光谱学中的基本原理与计算方法
原子发射光谱分析概述、基本原理和定性定量分析方法
物镜
准直镜
反射镜 入射狭缝
光栅 转台
AES仪器略图
光源
一 、AES光源 1. 光源种类及特点
光源
经典光源 现代光源
火焰 电弧 火花
直流电弧 交流电弧
电感耦合等离子体，ICP 激光光源
直流电弧：接触引燃，二次电子发射放电
L
E 220~380V V
5~30A
G
R
d) 谱线的自吸(self-absorption)及自蚀(self-reversal)； e)e) 激发温度 T； f)f) 基态原子数 N0 或浓度 c； g) 前三项由待测物原子自身的性质决定，如核电荷数 、外层电子、轨道状态等。 h) 影响谱线强度及其稳定性最重要的的因素是温度T！
5.3 AES仪器 AES仪器由光源、单色系统、检测系统三部分组成。此
上述振荡电压 10kV(变压器B2) C2击穿 高压高频振荡 引燃分析 间隙（L2-C2-G2）;
G 被击穿瞬间，低压电流使 G2 放电（通过R1和电流表） 电弧； 不断引燃 电弧不灭。
5由于原子或离子的能级很多并且不同元素的结构是不同的因此对特定元素的原子或离子可产生一系不同波长的特征光谱通过识别待测元素的特征谱线存在与否进行定性分析定性原理
原子发射光谱分析 概述、基本原理和 定性定量分析方法
5.1 概述 5.2 基本原理 5.3 AES 仪器 5.4 定性定量分析方法
1）分析对象为大多数金属原子； 2）物质原子的外层电子受激发射产生特征谱线（线光谱）； 3）谱线波长——定性分析；谱线强度——定量分析。
E = E2-E1 = h =hc/
高能态E2）
2. 几个概念 激发电位(Excited potential)：由低能态--高能态所需要的
通过光致发光光谱计算激子解离效率
光致发光光谱（photoluminescence spectrum, PL谱）是一种常用的表征半导体材料光学性质的手段。
通过激发光源照射样品，测量样品发射的光谱特性，可以得到样品的发光峰值、半导体材料的载流子寿命和激子解离效率等重要信息。
本文将通过光致发光光谱计算激子解离效率的相关理论及计算方法进行探讨。
1. 光致发光光谱的基本原理光致发光光谱是指当外界光照射到样品后，通过测量样品发射光的能谱和强度变化，研究样品内部载流子的复合和发光过程。
在激子体系中，激子解离是一个重要的过程，激子的解离效率对半导体材料的发光性能有着重要影响。
通过光致发光光谱可以间接的推断出激子解离效率，为进一步研究半导体材料的光学性质提供了重要手段。
2. 激子解离效率的计算方法激子解离效率可以通过光致发光光谱中的激子发光峰和自由载流子发光峰的位置和强度变化来计算。
在样品中，由于激发光源的作用，激子和自由载流子会产生发光，通过测量样品的光谱可以得到激子和自由载流子的发光峰值。
激子解离效率可以通过以下公式计算：激子解离效率 = (激子发光峰值 - 自由载流子发光峰值) / 激子发光峰值其中，激子发光峰值和自由载流子发光峰值分别为在样品发光光谱中激子和自由载流子的发光峰值。
通过测量样品的光致发光光谱，并进行激子解离效率的计算，可以直观的了解激子解离过程对样品发光性质的影响。
3. 激子解离效率的影响因素激子解离效率受到多种因素的影响，主要包括材料的结构和纯度、激子的束缚能和载流子的密度等。
在材料的结构和纯度方面，晶格缺陷和杂质的存在会损害激子的稳定性，导致激子解离效率的降低。
而激子的束缚能和载流子的密度则会影响激子的形成和解离过程，进而影响激子解离效率的大小。
在研究激子解离效率时，需要综合考虑以上因素的影响，以更准确的评估半导体材料的光学性能。
4. 光致发光光谱计算激子解离效率的应用光致发光光谱计算激子解离效率是一种非常有效的手段，可以为半导体材料的光学性能研究提供重要的参考。
