光学分析法
光学分析法导论全
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
光学分析法导论
第二节 光学分析法旳分类
二、光谱法
2）按电磁辐射本质分类
原子光谱（涉及离子光谱）——由原子或离子外层电子 旳跃迁产生，具有明显 旳线光谱特征
分子光谱——由分子中电子能级及分子旳振动、转动能 级旳跃迁产生，大多具有带光谱特征
第二节 光学分析法旳分类
二、光谱法
3）按辐射能传递方式分类 发射光谱——处于激发态旳原子分子或离子由高 能级跃迁回低能级或基态发射出相应旳光谱
第三节 原子光谱和分子光谱
一、原子光谱
主量子数( n )：描述核外电子是在那个电子壳层上运动。 n = 1、 2、 3、 4、 5、 6、7、••••••••
符号 K、L、M、N、O、P、Q、••••••••
角量子数( l )：描述核外电子云旳形状。
l = 0、1、 2、 3、 4、••••••••
第三节 原子光谱和分子光谱
一、原子光谱
主量子数(n)：
n =1、 2、 3、 4、 5、 6、7、••••••••
总角量子数(L)：
L= l,
对于2个价电子： L = ( l1+ l2)、 ( l1+ l2-1)、•••、 ( l1- l2)
总自旋量子数(S)：对于N个价电子：N/2, N /2 -1, N /2 -2,..,1/2,0
>2.5*105
X一射线 0.005-10nm 2.5*105 -1.2*102
高能辐射区
远紫外 10200nm 1.2*102-6.2
近紫外 200
可见光 400
近红外 0.782.5
中红外 2.550
远红外 501000m 2.5*10-2-1.2*10-4
中能辐射区
微波 0.1100cm 1.2*10-4-1.2*10-7
光学分析法---分子光谱分析法光学分析法---概述
激光光源
激光光源具有单色性好，方向性强，高亮度及 相干性好等特点。可以大大提高光谱分析的灵 敏度和分辨率。常用的激光器有气体激光器、 固体激光器、染料激光器及半导体激光器。 作为一种新型光源应用于Raman光谱、荧光光 谱、发射光谱、Fourier变换红外光谱等领域。 气体激光器：如氦氖激光器(632.8nm)和氩离 子激光器(514.5nm,488.0nm) 固体激光器：红宝石（掺Cr3+的Al2O3）激光器 (694.3nm)和Nd:YAG(掺钕的钇铝石榴石)激光 器(1064nm)
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棱镜单色器
棱镜单色器使用棱镜为分光元件。棱镜的作用是把 复合光分解为单色光。由于不同波长的光在同一介 质中具有不同的折射率，波长短的光折射率大，波 长长的光折射率小。因此，平行光经色散后按波长 顺序分解为不同波长的光，经聚焦后在焦面的不同 位置成像，得到按波长展开的光谱。 在400nm ~ 800nm波长范围内，玻璃棱镜比石英棱 镜的色散率大。使用玻璃棱镜更合适。但在200nm ~ 400nm的波长范围内，由于玻璃强烈地吸收紫外 光，无法采用，故只能采用石英棱镜。 由于介质材料的折射率n与入射光的波长有关，因 此棱镜给出的光谱与波长有关，是非均排光谱。
3
原子能级和分子能级
2p 分子的电子能级 2s 分子振动
1s
原子能级
分子能级
分子转动
4
光谱分析法分类
吸收光谱、发射光谱和荧光光谱 电磁波谱与跃迁能量 原子光谱和分子光谱 常用的光学分析法
5
发射光谱法和吸收光谱法
