光谱基础
原子光谱学基础
M=1为单重线，M=2为双重线，M=3为三重线。
在无磁场时，J 能级对应于一种原子运动的能量状态，光谱学中为能级简并；
05
L≥S：J=（L+S），（L+S-1），…（L-S）共有2S+1个值
03
内量子数（J）--（光谱支项）其值为总自旋量子数和总角量子数的矢量和
原子吸收谱线的轮廓与谱线变宽 原子吸收谱线的轮廓：通常把吸收系数Kν随频率ν的变化曲线称为原子吸收线的轮廓，以半宽度(△ν)表征吸收线的宽度，其值约为10－3 ~ 10－2nm。ν0为中心频率； K0为中心吸收系数。
谱线变宽：从理论上讲，原子吸收线应该是一条几何线，但由于处于同一状态的原子，所具有的能量有小的差别，谱线有一定的宽度－称为自然宽度；由于外界因素的影响，可使谱线变宽－称为热变宽、碰撞变宽等。 自然宽度 在无外界影响时，谱线的宽度称为自然宽度(△νN)。通常△νN＝10-5~10-6nm。其与激发态原子的寿命有如下式的关系：
荧光波长小于激发波长的荧光称为反斯托克斯荧光。
共振原子荧光：指气态基态原子吸收共振辐射后，再发射与吸收共振线波长相同的光，这种光为共振荧光。共振跃迁几率大，因而共振荧光强度最大。
荧光波长大于激发波长的荧光称为斯托克斯荧光；
敏化原子荧光：敏化荧光又称诱导荧光。物质B本身不能直接激发产生荧光，但当物质A存在时，受光激发形成激发态（A＊），通过碰撞将其部分或全部能量转移给物质B，使B激发到激发态（B＊），当其以辐射光子形式去激回到较低能态或基态所发射的荧光。
Na原子的光谱项及可能光谱： 外层电子为3S1，其光谱项如下图。
01
42S1/2 → 32P1/2，3 2P3/2等等。
可见，可能的跃迁为：32P1/2，3 2P3/2 → 32S1/2
光谱分析基础知识
光谱分析基础知识光谱分析是一种常见的科学分析技术，通过研究物质与光的相互作用，可以获取物质的结构、组成和性质等信息。
光谱分析主要利用物质对不同波长、频率和能量的光有不同的吸收、散射、发射等现象，从而通过光谱的特征来确定物质的性质。
光谱分析的基础知识主要包括光的性质和光谱的特征。
首先，光的性质是光谱分析的基础。
光是一种电磁波，具有粒子性和波动性的双重性质。
光波具有特定的频率、波长和能量。
频率是指光波振动的次数，波长是指光波在空间中传播的距离。
频率与波长成反比关系，即频率越高，波长越短。
能量与频率成正比关系，即频率越高，能量越大。
光谱分析主要利用这些性质来研究物质与光的相互作用。
其次，光谱的特征是光谱分析的关键。
光谱是指将光按照其频率或波长进行分解，并记录下不同频率或波长的强度变化。
根据不同的物质和光谱类型，光谱可以分为连续谱、线谱和带谱三种。
连续谱是指由不同波长的连续光强度构成的光谱。
一个常见的连续谱是白炽灯发出的光，它包含了从紫外线到红外线的所有波长范围内的光。
连续谱的特点是波长范围广，且强度连续变化。
线谱是指由不连续的亮线组成的光谱。
线谱的特点是波长有限，强度集中在几个特定的波长上。
每个物质都有其独特的线谱，可以用于物质的鉴定和定量分析。
线谱的产生主要是由于物质在光谱仪中吸收、散射和发射光的特定波长。
带谱是介于连续谱和线谱之间的光谱。
带谱的特点是波长范围广，但在一些波长范围内具有一定的宽度。
带谱通常由分子或固体物质引起，故其带宽度可用于分析物质的结构和性质。
光谱分析有许多具体的分析方法，包括吸收光谱、发射光谱、拉曼光谱、荧光光谱、紫外-可见吸收光谱等。
每种方法都有其独特的应用范围和特点。
例如，吸收光谱可以用于测定物质的浓度和反应机理，发射光谱可以用于测定物质中其中一种元素的含量，拉曼光谱可以用于研究物质的结构和分子振动等。
这些不同的光谱方法在实际应用中常常相互结合使用，以提高分析的准确性和可靠性。
波谱解析知识点总结
波谱解析知识点总结一、波谱解析的基本原理1. 光谱学基础知识光谱学涉及到物质对光的吸收、发射、散射等现象，它是物质分析的重要手段之一。
常见的光谱包括紫外光谱、可见光谱、红外光谱、拉曼光谱等。
每种光谱方法都有其独特的应用领域和分析特点。
2. 原子光谱原子光谱是指研究原子吸收、发射光谱的一门学科，主要包括原子吸收光谱和原子发射光谱。
原子光谱可以用于分析金属元素和非金属元素的含量，它是分析化学中的重要手段。
3. 分子光谱分子光谱是指研究分子在光的作用下吸收、发射、散射等现象的一门学科，主要包括紫外光谱、红外光谱、拉曼光谱等。
分子光谱可以用于研究分子的结构和性质，对于有机化合物的分析具有重要意义。
4. 核磁共振波谱核磁共振波谱是指研究核磁共振现象的一门学科，它可以用于研究原子核的磁共振现象，得到有关物质结构和性质的信息。
核磁共振波谱在有机化学、生物化学等领域有着广泛的应用。
二、波谱解析的仪器和设备1. 分光光度计分光光度计是用于测量物质吸收、发射光谱的仪器，它可以测量紫外、可见、红外等波段的光谱，是分析化学中常用的仪器之一。
2. 核磁共振仪核磁共振仪是用于测量核磁共振波谱的仪器，它可以测量氢、碳等核的共振信号，得到物质的结构和性质信息。
3. 质谱仪质谱仪是用于测量物质离子的质量和荷质比的仪器，它可以得到物质的分子量、结构等信息，是很多化学分析的重要手段。
4. 激光拉曼光谱仪激光拉曼光谱仪是用于测量拉曼光谱的专用仪器，它可以用激光光源激发样品，得到与分子振动信息有关的拉曼光谱。
