仪器分析课件光学分析法导论
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仪器分析光学分析法导论
电磁辐射具有波动性和微粒性（波粒二象性）： （1） 光的波动性： 光的传播如光的折射、衍射、偏振和干扰等现象可以用光的波动性来解释。 描述波动性的重要参数是波长、频率和光速C，它们的关系是 ：
＝C ∕
波动性
波长
频率
c光速＝2.9979×108m·s-1 ＝2.9979×1010cm·s-1
分子荧光分析法 某些物质被紫外光照射激发后，在回到基态的过程中发射出比原激发波长更长的荧光，通过测量荧光强度进行定量分析的方法。
3.原子荧光分析法
原子受高能辐射，其内层电子发生能级跃迁，发射出特征X射线（ X射线荧光），测定其强度可进行定量分析。
6.X射线荧光分析法
利用化学反应提供能量，使待测分子被激发，返回基态时发出一定波长的光，依据其强度与待测物浓度之间的线性关系进行定量分析的方法。
三、光分析法分类 type of optical analysis
光分析法可分为光谱法和非光谱法两大类。 光谱法是以光的吸收，发射和拉曼散射等作用而建立的光谱方法。这类方法比较多，是主要的光分析方法。 １．光谱法 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、吸收或散射辐射的波长和强度进行分析的方法。 １）吸收光谱法：它是利用物质吸收光后所产生的吸收光谱来进行分析的方法。 ２）发光光谱法：物质中的粒子用一定的能量（如光、电、热等）激发到高能级后，当跃迁回低能级时，便产生出特征的发射光谱，利用此发射光谱进行的分析的方法 ３）散射光谱法：利用物质对光的散射来进行分析的方法。
三、物质和光的作用
2、物质吸收和发光的过程示意图
不发光，发热
发光，波长最短，不发热
发光，波长最长，发热
发光，波长变长，发热
《仪器分析》课程PPT课件
π→π* trasnsition: red shift with the increase in the solvent polarity
.
8
例题3： 在下列化合物中，哪一个的摩尔吸光系数最大？ （1）乙烯；（2）1,3,5-已三烯；（3）1,3-丁二烯
例题4： 下列化合物中哪一个的λmax 最长？ （1）CH4；（2）CH3I；（3）CH2I2
0.463 7 .6 4140 cCo 5.5 213c 0Ni
0.371 4 .2 413c 01.7 5140 c
Co
Ni
.
13
第四章 原子吸收分光光度法
第二节：基本原理 第三节：AAS分光光度计 第四节：分析技术 第五节：干扰和消除
.
14
一. 基本原理
例6：原子谱线变宽的主要因素有哪些？对原子吸收 光谱分析有什么影响？
N=16(tR/W)2 =5.54(tR/W)2
4、分离度resolution （R） 分离度亦称分辨率。是指相邻两个峰的分离程度。
.
30
例12：若用He为载气，Van Deemeter 方程中， A=0.08cm，B=0.024cm2s-1，C=0.04s试求：
（1）最小塔板高度
（2）最佳线速
H m iA n 2 B 0 C .0 8 2 0 .0 0 0 2 .04 4 0 .10 4
.
27
二、色谱图中一些重要参数
1.基线 （操作条件稳定后，无样品通过时的响应信号。） 2.保留时间（死时间t0 、保留时间tR、调整保留时间tR’ ） 3.峰宽（半峰宽、峰底宽、标准偏差）
.
28
三、色谱分离中的一些重要参数
1、相对保留值relative retention (α) 亦称选择性因 α＝ t ' R2/ t ' R1
.
