《仪器分析》第十章 光学分析法导论PPT课件
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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.
10光学分析法导论剖析PPT课件
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
核磁共振波谱法:射频原子核自旋吸收
2. 光与物质的相互作用
电磁辐射与物质相互作用的方式：
发射、吸收
粒子性
反射、折射、透射、散射、干涉、衍射 波动性
（1）吸收 辐射能作用于物质后， 物质选择性地接受一定波长（频率） 的辐射能，从低能态跃迁至高能态 (激发态)，这种现象称为吸收；基 于这种现象建立起来的Байду номын сангаас析方法称 为吸收光谱法。
电场
y = A sin(t + ) = A sin(2vt + )
磁场
单色平面偏振光的传播
传播方向
• 频率：一秒内电磁场振荡的次数，单位Hz或s-1。
– 只决定于辐射源，与介质无关
• 波长：是电磁波相邻两个同位相点之间的距离，单位有 m、cm、m、nm、埃。
• 波速 c：电磁辐射传播的速度，电磁辐射在不同介质中传 播速度是不同，只有在真空中所有电磁辐射的传播速度才 相同，都等于光速。
第十章 光学分析法导论 Optical analysis
光学分析法是基于电磁辐射与物质相 互作用辐射信号或发生的变化来测定物质 的性质、含量、结构的一类分析方法。
光学分析方法涉及到三个要素： ①能源 提供能量
电磁辐射、声波、电子流、离子流
②能量与物质的相互作用
电场-物质、磁场-物质
③分析信号的产生及其检测
1、热能激发发光，发射谱线强度与物质浓度的关 系——赛伯-罗马金公式：
a为比例系数，b为自吸系数
原子发射光谱定量分析公式 2、光致发光，发射谱线强度与物质浓度的关系：
I = kc
仪器分析课件 光学分析法导论共85页
仪器分析课件 光学分析法导 论
11、战争满足了，或曾经满足过人的 好斗的 本能， 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)
13、遵守纪律的风气的培养，只有领 导者本 身在这 方面以 身作则 才能收 到成效 。—— 马卡连 柯 14、劳动者的组织性、纪律性、坚毅 精神以 及同全世界劳 动者的 团结一 致，是 取得最 后胜利 的保证 。—— 列宁 摘自名言网
15、机会是不守纪律的。——雨果
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
11、战争满足了，或曾经满足过人的 好斗的 本能， 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)
13、遵守纪律的风气的培养，只有领 导者本 身在这 方面以 身作则 才能收 到成效 。—— 马卡连 柯 14、劳动者的组织性、纪律性、坚毅 精神以 及同全世界劳 动者的 团结一 致，是 取得最 后胜利 的保证 。—— 列宁 摘自名言网
15、机会是不守纪律的。——雨果
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
仪器分析课件光学分析法导论
根据物质吸收或者发射电磁辐射的不同就可以对 物质进行定性、定量分析。可见光学分析法主要是 讨20论20/7/物30 质与电磁辐射相互作用的分析方法。
物质与电磁辐射相互作用
➢ 产生相互作用的两方面，即物质和电磁辐射所包含的范畴； 物 质： 物质的大部分存在形式：如原子、分子、 原子核及核内中子等； 电磁辐射： 广义电磁辐射的绝大部分波谱范围。
2020/7/30
2-1-3．电磁波谱
按波长或频率的大小顺序排列起来的电磁辐射
2020/7/30
短
波长
长
10-2 nm 10 nm 102 nm 104 nm 0.1 cm 10cm 103 cm 105 cm
γ射线 X射线 紫外光 红外光
微波
无线电波
2020/7/30
可见光
微波炉工作原理
2020/7/30
短
波长
长
10-2 nm 10 nm 102 nm 104 nm 0.1 cm 10cm 103 cm 105 cm
γ射线 X射线 紫外光 红外光
微波
无线电波
2020/7/30
可见光
1. 电磁波谱的排列表现出明显的规律性。
从上到下，波长 ，光量子的频率和能量 ， 波长量的渐变 电磁辐射质的区别；
量变
测量物质的特征吸收光谱进行分析。
M*
hν Ehhc
M
2020/7/30
2020/7/30
2-2-3. 散射光谱法
a．拉曼（Raman）散射： 非弹性碰撞,方向及波长均改变, 能量交换