三、波谱解析的应用领域1. 化学分析波谱解析技术在化学分析中有着广泛的应用，它可以用于定量分析、质量分析、结构分析等多个方面，对于复杂的化合物和材料有很高的分析能力。
2. 药物研发波谱解析技术在药物研发中有着重要的应用，它可以用于研究药物的成分、结构和性质，对于新药物的研究和开发有很大帮助。
3. 生物医学波谱解析技术在生物医学领域有着广泛的应用，它可以用于研究生物分子的结构和功能，对于临床诊断和治疗有着重要意义。
光谱基础知识解读
太阳光光谱紫外线谱带：波长280-400nm之间，其特点是穿透性强，可使人体皮肤黑色素沉积，颜色加深，过度的紫外线曝晒会导致皮肤癌，可导致地毯、窗帘、织物及家具油漆褪色。
可见光谱带：波长380~780nm之间，其特点是肉眼可以看见的唯一光谱，可见光波段进一步可以分为不同的颜色（赤橙黄绿蓝靛紫七色），对人体没有直接伤害。
红外光谱带：波长700~2400nm之间，其特点是我们可以直接感受到阳光“不可见”的热量，所含能量最大，所以热量也高。
各波段的远近红外线构成了太阳能的53%，紫外线占3%，可见光占44%。
元素光谱简介如果物质是以单原子的形式而存在，关键看该原子的电子激发能了。
如果在可见光的某个范围内，并且吸收某一部分光线，那它就显剩下的部分的光线的颜色。
如该原子的电子激发能非常低，可以吸收任意的光线，该原子就是黑色的，如果该原子的电子激发能非常高。
不能吸收任何光线，它就是白色的。
如果它能吸收短波部分的光线，那它就是红色或黄色的。
具体的元素光谱：红色代表硫元素，蓝色代表氧元素，而绿色代表氢元素。
元素燃烧发出的光谱燃烧所发出的光色根据不同的元素发出不同的光谱，每一种元素燃烧时都发出多条光谱，这种光通过三梭镜或光栅后会在屏障上显现出多条亮线，也就是说只发出有限的几种频率的光，这就是这种元素的光谱。
其中会有一条或几条最亮的线，这几条最亮的线决定了在人眼中所看到的颜色。
观察光谱的方法连续光谱的光线在通过含某种元素的气体时在光谱带上会出现多条暗线，这些暗线刚好与这种元素的光谱线位置相同，强度刚好相反，（光谱线越强的位置暗线越明显）这就是元素的吸收光谱。
天文学家就是利用吸收光谱来查明遥远的恒星大气和星云中所含的元素，观察恒星红移或蓝移也要利用吸收光谱。
观察固态或液态物质的原子光谱，可以把它们放到煤气灯的火焰或电弧中去烧，使它们气化后发光，就可以从分光镜中看到它们的明线光谱原子决定明线光谱实验证明，原子不同，发射的明线光谱也不同，每种元素的原子都有一定的明线光谱．彩图7就是几种元素的明线光谱．每种原子只能发出具有本身特征的某些波长的光，因此，明线光谱的谱线叫做原子的特征谱线．利用原子的特征谱线可以鉴别物质和研究原子的结构。
光谱基础实验报告
一、实验目的1. 了解光谱的基本原理和分类；2. 掌握光谱仪器的操作方法；3. 通过实验，学习如何使用光谱仪器进行物质的定性和定量分析；4. 熟悉光谱数据处理方法。
二、实验原理光谱是物质吸收或发射电磁波时，其能量分布的规律。
根据电磁波波长的不同，光谱可分为紫外光谱、可见光谱和红外光谱等。
光谱分析是研究物质组成和结构的重要手段之一。
三、实验仪器与材料1. 实验仪器：紫外-可见分光光度计、红外光谱仪、荧光光谱仪、样品池、比色皿等；2. 实验材料：待测物质、标准溶液、溶剂等。
四、实验步骤1. 紫外-可见分光光度计实验（1）打开仪器，预热30分钟；（2）设定波长范围和步长，选择合适的扫描速度；（3）使用空白溶剂进行仪器校正；（4）将待测物质溶解于溶剂中，配制成一定浓度的溶液；（5）将溶液倒入比色皿中，放入样品池；（6）进行光谱扫描，记录吸收光谱；（7）根据标准溶液的吸收光谱，对待测物质进行定量分析。
2. 红外光谱仪实验（1）打开仪器，预热30分钟；（2）设定扫描范围和步长，选择合适的扫描速度；（3）使用空白溶剂进行仪器校正；（4）将待测物质制成薄膜，贴在样品池上；（5）进行光谱扫描，记录红外光谱；（6）根据标准物质的红外光谱，对待测物质进行定性分析。
3. 荧光光谱仪实验（1）打开仪器，预热30分钟；（2）设定激发波长和发射波长范围，选择合适的扫描速度；（3）使用空白溶剂进行仪器校正；（4）将待测物质溶解于溶剂中，配制成一定浓度的溶液；（5）将溶液倒入比色皿中，放入样品池；（6）进行荧光光谱扫描，记录激发光谱和发射光谱；（7）根据标准物质的荧光光谱，对待测物质进行定性和定量分析。
五、实验结果与分析1. 紫外-可见分光光度计实验通过实验，得到待测物质的吸收光谱，与标准溶液的吸收光谱进行对比，确定待测物质的浓度。
2. 红外光谱仪实验通过实验，得到待测物质的红外光谱，与标准物质的红外光谱进行对比，确定待测物质的组成。
光谱作业指导书
光谱作业指导书一、引言光谱是研究物质性质和结构的重要手段之一，广泛应用于化学、物理、生物学等领域。
本指导书旨在匡助学生理解光谱的基本原理和操作步骤，提供相应的实验指导，以便学生能够顺利完成光谱作业。
二、光谱基础知识1. 光谱的定义光谱是指将光按照波长进行分解并记录其强度的过程。
根据波长范围的不同，光谱可分为可见光谱、紫外光谱、红外光谱等。
2. 光谱的分类根据光谱的测量方法和原理，光谱可分为吸收光谱、发射光谱和拉曼光谱等。
3. 光谱仪的构成光谱仪主要由光源、样品室、光栅、检测器和数据处理系统等组成。
光源产生光，样品室用于放置待测样品，光栅用于分散光束，检测器用于测量光强度，数据处理系统用于记录和分析数据。
三、光谱实验操作指导1. 实验前准备a. 检查光谱仪的各部件是否完好，并进行必要的校准。
