光学分析法导论
合集下载
光学分析法导论全
总结词
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。
• 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。
仪器分析光学分析法导论
电磁辐射具有波动性和微粒性（波粒二象性）： （1） 光的波动性： 光的传播如光的折射、衍射、偏振和干扰等现象可以用光的波动性来解释。 描述波动性的重要参数是波长、频率和光速C，它们的关系是 ：
＝C ∕
波动性
波长
频率
c光速＝2.9979×108m·s-1 ＝2.9979×1010cm·s-1
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定量分析的方法。
3.原子荧光分析法
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。
6.X射线荧光分析法
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。
三、光分析法分类 type of optical analysis
光分析法可分为光谱法和非光谱法两大类。 光谱法是以光的吸收，发射和拉曼散射等作用而建立的光谱方法。这类方法比较多，是主要的光分析方法。 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。 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。
三、物质和光的作用
2、物质吸收和发光的过程示意图
不发光，发热
发光，波长最短，不发热
发光，波长最长，发热
发光，波长变长，发热
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
02第二章 光学分析法导论
发射光谱hν
2-2-1 发射光谱法 XFS AFS
待测粒子种类
发射光谱法
AES MFS
MPS
分 子 光 谱
原 子 光 谱
2-2-2 吸收光谱法
M*
M
当入射光光子能量与上图所示M粒子能级差相同 时，一部分入射光被吸收。 不同粒子的能级差不同，吸收的光的波长不同， 用于定性分析。吸收的程度用于定量分析。 根据吸收光谱所在光谱区和产生吸 收的粒子对吸收光谱分类。
1、连续光源 （2）可见光源 卤钨灯是常见的可见光光源。原理是热 辐射。 氙灯是常见的用于荧光分析的可见光光源。原理 类似氘灯。
1、连续光源 （3）红外光源 碳硅棒或能斯特灯(ZnO2+Y2O3)是常见的红外光源。 原理同样是热辐射。
碳硅棒材料化学式SiC。为 无色立方或六方晶体，表面 氧化或含杂质时呈蓝黑色。 碳硅棒具有由硅原子和碳原 子构成的三维空间结构，每 一个原子被其他四个原子包 围。SiC有多种变体，结构大 多是金刚石、闪锌矿和纤维 矿晶格。 由锆、钆(gá)、铈或钍等氧化 物烧结而成，直径2mm、长 30mm中空棒状，两端绕铂线 作为导体。室温不导电； 800℃左右为导体，开始发光。 工作温度约1500℃，功率50～ 200W，工作波数为5000～ 400cm-1。发光强度高。但性 脆易碎，机械强度差，受压或 受扭易破损。
• 2-1-3 电磁辐射的粒子性
• 黑体能量一样（比如某一温度），不同波长的辐射强度不 同，这只能用辐射粒子性才能解释 • 其它如光电效应，Compton 效应也体现了辐射粒子性
• 2-1-3 电磁辐射的粒子性 普朗克 1. 物质吸收或发射辐射的能量是不连续的， 只能按一个基本量的整数倍进行。 2. 辐射的能量在空间分布不连续，而是集中 在光子上。 3. 某个光子的能量与整束光的强度无关，只 与光的频率或波长有关
光学分析法导论
第二节 光学分析法旳分类
二、光谱法
2）按电磁辐射本质分类
原子光谱（涉及离子光谱）——由原子或离子外层电子 旳跃迁产生，具有明显 旳线光谱特征
分子光谱——由分子中电子能级及分子旳振动、转动能 级旳跃迁产生，大多具有带光谱特征