频率为ν0的单色光照射透明物质， 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 引起，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。
物质与电磁辐射相互作用
➢ 产生相互作用的两方面，即物质和电磁辐射所包含的范畴； 物 质： 物质的大部分存在形式：如原子、分子、 原子核及核内中子等； 电磁辐射： 广义电磁辐射的绝大部分波谱范围。
2020/7/30
2-1-3．电磁波谱
按波长或频率的大小顺序排列起来的电磁辐射
2020/7/30
短
波长
长
10-2 nm 10 nm 102 nm 104 nm 0.1 cm 10cm 103 cm 105 cm
γ射线 X射线 紫外光 红外光
微波
无线电波
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可见光
微波炉工作原理
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短
波长
长
10-2 nm 10 nm 102 nm 104 nm 0.1 cm 10cm 103 cm 105 cm
γ射线 X射线 紫外光 红外光
微波
无线电波
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可见光
1. 电磁波谱的排列表现出明显的规律性。
从上到下，波长 ，光量子的频率和能量 ， 波长量的渐变 电磁辐射质的区别；
量变
测量物质的特征吸收光谱进行分析。
M*
hν Ehhc
M
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2-2-3. 散射光谱法
a．拉曼（Raman）散射： 非弹性碰撞,方向及波长均改变, 能量交换
频率为ν0的单色光照射透明物质， 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 引起，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。
《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
10光学分析法导论
光检测器有硒光电池、光电管、光电倍 增管、半导体等。
热检测器是吸收辐射并根据吸收引起的 热效应来测量入射辐射的强度，包括真空 热电偶、热电检测器、热电偶等。
2019/10/24
35
光电倍增管
一个光电子可产生 106~108个电子
2019/10/24
36
五、读出装置
由检测器将光信号转换成电信 号后，通过模数转换器送计算机 处理或用记录仪、数字显示器、 显示屏等显示和记录结果。
2019/10/24
9
§3 光学分析法的分类
3.1 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。
2019/10/24
10
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。
属于这类分析方法的有折射法、偏 振法、光散射法、干涉法、衍射法、 旋光法和圆二向色性法等。
利用发射光谱分析物质的方法，称为~。
2019/10/24
23
荧光光谱：
某些物质的分子或原子在辐射能的作 用下跃迁至激发态，部分分子或原子与 其它粒子碰撞，把激发能转变为热能消 耗掉；其余的分子或原子以热和光的形 式散发出这部分能量而回到基态，由此 产生的光谱称为荧光光谱。
2019/10/24
24
§ 4 光谱分析的分类
2019/10/24
7
1.2 电 磁 波 谱 (electromagnetic spectrum)
电磁波按照波长或频率顺序排列 所绘成的图表，称为电磁波谱。 P202表10-2。
2019/10/24
8
§2 光与物质的作用
光与物质相互作用的方式有吸收、 发射、散射、反射、折射、干涉、 衍射、偏振等。
热检测器是吸收辐射并根据吸收引起的 热效应来测量入射辐射的强度，包括真空 热电偶、热电检测器、热电偶等。
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光电倍增管
一个光电子可产生 106~108个电子
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五、读出装置
由检测器将光信号转换成电信 号后，通过模数转换器送计算机 处理或用记录仪、数字显示器、 显示屏等显示和记录结果。
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§3 光学分析法的分类
3.1 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。
