(仪器分析)10.1光学分析法基础
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
仪器分析-光谱分析法概论(第十章)
三个主要过程：（1）能源提供能量；（2）能量与被测物
质相互作用；（3）产生被检测信号。
第一节
电磁辐射及其物质的相互作用
一、电磁辐射和电磁波谱
1. 波动性（干涉、衍射、反射和折射） 用波长(nm)、波数(cm-1)和频率(Hz)表示。 =c/ = 1 / = /c
波长是在波的传播路线上具有相同振动相位的相邻两点间的线性距
光学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射线荧光光谱折射法圆二色性法x射线衍射法干涉法旋光法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射线荧光化学发光第三节光谱分析仪器光学分析法三个基本过程
原 子 发 射
原 子 吸 收
原 子 荧 光
X 射 线 荧 光
紫 外 可 见
红 外 可 见
分 子 荧 光
分 子 磷 光
核 磁 共 振
化 学 发 光
原子光谱法 光谱分析法 吸收光谱法 原 子 吸 收 紫 外 可 见 红 外 可 见 核 磁 共 振
分子光谱法
发射光谱法
原 子 发 射
原 子 荧 光
分 子 荧 光
离；波数是每厘米长度中波的数目； 频率是每秒内的波动次数。
※ 频率与波长成反比, 即波长越长, 频率越低, 波数越小
2. 微粒性（光电效应、光的吸收和发射） 用每个光子具有的能量E作为表征。 E = h =h c / = h c h (普朗克常数) ， h=6.6262×10-34J•s ※ 光量子的能量(E)与波长成反比, 而与频率（或波数） 成正比.
仪器分析基础问题 (一)
仪器分析基础问题（一）1 绪论2 光分析1.什么叫光学分析法？2.光学分析法一般包含哪三个过程？3.我们这门课程要学习什么光分析方法？4.看到原子发射光谱分析法，你就知道这个方法的什么信息？5.电磁辐射具有哪两个特性？分别对应的参数和公式是什么？6.如果一个特定的物质能吸收光线，是不是就能吸收任何波长的光线？1.原子光谱和分子光谱在各个方面的不同2.为什么原子光谱是线状的？而分子光谱是带状的？3.为什么可以根据原子光谱对元素进行定性分析？4.原子光谱涉及哪种能级的跃迁？分子能级呢？1.荧光量子产率的定义式是什么？2.影响荧光的分子结构因素有哪几个？分别是怎么影响的？1.无辐射去活化过程有哪几个？辐射去活化过程有哪几个？2:同一物质的激发光、荧光、磷光，三者的波长的大小顺序？3:荧光发射途径是什么？磷光呢？（即说出从哪个电子能级跃迁到哪个电子能级上）1.低温还是高温利于发射荧光？2.溶剂极性增加，一般会使荧光强度和波长怎样变化？1.分子中哪种跃迁类型最利于发射荧光？2.共轭度增加，荧光强度和波长会怎么变化？3.荧光素和酚酞结构式非常相似，为什么荧光素的荧光量子产率很大而酚酞没有荧光？4.苯酚的荧光量子产率比苯的更大还是更小？苯甲酸呢？1.荧光猝灭主要有哪几种？2.荧光分析时为什么要除氧？3.溴化物通常会发生哪种荧光猝灭？这种猝灭会使荧光、磷光强度分别如何变化？1：激发光谱是如何绘制出来的？发射光谱呢？测定时应该把第一单色器和第二单色器分别放置在什么波长的位置上？2:什么叫stocks位移？3.荧光光谱的形状受激发光波长的影响吗？能量最低的激发光谱和荧光光谱的形状有关系吗？有的话是什么关系？1.标准曲线法纵坐标和横坐标分别是什么？2.使用标准曲线法时需要注意什么？3.标准曲线法的特点是什么？4.标准曲线法的适用情况是哪两种情况？5.多组分混合物荧光分析时若激发光谱和荧光光谱都重叠，常采用列方程组的方法求解，那么列方程组是依据什么原理？1：荧光分光光度计有哪几大部件？作用分别是什么？2.荧光分光光度计和吸光光度计相比，有哪两个特点？1.什么叫光学分析法？光与物质相互作用引起物质的原子分子内部发生能级跃迁而产生对光线的发射吸收等现象，通过测量光线的波长与强度或者是其他性质的变化进行分析的方法。