b. 准备待测样品，并按照实验要求进行处理，如稀释、溶解等。
2. 光谱测量步骤a. 打开光谱仪电源，待仪器启动完成后，进行暗噪声测量。
b. 将待测样品放置于样品室中，并调整光栅的角度和入射光强度。
c. 选择合适的测量模式（吸收光谱、发射光谱等），设置波长范围和积分时间。
d. 点击开始测量按钮，记录测量数据，并保存数据文件。
3. 数据处理与分析a. 使用数据处理软件打开保存的数据文件。
b. 根据实验要求，进行光谱数据的处理，如峰位分析、吸收峰面积计算等。
c. 进行数据图表的绘制，以便更直观地展示实验结果。
d. 根据实验目的，对实验结果进行分析和讨论，并撰写实验报告。
四、光谱实验注意事项1. 安全操作在进行光谱实验时，要注意避免直接接触光源和样品，以免造成伤害。
同时，注意遵守实验室的安全规定，佩戴实验室所需的个人防护装备。
2. 仪器操作在操作光谱仪时，要轻拿轻放，避免碰撞和摔落。
调整光栅角度时，应注意不要触碰光栅表面，以免损坏。
3. 样品处理在进行光谱实验前，要对待测样品进行适当的处理，如稀释、溶解等。
同时，要避免样品受到污染，以免影响实验结果。
光谱学的基础知识和应用
光谱学的基础知识和应用光谱学是现代科学中极为重要的一个分支，它研究物理性质、化学性质和电磁波谱之间的关系。
在生命科学、材料科学、环境科学、天文学、能源和光电子学等领域都有着广泛的应用。
本文将介绍光谱学的基础知识和主要应用。
一、光谱学的基本概念光谱学是研究物质与电磁波（特别是可见光和紫外线）之间相互作用的学科。
电磁波是由振动的电场和磁场构成的，它们的振动频率（ν，单位为赫兹）和波长（λ，单位为米）之间满足下面的关系：c = νλ其中，c是电磁波在真空中的速度，约为300000 km/s。
光谱学最基本的概念是“光的频谱”（spectrum），即将光按频率或波长分解开来所得到的一系列分量的集合。
光的频谱大致可以分为以下几类：1. 连续光谱（continuous spectrum）：它是由各种波长的光波干涉和叠加的结果。
例如黑体辐射（blackbody radiation）就是一种连续光谱。
2. 发射光谱（emission spectrum）：物质被加热或激发时，会发出一定波长的光。
这些光波经常呈现出特定的波长分布，即发射光谱。
例如氢原子光谱就是一种明显的发射光谱。
3. 吸收光谱（absorption spectrum）：当某一种波长的光通过某种物质时，物质会吸收这种波长的光，而不能透过去。
这种现象可以用吸收光谱来描述，吸收光谱与发射光谱是相反的。
例如太阳光通过地球大气层时的吸收现象就是一种吸收光谱。
二、光谱学的应用1. 化学分析光谱学在化学分析中有着广泛的应用，特别是原子光谱法。
原子光谱法能够分析样品中包含的元素种类和含量，主要有原子吸收光谱（atomic absorption spectroscopy，AAS）和原子发射光谱（atomic emission spectroscopy，AES）两种方法。
2. 生命科学生命科学中使用光谱学的方法是非常多样的，例如：（1）荧光光谱可以研究生物分子的结构、功能。
光谱学基础教程
6.1 入口光学的选择 6.1.1 基础公式的回顾
6.2 建立单色仪系统的光轴 6.2.1 所需物品 6.2.2 步骤
6.3 光信号进入光谱仪 6.4 入口光学实例
6.4.1 与小光源匹配的光学开口 6.4.2 与宽光源匹配的光纤开口 6.4.3 光源的缩小成像
6.5 场透镜的使用 6.6 针孔相机效应 6.7 空间滤镜
本书提到的规律、方法等对各类不同表面形状的经典刻划光栅和全息光栅均适用，如需区分，本书会特别给出解释。
1.1 基础公式
在介绍基础公式前，有必要简要说明单色光和连续谱。
提 示 ：单色光其光谱宽度无限窄。常见良好的单色光源包括单模激光器和超低压低温光谱校正灯。这些即为大家所熟知 的“线光源”或者“离散线光源”。
相对效率测量需要将反射镜表面镀膜（膜层材料与光栅表面反射膜层材料相同），并且采用与光栅相同的角度设置。 图5a和5b分别给出了闪耀刻线光栅和非闪耀全息光栅的典型效率曲线。 一般而言，闪耀光栅的效率在2/3闪耀波长处和1.8倍闪耀波长处减小为最大值的一半。
（a）刻线闪耀光栅的典型效率曲线
（b）非闪耀全息光栅的典型效率曲线
提 示 ：连续谱光谱宽度有限，如“白光”。理论上连续谱应包括所有的波长，但是实际中它往往是全光谱的一段。有时候 一段连续谱可能仅仅是几条线宽为1nm 的谱线组成的线状谱。
本书中的公式适用于空气中的情况，即m0=1。因此，l=l0=空气中的波长。
定义
单位
α - (alpha) 入射角 β - (beta) 衍射角 k - 衍射阶数 n - 刻线密度 DV - 分离角 µ0 - 折射率 λ - 真空波长 λ0 - 折射率为 µ0介质中的波长 其中λ0 = λ/µ0
光谱基础知识
光谱：处于不同状态的物质，在状态发生变化时所产生的电子辐射，经色散系统分光后，按波长或频率或能量顺序排列就形成了光谱。
射频区:核磁共振，电子自旋共振，10m-1cm微波区：分子转动能级间跃迁，1cm-100um红外区：分子振动能级变化，100um-1um可见、紫外光谱区：原子外层电子跃迁，价电子能级间跃迁，1um-10nmX射线区：原子内壳电子跃迁10nm分立谱和连续谱分立谱由一些线光谱组成，线光谱是在某些频率上出现极大值分布的光强分布形式。
