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
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
光学式分析法
干扰物质的影响：干扰物本身颜色
干扰物与显色剂生成有色物质
干扰物与金属离子、显色剂生成稳定的无色物质
消除办法
添加掩蔽剂或将干扰物质从溶液中分离出去
仪器误差：
光源的不稳定：电压或电流波动引起误差。 解决办法：采用恒流源或双光路系统。
光的单色性的影响：提高仪器的灵敏度和分析准确度，采用 被测物质的最大吸收单色光，光的单色性越好分析精度越高。
灵8
敏 度
6
随频率的不同而变化 4
的现象。
2
光电特性：当光电管阴极和阳极间加一定 400 600 电压时，光电流与入射光的光
800 1000 λ(nm)
通量的关系 灵敏度：单位光通量产生的光电流值
光 电
积分灵敏度：以一定色温的白光照射光电管
流 uA
阴极时产生光电流的大小来衡量
单位：uA/lm;真空式：20～80uA/lm;充气式：
波长差Δλ衡量，其值越小越
好，常规值在30~100nm，干涉
滤光片其值可小于5nm
T
T
复合滤光片:由两块有色玻璃 Tmax
联合使用
滤光片选择:滤光片透光率最大T的max/2
波长与溶液最大的吸 收波长相同或相近
λ(nm)
λ(nm)
互补原则、根据已知的被测物质的最大吸收波长选
择滤光片、曲线法
2.棱镜:
硅光电池：在光照射下硅中的电子吸收光子能量，变 成自由电子，自由电子穿过阻挡层，经外电路到 达集电环
硅光电池的硅光电流与入射光光通量的线性关系比硒 电池好，灵敏度比硒电池高10倍，响应快波长范 围400~1200nm，灵敏对波峰在780nm
滤光片的单色光比棱镜或光栅的单色性差，另外狭缝越宽 光的单色性越差，但过窄光线太弱，不能满足测量的需要，
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)
26
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。
光学分析方法范文
光学分析方法范文吸收光谱法是利用物质对于特定波长光的吸收特性进行分析的方法。
这种方法通过测量吸收光谱，可以确定物质的浓度、成分和结构等信息。
吸收光谱法广泛应用于分子光谱学和分析化学领域，如紫外可见分光光度法、红外光谱法等。
荧光光谱法基于物质受到激发后发射特定波长的荧光现象，通过测量样品荧光光谱的强度和峰位，可以得到物质的特征信息。
荧光光谱法具有高灵敏度、高选择性和非破坏性等特点，广泛应用于生物医学、环境监测等领域。
拉曼散射光谱法基于样品中物质分子的振动和旋转引起的光子散射现象，通过测量样品散射光的强度和频移，可以得到物质的结构和成分信息。
拉曼光谱法具有高分辨率、高检测灵敏度和光谱特征鲜明等特点，广泛应用于化学、材料科学等领域。
光散射法是利用样品对入射光的散射进行分析的方法。
光散射法可以通过测量散射光的强度和方向，来得到样品的形态、尺寸和相对分子质量等信息。
常见的光散射法包括动态光散射法、静态光散射法等，广泛用于材料科学、胶体化学等领域。
自发荧光光谱法是利用样品中自发发射的荧光进行分析的方法。
自发荧光光谱法通过测量样品发射光的强度和频率，可以得到物质的结构和成分信息。
自发荧光光谱法广泛应用于分子光谱学、生物荧光探针、荧光显微镜等领域。
偏振光谱法是利用样品对于偏振光的旋转、吸收、散射等引起的光学现象进行分析的方法。
通过测量样品对于不同偏振光的吸收或散射光强度的差异，可以得到物质的结构和性质的信息。
偏振光谱法广泛应用于材料科学、生物医学等领域。
综上所述，光学分析方法是一种快速、准确且非破坏性的样品分析手段，具有广泛的应用领域和优势。
随着技术的进步和应用的推广，光学分析方法将在各个领域发挥越来越重要的作用。
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。
光学分析法概要
2023/11/10
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%
2023/11/10
18
（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。
2023/11/10
19
（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。
2023/11/10
23
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
光学分析法概述课件
质相互作用”之后的辐射强度等光学特性，进行物质 的定性和定量分析的方法。
历史上，此相互作用只是局限于电磁辐射与物质 的作用，这也是目前应用最为普遍的方法。现在，光 谱方法已扩展到其它各种形式的能量与物质的相互作 用，如声波、粒子束（离子和电子）等与物质的作用 。
量状态粒子之间发生能量跃迁时的能量差
E 可用 h 表示。 1918年获Nobel物理学奖.