仪器分析 10.1紫外可见分光光度法 图文
61-19
二、UV光谱的有关知识和概念
2、物质吸光的程度表达
辐射功率P：单位时间内所传输的能量， 光度法中用光强 I 代替。 透过率 T：透过光与入射光强度的比值 吸光度 A :
I T
I0
A lgT lg IO I
2020年9月13日星期日 上一内容 下一内容
61-20
3、UV吸收光谱——吸收曲线
镧系元素：f-f 跃迁
二、UV光谱的有关知识和概念
1、物质吸光的选择性
M h I0 M * It h
ΔΕ ΔΕe ΔΕv ΔΕr
分子轨道包括三种： 分子轨道能级的量子化：光吸收具有选择性 电子能级差：约为1～20ev（1250～60nm）
2020年9月13日星期日 上一内容 下一内容
一、分子轨道中的电子跃迁类型 二、UV光谱的常用概念 三、吸收带及其与分子结构的关系 四、影响吸收带的因素 五、物质对光的吸收与吸收曲线 五、朗伯-比尔定律
2020年9月13日星期日 上一内容 下一内容
61-3
练习：
下面五个电磁辐射区域
A：X射线区
B：红外区
C：无线电波
D：可见光区
E：紫外光区
请指出：
61-22
4、有关概念：
① 吸收带：吸收峰位置 ② 红移或长移 ③ 蓝移或短移 ④ 增色效应
减色效应
⑤ 强带 ε ≥104
弱带 ε ≤102
2020年9月13日星期日 上一内容 下一内容
61-23
⑥ 生色团（chromophore ）：含π→π* 、 n →π* 等跃迁的基团，即能产生UV吸收的 基团
61-12
5、电荷迁移跃迁
Charge transfer transition
光学分析法资料
光学分析法是利用待测定组分所显示出的吸收光谱或发射光谱，既包括原子光谱也包括分子光谱。
利用被测定组分中的分子所产生的吸收光谱的分析方法，即通常所说的可见与紫外分光光度法、红外光谱法；利用其发射光谱的分析方法，常见的有荧光光度法。
利用被测定组分中的原子吸收光谱的分析方法，即原子吸收法；利用被测定组分的发射光谱的分析方法，包括发射光谱分析法、原子荧光法、X射线原子荧光法、质子荧光法等。
（一）比色法分光光度法的前身是比色法。
比色分析法有着很长的历史。
1830年左右，四氨络铜离子的深蓝色就被用于铜的测定。
奈斯勒的氨测定法起源于1852年，大约在同一年，硫氰酸盐被用来分析铁。
1869年，舍恩报道说钛盐与过氧化氢反应会产生黄色，1882年，韦勒（Weller）将此黄色反应改进成一种钛的比色法。
钒也能与过氧化物发生类似的反应，生成一种橙色络合物。
1912年，梅勒一方面利用1908年芬顿发现的一个反应（二羟基马来酸与钛反应呈橙黄色，与钒反应无此色），另一方面利用与过氧化物的反应，得出了一种钛和钒这两种元素的比色测定法。
吸收光度分析法提供了非化学计量法的一个很好例子。
有色化合物的光吸收强弱随着所用辐射波长的大小而变化。
因此早期的比色法主要凭经验将未知物与浓度近似相等的标准溶液进行对比。
比如象奈斯勒在氨测定法中所作的比较。
比色剂，如杜波斯克比色计，是通过改变透光溶液的厚度和利用比尔定律，来对未知物的颜色与标准液的浓度进行对比的，这种仪器并不适用于所有的有色物质，它充其量也不过经验程度很高罢了。
1729年，P·布古厄（Bouguer）观察到入射光被介质吸收的多少与介质的厚度成正比。
这后来又被J·H·兰贝特（Lambert，1728—1777）所发现，他对单色光吸收所作的论述得到了下列关系式：上式中I是通过厚度为x的介质的光密度，a是吸收系数。
利用边界条件x=0时，I=I0，积分得到：I=I0e-ax1852年，A·比尔（Beer）证实，许多溶液的吸收系数a是与溶质的浓度C成正比的。