第二节 光学分析法旳分类
二、光谱法
3）按辐射能传递方式分类 发射光谱——处于激发态旳原子分子或离子由高 能级跃迁回低能级或基态发射出相应旳光谱
第三节 原子光谱和分子光谱
一、原子光谱
主量子数( n )：描述核外电子是在那个电子壳层上运动。 n = 1、 2、 3、 4、 5、 6、7、••••••••
符号 K、L、M、N、O、P、Q、••••••••
角量子数( l )：描述核外电子云旳形状。
l = 0、1、 2、 3、 4、••••••••
第三节 原子光谱和分子光谱
一、原子光谱
主量子数(n)：
n =1、 2、 3、 4、 5、 6、7、••••••••
总角量子数(L)：
L= l,
对于2个价电子： L = ( l1+ l2)、 ( l1+ l2-1)、•••、 ( l1- l2)
总自旋量子数(S)：对于N个价电子：N/2, N /2 -1, N /2 -2,..,1/2,0
>2.5*105
X一射线 0.005-10nm 2.5*105 -1.2*102
高能辐射区
远紫外 10200nm 1.2*102-6.2
近紫外 200
可见光 400
近红外 0.782.5
中红外 2.550
远红外 501000m 2.5*10-2-1.2*10-4
中能辐射区
微波 0.1100cm 1.2*10-4-1.2*10-7
《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
第二章光学分析法导论(全)
第2章 光学分析法导论
2-1 光分析及其特点
2-2 电磁辐射的基本性质
2-3 光学分析法的分类 2-4 光学光谱分析法所用仪器
1
2-1 光学分析法及其特点
光学分析法：基于电磁辐射能量与待测物质相互 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；
电磁辐射范围：射线～无线电波所有范围； 相互作用方式：发射、吸收、反射、折射、散射、干
1.对于给定的α 、d、k, λ 不同则β 不同—光栅分光作 用。 改变α ，可改变λ 波段范围。 2. k=0 时，d（sinα -sinβ ）=0，任何λ 都满足光栅 方程式——不分光的“0”级像。 3.当K1 λ 1= K2 λ 2= K3 λ 3=…时，谱线重叠 解决方法：加滤光片，谱级分离器。 4.对于给定的α 、d、λ , k不同则β 不同,即同一波长的 光，光强度被分散。
23
24
2-4-1 光源
连续光源
氢灯或氘灯（ 160～375nm） 钨灯（340～2500nm） 硅碳棒
紫外光源 可见光源 红外光源
线光源
空心阴极灯 金属蒸汽灯 激光
25
2-4-2 单色器
单色器的作用： 作用：将试样发出的复合光分解成按波长顺序排列的
单色光。
分光元件：棱镜或光栅
26
圆 比 折 二 浊 射 色 法 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
分子光谱分析法
分 子 荧 光 光 谱 法 分 子 磷 光 光 谱 法
2-1 光分析及其特点
2-2 电磁辐射的基本性质
2-3 光学分析法的分类 2-4 光学光谱分析法所用仪器
1
2-1 光学分析法及其特点
光学分析法：基于电磁辐射能量与待测物质相互 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；
电磁辐射范围：射线～无线电波所有范围； 相互作用方式：发射、吸收、反射、折射、散射、干
1.对于给定的α 、d、k, λ 不同则β 不同—光栅分光作 用。 改变α ，可改变λ 波段范围。 2. k=0 时，d（sinα -sinβ ）=0，任何λ 都满足光栅 方程式——不分光的“0”级像。 3.当K1 λ 1= K2 λ 2= K3 λ 3=…时，谱线重叠 解决方法：加滤光片，谱级分离器。 4.对于给定的α 、d、λ , k不同则β 不同,即同一波长的 光，光强度被分散。
23
24
2-4-1 光源