8
例题3： 在下列化合物中，哪一个的摩尔吸光系数最大？ （1）乙烯；（2）1,3,5-已三烯；（3）1,3-丁二烯
例题4： 下列化合物中哪一个的λmax 最长？ （1）CH4；（2）CH3I；（3）CH2I2
0.463 7 .6 4140 cCo 5.5 213c 0Ni
0.371 4 .2 413c 01.7 5140 c
Co
Ni
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13
第四章 原子吸收分光光度法
第二节：基本原理 第三节：AAS分光光度计 第四节：分析技术 第五节：干扰和消除
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14
一. 基本原理
例6：原子谱线变宽的主要因素有哪些？对原子吸收 光谱分析有什么影响？
N=16(tR/W)2 =5.54(tR/W)2
4、分离度resolution （R） 分离度亦称分辨率。是指相邻两个峰的分离程度。
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30
例12：若用He为载气，Van Deemeter 方程中， A=0.08cm，B=0.024cm2s-1，C=0.04s试求：
（1）最小塔板高度
（2）最佳线速
H m iA n 2 B 0 C .0 8 2 0 .0 0 0 2 .04 4 0 .10 4
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二、色谱图中一些重要参数
1.基线 （操作条件稳定后，无样品通过时的响应信号。） 2.保留时间（死时间t0 、保留时间tR、调整保留时间tR’ ） 3.峰宽（半峰宽、峰底宽、标准偏差）
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28
三、色谱分离中的一些重要参数
1、相对保留值relative retention (α) 亦称选择性因 α＝ t ' R2/ t ' R1
仪器分析 课件 第二章：光分析方法导论
M hv M *
通过测量物质对辐射吸收的波长和强度 进行分析的方法叫做吸收光谱法。
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吸收光谱法主要有以下几种分析方法：
（1）紫外—可见分光光度法：它是利用溶 液中的分子或基团对紫外和可见光的吸 收，产生分子外层电子能级跃迁所形成 的吸收光谱，可用于定性和定量测定。 （2）穆斯堡尔（Mössbauer）谱法：由与 被测元素相同的同位素作为γ射线的发射 源，使吸收体（样品）的原子核产生无 反冲的γ射线共振吸收所形成的光谱。
＜0.005nm 0.005～10nm 10～200nm
γ 射线区 X射线区
真空紫外光区 K、L层电子能级 近紫外光区 可见光区 近红外光区 中红外光区 远红外光区 微波区 无线电波区 外层电子能级 外层电子能级 分子振动能级
200～400nm
400～800nm 0.8～2.5μm
2.5～50μm
50～1000μm 1～300mm
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，不同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。
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3.样品容器 盛放样品的容器必须由光透明的材料制成 。在紫外光区工作时，采用石英材料；在可见
光区工作时，则用硅酸盐玻璃材料；在红外光
区工作时，则可根据不同的波长范围选择不同
的材料（主要有碱金属或碱土金属的卤化物）
的晶体，制成样品池的窗口。
仪器分析第2章光谱分析法导论讲解课件
太阳光谱
折射和反射
• 当光线从介质 1 射到介质 2 的界面上，一部 分在介质 1 中改变其传播方向（反射），另 一部分在介质 2 中改变其传播方向（折射）。
• 反射光和折射光的能量分配是由介质的性质和 入射角的大小来决定的。
• 对于垂直于界面的光束，反射光部分可由下式 计算：
Ir I0
(n2 n1)2 (n2 n1)2
• 原子或分子的最低能态称为基态，较高能态 称为激发态。
光学分析法
非光谱法 光谱法
非光谱法
• 折射法：基于测量物质折射率的方法。 • 旋光法：利用光学活性物质的旋光性质进行
定量测定或纯度检验。 • 比浊法：测量光线通过胶体溶液或悬浮液后
的散射光强度来进行定量分析。 • 衍射法：基于光的衍射现象而建立的方法
分子发射
