光学分析法概述
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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
2光学分析法概述
习题1：对一块宽度为 50.0 mm，刻线数为1200 条/mm的光栅， 它的一级光谱的分辩能力为多少？在6000 埃 附近能分辨的 两条谱线的波长差为多少？
习题2：用刻有2000条/mm的光栅来色散Li的460.20nm和460.30nm 两条谱线(一级谱线)，计算光栅的分辨率和宽度。
2.4 光 谱 法 仪 器
2.3 光学分析法分类
光学分析法
非光谱分析法
光谱分析法
圆 折 二 射 色 法 性 法
X 射 干 线 涉 衍 法 射 法
原子光谱 旋 光 法
X 射 线 荧 光 光 谱
紫 外 可 见 光 谱 法
分子光谱
分 子 荧 光 光 谱 法 分 子 磷 光 光 谱 法 核 磁 共 振 波 谱 法
原 子 吸 收 光 谱
IRIS Advantage 中阶梯光栅 分光系统（实物图）
2.4 光 谱 法 仪 器
五. 狭缝：
构成：狭 缝 是两片 经过 精密加工、具有 锐 利 边缘 的金属 组 成。两片金属处于相同平面上且相互平行。入射狭 缝可看作是一个光源。 整个 单 色器的分辨能力除与分光元件的色散率有关 外，还与狭缝宽度有关。 有效带宽S：指单色器出射狭缝的辐射波长区间宽度。
Ø 应 根据 样 品性 质 和分析要求确定狭 缝宽 度。并通 过 条
件优化确定最佳狭缝宽度。
2.4 光 谱 法 仪 器
六. 吸收池： 光源与试样相互作用的场所，一般由透明材 料制成。如： 紫外光区：石英材料 可见光区：硅酸盐玻璃 红外光区：NaCl、KBr等晶体
2.4 光 谱 法 仪 器
七. 检测器：
2.3 光学分析法分类
A. 吸收光谱法： 原子吸收光谱、紫外-可见分光光度法、红外吸收光谱、 核磁共振等 B. 发射光谱法： 原子发射光谱、原子荧光光谱、分子荧光光谱、X射线 荧光光谱等 C. 散射光谱法： 拉曼光谱等
习题2：用刻有2000条/mm的光栅来色散Li的460.20nm和460.30nm 两条谱线(一级谱线)，计算光栅的分辨率和宽度。
2.4 光 谱 法 仪 器
2.3 光学分析法分类
光学分析法
非光谱分析法
光谱分析法
圆 折 二 射 色 法 性 法
X 射 干 线 涉 衍 法 射 法
原子光谱 旋 光 法
X 射 线 荧 光 光 谱
紫 外 可 见 光 谱 法
分子光谱
分 子 荧 光 光 谱 法 分 子 磷 光 光 谱 法 核 磁 共 振 波 谱 法
原 子 吸 收 光 谱
IRIS Advantage 中阶梯光栅 分光系统（实物图）
2.4 光 谱 法 仪 器
五. 狭缝：
构成：狭 缝 是两片 经过 精密加工、具有 锐 利 边缘 的金属 组 成。两片金属处于相同平面上且相互平行。入射狭 缝可看作是一个光源。 整个 单 色器的分辨能力除与分光元件的色散率有关 外，还与狭缝宽度有关。 有效带宽S：指单色器出射狭缝的辐射波长区间宽度。
Ø 应 根据 样 品性 质 和分析要求确定狭 缝宽 度。并通 过 条
件优化确定最佳狭缝宽度。
2.4 光 谱 法 仪 器
六. 吸收池： 光源与试样相互作用的场所，一般由透明材 料制成。如： 紫外光区：石英材料 可见光区：硅酸盐玻璃 红外光区：NaCl、KBr等晶体
2.4 光 谱 法 仪 器
七. 检测器：
2.3 光学分析法分类
A. 吸收光谱法： 原子吸收光谱、紫外-可见分光光度法、红外吸收光谱、 核磁共振等 B. 发射光谱法： 原子发射光谱、原子荧光光谱、分子荧光光谱、X射线 荧光光谱等 C. 散射光谱法： 拉曼光谱等
光学分析法概论
第九章光学分析法概论1、光学分析法有哪些类型。
基于辐射的发射建立的发射光谱分析法、火焰光度分析法、分子发光分析法、放射分析法等；基于辐射的吸收建立的UV-V is光度法、原子吸收光度法、红外光谱法、核磁共振波谱法等；基于辐射的散射建立的比浊法、拉曼光谱法；基睛辐射的折射建立的折射法、干涉法；基于辐射的衍射建立的X-射线衍射法、电子衍射法等；基于辐射的旋转建立的偏振法、旋光法、圆二色光谱法等。
2、吸收光谱法和发射光谱法有何异同吸收光谱法为当物质所吸收的电磁辐射能由低能态或基态跃迁至较高的能态（激发态），得到的光谱发射光谱法为物质通过电致激发、热致激发或光致激发等激发过程获得能量，变为激发态原子或分子，当从激发态过渡到低能态或基态时产生的光谱。
3、什么是分子光谱法什么是原子光谱法原子光谱法：是由原子外层或内层电子能级的变化产生的光谱，它的表现形式为线光谱。
属于这类分析方法的有原子发射光谱法、原子吸收光谱法，原子荧光光谱法以及X射线荧光光谱法等。
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光谱，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，红外光谱法，分子荧光光谱法和分子磷光光谱法等。
4、简述光学仪器三个最基本的组成部分及其作用。
辐射源（光源）：提供电磁辐射。
波长选择器：将复合光分解成单色光或有一定宽度的谱带。
检测器：将光信号转换成电信号。
5、简述常用的分光系统的组成以及各自作用特点。
分光系统的作用是将复合光分解成单色光或有一定宽度的谱带。
分光系统又分为单色器和滤光片。
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。
棱镜：色散作用是基于构成棱镜的光学材料对不同波长的光具有不同的折射率。
光栅：利用多狭缝干涉和单狭缝衍射两者联合作用产生光栅光谱。
干涉仪：通过干涉现象，得到明暗相间的干涉图。
滤光器是最简单的分光系统，只能分离出一个波长带或只能保证消除给定消长以上或以下的所有辐射。
光学分析法概论
极谱分析法 电化学分析法
非光谱分析法
仪器分析
分离分析法
方法
其他仪器 分析法
GC HPLC
薄层色谱分析法 纸色谱法
河南大学药学院2011-2012学年
质谱分析法 热分析法 放射化学分析法
河南大学药学院
第一章 光学分析法概论