《光学分析法概述》课件
光学分析法通常是非接触性的，不会对被 检测物质造成破坏或污染，这对于某些脆 弱的样品或环境十分重要。
实时监测
远程操作
光学分析法可以实现实时监测，对于快速 变化的过程或事件能够迅速响应。
在某些情况下，光学分析法可以通过远程 操作进行，无需直接接触被检测物质，增 加了操作的安全性和便利性。
缺点
对光源和探测器的依赖 光学分析法通常依赖于特定波长 或光谱范围的光源和探测器，而 这些设备的准确性和稳定性可能 会影响分析结果。
荧光光谱仪通常由光源、激发滤光片、单色器、样品池、发射滤光片和检测器组成，能够测量荧光物质 的激发光谱和发射光谱，从而分析荧光物质的性质和组成。
荧光光谱仪在生物学、医学、化学和环境科学等领域有广泛应用，可用于分析生物样品、药物、污染物 等样品。
拉曼光谱仪
拉曼光谱仪是一种用于测量拉曼散射光谱的仪 器。
《光学分析法概述》ppt 课件
CONTENTS
目录
• 光学分析法简介 • 光学分析法的基本原理 • 常用光学分析仪器介绍 • 光学分析法的优缺点 • 光学分析法的未来发展
CHAPTER
01
光学分析法简介
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来研究物质结构和性质的分析方法。它利用光的吸收、发射 、散射、折射等特性，结合各种光学器件和测量技术，实现对物质进行定性和定量分析的目的。
光的散射与干涉
光的散射
当光通过物质时，物质中的微小颗粒 会使光发生散射。散射光的强度和方 向与颗粒的大小、形状和折射率有关 ，可据此分析物质的粒度和分布。
光的干涉
两束或多束光波在空间相遇时，会因 相位差而产生加强或减弱的现象。利 用光的干涉现象可进行光学干涉测量 和干涉光谱分析。
仪器分析-光学分析导论
波长λ：相邻两个波峰或波谷 间的直线距离。
c
1
波数： 每厘米长度内含有的波 长数目。
2、光的微粒性 电磁波的波动性不能解释辐射的发 射和吸收现象。对于光电效应及黑 体辐射的光谱能量分布等现象，需 要把辐射视为微粒（光子）才能满 意地解释。
3、电磁波谱图
复习思考：
1 通常将仪器分析分为哪几类？
第二章 光学分析法导论
一、光的二象性
1、 光的波动性 光是一种电磁波，电磁波具 有波动性和微粒性。
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）。
频率 ：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。
发射线是514.5 nm和488.0 nm。另外Kr+激 光器也是激光光谱仪的常备激光器。
(2) 固体激光器 光谱分析中常用的固体激光 器是红宝石（Al2O3掺Cr3+）激光器和Nd： YAG （掺钕的钇铝石榴石）激光器。前者的 激光波长为694.3 nm，后者使用的激光波长是 1064 nm。
二、 单色器
1、单道光子检测器 (1) 光电池 硒光电池是最常用的阻挡层光电 池。将一层半导体硒涂在铁或铝的金属底板 上，金属底板和硒之间是欧姆接触。在硒表 面再涂一层导电性和透光性良好的金属薄膜 如金、银等作为收集极，然后再在金属薄膜 表面涂一层保护层即成。 图10-17
(2) 光电管 光电管也称真空光电二极管。
光谱，这种光谱法有原子发射光
谱和火焰光度法等。
图10-6
光致发光 物质吸收光能后跃迁至
激发态，当回到低能态或基态时将
发射辐射，这种光谱法有原子荧光
仪器分析之光学分析法概论
吸
光
度
?1
(A)
? (nm)
?1
?1 ?2 ?3 ?4 ?5 ?6 … ?n
光谱的不同形式
nm
带状光谱
线状光谱
?连续光谱：由炽热的固体或液体发射。
太阳连续光谱