吸收辐射而被激发的原子和分子处在 高能态的寿命很短，它们一般要通过不同 的弛豫过程返回到基态
非辐射弛豫 辐射弛豫
非辐射弛豫
以非发光的形式释放能量的过程，此时 激发态分子与其他分子发生碰撞而将部分激 发能转变成动能并释放出少量的热量。结果 使体系的温度有微小的升高。
非辐射弛豫包括振动弛豫、内转移、外 转移和系间窜越等。
• 这些粒子只具有少数几个可能的能态。 • 激发作用是通过一个或几个电子跃迁到较高能
级实现的。
如 Na 蒸汽
589.30 nm 589.60 nm 3s→3p
285 nm
3s→5p
紫外和可见光区的能量足以引起外层电子或
价电子的跃迁。
分子吸收
分子的总能量E分子可以用下式表示: E分子= E电子+ E振动 + E转动
• 核磁共振波谱法（NMR） • 电子自旋共振波谱法（ESR）
《仪器分析》第十章 光学分析法导论PPT课件
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。
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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。
仪器分析 光学分析法导论课件
？
光学分析法
PPT学习交流
3
光学分析法
热能
M + 能量 电能
M*
（基态）
光能（hν） （激发态）
M + h
选择吸收
选择发射
光学分析法（光谱分析法）是建立在物质发射的
电磁辐射或电磁辐射与物质相互作用基础上的各种 分析方法的统称。
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
单位：eV或J（1eV = 1.602×10-19J，1J = 6.241×1018eV）
电磁辐射的粒子性就是将辐射看作是不连续的能量微
粒，即光子或光量子。物质以一份份能量的形式发射或吸
收光，这些能量是一个特殊的能量单位的倍数。这个能量
单位称为光子或光量子。虽然对于不同的电磁辐射来说光
子的能量大小不同，但是如果光子的能量除以电磁辐射的
PPT学习交流
31
PPT学习交流
32
发射光谱仪不需要外加辐射源
吸收光谱仪仪器部件在一条直线上，荧光、 散射则辐射源与检测器成90°角。
PPT学习交流
33
2-3-1. 光 源
对光源的要求： 强度大（分析灵敏度高）、稳定（分析重现性好）。
PPT学习交流
34
连续 光源
紫外光 可见光 红外光
H2灯 D2灯 W灯 氙灯
PPT学习交流
光波动说的创始人惠更斯
8
麦克斯韦证明光是 一种电磁波，于是光 的波动学说更战胜了 粒子学说，在相当长 时期占据统治地位；
PPT学习交流
9
20世纪初，爱因斯坦光 子学说解释光电效应得到 成功，并进一步被其它实 验证实，迫使人们在承认 光是波的同时又承认光是 由一定能量和动量的粒子 （光子）所组成。光具有 波动和微粒的双重性质， 就称为光的波粒二象性， 其波粒二象性可以被波动 力学统一起来。
光学分析法
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3
光学分析法
热能
M + 能量 电能
M*
（基态）
光能（hν） （激发态）
M + h
选择吸收
选择发射
光学分析法（光谱分析法）是建立在物质发射的
电磁辐射或电磁辐射与物质相互作用基础上的各种 分析方法的统称。
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
单位：eV或J（1eV = 1.602×10-19J，1J = 6.241×1018eV）
电磁辐射的粒子性就是将辐射看作是不连续的能量微
粒，即光子或光量子。物质以一份份能量的形式发射或吸
收光，这些能量是一个特殊的能量单位的倍数。这个能量
单位称为光子或光量子。虽然对于不同的电磁辐射来说光
子的能量大小不同，但是如果光子的能量除以电磁辐射的
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32
发射光谱仪不需要外加辐射源
吸收光谱仪仪器部件在一条直线上，荧光、 散射则辐射源与检测器成90°角。
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33
2-3-1. 光 源
对光源的要求： 强度大（分析灵敏度高）、稳定（分析重现性好）。
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34
连续 光源
紫外光 可见光 红外光
H2灯 D2灯 W灯 氙灯