红外光谱基本原理
1650 cm-1 3400 cm-11650-1620
OCH 3 2835 cm-1
HO 3705-3125 cm-1
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2．外部因素
1）物质状态及制样方法
通常，物质由固态向气态变化，其波数将增加因此在查阅 标准红外图谱时，应注意试样状态和制样方法。
正己酸在液态和气态的红外光谱 a 蒸气（134℃）b 液体（室温）
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11
二、分子振动形式 1.双原子分子的振动
双原子分子的化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧， 其振动类似于简谐振动。 （动画演示）
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1 / cm 2c
1
1
k' 1307 Ar
k
k单位：dyn· -1；k’单位：N· -1，与键能和键长有关， cm cm
为双原子的原子质量折合质量： ＝m1· 2 /（m1＋m2）， m
基团所处化学环境不同，特征峰出现位置变化：
－CH2－CO－CH2－ －CH2－CO－O－ －CH2－CO－NH－ 1715 cm-1 1735 cm-1 1680 cm-1 酮 酯 酰胺
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相关峰：由同一基团的不同振动形式所产生的 一组应同时存在的峰。 如羧基的相关峰包括：羰基伸缩、羟基伸缩、
碳碳氢伸缩、羟基面内弯曲和羟基面外弯曲五个振
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分子的振动都有一个内在的频率，如果辐射 到分子上的红外线的频率与分子振动的内在频率 不同，分子振动不受到影响。如果二者相同，则 会产生共振效应，分子吸收入射的红外线，振幅 增大，能量增加。 分子具有内在的振动频率只是共振效应产生 的必要条件之一。内在频率的大小决定了分子吸 收何种频率的红外线。而这种吸收能否发生则由 分子在振动过程中偶极矩是否发生变化所决定。
(完整版)紫外光谱的定量分析
(完整版)紫外光谱的定量分析1. 引言紫外光谱是一种重要的分析技术，广泛应用于化学、生物、环境等领域的定量分析中。
通过测量物质在紫外光波长范围内的吸收特性，可以得到物质的浓度信息。
本文将介绍紫外光谱的定量分析原理、方法和实验步骤。
2. 紫外光谱定量分析原理紫外光谱分析的原理基于物质对紫外光的吸收特性。
在紫外光波长范围内，物质分子会吸收特定波长的光，产生吸收峰。
根据比尔-朗伯定律，吸光度与浓度成正比关系。
因此，通过测量物质在特定波长的吸光度，可以确定其浓度。
3. 紫外光谱定量分析方法在紫外光谱定量分析中，常用的方法包括单波长法、多波长法和标准曲线法。
3.1 单波长法单波长法是最简单直接的定量分析方法。
选择一个特定波长，测量吸光度并与已知浓度的标准溶液进行比较，从而确定待测溶液的浓度。
3.2 多波长法多波长法通过在多个波长上测量吸光度，建立含有多个参数的方程组。
通过解方程组，可以计算待测溶液的浓度。
3.3 标准曲线法标准曲线法是一种常用的定量分析方法。
首先，制备一系列已知浓度的标准溶液。
然后，测量各标准溶液的吸光度，并绘制标准曲线。
通过测量待测溶液的吸光度，可以在标准曲线上找到对应的浓度，从而确定其浓度。
4. 紫外光谱定量分析实验步骤以下是一般的紫外光谱定量分析实验步骤：1. 准备标准溶液：根据需要，制备一系列不同浓度的标准溶液。
