激光吸收光谱技术共87页
激光光谱技术原理及应用
激光光谱技术原理及应用激光光谱技术是一种利用激光作为光源进行光谱分析的技术。
它具有分辨率高、灵敏度高、选择性好等优点，广泛应用于化学、生物、医学、环境等领域。
本文将从激光光谱技术的原理入手，介绍其在不同领域的应用。
激光光谱技术的原理主要基于激光与物质相互作用的特性。
激光具有单色性好、方向性强、相干性好等特点，能够提供高强度、单色性好的光源。
当激光与物质相互作用时，会发生光与物质的相互作用，产生散射、吸收、荧光等现象。
通过检测这些现象，可以获取样品的信息，实现对样品的分析和检测。
在化学领域，激光光谱技术被广泛应用于化学成分分析、反应动力学研究等方面。
例如，拉曼光谱技术可以实现对样品的非破坏性分析，能够获取样品的分子结构、化学键信息，对于化学成分的分析具有重要意义。
另外，激光诱导荧光技术可以实现对样品的高灵敏度检测，被广泛应用于药物分析、环境监测等领域。
在生物医学领域，激光光谱技术也发挥着重要作用。
例如，激光诱导击穿光谱技术可以实现对生物样品的高分辨率成像，被广泛应用于细胞生物学、组织学等领域。
另外，激光诱导荧光技术也可以用于生物标记物的检测，为生物医学研究提供重要的技术手段。
在环境领域，激光光谱技术可以实现对环境样品的快速、准确的检测。
例如，拉曼光谱技术可以实现对土壤、水质等样品的分析，为环境监测提供重要的技术支持。
另外，激光诱导荧光技术也可以用于大气污染物的监测，对于环境保护具有重要意义。
总之，激光光谱技术具有广泛的应用前景，对于化学、生物、医学、环境等领域具有重要意义。
随着技术的不断发展，相信激光光谱技术将会在更多领域发挥重要作用，为人类社会的发展做出更大的贡献。
第六章激光光谱法ppt课件
激光的特性
?方向性好
激光的散射角非常小，通常以毫弧计算。例如红宝石激光的 散射角是0.18°，氦－氖激光只有1毫弧度。因此，激光几 乎是平等准直的光束，在其传播的进程中有高度的定向性。 手电筒照明时，由于光的散射角大，远达数十米后，光散开 并形成大而暗淡的光盘。激光由于散射角小，可以准直地射 向远距离目的物。1962年，将激光发射向月球，经过近40 万公里的进程后，其散开的光斑的直径也不过只有两公里多。 利用激光的准直性进行测距，从地球到月球之间的误差不超 过1.5m。
激光光谱法的特点
?高分辨率
? 高灵敏度
? 高速
?
微区和无损分析
?
远距离遥感检测
?
连续和自动化分析
6.2 激光及激光器
6.2.1 激光的产生
1.自发辐射:自发辐射的过程与外界作用无关，
各个原于的辐射都是自发地、独立地进行的， 因而各个光子的发射方向和初位相都不相同。 此外，由于大量原子所处的激发态不尽相同， 可以发出不同频率的光，这是普通光源发光机 理。由此可见，自发辐射的光一般总不是单色 光，而且不是相干光 。
激光的应用
?军事方面： a、激光制导炸弹； b、激光热武器
?信息技术领域：
a、信息传输（激光光纤）； b、信息存储（激光刻录CD、DVD、软件）
?工业材料的加工：激光雕刻、切割、焊接
?医学领域：激光手术
激光治疗近视 激光碎石 激光美容
?天文领域：激光望远镜测天体距离
其它用途
?激光品酒
? 激光戒烟
激光的特性
?输出功率高
一般规律认为，光源在单位面积上向某一方向的单位立体 角内发射的功率，就称为光源在该方向上的亮度。激光在亮 度上的提高主要是靠光线在发射方向上的高度集中。激光的 发射角极小（一般用毫弧度表示），它几乎是高度平等准直 的光束，能实现定向集中发射。因此，激光有高亮度性。一 台高质量的巨脉冲激光器每平方厘米的输出功率可达1GW。
第五章吸收光谱技术-PPT课件
第二节 高灵敏度吸收光谱技术
一、长程吸收光谱 用多次来回反射的样品池来 增加吸收光程
I ( ) I ( ) 1
I ( ) ( 1 ) I ( ) 2
I ' ( ) I ( ) I ( ) 1 1
当腔内未放样品时，光在腔内往返一次后光强
2 I I R R exp( 2 GL ) I R exp( 2 GL ) 0 1 2 0
放置样品后，光在腔内往返一次后光强
2 2 0
I I R T exp( 2 GL ) I exp[ 2 ( GL )] 0
l n R T 反射镜和样品吸
平衡器的输出信号 I s ( )
1/2 时
( 1 ) I ( ) [ I ( ) I ( )] I ( ) ( 1 2 ) I ( )
I ( ) I ( ) I ' ( ) s 2 1
I ) I ( ) s(