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光波动说的创始人惠更斯
8
麦克斯韦证明光是 一种电磁波，于是光 的波动学说更战胜了 粒子学说，在相当长 时期占据统治地位；
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9
20世纪初，爱因斯坦光 子学说解释光电效应得到 成功，并进一步被其它实 验证实，迫使人们在承认 光是波的同时又承认光是 由一定能量和动量的粒子 （光子）所组成。光具有 波动和微粒的双重性质， 就称为光的波粒二象性， 其波粒二象性可以被波动 力学统一起来。
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
《光学分析法导论全》PPT课件
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15
精选PPT
16
2.吸收光谱
辐射通过气态、液态或透明的 固态物质时，物质的原子、离子 或分子将吸收与其内能变化相对 应的频率而由低能态或基态过渡 到较高能态。
这种由于物质对于辐射的选择 性吸收而得到的光谱称为吸收光 谱。（见表2-3）
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17
吸收光谱分类
原子吸收光谱 ——暗线光谱 峰窄 0.x nm
2-3-2 光谱法
按辐射本质分类
1.原子光谱
2.分子光谱
按辐射获得方式的不同分类
1.发射光谱
2.吸收光谱
3.拉曼光谱
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8
光学分析法
非光谱分析法
光谱分析法
比 浊 法
折 射 法
圆 二 色 性 法
X 射 线 衍 射 法
光 谱
原 子 发 射 光 谱
强度相等的两条谱线，一条谱 线的衍射极大正好落在另一条谱 线的衍射极小上。
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29
2. 光栅
光栅也称衍射光栅。是利用多缝衍射原理使光发生色 散(分解为光谱)的光学元件。它是一块刻有大量平行 等宽、等距狭缝(刻线)的平面玻璃或金属片。光栅的 狭缝数量很大，一般每毫米几十至几千条。
平面光栅：
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10
2． 分子光谱
——分子的外层电子在不同能级之间的跃迁而产生的光 谱。
分子总能量 E分子=E电+E振+E转 （ P 91) △ E分子= △ E电+ △ E振+ △ E转
△ E电——分子中外层电子能级跃迁引起的
能量改变 1-20ev
△ E振——分子中原子（或原子团）在平衡 位置上作相对振动引起的能量改变
《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
仪器分析第2章 光学分析法导论PPT课件
（一）核外电子的运动状态
原子外层有一个电子时： 原子核外电子的运动状态可 由四个量子数来描述：
主量子数 n；角量子数 l；磁量子数 m；自旋量子数 s； 原子外层有多个电子时：由于核外电子之间存在着相互
作用，其运动状态用主量子数 n；总轨道角量子数L；总
自旋量子数S；内量子数J 描述；
发生跃迁的电子一般为价电子。
不是原子中任何两个能级之间都能够发生跃迁，只 有符合下列光谱选择定则的跃迁才是允许的：
1. △ n为整数，包括0。 2. △L =±1
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。
多个价电子总自旋量子数是单个价电子自旋量子数ms的矢量
和。
S = ms,I
ms=±1/2
内量子数 J：
内量子数J取决于总角量子数L和总自旋量子数S相耦合得
到的原子总角动量的量子数，可取以下数值：
J = (L + S)， (L + S － 1)，······， (L － S)
12
（三）能级图
把原子中所有可能存在状态的 光谱项—能级及能级跃迁用图解的 形式表示出来，称为能级图。
光学分析法可分为光谱法和非光谱法两大类。
❖ 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、 吸收或散射辐射的波长和强度进行分析的方法.
❖ 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。 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。