非光谱法 不涉及物质内部能级的跃迁，仅 通过测量电磁辐射的某些基本性质(反射、折 射、干涉、衍射和偏振)的变化, 主要有折射 法，旋光法，浊度法，X-射线衍射法和圆二 色法等。
光学分析法概论
中药分析教研室 曹骋
第1节 电磁辐射与电磁波谱
光学分析法 :根据物质发射电磁辐射，或物质与辐 射的相互作用，对物质作定性或定量的测定，这一 类分析方法统称为 ~。
光从本质上讲是电磁辐射 (电磁波)，光具 有波粒二象性，即波动性与微粒性。
光的波粒二象性
光的干涉、衍射、偏振现象说明光具有波动性， 热辐射、光电效应又表明光具有粒子性， 单独使用任何一种都无法完整地描述光的所有 性质，因此光具有波粒二象性。
◆波长越长，波动性越明显， 频率越大，粒子性越明显；
◆大量光子的行为表现波动性， 单个光子的行为表现粒子性；
◆传播过程中表现波动性，和其他物质相互 作用时表现粒子性。
1．波动性 光的波动性体现在折射、干涉、 衍射以及偏振等现象。波动性常用波长λ、 波数σ和频率υ等参数来表征。
? ? c/?
? ? 1/? ? ? /c
波数：每 1cm长度内含有波的个数
衍射现象
干涉现象
2．微粒性 体现在吸收、发射、热辐射、光电 效应等方面。
光是不连续的粒子流，这种粒子称为光子 （或光量子） 。
E ? h? ? hc/ ? ? hc?
h是普朗克常数，其值等于6.6262×10-34J·S
光学分析法概要
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4 光谱分析法分类 （1）根据作用质点的不同分为原子光谱法和分子光谱法
(a) 原子光谱法：由原子外层或内层电子能级变化产 生的光谱来进行分析的一类方法。原子光谱的表现 形式为线光谱。 (b) 分子光谱法：由分子中电子能级、振动和转动能 级的变化产生的光谱来进行分析的一类方法。表现 形式为带光谱。
时所辐射的谱线称为第一共振线，一般也是元素的最灵敏线。
灵敏线： 指各种元素谱线中强度比较大的谱线。通常是激发电位较低的谱线。一
般来说灵敏线多是一些共振线。
最后线：随元素含量降低谱线强度减弱，甚至消失 ，最后消失的谱线称为最后线。
例 溶液中Cd2+含量
谱线条数
10%
14
0.1%
10
0.01%
7
0.001%
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（1）结构 ICP由三部分组成： a.高频发生器和高频感应线圈； b.炬管和供气系统； c.雾化器及试样引入系统。
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（2）原理：感应线圈与高频发生器接通， 产生高频电流，电流流过负载线圈，并 在炬管的轴线方向产生一个高频磁场。 用电火花引燃，管内气体电离，电离出 来的正离子和电子受高频磁场的作用而 被加速，与其它分子碰撞，产生碰撞电 离，电子和离子的数目急剧增加。此时， 在气体中形成能量很大的环形涡流（垂 直于管轴方向），这个几百安培的环形 涡流瞬间就将气体加热到近万度的高温。 然后试样气溶胶由喷嘴喷入等离子体中 进行蒸发、原子化和激发。
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二、光谱仪 (摄谱仪)
作用 将光源发射的电磁辐射经色散后，得到按波长顺序排列的光谱， 并对不同波长的辐射进行检测与记录。
光学分析法概述课件
质相互作用”之后的辐射强度等光学特性，进行物质 的定性和定量分析的方法。
历史上，此相互作用只是局限于电磁辐射与物质 的作用，这也是目前应用最为普遍的方法。现在，光 谱方法已扩展到其它各种形式的能量与物质的相互作 用，如声波、粒子束（离子和电子）等与物质的作用 。
量状态粒子之间发生能量跃迁时的能量差
E 可用 h 表示。 1918年获Nobel物理学奖.