原子的束缚能级间跃迁产生分立的线光谱。
有发射光谱和吸收光谱连续谱是在一段光谱区上光强为连续过渡而无法分离的光谱，一般热辐射所产生的光谱为连续光谱。
当原子或分子在辐射的激发下电离时，能形成连续的吸收光谱，在等离子体中电子的韧致辐射或电子与离子的复合会产生连续的发射光谱光谱按能量传递方式可分为：发射光谱、吸收光谱、荧光光谱和拉曼光谱。
原子光谱：由于原子状态发生变化而产生的电子辐射。
磷光是一种缓慢发光的光致冷发光现象。
当某种常温物质经某种波长的入射光（通常是紫外线或X射线）照射，吸收光能后进入激发态（通常具有和基态不同的自旋多重度），然后缓慢地退激发并发出比入射光的的波长长的出射光（通常波长在可见光波段），而且与荧光过程不同，当入射光停止后，发光现象持续存在。
发出磷光的退激发过程是被量子力学的跃迁选择规则禁戒的，因此这个过程很缓慢。
所谓的"在黑暗中发光"的材料通常都是磷光性材料，如夜明珠。
荧光是一种光致发光的冷发光现象。
当某种常温物质经某种波长的入射光（通常是紫外线或X射线）照射，吸收光能后进入激发态，并且立即退激发并发出出射光（通常波长比入射光的的波长长，在可见光波段）；而且一旦停止入射光，发光现象也随之立即消失。
具有这种性质的出射光就被称之为荧光。
等离子体是原子分子集团处于高度电离的状态。
其特点是高温和高度电离光谱特点：在正常原子的离化限附近存在着一片能记得准连续区。
光谱简单入门知识点总结
光谱简单入门知识点总结一、光的波动性和粒子性光的波动性和粒子性是光谱学研究的基础。
光的波动性表现在光具有波动性质，如干涉、衍射、折射等，可以用波长、频率和波速等物理量描述光的特性。
光的粒子性表现在光具有一定的能量，并且在与物质相互作用时表现出离散的能量变化，可以用光子理论来描述光的特性。
因此，光可以用波动理论和粒子理论来解释其行为，这是光谱学研究的理论基础。
二、光谱的基本概念1. 发射光谱和吸收光谱发射光谱是指物质受到激发后，向外辐射能量的光谱，它是物质在吸收光能后释放出的光谱，常见的发射光谱有电子激发光谱、原子发射光谱和分子发射光谱等。
吸收光谱是指物质受到外界光辐射后，吸收光能的光谱，它是物质在吸收光能后产生的光谱，常见的吸收光谱有原子吸收光谱、分子吸收光谱和固体吸收光谱等。
发射光谱和吸收光谱是光谱学研究的基本对象，通过对物质的发射和吸收光谱的分析，可以了解物质的组成、结构和性质。
2. 波长和频率光谱的波长和频率是描述光的重要物理量，波长是指光波的波长，通常用λ表示，单位是纳米（nm）或艾米（Å）；频率是指光波的频率，通常用ν表示，单位是赫兹（Hz）。
波长和频率是光的基本特性，它们之间的关系由光速公式c=λν确定，其中c是光速，约为3×10^8 m/s。
因此，波长和频率是描述光波性质的关键参数，它们与光的色彩、能量和功率等性质密切相关。
3. 能级结构原子、分子和固体等物质的能级结构是产生光谱的基础，它决定了物质在光作用下的吸收、发射、散射和色散等行为。
能级结构表述了物质内部的能量状态，可以用能级图来描述。
在能级图中，能级之间通过跃迁产生发射光谱和吸收光谱，不同能级之间的跃迁对应不同的光谱线。
因此，能级结构是光谱学研究的重要内容，它揭示了物质在光作用下的能量变化和光谱特性。
三、光谱分析方法1. 原子吸收光谱原子吸收光谱是通过原子吸收光能产生的光谱，它是分析和检测元素含量的重要方法。
光谱基本原理
光谱基本原理
光谱基本原理是研究物质光谱特性的重要理论基础。
光谱是指将物质发出或经过的光按照不同波长组成进行分解和测量的过程。
光谱可以提供物质的成份、结构以及动态变化等信息，广泛应用于天文学、物理学、化学和生物学等领域。
根据光的性质，光谱可以分为连续光谱、线状光谱和带状光谱三种。
连续光谱是指在一定波长范围内，光的强度连续变化，不出现明显的间断。
连续光谱的产生可以通过高温物体辐射或者光源通过连续的色散元件实现。
线状光谱是指在某些波长上出现明显的窄线，这些线代表着特定元素的发射或吸收。
线状光谱的产生可以通过激发原子或分子使其发射特定波长的光，或者通过过滤掉连续谱中除某一波长以外的光线实现。
带状光谱是指在一定波长区间内光的强度有明显的变化，常出现在分子或固体的吸收光谱中。
光谱的测量可以通过光谱仪实现。
光谱仪包括光源、样品、色散元件和光学探测器。
光源可以是白炽灯、激光器或者气体放电灯等，选择不同的光源可以获取不同谱区的光谱。
样品可以是气体、液体或固体物质，当光经过样品时会发生吸收或散射，从而产生特定的光谱信息。
色散元件可以是棱镜或光栅，在色散元件的作用下，不同波长的光被分散成不同的角度，从而实现波长的分离和测量。
光学探测器可以是光电二极管、光电倍增管或者CCD等，用于测量光的强度以及不同波长的光的强
度分布。
总的来说，光谱基本原理是将光按照不同波长进行分解和测量
的方法。
通过光谱的测量，可以获得物质的成份、结构和动态变化等信息，对于理解物质的性质和进行分析研究具有重要意义。
光谱学的基础理论与应用
光谱学的基础理论与应用光谱学是一门研究物质吸收、发射和散射光的学科，利用这种现象可以对物质的组成、结构和性质进行分析。
光谱学应用广泛，涉及物理、化学、生物、地球科学、材料科学等许多领域。
本文将介绍光谱学的基础理论和一些常见的应用。
一、光的性质首先需要了解的是，光是一种电磁波，具有波长和频率。
电磁波是一种能量在空间中传播的波动，包括电场和磁场的变化。