(1858-1947)
两个重要推论：
物质粒子存在不连续的能态，各能态具有特定的能量。
当粒子的状态发生变化时，该粒子将吸收或发射完全等于
两个能级之间的能量差；
反之亦是成立的，光即学分析法概E述 =E1-E0=h
电磁波的发射-光谱图
光电转换
信号处理器
发射
光源+样品
分光系统
光电转换
信号处理器
光学分析法概述
1、光源
连续光 源
线光源
紫外光源 可见光源 红外光源
H2 灯 D2 灯 W灯 氙灯
Nernst 灯 硅碳棒
160-375nm
320-2500nm 250-700nm 6000-5000cm-1 之 间有最大强度
金属蒸汽灯 空心阴极灯
电荷耦合器件(Charge-coupled device, CCD)
UV-Vis
电导检测器
电导检测器（Photoconductivity）；
热检测器
热电偶（Thermocouple）
(Thermal
辐射热计（Bolometer）
ห้องสมุดไป่ตู้IR
transducer)
热释电（Pyroelectric transducer）
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。
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
分子中的能量
E=Ee+ Ev + Er + En + Et + Ei 分子中原子的核能： En 分子的平移能：Et 电子运动能： Ee 原子间相对振动能： Ev 分子转动能： Er 基团间的内旋能： Ei
在一般化学反应中， En不 变； Et 、Ei较小；
E=Ee+ Ev + Er
《地球科学现代分析测试技术》
《地球科学现代分析测试技术》
三、光分析法分类
type of optical analysis
光谱法——基于物质与辐射能作用时，分子发生 能级跃迁而产生的发射、吸收或散射的波长或强度进 行分析的方法；
原子光谱、分子光谱、非光谱法 原子光谱（线状光谱）：最常见的三种 基于原子外层电子原子荧光光谱（AFS）； 基于原子内层电子跃迁的 X射线荧光光谱（XFS）； 基于原子核与射线作用的穆斯堡谱；
二、电磁辐射的基本性质
properties of electromagnetic radiation
三、光分析法的分类
classification of optical analysis
四、原子光谱与分子光谱
atom spectrum and molecular spectrum
五、各种光分析法简介
atom spectrum and molecular spectrum 1、原子光谱 atom spectrum
《地球科学现代分析测试技术》
《地球科学现代分析测试技术》
2、分子光谱 molecular spectrum
原子光谱为线状光谱， 分子光谱为带状光谱； 为什么分子光谱为带状 光谱？
《地球科学现代分析测试技术》
《地球科学现代分析测试技术》
非光谱分析法
光分析法 光谱分析法
折 射 法
圆 二 色 性 法
X 射 线 衍 射 法
干 涉 法
旋 光 法
原子光谱分析法
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
《地球科学现代分析测试技术》
分子光谱分析法
分分核 紫红子子磁 外外荧磷共 光光光光振 谱谱光光波 法法谱谱谱
2、 β射线：高速运动的电子流，贯穿能力很强，电 离作用弱。在正β衰变中，原子核内一个质子转变 为一个中子，同时释放一个正电子，在“负β衰变” 中，原子核内一个中子转变为一个质子，同时释放 一个电子，即β粒子。
3、 γ射线：是原子核能级跃迁蜕变时释放出的射线， 是波长短于0.2埃的电磁波。γ射线有很强的穿透力。 γ射线对细胞有杀伤力，医疗上用来治疗肿瘤。
基本特点： （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。
《地球科学现代分析测试技术》
二、电磁辐射的基本性质
basic properties of electromagnetic radiation
电磁辐射（电磁波）：以接近光速（真空中 为光速）传播的能量； c =λν =ν/σ E = hν = h c /λ
《地球科学现代分析测试技术》
辐射能的特性：
(1) 吸收 物质选择性吸收特定频率的辐射能，并从 低能级跃迁到高能级；
(2) 发射 将吸收的能量以光的形式释放出； (3) 散射 传播介质的不均匀性引起的光线向四周射
去的现象 (4) 折射 折射是光在两种介质中的传播速度不同； (5) 反射 (6) 干涉 干涉现象； (7) 衍射 光绕过物体而弯曲地向他后面传播的现象；
《地球科学现代分析测试技术》
分子光谱（带状光谱）： 基于分子中电子能级、振-转能级跃迁； 紫外光谱法（UV）； 红外光谱法（IR）； 分子荧光光谱法（MFS）； 分子磷光光谱法（MPS）； 核磁共振与顺磁共振波谱（N）； 非光谱法： 不涉及能级跃迁，物质与辐射作用时，仅改 变传播方向等物理性质；偏振法、干涉法、 旋光法等；
光学分析法
高少鹏 中国科学院青藏高原研究所
《地球科学现代分析测试技术》
引言
1、什么是光？ 2、光从哪里来？ 3、光有颜色吗？ 4、为什么物体呈现不同颜色？ 5、太阳光与能源
《地球科学现代分析测试技术》
第二章 光学分析法导论
一、光分析法及其特点
optical analysis and its feature
法法法
原 原原 X
子 子子 射
发
吸荧
线 荧
射 收光 光
紫红分分核化 外外子子磁学 可可荧磷共发 见见光光振光
原子光谱法
光谱分析法
分子光谱法
吸收光谱法
发射光谱法
原紫红核 子外外磁 吸可可共 收见见振
《地球科学现代分析测试技术》
原原分分 X 化
子子子子 射 学
发
荧
荧
磷
线 荧
发
射光光光 光 光
四、原子光谱与分子光谱
五、各种光分析法简介 a brief introduction of optical analysis
c：光速；λ：波长；ν：频率；σ：波数 ； E ：能量； h：普朗克常数
电磁辐射具有波动性和微粒性；
《地球科学现代分析测试技术》
《地球科学现代分析测试技术》
《地球科学现代分析测试技术》
Alpha Beta Gamma射线
1、 α射线：即氦核；由两个质子及两个中子组成， 并不带任何电子，亦即等同于氦-4的内核，或电离 化后的氦-4，He2+。
a brief introduction of optical analysis
六、光分析法的进展
development of optical analysis
《地球科学现代分析测试技术》
一、光分析法及其特点
optical analysis and its characteristics
光分析法：基于电磁辐射能量与待测物质相互作 用后所产生的辐射信号与物质组成及结构关系所建立 起来的分析方法； 电磁辐射范围：射线～无线电波所有范围；
相互作用方式：发射、吸收、反射、折射、散射、 干涉、衍射等；
光分析法在研究物质组成、结构表征、表面分析 等方面具有其他方法不可取代的地位；
《地球科学现代分析测试技术》
能复合成白光的两种颜色的光叫互补 色光。物质所显示的颜色是吸收光的 互补色。
《地球科学现代分析测试技术》
光分析法三个基本过程： （1）能源提供能量； （2）能量与被测物之间的相互作用； （3）产生信号，并采集分析。