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M* ，当从 激发态过渡到低能态或基态时产生发射光谱。 M* M + hv 通过测量物质的发射光谱的波长和强度进行定性 和定量分析的方法叫做发射光谱分析法。 当物质所吸收的电磁辐射能与该物质的原子核、 原子或分子的两个能级间跃迁所需的能量满足△E = hv的关系时，将产生吸收光谱。 M + hv M* 通过测量物质的吸收光谱的波长和强度进行定性 和定量分析的方法叫做吸收光谱分析法。
光学分析法资料
光学分析法是利用待测定组分所显示出的吸收光谱或发射光谱，既包括原子光谱也包括分子光谱。
利用被测定组分中的分子所产生的吸收光谱的分析方法，即通常所说的可见与紫外分光光度法、红外光谱法；利用其发射光谱的分析方法，常见的有荧光光度法。
利用被测定组分中的原子吸收光谱的分析方法，即原子吸收法；利用被测定组分的发射光谱的分析方法，包括发射光谱分析法、原子荧光法、X射线原子荧光法、质子荧光法等。
（一）比色法分光光度法的前身是比色法。
比色分析法有着很长的历史。
1830年左右，四氨络铜离子的深蓝色就被用于铜的测定。
奈斯勒的氨测定法起源于1852年，大约在同一年，硫氰酸盐被用来分析铁。
1869年，舍恩报道说钛盐与过氧化氢反应会产生黄色，1882年，韦勒（Weller）将此黄色反应改进成一种钛的比色法。
钒也能与过氧化物发生类似的反应，生成一种橙色络合物。
1912年，梅勒一方面利用1908年芬顿发现的一个反应（二羟基马来酸与钛反应呈橙黄色，与钒反应无此色），另一方面利用与过氧化物的反应，得出了一种钛和钒这两种元素的比色测定法。
吸收光度分析法提供了非化学计量法的一个很好例子。
有色化合物的光吸收强弱随着所用辐射波长的大小而变化。
因此早期的比色法主要凭经验将未知物与浓度近似相等的标准溶液进行对比。
比如象奈斯勒在氨测定法中所作的比较。
比色剂，如杜波斯克比色计，是通过改变透光溶液的厚度和利用比尔定律，来对未知物的颜色与标准液的浓度进行对比的，这种仪器并不适用于所有的有色物质，它充其量也不过经验程度很高罢了。
1729年，P·布古厄（Bouguer）观察到入射光被介质吸收的多少与介质的厚度成正比。
这后来又被J·H·兰贝特（Lambert，1728—1777）所发现，他对单色光吸收所作的论述得到了下列关系式：上式中I是通过厚度为x的介质的光密度，a是吸收系数。
利用边界条件x=0时，I=I0，积分得到：I=I0e-ax1852年，A·比尔（Beer）证实，许多溶液的吸收系数a是与溶质的浓度C成正比的。
光学分析法
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。
光学分析法的原理及应用
光学分析法的原理及应用1. 原理光学分析法是一种利用光的性质进行分析的方法。
它基于光的吸收、散射、发射等现象，通过对光的测量和分析来获得样品的信息。
下面将介绍几种常见的光学分析法及其原理。
1.1 吸收光谱分析法吸收光谱分析法是通过样品对特定波长的光进行吸收来分析样品的成分或浓度。
当光经过样品时，样品中的物质会吸收光的能量，吸收的程度与物质的浓度成正比。
通过测量光的透射率或吸光度，可以推断样品中各组分的浓度。
1.2 散射光谱分析法散射光谱分析法是通过样品对入射光产生的散射进行分析。
样品中的微粒会散射光线，散射光的强度和颜色与样品中微粒的特性相关。
通过测量散射光的强度和角度分布，可以研究样品的颗粒大小、浓度和形态等信息。
1.3 发射光谱分析法发射光谱分析法是通过样品受激后发射出的光来分析样品的成分或性质。
当样品受到外部激发光的作用，其内部的原子或分子会跃迁到激发态，并发射出特定波长的光。
通过测量发射光的强度和波长，可以确定样品中的元素或化合物的存在及其浓度。
2. 应用光学分析法在许多领域都有广泛的应用，下面列举几个常见的应用。
2.1 环境监测光学分析法可以用于环境监测中的大气污染分析、水质监测等。
