法
三. 光谱法仪器
用来研究吸收、发射电磁辐射的强度和波长的关系 的仪器叫做光谱仪或分光光度计。这一类仪器一般包括 五个基本单元：光源、单色器、样品容器、检测器和读 出器件。
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一．电磁波的基本性质 1．电磁波的种类：
波 5×10-3 0.1～10 10～200
200～400
长 ～0.1
λ
名 γ射线 x射线 远紫外光 近紫外光
称
波 400 ～ 750 ～ 1.0×106 ～ 1.0×109 ～
长 750
1.0×106 1.0×1原子光谱主要是由于核外电子能级发 生变化而产生的辐射或吸收而产生的 光谱。 分子光谱则是由于分子中电子能级及 分子的振动、分子的转动能级的变化 而产生的光谱。
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１．光谱法 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。
它又可分为吸收光谱法、发光光 谱法、散射光谱法三种。
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１）吸收光谱法：它是利用物质吸 收光后所产生的吸收光谱来进行分 析的方法。
1.0×1012
λ
名 可见光 红外光 微波
无线电波
称
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2
10-2 nm 10 nm 102 nm 104 nm 0.1 cm 10cm 103 cm 105 cm
射 x射 紫外 红外
微
线线
光
光
波
无线 电波
可见光
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２．表征电磁波特性的参数：
可以用波长λ、频率γ、速度c、 波数ω、能量等来表示其特性。
Ｅ=hγ=hc/λ
式中Ｅ为光的能量（尔格）；γ为频 率；λ为波长；h为普朗克常数，其值 为6.6256×10-27尔格·秒；c为光速。
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三、物质与光的相互作用： 1、折射和反射 2、散射 3、吸收和发射
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二、光学分析法分类
光学分析法可分为光谱法和非光谱 法两大类。
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三.光谱种类 （一）依外形分类： 线状光谱:
带状光谱:
连续光谱：
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线光谱: 由若干条强度不同的谱线和
暗区相间而成的光谱。
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带状光谱: 由几个光带和暗区相间而成
的光谱。
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线光谱
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带光谱 17
连续光谱：在一定范围内。各种 波长的光都有，连续不断，无明 显的谱线和谱带。
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波长（λ）：表示相邻两个光波各 相应点间的直线距离（或相应两个波 峰或波谷间的直线距离）。
波数（ω）：指在单位长度内波的 数目。
频率（γ）：指在1秒时间内经过 某点的波数（即每秒内振动的次数）。
能量(E)：光子所具有的能量。
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光的能量与光的波长及频率之间的关 系为：
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２）发光光谱法：物质中的粒子 用一定的能量（如光、电、热等）激 发到高能级后，当跃迁回低能级时， 便产生出特征的发射光谱，利用此发 射光谱进行的分析的方法
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３）散射光谱法：利用物质对光 的散射来进行分析的方法。
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２．非光谱法：
非光谱法是基于物质与辐 射相互作用时，测量辐射的某些 性质，如折射、散射、干涉、衍 射、偏振等变化的分析方法。主 要有折射法和旋光法。