光的波长与频率有直接关系，波长越短，频率越高，能量也越大。
常见的光有可见光、紫外线、红外线等，它们的波长分别在400~700纳米、10~400纳米、700纳米以上。
二、光与物质的相互作用物质对光的相互作用主要有吸收、发射和散射，它们是光谱学研究的基础。
吸收是指物质吸收光的能量，这种作用可以用来确定物质的化学组成和结构。
发射是指物质由激发态转变为基态时放出的光能量，这种作用可以用来确定物质的能级结构和原子的运动状态。
散射是指光在物质中的传播方向发生改变，在大气和水中都有广泛应用。
三、光谱学分析方法光谱学分析方法基本上可以分为吸收光谱和发射光谱两种。
吸收光谱包括紫外吸收光谱、可见吸收光谱和红外吸收光谱三种。
紫外吸收光谱适用于分析含有含氧、氮、硫等的有机分子，如DNA、蛋白质等生物大分子；可见吸收光谱适用于分析金属离子的含量、有机分子的色素等；红外吸收光谱适用于分析化学键、分子结构和构象等信息。
发射光谱包括原子发射光谱和荧光光谱两种。
原子发射光谱通常用来分析含有金属离子的样品，如镁、铁、钙等，可以确定物质的化学组成；荧光光谱是指物质受到激发后发出的荧光，在化学组成、结构分析、环境监测等领域有重要应用。
四、光谱学在不同领域的应用1. 生物学领域光谱学在生物学领域中的应用非常广泛，在生物大分子的研究中可以使用紫外光谱、荧光光谱、原子发射光谱等技术，用于分析蛋白质、DNA、RNA、糖类等大分子的化学成分及其结构。
此外，红外光谱也可以用于生物分子的分析，如体内物质浓度分析、病原菌和细胞的检测等。
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、性质和相互作用的重要工具，广泛应用于化学、物理、材料科学等领域。
本指导书旨在帮助学生掌握光谱的基本原理、实验操作步骤以及数据处理方法，以便能够顺利完成光谱相关实验作业。
二、光谱基础知识1. 光谱的定义和分类光谱是指将物质辐射或吸收的电磁辐射按照波长进行分解和记录的过程。
根据测量的目的和实验条件的不同，光谱可分为发射光谱、吸收光谱和散射光谱等。
2. 光谱仪的原理和组成光谱仪是用于测量和记录光谱的仪器。
它通常由光源、样品室、光栅或棱镜、检测器和数据处理系统等组成。
光源产生光，样品室用于放置待测样品，光栅或棱镜用于分光，检测器用于测量光强，数据处理系统用于记录和分析数据。
3. 光谱的基本参数光谱的基本参数包括波长、波数、频率和强度等。
波长是指光波的长度，常用单位是纳米（nm）；波数是指单位长度内所包含的波数，常用单位是cm-1；频率是指单位时间内波动的次数，常用单位是赫兹（Hz）；强度是指光的能量或功率。
三、光谱实验操作步骤1. 准备实验设备和样品首先，确保光谱仪和相关设备处于正常工作状态。
选取合适的样品，根据实验目的选择适当的测量方法，如发射光谱、吸收光谱或散射光谱。
2. 设置光谱仪参数根据实验要求，设置光谱仪的参数，如波长范围、光强范围、扫描速度等。
确保参数设定正确，以获得准确可靠的光谱数据。
3. 校准光谱仪使用标准样品进行光谱仪的校准。
校准的目的是确保光谱仪测量的准确性和可重复性。
4. 放置样品并测量将待测样品放置于样品室中，确保样品与光源之间的距离适当。
启动光谱仪，开始测量。
根据实验要求，选择适当的测量模式和时间，记录光谱数据。
5. 数据处理和分析将测量得到的光谱数据导入数据处理系统，进行数据处理和分析。
常用的数据处理方法包括峰值识别、峰面积计算、光谱拟合等。
根据实验要求，对光谱数据进行相应的处理和分析，得出结论。
四、光谱实验注意事项1. 实验操作前，务必熟悉光谱仪的使用说明书，并按照操作规程进行操作。
利用光子学技术进行光谱分析的基础方法
利用光子学技术进行光谱分析的基础方法光谱分析是一种应用广泛的技术，它可以通过光子学技术对物质的组成、性质和结构进行精确的分析。
光子学技术包括各种仪器和工具，可以利用光的波动性和电磁辐射的相互作用来获取有关物质的信息。
光谱分析的基础方法主要涉及三个主要方面：样品制备、光谱测量和数据解析。
在进行光谱分析之前，首先需要准备好样品，并确保样品的纯度和适用性。
对于样品制备，首先需要选择适当的样品，确保它能够满足分析的目的。
然后，将样品制备成合适的形式，例如液体、固体或气体。
对于液体样品，可以直接测量样品中的吸收或发射光谱。
对于固体样品，可以将其研磨成粉末或溶解在适当的溶剂中。
对于气体样品，可以将其放入适当的气体细胞中。
在光谱测量方面，光子学技术提供了多种方法和仪器，例如红外光谱仪、紫外可见光谱仪和拉曼光谱仪等。
不同的光谱仪器在波长范围、分辨率和灵敏度等方面具有不同的特点，适用于不同类型的样品和分析需求。
在进行光谱测量时，需要注意选择合适的光源和检测器，并根据需求选择合适的波长范围和光谱扫描速度。
数据解析是光谱分析的关键环节之一。
根据测量得到的光谱数据，可以通过不同的方法和算法对数据进行处理和解析。
最常用的方法之一是峰值分析，即确定光谱中各个波峰的位置、强度和形状。
这可以通过拟合曲线或应用特定的峰值分析软件来实现。
另外，还可以使用光谱库或比对样品的光谱数据进行定性或定量分析。
除了这些基础方法外，利用光子学技术进行光谱分析还包括一些其他的方法和技术，如共振拉曼光谱、荧光光谱、热发射光谱等。
这些方法可以进一步提高光谱分析的分辨率、灵敏度和选择性。
总结而言，利用光子学技术进行光谱分析的基础方法主要包括样品制备、光谱测量和数据解析。