2. 测量标准溶液的吸光度：使用紫外光谱仪，依次测量各标准溶液在特定波长的吸光度，并记录数据。
3. 绘制标准曲线：将吸光度与浓度数据绘制成图表，得到标准曲线。
4. 测量待测溶液的吸光度：使用紫外光谱仪，测量待测溶液在相同波长下的吸光度，并记录数据。
5. 确定待测溶液的浓度：根据标准曲线，找到待测溶液吸光度对应的浓度值。
5. 结论紫外光谱的定量分析方法包括单波长法、多波长法和标准曲线法。
通过测量物质在紫外光波长范围内的吸光度，可以得到物质的浓度信息。
在实验中，我们可以通过制备标准溶液、测量吸光度并绘制标准曲线，确定待测溶液的浓度。
光谱分析法概论(共76张PPT)全
(2) 红外非活性振动：振动过程中分子偶极矩不发生变化。
（或说偶极矩变化为0），正负电荷重心重合 r = 0 因为µ= q·r = 0 ，Δµ= 0；红外线是个交替磁场，若
Δµ= 0，则不产生吸收。
(3) 仪器分辨率太弱。 (4) 峰太弱。
☆产生红外光谱两个必要条件：
苯环和发色团相连，使E2和B带均长移, ε大 E2，K 带合并，有的就称为K带
基本原理和基本概念
苯的乙醇溶液
基本原理和基本概念 (四)影响因素 溶剂效应 ① n→π* 极性 短移 π→π* 极性 长移 ②影响吸收强度
③影响精细结构：苯在乙醇中（极性） 精细结构消失
基本原理和基本概念
基本原理和基本概念
3080-3030 cm-1 re 平衡位置原子间距离 差频峰： ν1-ν2 亚甲基的伸缩振动形式示意图
即：不对称分子，Δµ大
质谱法
确定分子的原子组成、相对分子质量、分子
式和分子结构。经常与UV、IR及NMR等配合 运用。
光学分析仪器的基本组成
紫外光谱 Ultraviolet absorption spectra
3. n→π* :含有杂原子的不饱和基团，近紫外区， ε很小 例如：-C=O: ,-C≡N:
4. n→σ* :远紫外区，含有杂原子的饱和基团， 例如：-OH,-NH2,-X,-S
σ→σ*> n→σ*≥π→π*> n→π*
基本原理和基本概念
（二）紫外光谱中常用术语
生色团 — 结构中有π→π*或 n→π*的基团，
50 ~ 500 µm 远红外(far-infrared)
红外光区的划分与跃迁类型
注意波数和波长的换算关系
吸收光谱计算
吸收光谱计算吸收光谱计算是分析物质中吸收特定波长光线的强度变化，进而推断物质在不同波长下的吸收行为和特性的一种方法。
这种计算方法可以应用于许多领域，如化学、物理、生物和环境科学等，具有很高的实用价值。
吸收光谱计算基于光的波动性和物质的吸光特性，光线以一定的波长进入样品溶液或气体中，经过物质的吸收后，演变成弱光或不被样品吸收的光线。
通过测量吸收前后光线的强度变化，可以计算出物质对该波长光的吸收程度。
通过分析吸收光谱曲线，可以推断出样品的物理化学性质、浓度或含量等信息。
吸收光谱计算的基本原理有两个：贝尔－伯－朗方程和比米－朗伯－拜尔定律。
贝尔－伯－朗方程是描述吸光度（A）与溶液浓度（c）之间关系的公式，表达式为：A = εlc，其中ε是摩尔吸光系数，l是光程长度。
这个方程可以用来计算摩尔吸光系数，从而推断出物质的浓度。
比米－朗伯－拜尔定律是描述吸光度与溶液中溶质浓度之间线性关系的公式，表达式为：A = log(I_0/I) = εlc，其中I_0是入射光线的强度，I是透射光线的强度。
这个公式可以用来计算样品的透射率、吸收率或吸光度，从而得到物质在不同波长下的吸收特性。
在实际应用中，吸收光谱计算的步骤一般包括以下几个方面：1.选择合适的波长和光源：根据待测物质的特性和需求，选择合适的波长进行测量。
同时，选择适当的光源，确保光线的强度和波长的稳定性。
2.准备样品溶液或气体：将待测物质溶解于溶剂中，或将气体直接放入光池中。