(1858-1947)
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，光即学分析法概E述 =E1-E0=h
电磁波的发射-光谱图
光电转换
信号处理器
发射
光源+样品
分光系统
光电转换
信号处理器
光学分析法概述
1、光源
连续光 源
线光源
紫外光源 可见光源 红外光源
H2 灯 D2 灯 W灯 氙灯
Nernst 灯 硅碳棒
160-375nm
320-2500nm 250-700nm 6000-5000cm-1 之 间有最大强度
金属蒸汽灯 空心阴极灯
电荷耦合器件(Charge-coupled device, CCD)
UV-Vis
电导检测器
电导检测器（Photoconductivity）；
热检测器
热电偶（Thermocouple）
(Thermal
辐射热计（Bolometer）
ห้องสมุดไป่ตู้IR
transducer)
热释电（Pyroelectric transducer）
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。
《仪器分析》第十章光学分析法导论
广泛用于分析有机物、 生化物、药物等的浓 度和反应程度。
可以通过吸收峰的位 置和强度来推断样品 的成分。
应用实例
啤酒酿造中的应用
通过分光光度法测定麦芽糖 和苦味酸的含量，以控制啤 酒的口感。
环境水质检测
通过荧光光谱法和紫外/可见 吸收光谱法检测水中的有机 污染物和重金属。
药物分析
利用比色法测定药物成分的 含量，保证药品的质量和安 全性。
特点
操作简单快捷，结果直观 可靠。
荧光光谱法
1
原理
激发样品后，测量样品发出的荧光信号，通过荧光强度来判断样品的成分和性质。
2
应用
常用于分析有机物、药物、环境污染物等的存在与浓度。
3
特点
灵敏度高，测量速度快，样品准备简单。紫外/可见吸收光谱法来自1 原理2 应用
3 特点
测量物质对紫外或可 见光的吸收程度，推 断样品的成分和浓度。
《仪器分析》第十章光学 分析法导论
《仪器分析》第十章光学分析法导论
仪器分析第十章概述
本章介绍了仪器分析中的光学分析法，它是一种基于光学原理的分析技术。 通过利用光的特性，可以快速准确地分析物质的成分和性质。
光学分析法定义
光学分析法是一种利用光的特性进行分析的技术。它基于光的吸收、散射、发射等现象，通过测 量样品与光的相互作用来推断样品的组成和特性。
光学仪器分类
分光光度法
使用不同波长的光来测量样品的吸光度， 从而得到样品的浓度或反应程度。
荧光光谱法
利用物质在受到激发后发出的荧光信号， 来判断物质的存在与浓度。
比色法
通过比较样品和标准溶液的颜色差异，来 测量样品中某种物质的含量。
紫外/可见吸收光谱法
仪器分析课程教案
仪器分析课程教案一、课程简介1. 课程目标：使学生掌握常见仪器分析方法的基本原理、仪器构造及操作技巧，培养学生分析问题和解决问题的能力。
3. 课程内容：涵盖光学分析、电化学分析、色谱分析、质谱分析等常见仪器分析方法。
二、教学方法1. 讲授：讲解基本原理、仪器构造及操作方法。
2. 演示：进行仪器操作演示，让学生直观了解仪器使用过程。
3. 实验：安排实验课程，让学生动手操作，巩固理论知识。
4. 讨论：组织学生针对实验结果进行分析讨论，提高分析问题和解决问题的能力。
三、教学内容1. 第一章：光学分析法1.1 紫外-可见光谱分析1.2 红外光谱分析1.3 拉曼光谱分析2. 第二章：电化学分析法2.1 电位分析法2.2 电解分析法2.3 库仑分析法3. 第三章：色谱分析法3.1 气相色谱分析3.2 高效液相色谱分析3.3 薄层色谱分析4. 第四章：质谱分析法4.1 质谱仪原理及构造4.2 质谱图解析4.3 质谱在结构鉴定中的应用5. 第五章：现代仪器分析技术5.1 原子光谱分析5.2 核磁共振光谱分析5.3 扫描隧道显微镜分析四、教学安排1. 授课时间：32课时（每周2课时，共16周）2. 实验时间：16课时（每周1课时，共16周）3. 课程设计：理论教学与实验教学相结合，注重实践操作能力的培养。
五、课程评价1. 平时成绩：课堂表现、作业完成情况，占比30%。
2. 实验报告：实验操作、数据处理及分析，占比30%。
3. 期末考试：闭卷考试，占比40%。
4. 综合评价：考察学生的理论知识、实践操作能力和分析问题解决问题的能力。