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10
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。
属于这类分析方法的有折射法、偏 振法、光散射法、干涉法、衍射法、 旋光法和圆二向色性法等。
利用发射光谱分析物质的方法，称为~。
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荧光光谱：
某些物质的分子或原子在辐射能的作 用下跃迁至激发态，部分分子或原子与 其它粒子碰撞，把激发能转变为热能消 耗掉；其余的分子或原子以热和光的形 式散发出这部分能量而回到基态，由此 产生的光谱称为荧光光谱。
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§ 4 光谱分析的分类
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1.2 电 磁 波 谱 (electromagnetic spectrum)
电磁波按照波长或频率顺序排列 所绘成的图表，称为电磁波谱。 P202表10-2。
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§2 光与物质的作用
光与物质相互作用的方式有吸收、 发射、散射、反射、折射、干涉、 衍射、偏振等。
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不同的物质基态与激发态的能量差不同，因此，对光能 的选择性吸为鉴定物质提供了理论基础。
8
根据物质对光吸收的性质，分为原子吸收、分子吸收、 磁场诱导吸收。
原子吸收：单原子粒子的吸收，由价电子产生跃迁引起。 内层电子的跃迁吸收峰可能在X射线区才出现；
分子吸收：复杂，分子的总能量由转动、振动、和电子能 量三者加和，电子能级中包括几个振动能级，振动能级中由 包括多个转动能级。由于能级分布特征，分子吸收光谱呈现 较宽波长范围的吸收带。
2
折射 θ2 i2
sini1 n2 v1
sin2 n1 v2
θ1
对于入射光为复色光的情况，由于各波长不同的光的折射率 不一样，折射角因此不一样，从而会发生色散现象，棱镜的16
分光作用就是基于此。
光的反射 光射到两个不同折射率的介质的界面时，还会发生光
发射种类：
1）热辐射 固体加热到白炽状态，就会发射出连续光谱来，这类辐
射属于黑体辐射，它产生于固体中被热能激发的分子或者原 子的振动。随着温度的升高，各能量向短波方向移动。热辐 射通常作为红外、紫外和可见光谱的光源。
氘灯 碳弧
104
相 对 103 能 量 102
钨灯Nernst灯
6000 K 4000 K 3000 K
合成波的频率与原来的两个波相同，但是振幅不同。当 两个波合成相位相差180◦ ，发生相消干涉。
Y
2
1
Y
2
时间
1 时间
正弦波的叠加示意图 5
（2）微粒性
电磁波的粒子性是指光辐射由具有一定能量的光子组 成，这个观点可以通过光电效应来验证。光子的能量与辐射 的频率成正比，关系式为：
E＝hν＝hc/λ h为普朗克常数，6.6210-34J·s。能量E的单位是焦耳（J）或 者电子伏特（eV），1 eV＝1.610-19 J。
例如，200nm波长的光，其能量为：
E＝hc/λ＝6.6210-34 J·s 3108 m ·s-1 /（20010-9m）＝9.9310-19 J = 9.9310-19 J/(1.610-19 J· eV-1) = 6.2 eV。
6
7
2、光与物质的相互作用
（1）光的吸收：
不同波长的光通过某物质时，其中某些频率的光将被物 质选择性地吸收，致使光的强度减弱。被吸收的光能使得物 质的原子或者分子由较低的能级（基态）跃迁到较高能级 （激发态）。被吸收的光子的能量恰好等于基态和激发态的 能量之差。
黑体辐射曲线
10
2000 K
波长 nm
12
500 1000 1500 2000 2500 3000
2）气体辐射 气态原子、离子或者分子通过放电或者加热的方法激
发产生紫外、可见光，此类辐射是物质的最外层电子跃迁 到激发态后返回基态发出的光。原子发射一般是一系列不 连续的谱线组成，分子发射则比较复杂，观察到的是许多 谱线组成的连续谱带。
9
磁场诱导吸收：某些元素的电子或者核受到磁场作用时， 由于粒子的磁性质产生了量子化的能级分裂，这些分裂的能 级间能量差很小，由低频长波的吸收激发引起跃迁。
对原子核的跃迁采用（10-200）106Hz的无线电波，对 电子的磁场诱导吸收跃迁常用（1000-25000） 106Hz的微波。 核磁共振是研究磁场中原子核的吸收情况，而电子自旋共振 是研究电子在磁场中的吸收情况。