通过测量样品中特定波长的光的吸收或散射，可以分析出大气中的气体浓度、水中的溶解物浓度等信息，为环境保护和治理提供科学依据。
2.2 生物医学光学分析法在生物医学领域中有广泛的应用，例如荧光显微镜、光声成像等。
通过测量样品发射的荧光信号或受到激光激发后的声波信号，可以获得生物样品的形态、结构和功能信息，从而应用于细胞生物学、病理学等领域的研究和诊断。
2.3 食品安全光学分析法可以用于食品安全领域的污染物检测和成分分析。
例如，通过测量食品中特定波长光的吸收或散射来检测农药、重金属等的残留量，或者分析食品的营养成分和品质。
2.4 材料科学光学分析法在材料科学中也有广泛的应用，例如红外光谱分析、拉曼光谱分析等。
通过测量样品对不同波长或频率光的吸收、散射或发射，可以研究材料的结构、性质和组成，从而指导材料的设计、合成和应用。
《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
的二次辐射。
3. 分子荧光和磷光光谱法
物质分子受辐射激发后其外层电子由基态跃迁
到激发态，当它们返回基态时，以辐射的形式
释放出能量。
4. 化学发光分析
在一些特殊的化学反应中，由于吸收了反应 所释放出的化学能而处于电子激发态的反应
中间体或反应产物，由激发态回到基态时所
产生的一种光辐射。
光学分析法
非光谱分析法 光谱分析法
物质受到激发而跃迁
到激发态后，由激发态回到基态时以辐射的 方式释放能量。
X →X
X→ X+h
(二) 不发生能级跃迁
折射和反射 当光从介质 1 照射到介质 2 界面时，一
部分光返回介质1，称为光的反射，另一部分光则改变
方向，以一定折射角度进入介质2，称为光的折射。 干涉和衍射 在一定条件下光波会相互作用。当叠
光谱法和散射光谱法。
吸收光谱 (absorption spectrum)
吸 光 度 (A)
1
1
(nm)
1 2 3 4 5 6 … n
光谱的不同形式
带状光谱
nm
线状光谱
连续光谱：由炽热的固体或液体发射。
太阳连续光谱
2.非光谱法
不涉及物质内部能级的跃迁，
仅通过测量电磁辐射的某些基本性质反射、 折射、干涉、衍射和偏振)的变化, 主要有折
(1)吸收池:比色皿(如紫外-可见分光光度法)、 透明片(如红外分光光度法)等 (2) 特殊装置:雾化器(如原子吸收分光光度法)
等
4. 检测器
(1) 光检测器 硒光电池、光电二极管、光电倍增管、硅二极 管阵列检测器、半导体检测器等 (2) 热检测器 真空热电偶检测器、热释电检测器等
光学分析法概要
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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%
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（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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（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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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
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。
光学分析法概述
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-第2章 光学分析法导论