样品的浓度应该在合适的范围内，以保证吸收光谱的可靠性。
3.测量透射光强度：使用光谱仪或吸光度计等仪器，测量样品的入射光强度和透射光强度。
通过计算吸光度或透射率，得到样品在不同波长下的吸收情况。
4.构建吸收光谱曲线：根据不同波长下的吸光度或透射率数据，绘制吸收光谱曲线。
通过分析曲线的峰值、波长和形状等特征，可以推断样品的特性和含量等信息。
5.数据处理和计算：根据贝尔－伯－朗方程或比米－朗伯－拜尔定律，对吸光度或透射率数据进行计算，从而得到物质的摩尔吸光系数、浓度或含量等结果。
光谱作业指导书
光谱作业指导书一、引言光谱是研究物质结构和性质的重要手段之一，广泛应用于化学、物理、生物等领域。
本指导书旨在帮助学生理解光谱的基本原理、常见的光谱技术以及光谱数据的分析与解读方法，以提高学生在光谱实验中的实验操作能力和数据处理能力。
二、光谱的基本原理1.1 光谱的定义光谱是将物质辐射或吸收的电磁波按照波长或频率进行分解，得到一系列连续或离散的波长或频率的分布图谱。
1.2 光谱的分类光谱可分为连续光谱和离散光谱两种类型。
连续光谱是指物质发出或吸收的光在波长或频率上连续分布的光谱，如黑体辐射光谱。
离散光谱是指物质发出或吸收的光在波长或频率上呈现离散分布的光谱，如原子吸收光谱和分子振动光谱等。
1.3 光谱的测量方法常见的光谱测量方法包括吸收光谱、发射光谱和散射光谱。
吸收光谱是通过测量物质对入射光的吸收程度来获得的，常用的技术有紫外可见吸收光谱和红外吸收光谱等。
发射光谱是通过测量物质发出的光的强度和波长来获得的，常用的技术有荧光光谱和拉曼光谱等。
散射光谱是通过测量物质对入射光的散射程度来获得的，常用的技术有拉曼散射光谱和散射光谱等。
三、常见的光谱技术2.1 紫外可见吸收光谱紫外可见吸收光谱是通过测量物质对紫外可见光的吸收程度来获得的。
该技术可以用于定量分析和定性分析。
常用的仪器有分光光度计和紫外可见分光光度计等。
2.2 红外吸收光谱红外吸收光谱是通过测量物质对红外辐射的吸收程度来获得的。
该技术可以用于研究物质的结构和功能。
常用的仪器有红外光谱仪和傅里叶变换红外光谱仪等。
2.3 荧光光谱荧光光谱是通过测量物质在受激光照射下发出的荧光光的强度和波长来获得的。
该技术可以用于研究物质的结构和性质。
常用的仪器有荧光光谱仪和时间分辨荧光光谱仪等。
2.4 拉曼光谱拉曼光谱是通过测量物质对激光散射后的光的频率变化来获得的。
该技术可以用于研究物质的结构和振动信息。
常用的仪器有拉曼光谱仪和共聚焦拉曼光谱仪等。
四、光谱数据的分析与解读方法3.1 峰位和峰型分析在光谱中，峰位是指吸收、发射或散射峰的波长或频率位置，峰型是指峰的形状。
实习一光谱的微分和积分
实习一 光谱的微分和积分一、实习目的熟悉和掌握光谱的微分和积分的概念，利用相关软件对植被高光谱数据进行微分和积分处理；利用高光谱数据分析植被的“红边”等典型植被高光谱特征。
二、原理与方法1、光谱微分光谱微分技术就是通过对反射光谱进行数学模拟，计算不同阶数的微分值，以提取不同的光谱参数。
应用光谱微分技术能够部分消除大气效应、植被环境背景（阴影、土壤等）的影响，以反映植物的本质特征。
所得的数据，可以用于植被生物化学信息的提取。
不同研究者提出的植被指数可以认为是反映波形形态变化的反射光谱的n 阶导数，而这种光谱的n 阶导数实质上表达了植被叶绿素、水、氮等生物化学元素吸收波形的变化，是这些吸收物质的丰度与状态的光谱指标。
光谱微分公式（以二阶为例）为：（1） 式中， 为 波长， 为波长 处的一阶微分光谱， 为相邻两波段间的波长间隔。
（a ） 植被与土壤原始反射率曲线（b ）植被与土壤原始一阶导数曲线''11''()[()()]/2i i i ρλρλρλλ+−=−∆'()i ρλi λi λλ∆图1 光谱微分处理示意图2、光谱积分光谱积分就是求光谱曲线在某一波长范围内的下覆面积。