• 光学分析法：是基于物质发射的电磁辐射或物
质与辐射相互作用后产生的辐射信号或发生的信 号变化来测定物质的性质、含量和结构的一类分 析方法。
3．光谱法与非光谱法的区别： ➢ 光谱法：内部能级发生变化
河南h大：学P药la学nk院常20数11（-2061.26学26年210-34 J.s 焦耳. 秒）
河南大学药学院
例：波长为200nm的光，一个光子的能量是
E h hc
E
6.6262
1034
3.0 1010 200 107
9.91019(J )
6.2eV
1eV 1.61019(J ) 河南大学药学院2011-2012学年
河南大学药学院 单色光、复合光、光的互补
单色光 复合光
光的互补
单一波长的光
由不同波长的光组合而成的光
若两种不同颜色的单色光按一定的强度比 例混合得到白光，那么就称这两种单色光 为互补色光，这种现象称为光的互补。
蓝绿
绿 黄绿 黄
绿蓝
橙
蓝 河南大学药学院2011-2012学年 紫 紫红
红
河南大学药学院
河南大学药学院
3．电磁波谱：电磁辐射按波长顺序排列，称~。
γ射线→ X 射线→紫外光→可见光→红外光→微波→无线电波
高能辐射区 γ射线 能量最高，来源于核能级跃迁
波长
χ射线 来自内层电子能级的跃迁
光学分析法
光学分析法是根据物质发射的电磁 辐射或电磁辐射与物质相互作用 而建立起来的一类分析化学方法。 这些电磁辐射包括从射线到无线电波 的所有电磁波谱范围(不只局限于光学 光谱区)。电磁辐射与物质相互作用的 方式有发射、吸收、反射、折射、散射、 干涉、衍射、偏振等。
1.红外光谱法 2.紫外-可见分光光度法 3.分子发光分析法 4.原子吸收光谱法 5.原子发射光谱法 6.核磁共振波谱法
(1)测定: 用四氯化碳做溶剂， 分别配制100ml/L 正十六烷100mg/L 姥鲛烷和400mg/L甲苯 溶液。 以四氯化碳作参比溶液，使用1cm 石英池，分别测量正十六烷、姥鲛烷和甲苯三种 溶液在2930cm-1 、 2960cm-1、3030cm-1处的吸光度A2930、A2960、A3030 三种物质的代用符号分别为：正十六烷-H、姥鲛烷-P 和甲苯-T。
(1)测定： 以四氯化碳作参比溶液，使用适当光程的比色皿， 即：1cm 石英比色皿测试样品范围为100~400mg/L、 4cm 石英比色皿测试样品范围0~100mg/L， 将萃取液和硅酸镁吸附后的滤出液倒入石英比色皿， 放入红外分光光度计的样品室， 测2930cm-1 、 2960cm-1、3030cm-1三个波长处的样品吸光度并计算总萃取 物和石油类的含量。 (2)空白试验： 以纯水代替试样，加入与测定时相同体积的试剂， 并使用相同光程的比色皿，按(1)中测定步骤进行空白试验。
用四氯化碳萃取水中油类物质，测定总萃取物， 然后将萃取液用硅酸镁吸附，经脱除动植物油后测定石 油类含量，总萃取物和石油类的含量均 以波长分别为2930cm-1,2960cm-1,3030cm-1谱带处的吸 光度A2930,A500ml 的细口瓶，瓶中加入处理好的活性碳和硅酸 镁各300g，加入2500ml要处理的四氯化碳，盖好盖后震荡 2min，静止30min 或1h将瓶中的四氯化碳倒入放在有120 目筛网的漏斗中，取样后在光谱仪上扫描，得到谱图合格 后即可放入干净的磨口瓶中保存备用。四氯化碳的谱图不 合格时，说明吸附剂已饱和，应停止使用，重新放入新的 吸附剂。 (2)萃取: 根据四氯化碳具有溶解油脂好，不溶于水的特性， 对水中的油份进行有效地萃取。将一定体积的水样倒入分 液漏斗中，加盐酸酸化至pH≤2，用20ml 四氯化碳洗涤采 样瓶后，移入分液漏斗中加约20g 氯化钠充分振荡2min。 经常开启活塞排气，静止分层后将萃取液经已放置10min 厚度无水硫酸钠的玻璃砂芯漏斗流入容量瓶内，用20ml 四氯化碳重复萃取一次，取适量的四氯化碳洗涤玻璃砂芯 漏斗，洗涤液一并流入容量瓶，加四氯化碳稀释至标线定 容，摇匀。
1.红外光谱法 2.紫外-可见分光光度法 3.分子发光分析法 4.原子吸收光谱法 5.原子发射光谱法 6.核磁共振波谱法
(1)测定: 用四氯化碳做溶剂， 分别配制100ml/L 正十六烷100mg/L 姥鲛烷和400mg/L甲苯 溶液。 以四氯化碳作参比溶液，使用1cm 石英池，分别测量正十六烷、姥鲛烷和甲苯三种 溶液在2930cm-1 、 2960cm-1、3030cm-1处的吸光度A2930、A2960、A3030 三种物质的代用符号分别为：正十六烷-H、姥鲛烷-P 和甲苯-T。
(1)测定： 以四氯化碳作参比溶液，使用适当光程的比色皿， 即：1cm 石英比色皿测试样品范围为100~400mg/L、 4cm 石英比色皿测试样品范围0~100mg/L， 将萃取液和硅酸镁吸附后的滤出液倒入石英比色皿， 放入红外分光光度计的样品室， 测2930cm-1 、 2960cm-1、3030cm-1三个波长处的样品吸光度并计算总萃取 物和石油类的含量。 (2)空白试验： 以纯水代替试样，加入与测定时相同体积的试剂， 并使用相同光程的比色皿，按(1)中测定步骤进行空白试验。
用四氯化碳萃取水中油类物质，测定总萃取物， 然后将萃取液用硅酸镁吸附，经脱除动植物油后测定石 油类含量，总萃取物和石油类的含量均 以波长分别为2930cm-1,2960cm-1,3030cm-1谱带处的吸 光度A2930,A500ml 的细口瓶，瓶中加入处理好的活性碳和硅酸 镁各300g，加入2500ml要处理的四氯化碳，盖好盖后震荡 2min，静止30min 或1h将瓶中的四氯化碳倒入放在有120 目筛网的漏斗中，取样后在光谱仪上扫描，得到谱图合格 后即可放入干净的磨口瓶中保存备用。四氯化碳的谱图不 合格时，说明吸附剂已饱和，应停止使用，重新放入新的 吸附剂。 (2)萃取: 根据四氯化碳具有溶解油脂好，不溶于水的特性， 对水中的油份进行有效地萃取。将一定体积的水样倒入分 液漏斗中，加盐酸酸化至pH≤2，用20ml 四氯化碳洗涤采 样瓶后，移入分液漏斗中加约20g 氯化钠充分振荡2min。 经常开启活塞排气，静止分层后将萃取液经已放置10min 厚度无水硫酸钠的玻璃砂芯漏斗流入容量瓶内，用20ml 四氯化碳重复萃取一次，取适量的四氯化碳洗涤玻璃砂芯 漏斗，洗涤液一并流入容量瓶，加四氯化碳稀释至标线定 容，摇匀。