连续光源
氢灯或氘灯（ 160～375nm） 钨灯（340～2500nm） 硅碳棒
紫外光源 可见光源 红外光源
线光源
空心阴极灯 金属蒸汽灯 激光
25
2-4-2 单色器
单色器的作用： 作用：将试样发出的复合光分解成按波长顺序排列的
单色光。
分光元件：棱镜或光栅
26
圆 比 折 二 浊 射 色 法 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
分子光谱分析法
分 子 荧 光 光 谱 法 分 子 磷 光 光 谱 法
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
·用远红外光照射有机分子，分子在转动能级间跃迁 产生转动光谱。其波长位于远红外和微波区，亦称远红 外吸收光谱和微波。
·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
·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
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。
10光学分析法导论
电磁辐射具有波粒二象性，即波动性 和微粒性。
2021/4/23
39
每个光量子的能量(EL)与其频率(ν) 及波长(λ)之间的关系为:
EL = hυ = hc/λ = hcσ 波长越短，光子的能量越大。
2021/4/23
40
§3 光学分析法的分类
非光谱法不涉及物质内部能级的跃迁， 电磁辐射只改变了传播方向、速度或 某些物理性质。
EL= E
E：不同能级间能量差
EL= h = hc/= hc = E
2021/4/23
Байду номын сангаас
13
一、吸 收 光 谱 法
1. 吸收：
当辐射能通过某些吸光物质时， 物质的原子或分子吸收与其能级 跃迁相应的能量由低能态或基态 跃迁至较高的能态的过程。
2021/4/23
14
2. 吸收光谱： 物质对辐射能的选择性吸收
I0= Ia+ It+ Ir 由于测定条件下反射光强度基本相同， 其影响可相互抵消，上式可简化为：
I0= Ia+ It
2021/4/23
19
透光度：
透光度为透过光的强度It与入射光强度
I0之比，用T表示。
即
T= It/I0
吸光度：
为透光度倒数的对数，用A表示。
即
A=lg1/T=lgI0/It
2021/4/23
A= kcb A=A1+A2+A3+……
2021/4/23
45
§ 4 光谱分析的分类
依据物质对不同波谱区辐射能的吸收 或发射，可建立不同的光谱分析方法。
2021/4/23
46
§5 光谱法仪器
光谱仪一般包括： 光源、单色器、样品容器、检
2021/4/23
39
每个光量子的能量(EL)与其频率(ν) 及波长(λ)之间的关系为:
EL = hυ = hc/λ = hcσ 波长越短，光子的能量越大。
2021/4/23
40
§3 光学分析法的分类
非光谱法不涉及物质内部能级的跃迁， 电磁辐射只改变了传播方向、速度或 某些物理性质。
EL= E
E：不同能级间能量差
EL= h = hc/= hc = E
2021/4/23
Байду номын сангаас
13
一、吸 收 光 谱 法
1. 吸收：
当辐射能通过某些吸光物质时， 物质的原子或分子吸收与其能级 跃迁相应的能量由低能态或基态 跃迁至较高的能态的过程。
2021/4/23
14
2. 吸收光谱： 物质对辐射能的选择性吸收
I0= Ia+ It+ Ir 由于测定条件下反射光强度基本相同， 其影响可相互抵消，上式可简化为：
I0= Ia+ It
2021/4/23
19
透光度：
透光度为透过光的强度It与入射光强度
I0之比，用T表示。
即
T= It/I0
吸光度：
为透光度倒数的对数，用A表示。
即
A=lg1/T=lgI0/It
2021/4/23
A= kcb A=A1+A2+A3+……
2021/4/23
45
§ 4 光谱分析的分类