例如氢分子受激发能发出400-200nm的连续光谱，常用 作吸收光谱的光源。
13
3）X射线 高速电子流轰击金属靶后靶材料的内层电子跃迁产生的
光辐射，可以分为连续X射线和特征X射线两种。 4）荧光和磷光
物质吸收较短波长的光后，辐射产生较长波长的光，这 就是荧光。
加入受激发原子或者分子回到低能态时，先回到亚稳态， 并且在亚稳态停留一段时间后再返回基态，此时发射的光比 荧光的能量更小，称为磷光。
波长（λ）：相邻两个波各相应点之间的距离，单位m， 也可以用μm、nm表示。
波数（σ）：单位长度内波的数目，即波长的倒数。 它们之间的关系为：λ＝c/ν σ=1/λ c 是 光 在 真 空 中 的 传 播 速 度 ， 2.99792108m/s （ 或 3108m/s）。
4
光波具有叠加性，即当两个波在同一空间传播时，会发 生两个波相互叠加而产生光的干涉现象。
光学分析法简介
1、电磁波的基本性质：波动性和微粒性
（1）波动性：
光的许多性质可以用经典的波动模式来描述。从麦克斯 韦波动路论来看，频率为ν的电磁波是一个伴随磁效应的交 变电场。波与环境的相互作用，可以按照表示力场的电矢 量和表示磁场的磁矢量来讨论。
1
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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。
15
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 110 Nhomakorabea（2）光的发射
当被激发的原子、分子、离子回到低能态时，以光的形 式辐射释放能量，产生发射光谱。
激发方法： ✓ 电子、粒子轰击激发 ✓ 高压交流火花、电弧 ✓ 火焰热能 ✓ 吸收电磁辐射能
发射光的粒子之间完全分离，则产生不连续的特定波长 的线状光谱；粒子彼此靠近或者由许多能量相差很小的能级
11
间的激发产生的光谱，则是连续光谱。
荧光的寿命是10-9-10-6s，磷光的寿命是10-4-10s。
14
（3）光的透射、折射、反射和散射
光的透射与折射 光的透射是指光通过透明介质时的性质，通常会发生折
射（入射角不为垂直时）。实验证明，光通过透明介质时的 速度比真空中的速度小，ni为频率为i的光的绝对折射率，vi 是该光在介质中的速度，c是光在真空中的速度，则有：
总体概述
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2
光的矢量表示
Y 电矢量
X Z 磁矢量
电磁场垂直于波的传播方向做周期性变化，即电场在Y轴 方向变化，磁场在Z轴方向变化。多数情况下，只考虑电矢 量就可以描述光的性质，只有讨论磁共振时才用到磁矢量。
3
描述光 特性的参数：
频率（ν）：电场每秒内的交变次数，单位为s-1，又称 为赫兹（Hz）
8
根据物质对光吸收的性质，分为原子吸收、分子吸收、 磁场诱导吸收。
原子吸收：单原子粒子的吸收，由价电子产生跃迁引起。 内层电子的跃迁吸收峰可能在X射线区才出现；
分子吸收：复杂，分子的总能量由转动、振动、和电子能 量三者加和，电子能级中包括几个振动能级，振动能级中由 包括多个转动能级。由于能级分布特征，分子吸收光谱呈现 较宽波长范围的吸收带。
2
折射 θ2 i2
sini1 n2 v1
sin2 n1 v2
θ1
对于入射光为复色光的情况，由于各波长不同的光的折射率 不一样，折射角因此不一样，从而会发生色散现象，棱镜的16
分光作用就是基于此。
光的反射 光射到两个不同折射率的介质的界面时，还会发生光
发射种类：
1）热辐射 固体加热到白炽状态，就会发射出连续光谱来，这类辐
射属于黑体辐射，它产生于固体中被热能激发的分子或者原 子的振动。随着温度的升高，各能量向短波方向移动。热辐 射通常作为红外、紫外和可见光谱的光源。
氘灯 碳弧
104
相 对 103 能 量 102
钨灯Nernst灯
6000 K 4000 K 3000 K
合成波的频率与原来的两个波相同，但是振幅不同。当 两个波合成相位相差180◦ ，发生相消干涉。
Y
2
1
Y
2
时间
1 时间
正弦波的叠加示意图 5
（2）微粒性
电磁波的粒子性是指光辐射由具有一定能量的光子组 成，这个观点可以通过光电效应来验证。光子的能量与辐射 的频率成正比，关系式为：
E＝hν＝hc/λ h为普朗克常数，6.6210-34J·s。能量E的单位是焦耳（J）或 者电子伏特（eV），1 eV＝1.610-19 J。
例如，200nm波长的光，其能量为：
E＝hc/λ＝6.6210-34 J·s 3108 m ·s-1 /（20010-9m）＝9.9310-19 J = 9.9310-19 J/(1.610-19 J· eV-1) = 6.2 eV。
6
7
2、光与物质的相互作用
（1）光的吸收：