第7章 原子发射光谱分析
光栅的参数
光栅的特性可用色散率和分辨率来表征。
光栅的角色散率可通过对光栅公式求导得到：
d n d d cos
其中dθ/dλ：入射角对波长的变化率，即光栅的角色散率； d：光栅常数； n：光谱级数。
当θ很小且变化不大时，cosθ≈1，光栅的角色散率决定于
光栅常数d和光谱级数n，为常数。因此光栅光谱是均排光
凹面光栅与罗兰圆
多道型光电直读光度仪多采用凹面光栅。凹面光栅既具有
色散作用也起聚焦作用(凹面反射镜将色散后的光聚焦)。
罗兰圆：Rowland发现在曲率半
径为R 的凹面反射光栅上存在着 一个直径为R的圆，不同波长的
光都成像在圆上，即在圆上形成 一个光谱带. 因此，将直读光谱 仪的出射狭缝做在凹面光栅的罗 兰圆上。
达到一定值时，放电盘G1击穿；G1-C1-L1构成振荡回路，产 生高频振荡；
(2) 振荡电压经B2的次级线圈升压到10kV，通过电容器C2 将电极间隙G的空气击穿，产生高频振荡放电；
(3) 当G被击穿时，电源的低压部
分沿着已造成的电离气体通道，通
过G进行电弧放电；
(4) 在放电的短暂瞬间，电压降
低直至电弧熄灭，在下半周高频再
ICP-AES
光电直读是利用光电法直接测定光谱线的强度。 两种类型：多道固定狭缝式和单道扫描式。
单道扫描式是转动光栅进行 扫描，在不同时间检测不同 谱线； 多道固定狭缝式则是安装多 个出射狭缝和光电倍增管， 同时测定多个元素的谱线； 全谱直读光谱仪可同时测定 试样中165-800nm波长范围 内的元素的所有谱线，对其 进行分析。
(3) 光电流∝原子光谱的强度，与基态原子浓度成正比。
7.4 光谱定性分析 定性依据： E = hν = h c /λ
《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。
光学分析法概要
2023/11/10
5
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%
2023/11/10
18
（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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19
（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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23
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。
光学分析法概论
2.发射
（1）原子发射
¾ 气态自由原子处于激发态时，发射电磁波回到基态，产生 原子发射光谱；
¾ 激发态较少，原子发射光谱为线状光谱
（2）分子发射
¾ 从分子能级激发态，发射电磁波回到低能级，产生分子发 射光谱，多位于紫外、可见、红外区，分为：荧光光谱法、 磷光光谱法、化学发光法
¾ 能级复杂，发射的频率非常接近，表现为带状光谱
（一）物质内部能级发生变化
紫外可见分光光度法 吸
红外分光光度法
吸收、发射（磷光、荧光）
收
激发态
发 热
或 发 光
入射电磁辐射能量= 介质分子(原子)基态与激发态之间能量差
基态
¾内部能级：原子的电子能级、分子的电子能级、 分子振动能级、分子转动能级、原子核自转能级 ¾不同频率的光子的能量不同 ¾物质可根据其能量需要进行选择合适波长或频 率的电磁辐射
J
•s×
3×1010 cm / s 4.969 ×10−19 J
λ = 4×10−5 cm = 400nm
σ
=
1 λ
=
1 400 ×10−7 cm
=
25000cm−1
第二节 光学分析法分类
一、光谱法与非光谱法
光谱法：物质与辐射相互作用时，内部发生能级跃迁 非光谱法：ห้องสมุดไป่ตู้涉及物质内部能级跃迁
二、原子光谱法与分子光谱法 ¾原子光谱：线状光谱
1.吸收
（1）原子吸收
电磁辐射作用于气体自由原子后被吸收，原子吸收光谱
S4
原子外层电子能级数量较少，
S3
吸收后表现为对某特征频率
S2
的吸收，光谱形状为线光谱
S1
S0
（2）分子吸收
光学分析法概述课件
光学分析方法： 利用光电转换或其它电子器件测定“光辐射与物
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）
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。
第七章 原子发射光谱分析
1 、电磁辐射（电磁波，光） ：以巨大速度通过空间、不需要 任何物质作为传播媒介的一种能量1Βιβλιοθήκη 仪器分析-原子发射光谱分析
2、电磁辐射的性质：具有波、粒二象性
（1)波动性
（2)粒子性
c
E h h
c
c：光速；：波长；ν：频率；E ：能量； h：普朗克常数 （6.6262×10-34 J ·s） 3、电磁波谱：电磁辐射按波长的顺序排列
3．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
6
仪器分析-原子发射光谱分析
§ 7-2 原子发射光谱分析的基本原理
一、定义 根据待测物质的气态原子或离子受激发后所发射的
31
仪器分析-原子发射光谱分析
三、摄谱法的观测设备
1、光谱投影仪（映谱仪）——放大投影谱片 光谱定性分析，一般放大倍数为20倍 2、测微光度计（黑度计）——测量感光板上所记录的谱线的 黑度，用于光谱定量分析
(1)感光板
玻璃板为支持体，涂抹感光乳剂 （AgBr+明胶+增感剂）。
激发态
基态
光
（3）散射：丁铎尔散射、拉曼散射 （4）折射和反射 （5）干涉和衍射 根据特征光谱的波长可进行定 性分析；根据光谱峰的强弱与 物质含量的关系进行定量分析。
4
仪器分析-原子发射光谱分析
三、光学分析法分类
1、光谱法：
光谱法与非光谱法
利用物质与电磁辐射作用时，物质内部发生量子化能级跃迁而 产生的吸收、发射或散射辐射等电磁辐射的强度随波长变化的 定性、定量分析方法。