依据物质对不同波谱区辐射能的吸收 或发射，可建立不同的光谱分析方法。
2021/4/23
46
§5 光谱法仪器
光谱仪一般包括： 光源、单色器、样品容器、检
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:
第3章 光学分析法导论
17:42:50
• 中子
电磁辐射（或微观粒子）与生命物质相互作用后的透射、 散射的强度、角度、波长的分布反映生命物质的内部微 17:42:50 观结构
光学分析法导论
1.电磁辐射
2.原子光谱和分子光谱
17:42:50
第一节
电磁辐射
电磁辐射：物质内部原子，分子处于运动状态的一 种外在表现。 特性：具有波动性和粒子性。波粒二象性
17:42:51
因为,电子角量子数 l=0,1,2,3…我们用 s,p,d,f… 表示其状态； 类似地,原子总轨道角量子数L=0,1,2,3… 用 S,P,D,F…来对应表示。 l/L 电子 原子 0 1 2 3
s S
p P
d D
f F
17:42:51
光谱学中
每个能级根据L的数值大小用大写英文字母标记：
• 角量子数 l : (描述电子亚层，轨道) 指明轨道的形状；也指明电子的轨道角动量;为 l =0，1，2，．．．， n-1； 相应的符号为s，p，d，f， l l (l 1)
• 磁量子数 m（ m l ） : m= 0， 1， 2， l； 指明轨道的取向;也指明电子的轨道角动量在Z轴 h 的分量 l m
综合考虑这些因素后，原子的能量状态用光谱项描述；
n
17:42:50
2 S 1
L
光谱支项
n
2 S 1
LJ
主量子数(n)、总轨道角量子数（L）、总自 旋量子数（S）和总角动量量子数（或内量 子数J） 一般情况下，原子内层电子已经饱和，比较 稳定。发生跃迁的电子一般为价电子。所以 ，在光谱学中更关心的价电子的组态的光谱 项。
17:42:51
S ，总自旋量子数； 总自旋角动量对应的量子数 对于两个价电子S值，可取
• 中子
电磁辐射（或微观粒子）与生命物质相互作用后的透射、 散射的强度、角度、波长的分布反映生命物质的内部微 17:42:50 观结构
光学分析法导论
1.电磁辐射
2.原子光谱和分子光谱
17:42:50
第一节
电磁辐射
电磁辐射：物质内部原子，分子处于运动状态的一 种外在表现。 特性：具有波动性和粒子性。波粒二象性
17:42:51
因为,电子角量子数 l=0,1,2,3…我们用 s,p,d,f… 表示其状态； 类似地,原子总轨道角量子数L=0,1,2,3… 用 S,P,D,F…来对应表示。 l/L 电子 原子 0 1 2 3
s S
p P
d D
f F
17:42:51
光谱学中
每个能级根据L的数值大小用大写英文字母标记：
• 角量子数 l : (描述电子亚层，轨道) 指明轨道的形状；也指明电子的轨道角动量;为 l =0，1，2，．．．， n-1； 相应的符号为s，p，d，f， l l (l 1)
• 磁量子数 m（ m l ） : m= 0， 1， 2， l； 指明轨道的取向;也指明电子的轨道角动量在Z轴 h 的分量 l m
综合考虑这些因素后，原子的能量状态用光谱项描述；
n
17:42:50
2 S 1
L
光谱支项
n
2 S 1
LJ
主量子数(n)、总轨道角量子数（L）、总自 旋量子数（S）和总角动量量子数（或内量 子数J） 一般情况下，原子内层电子已经饱和，比较 稳定。发生跃迁的电子一般为价电子。所以 ，在光谱学中更关心的价电子的组态的光谱 项。
17:42:51
S ，总自旋量子数； 总自旋角动量对应的量子数 对于两个价电子S值，可取
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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
因物质对光辐射的选择性吸收而得到的光谱称为吸收 光谱。 • 如果吸收光谱是由原子（或离子）吸收产生的，则称原子 （或离子）吸收光谱。 • 如果吸收光谱是由分子吸收产生的，称为分子吸收光谱。