在进行光谱分析之前，需要准备好适当的样品，并选择合适的光谱仪器和测量条件。
通过对测量得到的光谱数据的处理和解析，可以获取有关物质组成、性质和结构的详细信息。
光子学技术在光谱分析中的应用不仅仅局限于基础方法，还包括其他一些高级方法和技术。
13光谱的物理基础
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第一节当原之处子，光请联谱系本人或网站删除。
一、原子光谱
1. 光谱 电磁辐射（不论在可见区或在可见区以外）的波长成 分和强度分布的记录，有时只是波长成分的记录。 光谱的类别从形状区分可分为三类：
明线光谱 、带状光谱 、连续光谱
2. 原子光谱（atomic spectrum），是由原子中的电子受激发在 不同能级间跃迁所产生的光谱。原子光谱的不连续表明了电子 的能量是量子化的。
原子光谱的特征：分立的线状光谱，发射谱是一些明亮的细线， 吸收谱是一些暗线。
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二、标识X射线谱
原子的光学光谱是最外层电子受激后辐射的，能级间的能量 差小，光子的频率较低；原子的标识X射线谱（详见本章第 五节）是内层电子电离后辐射的，能级间的能量差较大，光 子的频率很高。
2. 分子的纯转动光谱由分子转动能级之间的跃迁产生，分布在 远红外波段，波长是毫米或厘米的数量级，通常主要观测吸收 光谱。
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第二节 分当子之光处谱，请联系本人或网站删除。
三、分子的振动光谱
1. 构成分子的诸原子之间的振动，形成振动能级。如双原子分 子沿着轴线振动。多原子分子的振动比较复杂，是多种振动方 式的叠加，振动的能量是量子化的。振动能级的间隔比电子能 级的间隔小。 2. 分布在近红外波段，波长是几个微米的数量级，通常主要观 测吸收光谱。
i表示X射线光子的频率，Ni为频率为vi的X射线的光子数，h
为普朗克常量。
光谱基础知识-PPT
基本概念
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。
1．电磁辐射
电磁辐射是高速通过空间的光子流，通常简 称为光。它具有二象性，即：波动性和粒子性。波 动性表现在光的折射、衍射和干涉等现象；粒子性 表现在光电效应等现象。
每个光子的能量（EL）与其频率（）、 波长（）及波数（）之间的关系为：
图3-1 吸收光谱和荧光光谱能级跃迁示意图
需要注意的是： （1）整个过程是在单线态之间进行的； （2）产生荧光的过程极快，约在10-8秒左右 内完成； （3）荧光的产生是由第一电子激发态的最低 振动能级开始，而与荧光分子被激发至哪一 个能级无关。因此，荧光光谱的形状和激发 光的波长无关。
c. 散射光谱
常用的有：原子发射光谱和荧光光谱。
对于原子发射光谱，由于每种元素的原子 结构不同，发射的谱线各有其特征性，可以根 据元素的特征谱线进行定性分析，根据谱线的 强度与物质含量的关系进行定量分析。
荧光光谱实质上是一种发射光谱，它的 产生是由于某些物质的分子或原子在辐射能 作用下跃迁至激发态，在返回基态的过程 中，先以无辐射跃迁的形式释放出部分能 量，回到第一电子激发态，然后再以辐射跃 迁的形式回到基态，由此产生的光谱称为荧 光光谱。
与其它光谱仪器比较，还有一个显著的特 点是：价格便宜、易于操作和容易普及。
缺点：进行测定时，需一个元素一个元素 地进行分析；且大多需要显色剂；样品处 理较复杂，不如其它光谱法迅速。
２. 原子荧光发射光谱法
原子荧光光度计是通过测量待测元素的原子 蒸气在辐射能激发下产生的荧光发射强度， 来确定待测元素含量的方法。气态自由原子 吸收特征波长辐射后，原子的外层电子从基 态或低能级跃迁到高能级经过约10-8s，又 跃迁至基态或低能级，同时发射出与原激发 波长相同或不同的辐射，称为原子荧光。
光谱分析复习和思考题
光谱分析复习和思考题一、光谱法基础知识1、光谱法定义或者原理答：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、吸收或散射电磁辐射的波长和强度进行分析的方法。
2、光谱法的分类二、原子发射光谱1、原子发射光谱是怎样产生的为什么各种元素的原子都有其特征的谱线答：（1）当气态原子或离子的核外层电子获取足够的能量后，就会从基态跃迁到各种激发态，处于各种激发态不稳定的电子(寿命<10-8s)迅速回到低能态时，就要释放出能量，若以光辐射的形式释放能量，即得到原子发射光谱。
（2）因为各种元素原子的核外电子能级不同，所跃迁产生光谱线的波长也不同，所以各种元素的原子都有其特征的谱线。
2、影响原子发射光谱的谱线强度的因素是什么产生谱线自吸及自蚀的原因是什么答：（1）谱线强度的基本公式：i i KT Ei i h A e g g N I i υ-=00， N 0—单位体积的基态原子数；gi ，g0 —激发态和基态的统计权重；Ei —激发电位； K —Boltzmann 常数；T —温度/K ；Ai —为跃迁几率；υi —为发射谱线的频率。
主要影响因素为统计权重、跃迁几率；激发电位、激发温度；电离度、蒸发速率常数、逸出速率常数。
（2）谱线自吸：某元素发射出的特征光由光源中心向外辐射过程中，会被处于光源边缘部分的低能级的同种原子所吸收，使谱线中心发射强度减弱，这种现象叫自吸。