2、电磁辐射的性质：具有波、粒二象性
（1)波动性
（2)粒子性
c
E h h
c
c：光速；：波长；ν：频率；E ：能量； h：普朗克常数 （6.6262×10-34 J ·s） 3、电磁波谱：电磁辐射按波长的顺序排列
3．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
6
仪器分析-原子发射光谱分析
§ 7-2 原子发射光谱分析的基本原理
一、定义 根据待测物质的气态原子或离子受激发后所发射的
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仪器分析-原子发射光谱分析
三、摄谱法的观测设备
1、光谱投影仪（映谱仪）——放大投影谱片 光谱定性分析，一般放大倍数为20倍 2、测微光度计（黑度计）——测量感光板上所记录的谱线的 黑度，用于光谱定量分析
(1)感光板
玻璃板为支持体，涂抹感光乳剂 （AgBr+明胶+增感剂）。
激发态
基态
光
（3）散射：丁铎尔散射、拉曼散射 （4）折射和反射 （5）干涉和衍射 根据特征光谱的波长可进行定 性分析；根据光谱峰的强弱与 物质含量的关系进行定量分析。
4
仪器分析-原子发射光谱分析
三、光学分析法分类
1、光谱法：
光谱法与非光谱法
利用物质与电磁辐射作用时，物质内部发生量子化能级跃迁而 产生的吸收、发射或散射辐射等电磁辐射的强度随波长变化的 定性、定量分析方法。
光学分析法概述
荧光光谱法
通过测量物质受激发后发射荧光的光谱性质， 确定物质成分和浓度的分析方法。
光学分析法的应用领域
01
环境监测
用于检测水体、大气和土壤中的污 染物和有害物质。
医学诊断
用于检测生物样本中的疾病标志物、 药物残留和基因突变等。
03
02
食品工业
用于检测食品中的营养成分、添加 剂和有害物质。
化学分析
用于测定化学物质的组成、结构和 浓度等。
光的衍射
光波遇到障碍物时发生衍射，衍射现象揭示了光波的波动性质。衍射技术用于分 析物质的结构和成分。
光的偏振与全息
光的偏振
光波的电矢量振动方向称为偏振。偏振光分析用于研究物质 的晶体结构和光学活性。
光学全息
通过记录和再现物体的振幅和相位信息，实现三维成像。全 息技术用于信息存储、显微镜等领域。
光学分析法的理论基础
拓展应用领域
针对不同领域的需求，开发适用于不同样品和测量条件的光学分析方 法，拓展应用领域。
加强与其他技术的联用
将光学分析法与其他技术（如色谱、质谱、核磁共振等）联用，实现 优势互补，提高分析性能。
05 光学分析法的未来发展
新技术应用
光学传感器的升级
利用新型材料和纳米技术，提高光学传感器的灵敏度和稳定性，使其在复杂环境中也能准确检测物质 。
光的波动理论
光被视为波动现象，具有波长、频率 和相位等属性。波动理论用于解释光 的干涉、衍射和偏振等现象。
光的量子理论
光由光子组成，具有能量和动量。量 子理论用于解释光的吸收、发射和散 射等现象。
03 常用光学分析仪器
分光仪
分光仪是一种用于测量物质光谱特性的仪器， 通过将物质发出的光或反射的光分成不同波长 的光谱，可以分析物质的成分和结构。
通过测量物质受激发后发射荧光的光谱性质， 确定物质成分和浓度的分析方法。
光学分析法的应用领域
01
环境监测
用于检测水体、大气和土壤中的污 染物和有害物质。
医学诊断
用于检测生物样本中的疾病标志物、 药物残留和基因突变等。
03
02
食品工业
用于检测食品中的营养成分、添加 剂和有害物质。
化学分析
用于测定化学物质的组成、结构和 浓度等。
光的衍射
光波遇到障碍物时发生衍射，衍射现象揭示了光波的波动性质。衍射技术用于分 析物质的结构和成分。
光的偏振与全息
光的偏振
光波的电矢量振动方向称为偏振。偏振光分析用于研究物质 的晶体结构和光学活性。
光学全息
通过记录和再现物体的振幅和相位信息，实现三维成像。全 息技术用于信息存储、显微镜等领域。
光学分析法的理论基础
拓展应用领域
针对不同领域的需求，开发适用于不同样品和测量条件的光学分析方 法，拓展应用领域。
加强与其他技术的联用
将光学分析法与其他技术（如色谱、质谱、核磁共振等）联用，实现 优势互补，提高分析性能。
05 光学分析法的未来发展
新技术应用
光学传感器的升级
利用新型材料和纳米技术，提高光学传感器的灵敏度和稳定性，使其在复杂环境中也能准确检测物质 。
光的波动理论
光被视为波动现象，具有波长、频率 和相位等属性。波动理论用于解释光 的干涉、衍射和偏振等现象。
光的量子理论
光由光子组成，具有能量和动量。量 子理论用于解释光的吸收、发射和散 射等现象。
03 常用光学分析仪器
分光仪
分光仪是一种用于测量物质光谱特性的仪器， 通过将物质发出的光或反射的光分成不同波长 的光谱，可以分析物质的成分和结构。
仪器分析-原子光谱法
吸收光谱法
紫外可见分光光度法 原子吸收光谱法 红外光谱法 顺磁共振波谱法 核磁共振波谱法
散射
Roman 散射
迁 能 级 波长λ 类型 核能级 <0.005nm
KL层电 0.005~10nm 子跃迁 10~200nm
外 层 电 200~400nm 子跃迁
400~800nm
分子振 动能级
（2）检测元件
摄谱法之感光板
光电法之光电管，光电倍增管
固体成像器件 电荷注入检测器（CID） 电荷耦合检测器（CCD）
262000个点阵
（3）光谱仪（分光元件和检测元件的组合） 平面光栅（棱镜）+摄谱
凹面光栅+光电倍增管（二极管）阵列
全谱直读光谱仪- 中阶梯光栅+CID/CCD
化合物离解（气态、基态原子）—激发 （激发态原子）—基态（发射光谱）
摄谱 分析（包括定性和定量）
二、光谱分析仪器
光源与样品→单色器→检测器→读出器件
1. 光源
（1）概述
光源的作用: 蒸发、解离、原子化、激发、 跃迁。光源是决定分析的灵敏度和准确度 的重要因素。
光源的要求：比较稳定，>5000K，重现性 好，背景小，谱线简单，安全
（2）常用光源
直流电弧 交流电弧 电火花 电感耦合等离子体
ห้องสมุดไป่ตู้
直流电弧
电路结构及工作原理： 优点：分析绝对灵敏度高 缺点：重现性差、不宜定量 应用范围
试样引入激发光源的方法： 固体试样 溶液试样 气体试样：放电管