（2） 三、实习仪器与数据EXCELL 软件以及玉米叶片反射光谱。
四、实习步骤1、计算玉米叶片反射光谱的一阶微分光谱利用EXCELL 软件导入玉米叶片反射率数据，并绘制其反射率光谱曲线（见图2）。
采用公式1对玉米叶片反射率数据进行差分法处理，获得一阶微分光谱曲线（见图3）。
比较和分析图2及图3。
图2 玉米叶片反射率光谱曲线21()f d λλϕλλ=∫图3 玉米叶片一阶微分光谱曲线2、根据一阶导数光谱，求取红边面积计算670nm-760nm一阶导数光谱曲线与坐标轴之间包含的面积。
3、完成实习报告内容包括：目的、玉米原始光谱曲线、玉米一阶导数光谱曲线、红边面积校。
实习二光谱库的制作、光谱数据的重采样及连续统去除一、实习目的熟悉和掌握光谱库以及光谱数据的重采样及连续统去除等概念；利用ENVI软件制作光谱库，对光谱数据进行重采样及连续统去处理。
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光谱学中的基本原理与计算方法光谱学是研究物质光谱特征和光谱特性的一门学科，它是研究物体对不同波长的光的反射、折射、透射和发射现象的一门分支学科。
在光谱学领域中，把物体对不同波长光的反射、折射、透射和发射现象都归纳在不同的光谱类型中，这些光谱类型包括可见光谱、紫外光谱、红外光谱等。
通过对光谱进行分析，能够对物体的化学成分、结构、电子状态等信息进行研究，并为物质的研究和应用提供基础理论和实验技术支持。
那么，光谱学中的基本原理和计算方法是什么呢？接下来我们一起来看一下。
一、基本原理
光谱学的研究对象是物质在特定波长范围内的显微结构和电子能级等信息。
在光谱学中，光的主要特征是频率（或波长）、偏振、相位、强度和时间等。
其中频率或波长是光谱学重要的特征之一，因为频率或波长的差异可以反映物质在化学结构、分子间相互作用、能级等方面的差异。
在光学基础中，光波的波长和频率之间的关系为：
c = λν
其中c为光速、λ为波长、ν为频率。
由此可见，波长和频率是相互转换的。
光谱学中波长表示法的优点在于表达方便，能够准
确描述不同波长光线的光源，而频率表示法则更适合于能级结构
等问题。
光谱学的实验数据通常以光谱强度I、波长λ为自变量进行表示。
I一个光谱强度是由于光谱仪的检测器接收到的光的强度。
因
此光谱强度的大小与光源强度、检测器放大程度和光线入射面积
等相关。
光谱强度随波长的变化与物质与光的相互作用有关。
在分子中，光源的光电磁波与分子结构发生相互作用，当分子吸收或发射光时，其产生光谱现象。
二、计算方法
1. 光谱计算
光谱计算是光谱学研究不可或缺的一环。
计算光谱可以直接反映光谱的产生机理和结构信息，可以准确表征物质的光谱特性。
在光谱计算中，涉及的主要计算方法包括色散曲线的转换、吸收系数的计算、光谱线型的计算、强度的计算等。
光谱计算的一种常见方法是基于量子力学的计算方法。
通过解决薛定谔方程或哈密顿方程，可以准确描述分子的结构和能级，从而计算出其光谱行为。
另一种常见的计算方法是基于光学的计算方法，根据物体对光的亮度和颜色所形成的影响，来计算出物体的光谱特征和反射率等。
2. 光谱分析
光谱分析是对物质进行光谱学分析的过程。
光谱分析包括光谱测量、光谱解析和光谱归属等方面。
其中光谱测量主要是利用光谱仪对物质的光谱进行测定。
光谱解析是指通过谱线的宽度、强度、形状等特征，从而找出其中能级结构和分子结构等信息的分析方法。
光谱分析可以用于定量分析、定性分析、结构鉴定等。
总之，光谱学的基本原理和计算方法在物质分析、化学、材料等相关领域中都起到了至关重要的作用，对科学研究和应用具有重要的价值。