·电子能级变化时，必然伴随着振动能级的变化，振 动能级的变化又伴随转动能级的变化，因此，分子光谱 不是线状光谱，而是带状光谱。
λ =1 / σ
c：光速 (2.9979×1010 cm ·s-1)；λ：波长(cm)； ν：频率(Hz或s-1)；σ：波数(cm-1) ； E ：能量(ev或J)； h：普朗克常数6.6256 ×10-34J ·s或４.136 ×10-15ev.s
二、电磁波谱
电磁辐射按照波长(或频率、波数、能量)大小的顺序排列.
如： 钠原子的光谱项符号 32S1/2；
表示钠原子的电子处于n=3，M =2(S = 1/2)，L =0，
J = 1/2 的能级状态（基态能级）；
接下一页
电子的多重态
h +
单重态 （自旋配对）
电子跃迁
激发单重态 （自旋 配对）
h +
单重态
电子跃迁 和 自旋翻转
（自旋配对）
三重态 （自旋 平行）
返回
3. △J = 0、±1 但当J=0时，△J =0跃迁是禁戒的。 4. △S = 0 即单重态只跃迁到单重态，三重态只跃迁到三重
态。不同多重态之间的跃迁是禁阻的。
符合以上条件的跃迁，跃迁概率大，谱线较强．不符合 光谱选择定则的跃迁叫禁戒跃迁，禁阻跃迁强度很弱。 若两光谱项之间为禁戒跃迁，处于较高能级的原子具有较长 的寿命，原子的这种状态称为亚稳态。
吸收光谱法
原紫红核 子外外磁 吸可可共 收见见振
光谱分析法
分子光谱法
发射光谱法
原原分分 X 化
子
子
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
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
光学分析方法导论
光学分析方法导论光学分析方法是现代分析化学中重要的一个分支，主要利用光的性质进行样品的分析和测量。
光学分析方法广泛应用于食品、环境、药物、化工等领域，具有灵敏度高、分析速度快、非破坏性等优点，因此在实际应用中得到了广泛的应用。
光学分析方法的基本原理是利用光与物质之间的相互作用进行样品的分析。
光信号的检测主要包括吸收、散射、发射、干涉等多种形式，根据这些信号的变化可以推断出样品中所含有的物质种类和含量。
光学分析方法的主要手段包括光吸收光谱法、光散射光谱法、荧光光谱法、拉曼光谱法等。
光吸收光谱法是光学分析方法中最常见的一种方法。
它利用物质对特定波长的光的吸收进行分析。
当光通过样品时，被样品吸收的光将减弱，而通过样品的光则变强。
通过测量样品吸收光的减弱程度，可以得到样品中所含物质的浓度。
常见的光吸收光谱法有紫外可见吸收光谱法、红外吸收光谱法等。
光散射光谱法是另一种常用的光学分析方法。
它利用光在物质中的散射进行分析。
光散射光谱法是一种非常灵敏的方法，可以用来分析微小颗粒的大小、浓度等。
光散射现象在日常生活中也常见，比如我们能够看到空气中的尘埃颗粒是因为光被尘埃颗粒散射而进入我们的眼睛。
荧光光谱法是通过激发物质中的分子或原子使其发生荧光现象，并通过测量荧光光的强度和波长来进行分析。
荧光光谱法具有高灵敏度、高选择性和高时效性的特点，广泛用于分析荧光染料、生物标记物等。
荧光光谱法也被广泛应用于生物医学领域，如生物荧光成像等。
拉曼光谱法是一种利用光与物质相互作用的分析方法。
与光吸收光谱法不同的是，拉曼光谱法主要是通过测量样品散射光中的拉曼散射光谱来进行分析。
拉曼光谱在分析物质分子结构、成分分析等领域具有广泛的应用。
光学分析方法在实际应用中具有许多优点。
首先，光学分析方法的灵敏度非常高，可以进行非常低浓度的物质分析。
其次，光学分析方法非常快速，可以在短时间内得到分析结果。
此外，光学分析方法还具有非破坏性的特点，可以对样品进行非破坏性分析，适用于需要保护样品完整性的领域。