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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。
R
Δλ= /R = 300/50000 = 0.006nm 即Δλ≧0.006 nm 才能分辨
2020/7/30
分辨率是光谱仪的一个综合指标，一方面与光谱仪的线色 散率有一定关系，另一方面又与线色散率存在本质区别。 如：
2020/7/30
线色散率相同，但分辨率不同
3．集光本领 L
定 义：光谱仪的光学系统传递辐射的能力。 定义式： L = E / B
2020/7/30
2．分辨率 R
光谱仪的光学系统能够正确分辨紧邻两条谱线的能力。 仪器的理论分辨率：
R
R R 两谱线的平均波长； 恰能分辨两条谱线的波长差
R值越大，分辨能力越强，一般光谱仪的分辨率在 5000 ~ 60000之间。
2020/7/30
练习
例：光谱仪在300.0nm附近的R是50000，波长差为多少的谱 线能分辨？
2020/7/30
2020/7/30
发射光谱仪不需要外加辐射源 吸收光谱仪仪器部件在一条直线上，荧光、
散射则辐射源与检测器成90°角。
2020/7/30
2-3-1. 光 源
对光源的要求： 强度大（分析灵敏度高）、稳定（分析重现性好）。
2020/7/30
连续 光源
紫外光 可见光 红外光
H2灯 D2灯 W灯 氙灯
693.4nm 632.8nm 515.4nm，488.0nm
电能
2-3-2. 单色器（分光系统）
作用： 将复合光分解为按波长次序排列的单色光
2020/7/30
（一）分光系统的基本结构和作用
照明透镜组
准直镜 L1
暗箱物镜
L2
KⅢ
KI
KⅡ 入射狭缝 分光元件
物镜焦面
照 明 系 统
2020/7/30
（1）色散率
a. 角色散率
在最小偏向角时（折射线平行于棱镜底边），可以导出：
d d
A
2msin 2
1n2 sin2
A
dn
d
2
dn d
: 棱镜材料色散率
m：棱镜数目
A：棱镜顶角
n：棱镜折射率
f： 物镜焦距
ξ：焦面与主光轴夹角
可见角色散率与折射率 n 棱镜数目m及棱镜顶角 有关。 因此，增加角色散率 d/d 的方式有三：
准
色
投
直
散
影
系
系
系
统
统
统
1．照明系统
L1 L2
作用：
KⅢ
照明透KI镜
KⅡ
L 到入射狭缝
S
将光源 B 所发射的光线聚焦于狭缝 S，使 S 得到均匀照明
透镜组 K 在这里起到三个作用： a. 最大限度地从光源 B 采光，以聚集高的光能量； b. 使光源 B 的光线聚集于狭缝，S 相当于一个点光源发光； c. 使 S 得到均匀照明，即在 S 的全范围内光强度一致。
质变
2. 各种电磁辐射波长不同，产生的机理也不同：
a. 高能辐射区：λ＜10nm，ε＞102 eV 能谱分析法
b. 光学光谱区： 10nm ＜ λ ＜ 1mm， 光谱分析法 102 eV ＞ ε ＞ 10-4 eV
c. 波 谱 区： λ＞1mm， ε＜ 10-4 eV
2020/7/30
波谱分析法
§2-2 光学分析法的分类
3. 波数 σ= 1/λ=1 / 530×10-7 cm = 1.89×104 cm-1
2020/7/30
波长为0.9nm的单色X射线的频率和波数
λ=0.9nm, 则γ= c/λ=3.0×108/0.9×10-9 = 3.3×1017 s-1 σ= 1/λ=1/0.9×10-7= 1.1×107 cm-1
v1 v2 c
1 2
所有电磁辐射在真空中传播的速度均相同： c = 2.997 924 58×108 m•s-1
2020/7/30
2-1-2. 电磁辐射的粒子性
根据量子理论，电磁辐射是在空间高速运动的光量子 或光子流。可以用每个光子所具有的能量（E）表征。
单位：eV或J（1eV = 1.602×10-19J，1J = 6.241×1018eV） 电磁辐射的粒子性就是将辐射看作是不连续的能量微
一. 根据测量的信号是否与能级跃迁有关，可分为：
1．光谱法：与能级跃迁有关
发射光谱法 吸收光谱法 散射光谱法
2．非光谱法：与能级跃迁无关
2020/7/30
2-2-1. 发射光谱法
通过测量分子或原子的特征发射光谱来研究物质结构 和测定其化学组成。
M* hν
M
2020/7/30
2020/7/30
2-2-2. 吸收光谱法
2020/7/30
每个光子的能量与相应频率或波长之间的关系为
hhchc
普朗克 方程
1. 普朗克公式把光的粒子性与波动性统一起来，不 同波长的光能量不同。
2. 光量子的能量和波长成反比，和频率及波数成正比。
λ越长，ε越小，ν、σ越低
可用波数表示能量的高低，单位 cm-1。
2020/7/30
习题
例：计算波长530nm的绿色光的光子能量、频率及波数。