（3）自蚀：在自吸严重情况下，会使谱线中心强度减弱很多，使表现为一条的谱线变成双线形状，这种严重的自吸称自蚀。
3、解释下列名词：（1）激发电位和电离电位。
激发电位：低能态电子被激发到高能态时所需要的能量。
电离电位：每个气体化合物被离子化的能量称为电离电位。
（2）共振线、原子线、离子线、灵敏线、最后线。
共振线：由激发态直接跃迁至基态时辐射的谱线称为共振线。
原子线：原子核外激发态电子跃迁回基态所发射出的谱线。
M * M离子线：离子核外激发态电子跃迁回基态所发射出的谱线。
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2.2.2单色器
单色器：获得高光谱纯度辐射束的装置，而辐射束 的波长可在很宽范围内任意改变。 主要部件： （1）进口狭缝； （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）聚焦透镜或凹面反射镜，使每个单色光束在单 色器的出口曲面上成像。
光学分析涉及到的概念
1）散射 2) 折射 折射是光在两种介质中的传播速度不同； 3) 反射 4) 干涉 干涉现象； 5) 衍射 光绕过物体而弯曲地向他后面传播的现象； 6) 偏振 光波电矢量振动的空间分布对于光的传播方向失去对称性的现 象 7）双折射：光束入射到各向异性的晶体，分解为两束光而沿不同方向折 射的现象。它们为振动方向互相垂直的线偏振光。 8）慢轴方向：在晶体裡有一个或兩个特定的方向，当普通光顺著这方向 传播时并不会产生双折射。这方向称之为光轴。在晶体的界面上，与 光轴平行的方向称为快轴，与光轴垂直的方向则称为慢轴。
5 光学断层相干技术OCT Optical Coherence To ography 利用弱相干光干涉仪的基本原理，检测生物组织不同深度层面 对入射弱相干光的背向反射或几次散射信号，通过扫描，可 得到生物组织二维或三维结构图像。利用近红外线及光学干 涉原理对生物组织进行成像。 干涉成像的原理简单地说就是将光源发出的光线分成两束，一 束发射到被测物体（血管组织），这段光束被称为信号臂， 另一束到参照反光镜，成为诶参考臂。然后把从组织（信号 臂）和从反光镜（参考臂）反射回来的两束光信号叠加。但 信号臂和参考臂的长度一致时，就会发生干涉。从组织中反 射回来的光信号随组织的形状而显示不同强弱。把它与从反 光镜反射回来的参考光信号叠加，光波定点一致时信号增强 （增加干涉），光波定点方向相反时信号减弱（削减干涉） 。
分类
目前OCT分为两大类：时域OCT（TD-OCT）和 频域OCT（FD-OCT）。 时域OCT是把在同一时间从组织中反射回来的光信 号与参照反光镜反射回来的光信号叠加、干涉， 然后成像。 频域OCT的特点是参考臂的参照反光镜固定不动， 通过改变光源光波的频率来实现信号的干涉。 FD-OCT分为两种： （1）激光扫描OCT（SS-OCT），这种OCT利用波 长可变的激光光源发射不同波长的光波； （2）光谱OCT（SD-OCT），它利用高解像度的分 光光度仪来分离不同波长的光波。
电磁波谱
3×1012hz
能引起人的视觉的电磁波
不同的频率使人感觉到不同颜色
395×1012hz 750×1012hz
30×1015hz 30×1018hz
无线电波
0.1mm
红外线
0.76μm
可见光
0.4μm
紫外线
10nm
X射线
0.01nm
γ射线
30×103hz
0.3×106hz
3×106hz
30×106hz
4 激光共聚焦技术Confocal Laser Scan Microscope （CLSM） 共聚焦显微镜的原理简介 在显微镜基础上配置激光光 源，扫描装置，共扼聚焦 装置和检测系统而形成的 新型显微镜。 利用共聚焦光路和激光扫描 获得生物样品的显微断层 图象，动态扫描记录、图 像处理及三维立体构建、 成份分析等软件。
人眼感觉最灵敏波长：555nm
1.3光的一些特性
白光是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等各种色 光组成的叫做复色光。红、橙、黄、绿等色光叫 做单色光。 色散：复色光分解为单色光而形成光谱的现象叫 做光的色散。色散可以利用棱镜或光栅等作为“ 色散系统”的仪器来实现。 特性：反射、折射、散射、干涉、衍射、偏振等 红移在物理学和天文学领域，指物体的电磁辐射 由于某种原因波长增加的现象，在可见光波段， 表现为光谱的谱线朝红端移动了一段距离，即波 长变长、频率降低（与蓝移相反）。红移的现象 目前多用于天体的移动及规律的预测上。
光的干涉
指满足一定条件的两 列相干光波相遇叠加 ，在叠加区域某些点 的光振动始终加强， 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。 条件： 1 传播方向不垂直 2 频率相等或相近 3 相位差固定
光的偏振
2.1光谱分析
光谱分析法是基于物质发射的电磁辐射及电磁辐射与物质的相互作用而建立起 来的分析方法。 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）产生被检测信号。 特点： （1）所有光分析法均包含三个基本过程； （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。