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1．光量子的能量正比于辐射的 ( Ａ )Ａ．频率 Ｂ．波长 Ｃ．波数 Ｄ．周期2．原子发射光谱的产生是由于 （ Ｂ）Ａ．原子的次外层电子在不同能态间跃迁Ｂ．原子的外层电子在不同能态间跃迁Ｃ．原子外层电子的振动和转动Ｄ．原子核的振动3．在原子吸收分析中, 过大的灯电流除了产生光谱干扰外, 还使发射共振线的谱线轮廓变宽. 这种变宽属于 ( Ｄ )Ａ．自然变宽 Ｂ．压力变宽Ｃ．场致变宽 Ｄ．多普勒变宽(热变宽)4．原子吸收法测定钙时, 加入EDTA 是为了消除下述哪种物质的干扰? ( Ｂ )Ａ．盐酸 Ｂ．磷酸 Ｃ．钠 Ｄ．镁5．在原子吸收分析中，如灯中有连续背景发射，宜采用 ( Ｂ )Ａ．减小狭缝 Ｂ．用纯度较高的单元素灯Ｃ．另选测定波长 Ｄ．用化学方法分离6．在原子吸收分析中, 有两份含某元素M 的浓度相同的溶液1 和溶液2 , 在下列哪种情况下, 两份溶液的吸光度一样？ ( Ｃ )Ａ．溶液2的粘度比溶液1大Ｂ．除M 外溶液2中还含表面活性剂Ｃ．除M 外溶液2中还含10mg/mL KClＤ．除M 外溶液2中还含1mol/L NaCl 溶液7．下列化合物中λmax 最大的是 （ A ）8．一种能作为色散型红外光谱仪色散元件的材料为 ( Ｃ )Ａ．玻璃 Ｂ．石英 Ｃ．卤化物晶体 Ｄ．有机玻璃9．下列是原子质量数与原子序数的几种组合,使原子核的自旋角动量为零的组合是 （D ）A ．奇数, 奇数B ．奇数, 偶数C ．偶数, 奇数D ．偶数, 偶数10．非色散型原子荧光光谱仪、原子发射光电直读光谱仪和原子吸收光谱仪的相同部件是 ( Ａ )Ａ．检测器 Ｂ．单色器 Ｃ．原子化器 Ｄ．光源11．下列哪些元素于酸性介质中，在还原剂(硼氢化钠，金属锌等)的作用下、可生成易挥发的氢化物．而进入等离子体光源进行蒸发和激发? （ B ）A ．FeB ．GeC ．MoD ．W12．在原子吸收分析法中, 被测定元素的灵敏度、准确度在很大程度上取决于( Ｃ )Ａ．空心阴极灯 Ｂ．火焰Ｃ．原子化系统 Ｄ．分光系统13．在原子吸收分光光度计中，目前常用的光源是 ( Ｂ )Ａ．火焰 Ｂ．空心阴极灯 Ｃ．氙灯 Ｄ．交流电弧14．若原子吸收的定量方法为标准加入法时, 消除了下列哪种干扰？ ( Ｄ )Ａ．分子吸收 Ｂ．背景吸收 Ｃ．光散射 Ｄ．基体效应15．原子吸收光谱仪与原子发射光谱仪在结构上的不同之处是 ( Ａ )A.CH CH 2B.CH 2CHC.CH 3H 3C D.CH 3H 3CＡ．原子化器Ｂ．单色器Ｃ．光电倍增管Ｄ．透镜16．某化合物在乙醇中的λmax＝240nm，εmax＝13000L/(moL·cm)，则该UV－VIS吸收谱带的跃迁类型是（Ｃ）Ａ．n→σ* Ｂ．n→π* Ｃ．π→π* Ｄ．σ→σ*17．在红外光谱分析中，用KBr制作为试样池，这是因为( Ｃ) Ａ．KBr 晶体在4000～400cm-1范围内不会散射红外光Ｂ．KBr 在4000～400 cm-1范围内有良好的红外光吸收特性Ｃ．KBr 在4000～400 cm-1范围内无红外光吸收Ｄ．在4000～400 cm-1范围内，KBr对红外无反射18．化合物CHCl2CH2CCl3在1HNMR谱图上出现的数据是( D )(b) (a)A．2组单峰B．3组单峰C．2组峰: a三重峰, 高场; b三重峰, 较低场D．2组峰: a二重峰, 高场; b三重峰, 较低场19．在荧光光谱中, 测量时, 通常检测系统与入射光的夹角呈( Ｃ) Ａ．180°Ｂ．120°Ｃ．90°Ｄ．45°20．下列哪个因素与平面光栅的分辨率有关?（B）A．波长B．光栅刻线总数(N)Ｃ．光栅常数Ｄ．光轴与感光板之间的夹角21．已知原子吸收光谱计狭缝宽度为0.5mm 时，狭缝的光谱通带为1.3nm，所以该仪器的单色器的倒线色散率为( Ａ)Ａ．