入射于狭缝的光源亮度B为一个单位时，在焦面上所得到的照度E。
2020/7/30
一般： 光学元件数↑，L↓； 物镜焦距↑，L↓； 物镜直径↑，L↑。
（三）棱镜光谱仪 1．棱镜光谱仪的光学系统
f
光源 入射狭缝
准直镜
棱镜
物镜
出射狭缝
焦面
四个部分：照明、准直、色散、投影
2020/7/30
2．棱镜的色散作用
20世纪初，爱因斯坦光 子学说解释光电效应得到 成功，并进一步被其它实 验证实，迫使人们在承认 光是波的同时又承认光是 由一定能量和动量的粒子 （光子）所组成。光具有 波动和微粒的双重性质， 就称为光的波粒二象性， 其波粒二象性可以被波动 力学统一起来。
2020/7/30
2020/7/30
2-1-1. 电磁辐射的波动性
➢ 物质和电磁辐射相互作用的方式（广）。
2020/7/30
§2-1 电磁辐射的基本性质
电磁辐射是以巨大速度通过空间，不需要 以任何物质作为传播媒介的一种能量形式。
2020/7/30
早 在 17 世 纪 末 的 1680年，牛顿主张光是 象经典力学中的质点那 样的粒子流，光之所以 有不同颜色是因为粒子 流中微粒种类不同；
改变棱镜材料，玻璃比石英的折射率大，但玻璃只适于可见光区； 增加棱镜顶角，多选 600； 增加棱镜数目，但由于设计及结构上的困难，最多用2个。
E H
2020/7/30
图2.1 单光色平面偏振光的传播
波动性—用周期、频率、波长、波数等波参数描述
周期T-辐射完成一次振荡的时间；s
频率ν-每秒内辐射振荡的次数；s-1或Hz 波长λ-相邻两个波峰或波谷间的距离；cm,μm,nm,Å,pm 波数σ-每厘米内波的数目； cm-1，σ =1/λ
传播速度v - 波在一秒钟内通过的距离； v =λν
2020/7/30
1690年，惠更斯则 提出了另一种看法： 认为光是由光源在其 周围介质里引起弹性 振动而形成的波，光 之所以有不同颜色是 因为波的波长不同；
2020/7/30
光波动说的创始人惠更斯
麦克斯韦证明光是 一种电磁波，于是光 的波动学说更战胜了 粒子学说，在相当长 时期占据统治地位；
2020/7/30
棱镜的分光原理：光的折射定律
n sini
sin
i:入射角；
ν折射角； n:棱镜材料的折射率
n是波长λ的函数，科希(Cauchy)公式：
由科希公式可以看出不同波长的 A,B,C为与棱镜材料有关的常数
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。
R
Δλ= /R = 300/50000 = 0.006nm 即Δλ≧0.006 nm 才能分辨
2020/7/30
分辨率是光谱仪的一个综合指标，一方面与光谱仪的线色 散率有一定关系，另一方面又与线色散率存在本质区别。 如：
2020/7/30
线色散率相同，但分辨率不同
3．集光本领 L
定 义：光谱仪的光学系统传递辐射的能力。 定义式： L = E / B
2020/7/30
2．分辨率 R
光谱仪的光学系统能够正确分辨紧邻两条谱线的能力。 仪器的理论分辨率：
R
R R 两谱线的平均波长； 恰能分辨两条谱线的波长差
R值越大，分辨能力越强，一般光谱仪的分辨率在 5000 ~ 60000之间。
2020/7/30
练习
例：光谱仪在300.0nm附近的R是50000，波长差为多少的谱 线能分辨？
2020/7/30
2020/7/30
发射光谱仪不需要外加辐射源 吸收光谱仪仪器部件在一条直线上，荧光、
散射则辐射源与检测器成90°角。
2020/7/30
2-3-1. 光 源
对光源的要求： 强度大（分析灵敏度高）、稳定（分析重现性好）。
2020/7/30
连续 光源
紫外光 可见光 红外光
H2灯 D2灯 W灯 氙灯
693.4nm 632.8nm 515.4nm，488.0nm
电能
2-3-2. 单色器（分光系统）
作用： 将复合光分解为按波长次序排列的单色光
2020/7/30
（一）分光系统的基本结构和作用
照明透镜组
准直镜 L1
暗箱物镜
L2
KⅢ
KI
KⅡ 入射狭缝 分光元件
物镜焦面
照 明 系 统
2020/7/30
（1）色散率
a. 角色散率
在最小偏向角时（折射线平行于棱镜底边），可以导出：
d d
A
2msin 2
1n2 sin2
A
dn
d
2
dn d
: 棱镜材料色散率
m：棱镜数目
A：棱镜顶角
n：棱镜折射率
f： 物镜焦距
ξ：焦面与主光轴夹角
可见角色散率与折射率 n 棱镜数目m及棱镜顶角 有关。 因此，增加角色散率 d/d 的方式有三：
准
色
投
直
散
影
系
系
系
统
统
统
1．照明系统
L1 L2
作用：
KⅢ
照明透KI镜
KⅡ
L 到入射狭缝
S
将光源 B 所发射的光线聚焦于狭缝 S，使 S 得到均匀照明