六、第四章：质谱分析法（续）4.4 质谱在生物化学领域的应用4.5 质谱在材料科学领域的应用七、第五章：现代仪器分析技术（续）5.4 电化学石英晶体微天平分析5.5 光学相干断层扫描分析八、第六章：数据分析与处理8.1 数据分析基础8.2 数据处理方法8.3 仪器分析数据的可靠性评估九、第七章：仪器分析在科研中的应用9.1 仪器分析在化学研究中的应用9.2 仪器分析在生物医学领域的应用9.3 仪器分析在环境监测领域的应用十、第八章：仪器分析实验技巧与安全10.1 实验基本操作技巧10.2 实验中常见问题及解决方法10.3 实验室安全知识六、教学安排1. 授课时间：32课时（每周2课时，共16周）2. 实验时间：16课时（每周1课时，共16周）七、课程评价1. 平时成绩：课堂表现、作业完成情况，占比30%。
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
光学分析法
第二节 光谱法仪器
用来研究吸收、发射或荧光的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。
光源
单色器
检测器
读出器件
样 品 光源的作用是提供足够的能量使试样蒸发、原子化、激发，产生光 谱
发射光谱仪
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第二节 光谱法仪器
对于同一材料，光的折射率为其波长的函数。在可 见及紫外光谱域，可用下式表示：
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第二节 光谱法仪器
n = A + B/2 + C/4
式中n为折射率，为波长，A、B、C为常数。 由公式可见，波长越长，折射率愈小。当包含有不
同波长的复合光通过棱镜时，不同波长的光就会因折射 率不同而分开。这种作用称为棱镜的色散作用。色散能 力常以色散率和分辨率表示。
吸收或发射微波区的电磁辐射。在这种吸收光谱中不同
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第一节 光学分析法及其分类
化合物的耦合常数不同，可用来进行定性分析。根据耦 合常数，可用来帮助结构的确定。 6. 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。利用这种吸收光谱可进行有机化 合物结构的鉴定，以及分子的动态效应、氢键的形成、 互变异构反应等化学研究。
种新型光源在Raman光谱、荧光光谱、发射光谱、 fourier变换红外光谱等领域极受重视。常用的激光器有 主要波长为693.4nm的红宝石激光器，主要波长为632.8 nm的He-Ne激光器和主要波长为514.5nm、488.0nm的Ar离 子器。
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
仪器分析知识点总结各章
仪器分析知识点总结各章第一章仪器分析的基本概念和原理1.1 仪器分析的定义仪器分析是利用仪器设备对样品进行检测、分析和测量，以获取样品中特定组分的含量、性质和结构等信息的一种分析方法。
1.2 仪器分析的分类仪器分析按照分析方法的不同可以分为物理分析、化学分析和生物分析三大类，其中每类又分为多个不同的分支。
1.3 仪器分析的基本原理仪器分析的基本原理是根据目标分析物的性质和特点，选用合适的分析仪器进行检测和分析。
常用的仪器分析原理包括光谱分析原理、色谱分析原理、质谱分析原理等。
第二章光谱分析2.1 光谱分析的基本概念光谱分析是利用样品对电磁波的吸收、散射、发射或者透射特性进行分析的方法，分析样品中的成分、结构和性质。
2.2 原子吸收光谱分析原子吸收光谱分析（AAS）是利用原子对特定波长的光的吸收特性来测定样品中金属元素的含量的分析方法。
原子吸收光谱分析的原理是利用吸收特性和比例计算出样品中目标元素的含量。
2.3 紫外可见光谱分析紫外可见光谱分析（UV-Vis）是利用样品对紫外和可见光的吸收特性进行分析的方法，常用于测定有机物和某些无机物的含量和结构。
2.4 荧光光谱分析荧光光谱分析是利用样品对激发光的发射特性进行分析的方法，荧光光谱常用于生物分析、环境分析和材料科学等领域。
第三章色谱分析3.1 色谱分析的基本概念色谱分析是利用色谱仪器对样品中的组分进行分离、检测和定量测定的方法，主要包括气相色谱分析、液相色谱分析和超临界流体色谱分析等。
3.2 气相色谱分析气相色谱分析（GC）是将样品分离为各个成分，再通过气相色谱柱进行分离和检测的方法，主要用于分析有机物、气体和挥发性物质。