3．计算示例
例 计算波长为12.6m的红外线的频率、波数和每个光子的能量 （J,ev）
解：λ＝12.6μm＝1.26×10-5m ＝1.26×10-3cm
ν11.2 1 61 0379c4m -1
c
νλ c13. 2 116 80 0 52. 318103 Hz
Eh6.621 6 0 34 2.3 811031.5 81 0 2J 01 1.5.6 8 11 0 0 -20 2 109ev 0.09 e8 v
光学分析法导论
电子讲稿下载：
/kqch
Huagongjianggao@
密码： 123456789
教学信息网址：
/kqch
主要参考书： 《仪器分析教程》 北京大学化学系仪器分析教
学组 《分析化学》 R. Kellner J.-M. mermet 编著
• 电磁辐射的传播以及反射、衍射、干涉、 折射、偏振和散射等现象表现出电磁波具 有波的性质。
• 波动性可用光子的传播速度c、频率ν、波长 λ和波数等参数来描述
① 频率
单位时间内电磁场振动的次数称为频率，单 位：Hz
② 波长
相邻两个波峰或波谷间的距离称为波长， 单位：m、cm、m、nm
③ 波数
第一章 光学分析法导论
光学分析法是一类根据物质发射、 吸收电磁辐射能以及物质与电磁辐射能 之间的相互作用来进行分析的方法。
§1－1 电磁辐射和电磁波谱
• 在日常生活中看到的各种颜色的光及感觉 到的热辐射都是电磁辐射。
• 电磁辐射还包括不能被人直接看到或感觉 到的辐射如X一射线、紫外光、微波和射频 等。
射辐射的频率相同。这种散射称为瑞利（Rayleigh）散 射。
拉曼散射（Raman－type scattering）： 不仅辐射方向发 生变化，而且辐射频率亦改变。这种散射称拉曼散射
（Raman－type scattering），所得光谱称拉曼光谱。
拉曼散射频率的变化与分子的振动--转动能级或纯 转动能级相对应，因此利用拉曼光谱可以在可见光区研究
分子的振动和转动光谱。
激发态 基态
转动或振动 能级
电子能级
拉
瑞
曼
利
散
散
射
迁示意图
电子能级
4．荧光光谱及磷光光谱
• 由第一激发态单重态的最低振动能级向基态的各振动能级 跃迁，产生的光谱称为荧光光谱
• 由第一激发态三重态的最低振动能级向基态的各振动能级 跃迁，产生的光谱称为磷光光谱。
二、电磁波谱
波谱名称 -射线 X-射线 远紫外光
波长范围 〈0.01nm 0.01～10nm 10～200nm
能量来源 核能级的跃迁
内层电子的跃迁
分析方法 -射线光谱法 X-射线光谱法 真空紫外光谱法
近紫外光 可见光 近红外光 中红外光
200～400nm 原子及分子的价电子或成键电子 400～760nm 的跃迁
一、电磁辐射的基本性质
1．电磁波的波动性
• 根据Maxwell的观点，电磁辐射可以用电 场矢量E和磁场矢量H来描述，这两种矢量 都是正弦波形，并且垂直于波的传播方向。 当辐射通过物质时，就与物质微粒的电场 或磁场发生作用，在辐射和物质之间发生 能量传递，由于电磁辐射的电场是与物质 中的电子发生相互作用，所以一般情况下， 仅用电场矢量表示电磁波。
一、根据光谱产生的方式分类
l. 发射光谱
物质接受外能（电能、热能
Eｊ
或化学能），而由基态跃迁至激
发态，处在激发态的电子不稳定，
经过一个短暂的时间后（一般为 10-8s），就释放出能量而跃迁回
E0
基态或其他较低能态，这种释放
的能量如果是以光的形式发射出
来，就称之为发射光谱。
发射光谱
如果发射光谱是由原子（或离子）产生，称为原子发射光谱； 如果发射光谱是由分子产生，称为分子发射光谱。
波长的倒数,即每厘米长度内含有波长的数目。单位： cm-1
ν 1 ν λc
④ 传播速度 c
C==2.99792×1010cm/s=3×1010cm/s
2．电磁波谱的微粒性
Plank认为，物质吸收和发射辐射能量是不连续的， 只能按一个基本固定量一份一份地或以此基本固定 量的整数倍来进行，这就是说，能量是量子化的， 这种能量的最小单位是“光子”。