腔内吸收光谱技术的灵敏度分析 类似于外腔长程吸收池，光束 将会多次通过样品池
G / G
√光要在腔内多次来回传播，
样品分子未吸收时的激光输出光强为探 测器输出的基线，当激光波长扫描到样 品分子的某个吸收峰上时，激光器的输 出光强将急剧下降
√阈值效应引起的灵敏度增强：
M
√模式竞争效应
模式竞争的结果吸收线中心的吸收强度大大增加
2
( ) : 表示分子在波长λ 处的光学吸收截面，单位为： cm
C为分子数密度，单位为:cm-3
。
二、简单吸收光谱的缺点
1 7 1 9 2 1 0 1 0 c m ( ) 的量级：强吸收，
(完整)激光拉曼光谱法讲解
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第三节激光拉曼光谱法在分子的振动中,有些振动由于偶极矩的变化表现了红外活性，能吸收红外光，从而出现了红外吸收谱带（见第二章第二节)，但有些振动却表现了拉曼活性，产生了拉曼光谱谱带．这两种方法都能提供分子振动的信息,起到相互补充的作用，采用这两种方法，可获得振动光谱的全貌．拉曼光谱是一种散射光谱。
在20世纪30年代，拉曼散射光谱曾是研究分子结构的主要手段.后来随着实验内容的深人，由于拉曼效应太弱，所以随着红外光谱的迅速发展，拉曼光谱的地位随之下降。
自1960年激光问世,并将这种新型光源引入拉曼光谱后，拉曼光谱出现了新的局面，已广泛应用于有机、无机、高分子、生物、环保等各个领域，成为重要的分析工具。
而且由于它的一些特点，如水和玻璃散射光谱极弱,因而在水溶液、气体、同位素、单晶等方面的应用具有突出的特长.近几年又发展了傅里叶变换拉曼光谱仪,使它在高分子结构研究中的作用与日俱增。
3．1基本概念3．1．1拉曼散射及拉曼位移拉曼光谱为散射光谱。
当一束频率为V0的人射光照射到气体、液体或透明晶体样品上时,绝大部分可以透过，大约有0．1％的入射光与样品分子之间发生非弹性碰撞,即在碰撞时有能量交换，这种光散射称为拉曼散射；反之,若发生弹性碰撞，即两者之间没有能量交换，这种光散射称为瑞利散射。
在拉曼散射中，若光子把一部分能量给样品分子，得到的散射光能量减少,在垂直方向测量到的散射光中,可以检测频率为（V0—△E/h)的线,称为斯托克斯(stokes）线，如图3—1所示，如果它是红外活性的话,△E/h的测量值与激发该振动的红外频率一致。
激光光谱学PPT课件PPT课件PPT学习教案
Wif
π
3 2 0
|
f
| m | i |2
( fi ) Bif ( fi )
Einstein 吸收系数 ：
Bif
π
3 2 0
|
f
| m | i |2
由Einstein关系， 自发辐射系数：
Afi
2
3 fi
3 0c3
gi gf
| f | m | i |2
2
3 fi
3 0c3 g f
S
其中： S gi | f | m | i |2 | f | m | i, m |2 ,
激光光谱学PPT课件PPT课件
会计学
1
激光光谱学参考书： 《激光光谱学原理和方法》黄世华 编著 其它参考书目： 1．《激光光谱学的基础和技术》W. Demtroder（戴姆特瑞德）著；黄潮 译 Chap. 1－3。 2．《光的量子理论》R. Loudon 著；于良 等译 Chap. 1，3，8，9。 3.《近代量子光学导论》彭金生 李高翔 著 Part. I Chap. 1，2；Part. II, Chap.1 4．《量子力学》 曾谨言 编著 Chap. 11，量子跃迁 5．《光学》 赵凯华 钟锡华 著 Chap. 2，4，5，8，9 6．《超短脉冲激光器原理及应用》 J. 赫尔曼；B. 威廉 著 Chap.1－4，8，9 7.《激光物理学》 邹英华 编著 Chap. 1，4，6－10 8．《 Laser and Electro-Optics 》Christophor C. Davis Chap. 1，2，6，23， 9.《概率论与数理统计》 10.《电动力学》 曹昌淇 著 11.《Electricity and Magnetism》Berkeley Physics Course Vol.2, E. M. Purcell Chapter. 6，7，9，10。
激光光谱技术原理及应用
激光光谱技术原理及应用
激光光谱技术是一种基于激光的光谱分析方法，它利用激光的
高亮度、单色性和方向性，结合光谱仪的高分辨率和高灵敏度，可
以实现对物质的高灵敏、高分辨的分析。
本文将从激光光谱技术的
原理入手，介绍其在不同领域的应用。
激光光谱技术的原理主要是基于激光与物质相互作用时的光谱
特性。