每毫米 2.6nmＢ．每毫米0.38nmＣ．每毫米26nmＤ．每毫米3.8nm22．在电热原子吸收分析中, 多利用氘灯或塞曼效应进行背景扣除, 扣除的背景主要是( Ａ)Ａ．原子化器中分子对共振线的吸收Ｂ．原子化器中干扰原子对共振线的吸收Ｃ．空心阴极灯发出的非吸收线的辐射Ｄ．火焰发射干扰23．在原子吸收分析的理论中, 用峰值吸收代替积分吸收的基本条件之一是( Ａ) Ａ．光源发射线的半宽度要比吸收线的半宽度小得多Ｂ．光源发射线的半宽度要与吸收线的半宽度相当Ｃ．吸收线的半宽度要比光源发射线的半宽度小得多Ｄ．单色器能分辨出发射谱线, 即单色器必须有很高的分辨率24．原子吸收分析中, 有时浓度范围合适, 光源发射线强度也很高, 测量噪音也小,但测得的校正曲线却向浓度轴弯曲, 除了其它因素外, 下列哪种情况最有可能是直接原因?( Ｃ)Ａ．使用的是贫燃火焰Ｂ．溶液流速太大Ｃ．共振线附近有非吸收线发射Ｄ．试样中有干扰25．在分光光度分析中，常出现工作曲线不过原点的情况。
下列说法中不会引起这一现象的是（C）A．测量和参比溶液所用吸收池不对称；B．参比溶液选择不当C．显色反应的灵敏度太低D．显色反应的检测下限太高。
26．某一化合物在紫外光区270nm处有一弱吸收带，在红外光谱的官能团区有如下吸收峰；2700cm-1~2900cm-1双峰，1725cm-1。
则该化合物可能是（A）A．醛B．酮C．羧酸D．酯27．化合物ClCH2CH2Cl，四个质子属磁全同，其NMR图为（C ）A．两个三重峰B．五重峰C．一重峰D．四重峰28．可以概述三种原子光谱(吸收、发射、荧光)产生机理的是( Ｃ) Ａ．能量使气态原子外层电子产生发射光谱Ｂ．辐射能使气态基态原子外层电子产生跃迁Ｃ．能量与气态原子外层电子相互作用Ｄ．辐射能使原子内层电子产生跃迁29．摄谱法中，感光板上的光谱，波长每10 nm的间隔距离，在用光栅单色器时是（Ｄ）Ａ．随波长减少而增大Ｂ．随波长增大而增加Ｃ．随波长减少而减少Ｄ．几乎不随波长变化30．原子吸收分析对光源进行调制, 主要是为了消除( Ｂ) Ａ．光源透射光的干扰Ｂ．原子化器火焰的干扰Ｃ．背景干扰Ｄ．物理干扰31．与火焰原子吸收法相比, 无火焰原子吸收法的重要优点为( Ｂ) Ａ．谱线干扰小Ｂ．试样用量少Ｃ．背景干扰小Ｄ．重现性好32．原子化器的主要作用是( Ａ) Ａ．将试样中待测元素转化为基态原子Ｂ．将试样中待测元素转化为激发态原子Ｃ．将试样中待测元素转化为中性分子Ｄ．将试样中待测元素转化为离子33．原子吸收线的劳伦茨变宽是基于( Ｂ)Ａ．原子的热运动Ｂ．原子与其它种类气体粒子的碰撞Ｃ．原子与同类气体粒子的碰撞Ｄ．外部电场对原子的影响34．双波长分光光度计与单波长分光光度计的主要区别在于（D）A．光源的种类B．检测器的个数Ｃ．吸收他的个数D．使用的单色器的个数35．某一化合物在紫外光区204nm处有一弱吸收带，在红外光谱的官能团区有如下吸收峰3300cm-1~2500cm-1宽而强的吸收，还有1710cm-1。
该化合物可能为（C）A．醛B．酮C．羧酸D．酯36．用下列哪一个或几个参数可以确定分子中基团的连接关系?（D）A．化学位移B．偶合常数Ｃ．偶合裂分数D．(B)和(C)37．下列哪个因素对棱镜摄谱仪与光栅摄谱仪的色散率均有影响？( Ｄ) Ａ．材料本身的色散率Ｂ．光轴与感光板之间的夹角Ｃ．光线的入射角Ｄ．暗箱物镜的焦距38．下述哪种光谱法是基于发射原理？（B）A．红外光谱法B．荧光光度法C．分光光度法D．核磁共振波谱法39．原子吸收线的多普勒变宽是基于( A)A．原子的热运动B．原子与其它种类气体粒子的碰撞C．原子与同类气体粒子的碰撞D．外部电场对原子的影响40．在原子吸收分析中, 如怀疑存在化学干扰, 例如采取下列一些补救措施,指出哪种措施是不适当的( Ｄ)Ａ．