透镜组 K 在这里起到三个作用： a. 最大限度地从光源 B 采光，以聚集高的光能量； b. 使光源 B 的光线聚集于狭缝，S 相当于一个点光源发光； c. 使 S 得到均匀照明，即在 S 的全范围内光强度一致。
质变
2. 各种电磁辐射波长不同，产生的机理也不同：
a. 高能辐射区：λ＜10nm，ε＞102 eV 能谱分析法
b. 光学光谱区： 10nm ＜ λ ＜ 1mm， 光谱分析法 102 eV ＞ ε ＞ 10-4 eV
c. 波 谱 区： λ＞1mm， ε＜ 10-4 eV
2020/7/30
波谱分析法
§2-2 光学分析法的分类
3. 波数 σ= 1/λ=1 / 530×10-7 cm = 1.89×104 cm-1
2020/7/30
波长为0.9nm的单色X射线的频率和波数
λ=0.9nm, 则γ= c/λ=3.0×108/0.9×10-9 = 3.3×1017 s-1 σ= 1/λ=1/0.9×10-7= 1.1×107 cm-1
v1 v2 c
1 2
所有电磁辐射在真空中传播的速度均相同： c = 2.997 924 58×108 m•s-1
2020/7/30
2-1-2. 电磁辐射的粒子性
根据量子理论，电磁辐射是在空间高速运动的光量子 或光子流。可以用每个光子所具有的能量（E）表征。
单位：eV或J（1eV = 1.602×10-19J，1J = 6.241×1018eV） 电磁辐射的粒子性就是将辐射看作是不连续的能量微
一. 根据测量的信号是否与能级跃迁有关，可分为：
1．光谱法：与能级跃迁有关
发射光谱法 吸收光谱法 散射光谱法
2．非光谱法：与能级跃迁无关
2020/7/30
2-2-1. 发射光谱法
通过测量分子或原子的特征发射光谱来研究物质结构 和测定其化学组成。
M* hν
M
2020/7/30
2020/7/30
2-2-2. 吸收光谱法
2020/7/30
每个光子的能量与相应频率或波长之间的关系为
hhchc
普朗克 方程
1. 普朗克公式把光的粒子性与波动性统一起来，不 同波长的光能量不同。
2. 光量子的能量和波长成反比，和频率及波数成正比。
λ越长，ε越小，ν、σ越低
可用波数表示能量的高低，单位 cm-1。
2020/7/30
习题
例：计算波长530nm的绿色光的光子能量、频率及波数。
入射于狭缝的光源亮度B为一个单位时，在焦面上所得到的照度E。
2020/7/30
一般： 光学元件数↑，L↓； 物镜焦距↑，L↓； 物镜直径↑，L↑。
（三）棱镜光谱仪 1．棱镜光谱仪的光学系统
f
光源 入射狭缝
准直镜
棱镜
物镜
出射狭缝
焦面
四个部分：照明、准直、色散、投影
2020/7/30
2．棱镜的色散作用
20世纪初，爱因斯坦光 子学说解释光电效应得到 成功，并进一步被其它实 验证实，迫使人们在承认 光是波的同时又承认光是 由一定能量和动量的粒子 （光子）所组成。光具有 波动和微粒的双重性质， 就称为光的波粒二象性， 其波粒二象性可以被波动 力学统一起来。
2020/7/30
2020/7/30
2-1-1. 电磁辐射的波动性
➢ 物质和电磁辐射相互作用的方式（广）。
2020/7/30
§2-1 电磁辐射的基本性质
电磁辐射是以巨大速度通过空间，不需要 以任何物质作为传播媒介的一种能量形式。
2020/7/30
早 在 17 世 纪 末 的 1680年，牛顿主张光是 象经典力学中的质点那 样的粒子流，光之所以 有不同颜色是因为粒子 流中微粒种类不同；
改变棱镜材料，玻璃比石英的折射率大，但玻璃只适于可见光区； 增加棱镜顶角，多选 600； 增加棱镜数目，但由于设计及结构上的困难，最多用2个。
E H
2020/7/30
图2.1 单光色平面偏振光的传播
波动性—用周期、频率、波长、波数等波参数描述
周期T-辐射完成一次振荡的时间；s
频率ν-每秒内辐射振荡的次数；s-1或Hz 波长λ-相邻两个波峰或波谷间的距离；cm,μm,nm,Å,pm 波数σ-每厘米内波的数目； cm-1，σ =1/λ
传播速度v - 波在一秒钟内通过的距离； v =λν
2020/7/30
1690年，惠更斯则 提出了另一种看法： 认为光是由光源在其 周围介质里引起弹性 振动而形成的波，光 之所以有不同颜色是 因为波的波长不同；
2020/7/30
光波动说的创始人惠更斯
麦克斯韦证明光是 一种电磁波，于是光 的波动学说更战胜了 粒子学说，在相当长 时期占据统治地位；
2020/7/30
棱镜的分光原理：光的折射定律
n sini
sin
i:入射角；
ν折射角； n:棱镜材料的折射率
n是波长λ的函数，科希(Cauchy)公式：
由科希公式可以看出不同波长的 A,B,C为与棱镜材料有关的常数