激光的单色性使得它的频率非常确定，因此可以用来对物质
进行精确的光谱分析。
激光光谱技术主要包括拉曼光谱、荧光光谱、吸收光谱等多种形式，每种形式都有其特定的原理和应用对象。
例如，拉曼光谱是利用激光与物质相互作用后，被散射光的频率发生
变化，从而得到物质的结构和成分信息；荧光光谱则是利用激发物
质后，其发出的荧光光谱来分析物质的性质和浓度；吸收光谱则是
利用物质对激光的吸收特性来分析其组成和浓度。
激光光谱技术在环境监测领域有着广泛的应用。
例如，利用拉
曼光谱技术可以对空气中的微小颗粒物进行在线监测，实现对大气
污染物的实时监测和分析；利用荧光光谱技术可以对水体中的有机
物质进行快速检测，实现对水质的实时监测和评估。
此外，激光光
谱技术还可以应用于地质勘探、生物医学、食品安全等领域，为相
关领域的研究和应用提供了重要的技术手段。
总之，激光光谱技术以其高灵敏度、高分辨率和非破坏性等特点，已经成为现代光谱分析领域的重要技术手段。
随着激光技术的不断发展和完善，激光光谱技术将在更多领域得到广泛应用，为相关领域的研究和应用带来更多的可能性和机遇。
激光吸收光谱技术PPT课件
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什么是吸收线强
配分函数
普朗克常数
跃 迁 对 应 的 低能级 能量
波数 cm-1
S(T ) S
T0
Q T0 QT
T0 T
e
hcE k
1 T
1 T0
hc0
1 e kT
hc0
1 e kT0
K e l v in 温 度
波尔兹曼常数
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什么是吸收系数α(υ)
第一节 基本吸收光谱技术 第二节 高灵敏度吸收光谱技术 第三节 耦合双共振与快速吸收光谱技术 第四节 外场扫描吸收光谱技术 第五节 光声与光热光谱技术
1
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第一节 基本吸收光谱技术
1. Beer定律 当一束光穿过某种介质时，介质分子要对光产生吸
收。为了获得某种分子在某个波段上的吸收光谱，通常 采用一个发射连续谱的光源，通过透镜L1将光源发出的 光变成平行光束，然后通过充满该分子的吸收池，透射 光束经会聚透镜L2会聚到光谱仪(单色仪)的入口狭缝。
表 示 单 位 路 程上吸 收系数
dI ()Idl
当α(υ)为与光强无关的常数时，这种线性吸收(dI∝I)称为朗伯比尔(Lambert – Beer)定律。
初始光强
I() / I0 exp[()L]
5
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光谱的形成：
I() I0 exp[()L]
6
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在光谱工作中，吸收系数α(υ)是一个重要得测量参数， 由Beer定律可知，它可由吸收光程L与测量透过样品的 光强IT(υ)来计算
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波长调制吸收光谱技术
函数发生器产生的数十Hz的线性扫描与数十kHz频率υm的正弦 迭加信号，注入进二极管激光器，产生波长调制光谱。
激光光谱技术和应用 课件
绪论
为什么要研究光谱？
光谱是从微观角度研究物质世界的一种重要手段；光谱学是研 究物质和电磁波相互作用的科学。
光谱从何而来？
每一种分子、原子都有它固有的频谱特性。对物质结构的表征 和研究也都依赖于光谱学。
什么是激光光谱
1960年，第一台红宝石激光器的 问世，成为光谱学发展的新纪元。
2. 多原子分子中的能级跃迁
多原子分子的能级的数目随分子中原子数的增加变得非常之多， 因此具有很多复杂的能级结构。它们的谱线不再有线系的外观， 也没有规整的吸收轮廓线。
在受到光激发之后，分子 跃迁到单重电子激发态的 某个振动能级上。处于高 能级的分子基本通过辐射 的、非辐射的或振动弛豫 三条途径耗散其能量。
处于能级2的自发辐射寿命为 2 1 A21
2. 受激发射和吸收过程
与自发辐射不同，受激发射是在外 界辐射场的激发下发生的发射过程。
W 21B 21
吸收是与受激发射相反的过程。
W 12B 12
3. 爱因斯坦跃迁系数间的关系
原子因吸收辐射场能量从低能 级跃迁到高能级。
平面电磁波的能流密度（单位时间
流过单位面积的能量），即坡印廷
矢量S.