交流电弧
电路结构及工作原理： 优点：稳定性较好，适合定量。操作安全简便，
2.基本原理
光学分析
在紫外-可见区域内任意可调。 在紫外-可见区域内任意可调。
♦ 单色器一般由入射狭缝、准光器、色散元件、聚 单色器一般由入射狭缝、准光器、色散元件、
焦元件和出射狭缝等几部分组成。 焦元件和出射狭缝等几部分组成。
♦ 其核心部分是色散元件 ， 起分光的作用的主要是 其核心部分是色散元件，
棱镜和光栅（狭缝） 棱镜和光栅（狭缝）
♦ 它的基本原理是将光源辐射出的待测元素
二、特点
（1）灵敏度高 （2）选择性强，方法简便 选择性强， （3）分析速度快，应用范围广 分析速度快， （4）精密度高，准确性好 精密度高，
局限性
（l）每种被分析元素都要有一个能发射特 定波长谱线的光源。 定波长谱线的光源。 （2）测定难熔金属如钨、铌、钛、锆等稀 测定难熔金属如钨、 土及非金属元素，结果不能令人满意。 土及非金属元素，结果不能令人满意。 不能同时进行多元素分析。 （3）不能同时进行多元素分析。 由于仪器使用中， （4）由于仪器使用中，需用各种 气体，故操作中一定要注意安全。 气体，故操作中一定要注意安全。
♦ 分光光度计的单色器是衍射（或绕射）光栅。 分光光度计的单色器是衍射（或绕射）光栅。
3. 吸收池
♦ 吸收池（比色皿），用于盛放分析试样，一 吸收池（比色皿） 用于盛放分析试样，
般有石英和玻璃材料两种。 般有石英和玻璃材料两种。
♦ 石英池适用于可见光区及紫外光区，玻璃吸 石英池适用于可见光区及紫外光区，
单元素灯弱。 单元素灯弱。
♦影响空心阴极灯发射强度的因素除
阴极材料、阴极内径与形状、 阴极材料、阴极内径与形状、灯的 结构外，还有充入的气体种类、 结构外，还有充入的气体种类、压 强及灯电流等。 强及灯电流等。
谱和微波波谱。 谱和微波波谱。
光学分析法
15
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
16
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：
24
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
13
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
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
16
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：
24
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
13
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
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
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>300mm
2.2 电磁辐射及电磁波谱
波谱区 g-射线 X-射线 远紫外光
波长 <0.005nm 0.005~10nm 10~200nm
跃迁类型 核能级
原子内层电子能级
近紫外光
可见光
200~400nm 400~800nm
原子/分子外层电子能级
莫斯鲍尔光谱法:g-射线®原子核® g-射线吸收
远紫外光----真空紫外区。此部分光谱会被空气吸收
光学分析法
非光谱分析法
光谱分析法
圆X
折
二
射 线
干
旋
射色衍涉 光
法性 法 法
射
法
法
原子光谱
原原原 X 射
子子子 吸发荧线
荧 收射光
光 光光光 谱谱谱光
谱
分子光谱
紫
分分核
外红子子磁
可外荧磷共
见光光光振
光谱光光波
谱法谱谱谱
法
法法法
2.4 光 谱 法 仪 器
一. 光谱仪器的基本单元:
光谱仪器通常包括 五个基本单元：
分辨率公式，并进行简单计算。
第二章
光学分析法概述
主要内容
¯ 2.1 光学分析法及其特点 ¯ 2.2 电磁辐射及电磁波谱 ¯ 2.3 光学分析法分类 ¯ 2.4 光谱法仪器
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：γ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；
测器、半导体检测器。
（2）热检测器 主要有： 真空热电偶检测器；热释电检测器。
2.4 光 谱 法 仪 器
八. 信息处理与显示装置： 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；
学习要求
¯ 掌握光学分析法内涵和分类。 ¯ 掌握光谱仪的主要部件，特别是单色器的组成。 ¯ 掌握光栅单色器的色散方程，特别是色散率、
2.4 光 谱 法 仪 器
IRIS Advantage 中阶梯光栅 分光系统（实物图）
2.4 光 谱 法 仪 器
五. 狭缝：
构成：狭缝是两片经过精密加工、具有锐利边缘的金属组 成。两片金属处于相同平面上且相互平行。入射狭 缝可看作是一个光源。
整个单色器的分辨能力除与分光元件的色散率有关 外，还与狭缝宽度有关。 有效带宽S：指单色器出射狭缝的辐射波长区间宽度。
E0
原子吸收光谱
2.3 光学分析法分类
B. 分子光谱 带光谱 Band spectra 分子的电子能级、振动能 级和转动能级变化； 由几个光带和暗区相间而 成的光谱。
分子发射光谱
带 光 谱
分子吸收光谱
2.3 光学分析法分类
光学分析法 光谱分析法
原子光谱
分子光谱
原原原 X 射
子子子 吸发荧线
荧 收射光
2.3 光学分析法分类
光 谱 法：是基于物质与辐射作用时，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。
原子发射光谱 E3
A. 原子光谱
E2
线光谱 Line spectra
E1
原子内层和外层电子能级变化;
由若干条强度不同的谱线和暗区
相间而成的光谱.