不同波长的光通过某物质时，其中某些频率的光将被物 质选择性地吸收，致使光的强度减弱。被吸收的光能使得物 质的原子或者分子由较低的能级（基态）跃迁到较高能级 （激发态）。被吸收的光子的能量恰好等于基态和激发态的 能量之差。
黑体辐射曲线
10
2000 K
波长 nm
12
500 1000 1500 2000 2500 3000
2）气体辐射 气态原子、离子或者分子通过放电或者加热的方法激
发产生紫外、可见光，此类辐射是物质的最外层电子跃迁 到激发态后返回基态发出的光。原子发射一般是一系列不 连续的谱线组成，分子发射则比较复杂，观察到的是许多 谱线组成的连续谱带。
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磁场诱导吸收：某些元素的电子或者核受到磁场作用时， 由于粒子的磁性质产生了量子化的能级分裂，这些分裂的能 级间能量差很小，由低频长波的吸收激发引起跃迁。
对原子核的跃迁采用（10-200）106Hz的无线电波，对 电子的磁场诱导吸收跃迁常用（1000-25000） 106Hz的微波。 核磁共振是研究磁场中原子核的吸收情况，而电子自旋共振 是研究电子在磁场中的吸收情况。
例如氢分子受激发能发出400-200nm的连续光谱，常用 作吸收光谱的光源。
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3）X射线 高速电子流轰击金属靶后靶材料的内层电子跃迁产生的
光辐射，可以分为连续X射线和特征X射线两种。 4）荧光和磷光
物质吸收较短波长的光后，辐射产生较长波长的光，这 就是荧光。
加入受激发原子或者分子回到低能态时，先回到亚稳态， 并且在亚稳态停留一段时间后再返回基态，此时发射的光比 荧光的能量更小，称为磷光。
波长（λ）：相邻两个波各相应点之间的距离，单位m， 也可以用μm、nm表示。
波数（σ）：单位长度内波的数目，即波长的倒数。 它们之间的关系为：λ＝c/ν σ=1/λ c 是 光 在 真 空 中 的 传 播 速 度 ， 2.99792108m/s （ 或 3108m/s）。
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光波具有叠加性，即当两个波在同一空间传播时，会发 生两个波相互叠加而产生光的干涉现象。
光学分析法简介
1、电磁波的基本性质：波动性和微粒性
（1）波动性：
光的许多性质可以用经典的波动模式来描述。从麦克斯 韦波动路论来看，频率为ν的电磁波是一个伴随磁效应的交 变电场。波与环境的相互作用，可以按照表示力场的电矢 量和表示磁场的磁矢量来讨论。
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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。
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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 110 Nhomakorabea（2）光的发射
当被激发的原子、分子、离子回到低能态时，以光的形 式辐射释放能量，产生发射光谱。
激发方法： ✓ 电子、粒子轰击激发 ✓ 高压交流火花、电弧 ✓ 火焰热能 ✓ 吸收电磁辐射能
发射光的粒子之间完全分离，则产生不连续的特定波长 的线状光谱；粒子彼此靠近或者由许多能量相差很小的能级
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间的激发产生的光谱，则是连续光谱。
荧光的寿命是10-9-10-6s，磷光的寿命是10-4-10s。
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（3）光的透射、折射、反射和散射
光的透射与折射 光的透射是指光通过透明介质时的性质，通常会发生折
射（入射角不为垂直时）。实验证明，光通过透明介质时的 速度比真空中的速度小，ni为频率为i的光的绝对折射率，vi 是该光在介质中的速度，c是光在真空中的速度，则有：
总体概述
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光的矢量表示
Y 电矢量
X Z 磁矢量
电磁场垂直于波的传播方向做周期性变化，即电场在Y轴 方向变化，磁场在Z轴方向变化。多数情况下，只考虑电矢 量就可以描述光的性质，只有讨论磁共振时才用到磁矢量。
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描述光 特性的参数：
频率（ν）：电场每秒内的交变次数，单位为s-1，又称 为赫兹（Hz）