SEH r10r0n crrn
光强 I
I c nr
电磁场的动量
当电磁波照射到金属表 面时，导体会受到辐射 压力，电场分量产生传 导电流 j，磁场分量对该 电流施加洛伦兹力 f。
f jB 方向与电磁波传播方向一致。
3. 等离子体的光谱发射机制 等离子体是原子分子集团处 于高度电离的状态，它是物 质存在的第四种形式。
在等离子体的高温与高度电 离的状态下，原子的发射光 谱具有许多新的特点。
吸收光谱法ppt课件
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• ε是吸光物质在一定波长下的特征常数，反映该吸光物
质的灵敏度；
• ε值越大，表示该吸光物质对此波长光的吸收能力越强，
显色反应越灵敏；
• 在最大吸收波长处的摩尔吸光系数常以εmax表示；
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铁（Ⅱ）浓度为5.0×10-4 g·L-1 的溶液，与邻二氮菲以1：3 的计量比生成橙色络合物。该配合物在波长508nm，比色
作用：将光信号转换为电信号，并放大。 光电管，光电倍增管，光电二极管，光导摄像管
信号输出 表头、记录仪、屏幕、数字显示
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722型分光光度计
1. 光源：钨卤素灯－12V、30W 2. 波长范围：330～800nm 3. 分光元件：光栅，1200线/mm 4. 检测器： 端窗式G1030光电管
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光学光谱区
3
单色光
单一波长的光
复合光
由不同波长的光组合而成的光
光的互补
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，
蓝绿 绿蓝
绿 黄绿 黄
橙
就称这两种单色光为互补色光，
这种现象称为光的互补。
蓝 紫 紫红
红
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4
不同颜色的可见光波长及其互补光
/nm
400 ～ 450
ε=Ma =596.48×17.8=1.06×104 L·mol-1·cm-1
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三、吸光度的加和性
溶液中含有对某一波长的光产生吸收的多种物质，那么
溶液的总吸光度等于溶液中各个吸光物质的吸光度之和，
A1 = 1bc1 A2 = 2bc2 A = 1bc1+ 2bc2
激光光谱
激光光谱laser spectra以激光为光源的光谱技术。
与普通光源相比，激光光源具有单色性好、亮度高、方向性强和相干性强等特点，是用来研究光与物质的相互作用，从而辨认物质及其所在体系的结构、组成、状态及其变化的理想光源。
激光的出现使原有的光谱技术在灵敏度和分辨率方面得到很大的改善。
由于已能获得强度极高、脉冲宽度极窄的激光，对多光子过程、非线性光化学过程以及分子被激发后的弛豫过程的观察成为可能，并分别发展成为新的光谱技术。
激光光谱学已成为与物理学、化学、生物学及材料科学等密切相关的研究领域。
可调（谐）激光光源实际上是一台可调谐激光器，又称波长可变激光器或调频激光器。
它所发出的激光，波长可连续改变，是理想的光谱研究用光源，可调激光器的波长范围在真空紫外的118.8纳米至微波的8.3毫米之间。
可调激光器分为连续波和脉冲两种，脉冲激光的单色性比一般光源好，但其线宽不能低于脉宽的倒数值，分辨率较低。
用连续波激光器作光源时，分辨率可达到10-9（线宽＜1兆赫）。
常见的激光光谱包括以下几种：①吸收光谱。
激光用于吸收光谱，可取代普通光源，省去单色器或分光装置。
激光的强度高，足以抑制检测器的噪声干扰，激光的准直性有利于采用往复式光路设计，以增加光束通过样品池的次数。
所有这些特点均可提高光谱仪的检测灵敏度。
除去通过测量光束经过样品池后的衰减率的方法对样品中待测成分进行分析外，由于激光与基质作用后产生的热效应或电离效应也较易检测到，以此为基础发展而成的光声光谱分析技术和激光诱导荧光光谱分析技术已获得应用。
利用激光诱导荧光、光致电离和分子束光谱技术的配合，已能有选择地检测出单个原子的存在。
②荧光光谱。
高强度激光能够使吸收物种中相当数量的分子提升到激发量子态。
因此极大地提高了荧光光谱的灵敏度。
以激光为光源的荧光光谱适用于超低浓度样品的检测，例如用氮分子激光泵浦的可调染料激光器对荧光素钠的单脉冲检测限已达到10-10摩尔／升，比用普通光源得到的最高灵敏度提高了一个数量级。