① 角色散率：dθ/dλ (衍射角对波长的变化率)
当入射角不变时，光栅的角色散率可通过对光栅公式求 导得到：
② 线色散率：dl /dλ (两条波长相差dλ的光谱线在成像焦面 上分开的距离dl)
f—会聚透镜的焦距
2.4 光 谱 法 仪 器
当θ=00~80时，cosθ=1~0.99:
光栅的角色散率和线色散率可以认为是常数，不随波长 改变。这样的光谱称为“匀排光谱” （优于棱镜之处）。
相遇叠加，在叠加区域某些点的光振动失重加强，某些点的 光振动始终减弱，即在干涉区域内振动强度有稳定的空间分 布。
白光干涉条纹
2.4 光 谱 法 仪 器
光栅的衍射条纹是衍射和干涉 的总效果。
1. 平面光栅衍射的色散方程: nλ = d (sinα+sinθ)
n—(级数) 0, 1, 2,… d --为光栅常数 α--为入射角 θ--为衍射角
2.4 光 谱 法 仪 器
三. 单色器：
单色器：获得高光谱纯度辐射束的装置，它的作用是将复 合光分解为单色光或有一定宽度的谱带。
2.4 光 谱 法 仪 器
棱镜单色器基本组成：
入射狭缝
准直装置
聚焦装置 f
色散装置
聚焦面 出射狭缝
主要部件：
（1）入射狭缝； （2）准直装置(透镜或反射镜)：使辐射束成为平行光线； （3）色散装置(棱镜、光栅)：使不同波长的辐射以不同的角度进行传播； （4）聚焦装置(透镜或反射镜)，使每个单色光束在单色器的出口曲面上成像 。 （5）出射狭缝。
2.4 光 谱 法 仪 器
2. 平面光栅衍射的性能指标 色散率 分辨率 闪耀特性 1). 平面光栅的色散率：
准直装置
入射狭缝
① 角色散率 ② 线色散率
平面反射光栅
聚焦装置
聚焦面 出射狭缝
2.4 光 谱 法 仪 器
2. 平面光栅衍射的性能指标 色散率 分辨率 闪耀特性 1). 平面光栅的色散率：
b
a
d
2.4 光 谱 法 仪 器
中阶梯光栅：
1949 年 ， 由 美 国 麻 省 理 工学院的Harrison教授提出 的一种特殊光栅。
中阶梯光栅是一种刻槽 密度低(8~80条/mm)、刻槽 深度大(µm级)、分辨率极高 的衍射光栅。
它通过增大闪耀角 β(63.26°) ， 利 用 高 光 谱 级 次(n=40~120)的方法来提高 分辨率。
光 光光光 谱谱谱光
谱
紫
分分核
外红子子磁
可外荧磷共
见光光光振
光谱光光波
谱法谱谱谱
法
法法法
2.3 光学分析法分类
A. 吸收光谱法： 原子吸收光谱、紫外-可见分光光度法、红外吸收光谱、 核磁共振等
B. 发射光谱法： 原子发射光谱、原子荧光光谱、分子荧光光谱、X射线 荧光光谱等
C. 散射光谱法： 拉曼光谱等
透射光栅，反射光栅； 平面反射光栅（闪耀光栅） 和凹面反射光栅 平面反射光栅： 300~2000条/mm
2.4 光 谱 法 仪 器
光的衍射： 光在传播路径中，遇到不透明或透明的障碍物，绕过障碍
物，产生偏离直线传播的现象称为光的衍射。
白光衍射条纹
2.4 光 谱 法 仪 器
光的干涉： 当频率相同、振动方向相同、相位差恒定的两列相干光波
2.电磁辐射的粒子性 光电效应 康普敦效应 黑体辐射
普朗克(Planch)公式： E --光子的能量 J, 焦耳
υ ---光子的频率 Hz, 赫兹
l ---光子的波长 cm
c ---光速
2.9979´1010 cm.s-1
h ---Planch常数 6.6256´10-34 J.s 焦耳. 秒
2.2 电磁辐射及电磁波谱
件优化确定最佳狭缝宽度。
2.4 光 谱 法 仪 器
六. 吸收池： 光源与试样相互作用的场所，一般由透明材
料制成。如： 紫外光区：石英材料 可见光区：硅酸盐玻璃 红外光区：NaCl、KBr等晶体
2.4 光 谱 法 仪 器
七. 检测器：
在现代仪器中，用光电转换器作为检测器。
（1）光检测器 主要有以下几种： 硒光电池、光电二极管、光电倍增管、硅二极管阵列检
X-射线吸收光谱法: X-射线/放射源®原子内层电子（n>10)® X -射线吸收 X-荧光光谱法: X-射线®原子内层电子® 特征X -射线发射
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
2.2 电磁辐射及电磁波谱
波谱区 近红外光 中红外光 远红外光
2.4 光 谱 法 仪 器
习题1：对一块宽度为 50.0 mm，刻线数为1200 条/mm的光栅， 它的一级光谱的分辩能力为多少？在6000 埃 附近能分辨的 两条谱线的波长差为多少？