3.3 液相色谱分析液相色谱分析（HPLC）是将样品分离为各个成分，再通过液相色谱柱进行分离和检测的方法，主要用于分析生物化学物、药物和小分子有机化合物等。
3.4 色谱联用技术色谱联用技术是将不同色谱方法和检测手段结合起来，以达到更高的分离能力和检测灵敏度，常见的色谱联用技术包括气相色谱-质谱联用（GC-MS）和液相色谱-质谱联用（LC-MS）等。
仪器分析法概述
10-4 仪器分析的发展趋势
小型化集成化（芯片）、多功效化（联用技术）和高稳定、高 敏捷度检测是仪器分析发展的最高境界。
现在分析化学界尚未解决的重要问题 单分子（单细胞）测量技术 小型化质谱仪 微型化技术
便携式光度计
复杂体系分析
生物芯片
10-5 仪器分析中的定量办法
仪器分析中信号与组分含量的关系
10-6-3 线性范畴（linear range ）
LOL
响 应 信 LOQ 10sBlanK 号
S CDL
LOL / LOQ 100
线性范畴
浓度，c
线性范畴越大越好，普通应在2个数量级以上
UV-Vis总结（1）
UV-Vis特指分子对200~800 nm区间内电磁辐射吸取而产生的光谱法，
所涉及的是分子外层电子的能级跃迁（但也随着着振动和转动能级的
cDL (mDL )
SDL Sb k
3sb k
测量信号的原则偏差s与所用试样浓度有关，检出限测定时应用 空白或尽量稀的溶液。
例：已知某元素在某仪器上的响应为S=k c，采用0.0500 mg L-1（近 空白）该元素的原则液，在该仪器上持续测定10次，所得信号以下表， 试计算该仪器对该元素的的检测限。
可以分析的浓度范围
选择性
选择性系数等
其它原则：分析速度；分析难度和方便性；对操作者的技能规定；仪
器维护及实用性；分析测试费用等
10-6-1 敏捷度（1）
指待测组分浓度（或量）变化时所引发仪器信号的变化， 反映了仪器或办法识别微小浓度或含量变化的能力，该值 越大，仪器或办法的敏捷度越高。
International Union of Pure & Applied Chemists，即 IUPAC推荐使用“校正敏捷度”或者“校正曲线斜率” 作为衡量敏捷度高低的原则。
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丁铎尔散射:
光通过含有许多大质点（其颗粒大小的数量级等 于光波的波长）的介质时产生的散射光。
乳浊液、悬浮物溶液、胶体溶液等所引起的散射。
分子散射（瑞利散射和拉曼散射）：
辐射能与比辐射波长小得多的分子或分子聚集体 之间的相互作用而产生的。
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(1) 瑞利散射
光子与分子间“弹性碰撞”。 入射光能量小，分子外层电子不跃迁，分子跃迁 到“受激虚态”(较高的振动能级)，不稳定，在10-15～ 10-12 s 回到基态，将吸收的能量以入射光同样的波长释 放，相当于光子改变了运动方向。
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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，10-8 s 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 进行定量分析的方法。
拉曼位移是表征物质分子 振动、转动能级特性的一个物 理量，反映了分子极化率的变 化，可用于物质的结构分析。
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△ ν =ν-ν0 拉曼位移
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10.1.3 光学分析法的分类
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；
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
10.1.4 各种光学分析方法简介
1.原子发射光谱分析法 以火焰、电弧、等离子炬等作为光源，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方法。
X 射 线 荧 光 光 谱
分分核 紫红子子磁 外外荧磷共 光光光光振 谱谱光光波 法法谱谱谱
法法法
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原 原原 X
子 子子 射
发