300×106hz
0.3×1012hz
超长波
长波
10km 1km
中波
0.1km
短波
10m
超短波
1m
微波
1mm
亚毫米波
1.2所涉及到的各种光波的波长范围
名称 紫外线 紫 可 见 光 蓝,青 绿 黄 橙 红 近红外 红 外 线 短波红外 中红外 热红外 远红外 波长范围 10 纳米~0.4 微米 0.38~0.455 微米 0.455~0.492 微米 0.492~0.577 微米 0.577~0.597 微米 0.597~0.622 微米 0.622~0.78 微米 0.8~1.3 微米 1.3~3 微米 3~8 微米 8~14 微米 14 微米~1 毫米
光谱分析仪器分辨率
分辨率 光学分辨率是衡量分光能力的重要参数。它 取决于在被热敏元件探测时单色光的带宽。三个 部件对分辨率有影响：入射狭缝，光栅和探测器 像素尺寸。细小的狭缝可以得到更好的分辨率， 但降低了灵敏度；高刻划线的光栅增加了分辨率 ，但降低了光谱范围；较小的探测器像素尺寸增 加了分辨率，但降低了灵敏度。
光学基础
1.1什么是光？
传统上说，光是人类眼睛可以看见的一种电磁波，也称可见 光谱。 在科学上的定义，光是指所有的电磁波谱。光是由光子为基 本粒子组成，具有粒子性与波动性，称为波粒二象性。光 可以在真空、空气、水等透明的物质中传播。对于可见光 的范围没有一个明确的界限，一般人的眼睛所能接受的光 的波长在380～760nm之间。人们看到的光来自于太阳或 借助于产生光的设备，包括白炽灯泡、荧光灯管、激光器 、萤火虫等。 光的实质：原子核外电子得到能量 跃迁到更高的轨道上 这个 轨道不稳定 还要跃迁回来 跃迁回来释放出的就是一个光 子 就是以光的形式向外发出能量 跃迁的能级不同 释放出 来的能量不同 光子的波长就不同 光的颜色就不一样了。
激光共聚焦显微镜的优势
在结构方面 1. 激光做光源，光色纯，波长固定，成像效果好，分辨率高，图象清晰，荧光检测信噪比 高 2. 可实现分层扫描 3. 可实现连续扫描，可动态记录变化 4. 可多根激光管同时扫描，多色荧光同时成像 5. 扫描速度快，对样品损伤小 在应用方面 1. 形态观察--高清晰成像 2. 半定量--荧光强度分析 3. 荧光探针表达量测定 4. 定位研究--分层扫描 5. 多种荧光标记同时检测 6. 荧光标记物绝对定量分析 7. 扩展应用---如，FRAP法、细胞切割、细胞筛选等
单色器组成图
2.2.2.1棱镜与光栅
棱镜 对不同波长的光具有不同的折射率，波长长的光，折射率 小；波长短的光，折射率大。平行光经过棱镜后按波长顺 序排列成为单色光；经聚焦后在焦面上的不同位置上成像 ，获得按波长展开的光谱； 棱镜的分辨能力取决于棱镜的几何尺寸和材料； 棱镜的光学特性可用色散率和分辨率来表征； 棱镜的顶角越大或折射率越大，角色散率越大，分开两条相 邻谱线的能力越强，但顶角越大，反射损失也增大，通常 为60度角；分辨率与波长有关，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。
核 磁 共 振 波 谱 法
2.2光谱分析仪器
基本结构： 1.光源 2. 分光系统 3.样品池 4.检测器 5.记录系统
2.2.1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： 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； 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；
3 滤光片
用来选取所需辐射波段的光学器件。 滤光片产品主要按光谱波段、光谱特性、膜层材料、应用特点等方式分类。 光谱波段：紫外滤光片、可见滤光片、红外滤光片； 光谱特性：带通滤光片、截止滤光片、分光滤光片、中性密度滤光片、反射滤光 片； 膜层材料：软膜滤光片、硬膜滤光片； 硬膜滤光片不仅指薄膜硬度方面,更重要的是它的激光损伤阈值,所以它广泛应 用于激光系统当中,面软膜滤光片则主要用于生化分析仪当中 带通型： 选定波段的光通过，通带以外的光截止。其光学指标主要是中心波长（ CWL），半带宽（FWHM)。分为窄带和宽带。 短波通型(又叫低波通)：短于选定波长的光通过，长于该波长的光截止。 比如红 外截止滤光片 长波通型(又叫高波通)：长于选定波长的光通过，短于该波长的光截止Leabharlann 宽场照明显微镜和共聚焦图像比较
应用
高清晰成像 半定量荧光强度分析 荧光探针表达量测定 分层扫描 多种荧光标记同时检测 荧光标记物绝对定量分析 扩展应用
共聚焦显微镜的应用领域
（一）细胞生物学： 细胞结构：细胞骨架，细胞膜结构、流动性、受体，细胞器结构和分布变 化，细胞凋亡、细胞周期等。 （二）生物化学：酶、核酸、荧光原位杂交、受体分析。 （三）药理学：药物对细胞的作用及其动力学分析。 （四）生理学： 膜受体，离子通道，细胞内离子含量、分布及其动态分析。 （五）遗传学和胚胎学： 细胞生长、分化，细胞组织的三维结构，染色体分析，基因表达，基因诊断 （六）神经生物学：神经组织、细胞结构，神经递质的成分、运输和传递，递质 受体，离子内外流。 （七）微生物学和寄生虫学，细菌、寄生虫形态结构（表面和内部结构）； （八）病理学研究及病理学临床诊断： 活检标本的快速诊断，肿瘤诊断，自身免疫性疾病的诊断，宫颈上皮细胞涂 片诊断