习题2：用刻有2000条/mm的光栅来色散Li的460.20nm和460.30nm 两条谱线(一级谱线)，计算光栅的分辨率和宽度。
二.电磁波谱与现代仪器分析方法：
波谱区 g-射线 X-射线 远紫外光 近紫外光
波长 <0.005nm 0.005~10nm 10~200nm 200~400nm
波谱区 近红外光 中红外光 远红外光
微波
波长 0.8~2.5µm 2.5~50µm 50~1000µm 1~300mm
可见光 400~800nm 无线电波
D: 线色散率的倒数； W : 狭缝宽度；
当单色器的色散率固定时，有效带宽随狭缝宽度变化。
2.4 光 谱 法 仪 器
狭缝宽度的选择原则:
Ø 定性分析：选择较窄的狭缝宽度—提高分辨率，减少
其它谱线的干扰，提高选择性；
Ø 定量分析：选择较宽的狭缝宽度—增加照亮狭缝的亮
度，提高分析的灵敏度；
Ø 应根据样品性质和分析要求确定狭缝宽度。并通过条
光源；单色器；样 品；检测器；显示与 数据处理。
2.4 光 谱 法 仪 器
二. 光源：
依据方法不同，采用不同的光源：火焰、灯、激光、电 火花、电弧等；依据光源性质不同，分为：
ó连续光源：在较大范围 提供连续波长的光源，氢 灯、氘灯、钨丝灯等；
ó线光源：提供特定波长
的光源，金属蒸气灯(汞灯、 钠蒸气灯)、空心阴极灯、 激光等；
2.2 电磁辐射及电磁波谱
波谱区 g-射线 X-射线 远紫外光
波长 <0.005nm 0.005~10nm 10~200nm
跃迁类型 核能级
原子内层电子能级
近紫外光
可见光
200~400nm 400~800nm
原子/分子外层电子能级
莫斯鲍尔光谱法:g-射线®原子核® g-射线吸收
远紫外光----真空紫外区。此部分光谱会被空气吸收
光学分析法
非光谱分析法
光谱分析法
圆X
折
二
射 线
干
旋
射色衍涉 光
法性 法 法
射
法
法
原子光谱
原原原 X 射
子子子 吸发荧线
荧 收射光
光 光光光 谱谱谱光
谱
分子光谱
紫
分分核
外红子子磁
可外荧磷共
见光光光振
光谱光光波
谱法谱谱谱
法
法法法
2.4 光 谱 法 仪 器
一. 光谱仪器的基本单元:
光谱仪器通常包括 五个基本单元：
分辨率公式，并进行简单计算。
第二章
光学分析法概述
主要内容
¯ 2.1 光学分析法及其特点 ¯ 2.2 电磁辐射及电磁波谱 ¯ 2.3 光学分析法分类 ¯ 2.4 光谱法仪器
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：γ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；
测器、半导体检测器。
（2）热检测器 主要有： 真空热电偶检测器；热释电检测器。
2.4 光 谱 法 仪 器
八. 信息处理与显示装置： 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；
学习要求
¯ 掌握光学分析法内涵和分类。 ¯ 掌握光谱仪的主要部件，特别是单色器的组成。 ¯ 掌握光栅单色器的色散方程，特别是色散率、
2.4 光 谱 法 仪 器
IRIS Advantage 中阶梯光栅 分光系统（实物图）
2.4 光 谱 法 仪 器
五. 狭缝：
构成：狭缝是两片经过精密加工、具有锐利边缘的金属组 成。两片金属处于相同平面上且相互平行。入射狭 缝可看作是一个光源。
整个单色器的分辨能力除与分光元件的色散率有关 外，还与狭缝宽度有关。 有效带宽S：指单色器出射狭缝的辐射波长区间宽度。
E0
原子吸收光谱
2.3 光学分析法分类
B. 分子光谱 带光谱 Band spectra 分子的电子能级、振动能 级和转动能级变化； 由几个光带和暗区相间而 成的光谱。
分子发射光谱
带 光 谱
分子吸收光谱
2.3 光学分析法分类
光学分析法 光谱分析法
原子光谱
分子光谱
原原原 X 射
子子子 吸发荧线
荧 收射光
2.3 光学分析法分类
光 谱 法：是基于物质与辐射作用时，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。
原子发射光谱 E3
A. 原子光谱
E2
线光谱 Line spectra
E1
原子内层和外层电子能级变化;
由若干条强度不同的谱线和暗区
相间而成的光谱.