吸荧
线 荧
射 收光 光
原子光谱法
光谱分析法
吸收光谱法
原紫红核 子外外磁 吸可光共 收见谱振
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紫红分分核化 外外子子磁学 可光荧磷共发 见谱光光振光
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
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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,检测信号。
基本特点： （1）所有光分析法均包含这三个基本过程。 （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。
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10.1.2 电磁辐射的基本性质
(2) 发射：将吸收的能量以光的形式释放出； (3) 散射：丁铎尔散射和分子散射(下一页讲)； (4) 折射：折射是光在两种介质中的传播速度不同； (5) 反射： (6) 干涉：干涉现象； (7) 衍射：光绕过物体而弯曲地向后面传播的现象； (8) 偏振：只在一个固定方向有振动的光称为平面偏 振光。
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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
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（2）拉曼散射
光子与分子间“非弹性碰撞”，有能量变化，产 生与入射光波长不同的散射光。拉曼散射光。
波长短于入射光的称为“反斯托克线”；反之称 为“斯托克线。
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（3）拉曼位移
拉曼散射光与瑞利散射光 的频率差。
与物质分子的振动与转动 能级有关。
不同分子有不同的拉曼位 移。
(仪器分析）10.1光学分析法基础
10.1.1 光学分析法及其特点
光分析法：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、干涉、衍射等。 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取代的地位。
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。
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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
电磁辐射（电磁波）：以接近光速（真空中为 光速）传播的能量；
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 电磁辐射具有波动性和微粒性；
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辐射能的特性：
(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；
非光谱法：
不涉及能级跃迁，物质与辐射作用时，仅改变传播 方向等物理性质；偏振法、干涉法、旋光法等。
2020/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
原子光谱分析法 分子光谱分析法
原 子 吸 收 光 谱
原 子 发 射 光 谱
原 子 荧 光 光 谱
原子光谱、分子光谱、非光谱法 原子光谱（线性光谱）：最常见的三种
基于原子外层电子跃迁的原子吸收光谱（AAS）； 原子发射光谱（AES）、原子荧光光谱（AFS）； 基于原子内层电子跃迁的 X射线荧光光谱（XFS）； 基于原子核与射线作用的穆斯堡谱。
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分子光谱（带状光谱）：
基于分子中电子能级、振-转能级跃迁； 紫外光谱法（UV）； 红外光谱法（IR）； 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）。