加入释放剂Ｂ．加入保护剂Ｃ．提高火焰温度Ｄ．改变光谱通带41．在火焰原子吸收分析中, 分析灵敏度低, 研究发现是在火焰中有氧化物粒子形成, 于是采取下面一些措施, 指出哪种措施是不适当的( Ｄ)Ａ．提高火焰温度Ｂ．加入保护剂Ｃ．改变助燃比使成为富燃火焰Ｄ．预先分离干扰物质42．在原子吸收分析中, 由于某元素含量太高, 已进行了适当的稀释, 但由于浓度高,测量结果仍偏离校正曲线, 要改变这种情况, 下列哪种方法可能是最有效的？( Ａ)Ａ．将分析线改用非共振线Ｂ．继续稀释到能测量为止Ｃ．改变标准系列浓度Ｄ．缩小读数标尺43．双波长分光光度计的输出信号是（B）A．试样吸收与参比吸收之差B．试样λ1和λ2吸收之差Ｃ．试样在λ1和λ2吸收之和D．试样在λ1的吸收与参比在λ2的吸收之和44．某一化合物在紫外光区未见吸收带，在红外光谱的官能团区有如下吸收峰：3000 cm-1左右，1650 cm-1，则该化合物可能是（B）A．芳香族化合物B．烯烃C．醇D．酮45．下列试剂可用于NMR的样品处理的是（ B ）（1）四氯化碳(2)H2O （3）二硫化碳（4）CHCl3A．（1）（4）（3）B．（1）（3）C．（3）D．全部可以46．对原子发射光谱法比对原子荧光光谱法影响更严重的因素是( Ｄ) Ａ．粒子的浓度Ｂ．杂散光Ｃ．化学干扰Ｄ．光谱线干扰47．摄谱法中，感光板上的光谱，波长每10 nm的间隔距离，在用石英棱镜为单色器时（Ａ）Ａ．随波长减少而增大Ｂ．随波长增大而增加Ｃ．随波长减少而减少Ｄ．几乎不随波长变化48．在原子吸收光谱法分析中, 能使吸光度值增加而产生正误差的干扰因素是( Ｄ) Ａ．物理干扰Ｂ．化学干扰Ｃ．电离干扰Ｄ．背景干扰49．空心阴极灯内充的气体是( Ｄ)Ａ．大量的空气Ｂ．大量的氖或氩等惰性气体Ｃ．少量的空气Ｄ．少量的氖或氩等惰性气体50．在石墨炉原子化器中, 应采用下列哪种气体作为保护气？ ( Ｂ ) Ａ．乙炔Ｂ．氩Ｃ．氧化亚氮Ｄ．氢51．原子吸收分析法测定铷(Rb)时，加入1％钠盐溶液其作用是（Ｃ）Ａ．减少背景Ｂ．提高火焰温度Ｃ．减少Rb电离Ｄ．提高Rb+的浓度52．在紫外可见分光光度计中．用于紫外波段的光源是（C）A．钨灯B．卤钨灯C．氘灯D．能斯特光源53．某一化合物在紫外光区未见吸收带，在红外光谱的官能团区3400 cm-1一3200 cm-1有宽而强的吸收带，则该化合物最可能是（C）A．羧酸B．伯胺C．醇D．醚54．在磁场强度保持恒定，而加速电压逐渐增加的质谱仪中，试样中哪一种离子首先通过固定的收集器狭缝?（A）A．质荷比最高的正离子B．质荷比最低的正离子Ｃ．质量最大的正离子D．质量最小的正离子55．下列哪一项是发射光谱分析不能解决的?（C）A．微量及痕量元素分析B．具有高的灵敏度C．测定元素存在状态D．选择性好，互相干扰少56．下述哪一条是原子吸收光谱与原子荧光光谱在产生原理上的共同点?（B）A．气态基态原子外层电子对共振线的吸收B．辐射能与气态基态原子外层电子的相互作用Ｃ．辐射能与气态原子外层电子产生的辐射；D．辐射能与原子内层电子产生的跃迁57．对原子吸收分光光度分析做出重大贡献，解决了测量原子吸收的困难，建立了原子吸收光谱分析法的科学家是（C）A．R．Bunren（本生）B．W．H．Wollarten（伍朗斯顿）C．A．Walsh（华尔希）D．G．Kirchhoff（克希荷夫）58．空心阴极灯中对发射线宽度影响最大的因素（Ｃ）Ａ．阴极材料Ｂ．填充气体Ｃ．灯电流Ｄ．阳极材料59．单道单光束型与单道双光束型原子吸收光度计的区别在于（D）A．光源B．原于化器C．检测器D．切光器60．用原子吸收光度法测定铷时．加入1％的钠盐溶液，其作用是（C）A．减小背景B．释放剂Ｃ．消电离剂D．提高火馅温度61．下列含有杂原子的饱和有机化合物均有n-δ*电子跃迁。