① 角色散率：dθ/dλ (衍射角对波长的变化率)
当入射角不变时，光栅的角色散率可通过对光栅公式求 导得到：
② 线色散率：dl /dλ (两条波长相差dλ的光谱线在成像焦面 上分开的距离dl)
f—会聚透镜的焦距
2.4 光 谱 法 仪 器
当θ=00~80时，cosθ=1~0.99:
光栅的角色散率和线色散率可以认为是常数，不随波长 改变。这样的光谱称为“匀排光谱” （优于棱镜之处）。
相遇叠加，在叠加区域某些点的光振动失重加强，某些点的 光振动始终减弱，即在干涉区域内振动强度有稳定的空间分 布。
白光干涉条纹
2.4 光 谱 法 仪 器
光栅的衍射条纹是衍射和干涉 的总效果。
1. 平面光栅衍射的色散方程: nλ = d (sinα+sinθ)
n—(级数) 0, 1, 2,… d --为光栅常数 α--为入射角 θ--为衍射角
2.4 光 谱 法 仪 器
三. 单色器：
单色器：获得高光谱纯度辐射束的装置，它的作用是将复 合光分解为单色光或有一定宽度的谱带。
2.4 光 谱 法 仪 器
棱镜单色器基本组成：
入射狭缝
准直装置
聚焦装置 f
色散装置
聚焦面 出射狭缝
主要部件：
（1）入射狭缝； （2）准直装置(透镜或反射镜)：使辐射束成为平行光线； （3）色散装置(棱镜、光栅)：使不同波长的辐射以不同的角度进行传播； （4）聚焦装置(透镜或反射镜)，使每个单色光束在单色器的出口曲面上成像 。 （5）出射狭缝。
2.4 光 谱 法 仪 器
2. 平面光栅衍射的性能指标 色散率 分辨率 闪耀特性 1). 平面光栅的色散率：
准直装置
入射狭缝
① 角色散率 ② 线色散率
平面反射光栅
聚焦装置
聚焦面 出射狭缝
2.4 光 谱 法 仪 器
2. 平面光栅衍射的性能指标 色散率 分辨率 闪耀特性 1). 平面光栅的色散率：
b
a
d
2.4 光 谱 法 仪 器
中阶梯光栅：
1949 年 ， 由 美 国 麻 省 理 工学院的Harrison教授提出 的一种特殊光栅。
中阶梯光栅是一种刻槽 密度低(8~80条/mm)、刻槽 深度大(µm级)、分辨率极高 的衍射光栅。
它通过增大闪耀角 β(63.26°) ， 利 用 高 光 谱 级 次(n=40~120)的方法来提高 分辨率。
光 光光光 谱谱谱光
谱
紫
分分核
外红子子磁
可外荧磷共
见光光光振
光谱光光波
谱法谱谱谱
法
法法法
2.3 光学分析法分类
A. 吸收光谱法： 原子吸收光谱、紫外-可见分光光度法、红外吸收光谱、 核磁共振等
B. 发射光谱法： 原子发射光谱、原子荧光光谱、分子荧光光谱、X射线 荧光光谱等
C. 散射光谱法： 拉曼光谱等
透射光栅，反射光栅； 平面反射光栅（闪耀光栅） 和凹面反射光栅 平面反射光栅： 300~2000条/mm
2.4 光 谱 法 仪 器
光的衍射： 光在传播路径中，遇到不透明或透明的障碍物，绕过障碍
物，产生偏离直线传播的现象称为光的衍射。
白光衍射条纹
2.4 光 谱 法 仪 器
光的干涉： 当频率相同、振动方向相同、相位差恒定的两列相干光波
2.电磁辐射的粒子性 光电效应 康普敦效应 黑体辐射
普朗克(Planch)公式： E --光子的能量 J, 焦耳
υ ---光子的频率 Hz, 赫兹
l ---光子的波长 cm
c ---光速
2.9979´1010 cm.s-1
h ---Planch常数 6.6256´10-34 J.s 焦耳. 秒
2.2 电磁辐射及电磁波谱
件优化确定最佳狭缝宽度。
2.4 光 谱 法 仪 器
六. 吸收池： 光源与试样相互作用的场所，一般由透明材
料制成。如： 紫外光区：石英材料 可见光区：硅酸盐玻璃 红外光区：NaCl、KBr等晶体
2.4 光 谱 法 仪 器
七. 检测器：
在现代仪器中，用光电转换器作为检测器。
（1）光检测器 主要有以下几种： 硒光电池、光电二极管、光电倍增管、硅二极管阵列检
X-射线吸收光谱法: X-射线/放射源®原子内层电子（n>10)® X -射线吸收 X-荧光光谱法: X-射线®原子内层电子® 特征X -射线发射
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
2.2 电磁辐射及电磁波谱
波谱区 近红外光 中红外光 远红外光
2.4 光 谱 法 仪 器
习题1：对一块宽度为 50.0 mm，刻线数为1200 条/mm的光栅， 它的一级光谱的分辩能力为多少？在6000 埃 附近能分辨的 两条谱线的波长差为多少？
习题2：用刻有2000条/mm的光栅来色散Li的460.20nm和460.30nm 两条谱线(一级谱线)，计算光栅的分辨率和宽度。
二.电磁波谱与现代仪器分析方法：
波谱区 g-射线 X-射线 远紫外光 近紫外光
波长 <0.005nm 0.005~10nm 10~200nm 200~400nm
波谱区 近红外光 中红外光 远红外光
微波
波长 0.8~2.5µm 2.5~50µm 50~1000µm 1~300mm
可见光 400~800nm 无线电波
D: 线色散率的倒数； W : 狭缝宽度；
当单色器的色散率固定时，有效带宽随狭缝宽度变化。
2.4 光 谱 法 仪 器
狭缝宽度的选择原则:
Ø 定性分析：选择较窄的狭缝宽度—提高分辨率，减少
其它谱线的干扰，提高选择性；
Ø 定量分析：选择较宽的狭缝宽度—增加照亮狭缝的亮
度，提高分析的灵敏度；
Ø 应根据样品性质和分析要求确定狭缝宽度。并通过条
光源；单色器；样 品；检测器；显示与 数据处理。
2.4 光 谱 法 仪 器
二. 光源：
依据方法不同，采用不同的光源：火焰、灯、激光、电 火花、电弧等；依据光源性质不同，分为：
ó连续光源：在较大范围 提供连续波长的光源，氢 灯、氘灯、钨丝灯等；
ó线光源：提供特定波长
的光源，金属蒸气灯(汞灯、 钠蒸气灯)、空心阴极灯、 激光等；