第二章光学分析方法导论
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即能量是量子化的；处于不同能量状态粒子之间发生 能量跃迁时的能量差 E 可用 h 表示。
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，即 E =E1-E0=h
第二章光学分析方法导论
3）电磁波的发射—光谱图
第二章光学分析方法导论
2）光波的衍射（Diffraction）
平行光束
单缝衍射
双缝衍射
衍射：当一束平行光通过窄的开口如狭缝时发生弯曲的现象。
第二章光学分析方法导论
3） 光的干涉（Coherent interference） 4） 光的传输（Transmission） 5） 光的反射（Reflection） 6） 光的折射（Refraction） 7）光的偏振（Polarization） 8）光的散射（Scattering）
电磁辐射波谱图
第二章光学分析方法导论
光谱类型
波长范围 波数范围 量子跃迁类
型
-射线发射光谱
0.005-1.4A
--
核
X-吸收、发射、荧 0.1-100A
化学反应
能量 分子
基态
激发 原子*, 离子 *,分子*
激发态
产生的辐射通称为发射光谱，以辐 射能对辐射频率或波长作图可得到发射 光谱图：
发射 荧光（二次光）
原子、离 子、分子
基态
第二章光学分析方法导论
H2-O2火焰中海水的发射光谱图
第二章光学分析方法导论
光谱组成 线光谱(Line spectra):
第二章光学分析方法导论
带光谱
连续光谱(Continuum spectra)： 固体被加热到炽热状态时，无数原子和分子的
运动或振动所产生的热辐射，也称黑体辐射。通 常产生背景干扰。温度越高，辐射越强，而且短 波长的辐射强度增加得最快！
另一方面，炽热的固体所产生的连续辐射是红 外、可见及较长波长的重要辐射源（光源）。
AES
电弧,火花,火
焰, ICP
能量
原子,离子, 激发 分子
基态
wenku.baidu.com
原子*,离子*, UV,VIS,IR
分子*
发射
激发态
原子,离子, 分子
基态
电子或者其它
X-ray 基本粒子
轰击 能量
原子,离子, 激发 原子*, 离子 X 原子,离子,
分子
*,分子*
发射 分子
基态
激发态
基态
AFS, MFS, XFS
电磁辐射或者 光（一次光） 原子,离子,
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 。
第二章光学分析方法导论
一. 电磁辐射的描述
1. 光的波动性 电磁辐射为正弦波（波长、频率、速度、振幅）。与
其它波，如声波不同，电磁波不需传播介质，可在真空中 传输。
第二章光学分析方法导论
4）电磁波的吸收
电磁辐射
光 能量
原子、离 子、分子
基态
激发 原子*、离 子*、分子*
激发态
吸收
原子、离 子、分子
基态
现象：当电磁辐射通过固体、液体或气体时，具一定
频率(能量)的辐射将能量转移给处于基态的原
子、分子或离子，并跃迁至高能态，从而使这
些辐射被选择性地吸收。
原子吸收：原子吸收光谱分析(AAS); 分子吸收：紫外可见光度分析(UV-Vis)； 分子吸收：红外光谱分析(IR)及拉曼光谱(Raman) ； 核吸收：核磁共振光谱(NMR)。
第二章光学分析方法导论
二、电磁波谱
31010 1021
3108 1019
3106 1017
3104 1015
3102 1013
3100 1011
310-2 109
310-4 波数，cm-1 107 频率，Hz
X 射线 射线
可见
微波
紫外
红外
无线电
10-4
10-2
100
102
104
106
108
109 波长，nm
丁达尔散射(Tyndall)： 大分子（如胶体粒子和聚合物分子）尺寸与光的波长相近时所产生
的散射现象，此时散射光极强（与2成反比），可以肉眼观察到。
瑞利散射(Rayleigh)：（弹性碰撞， 方向改变，但 不变） 当分子或分子集合体的尺寸远小于光的波长时所发生的散射现象。
散射光强与光的波长的4、散射粒子的大小和极化率成反比。
1）光电效应（Photoelectric effect） 现象：1887，Heinrich Hetz（在光照时，两间隙间更
易发生火花放电现象）
解释：1905，Einstein理论，E=h
证明：1916，Millikan（真空光电管）
第二章光学分析方法导论
2） 能态（Energy state） 量子理论(Max Planck，1900)： 物质粒子总是处于特定的不连续的能量状态，
由处于气相的单个原子发生电子能级跃迁所产生的 锐线，线宽大约为10-4A。 带状光谱(Band spectra):
由气态自由基或小分子振动-转动能级跃迁所产生的 光谱，由于各能级间的能量差较小，因而产生的谱线不 易分辨开而形成所谓的带状光谱，其带宽达几个至几十 个nm)；
第二章光学分析方法导论
线光谱
第二章 光学分析方法导论
一、电磁辐射的描述 1. 光的波动性 2. 光的粒子性
二、电磁波谱 三、光谱仪器及其组成
1. 光源 2. 分光系统（棱镜和光栅、狭缝、光谱仪结构） 3. 吸收池 4. 光谱分析检测器
第二章光学分析方法导论
光学分析方法： 利用光电转换或其它电子器件测定“辐射与物质相
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。
电场
y = A sin(t + ) = A sin(2vt + )
磁场
单光色平面偏振光的传播
第二章光学分析方法导论
传播方向
1）波的叠加（Superposition）
y t
频率相同的正弦波叠加得相同频率的合 成正弦波
1/1 1/1
1/()
频率不同的正弦波叠加得不同频率的非正弦波； 更多的正弦波叠加可形成方波
？天空为什么呈蓝色？
拉曼散射(Raman)：（非弹性碰撞，方向及波长均改变） 光照导致的分子内振动能级跃迁而产生的分子极化过程。分子极化
率越大，Raman散射越强。
第二章光学分析方法导论
2. 光的粒子性 当物质发射电磁辐射或者电磁辐射被物质吸收时，
就会发生能量跃迁。此时，电磁辐射不仅具有波的特 征，而且具有粒子性，最著名的例子是光电效应现象 的发现。
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，即 E =E1-E0=h
第二章光学分析方法导论
3）电磁波的发射—光谱图
第二章光学分析方法导论
2）光波的衍射（Diffraction）
平行光束
单缝衍射
双缝衍射
衍射：当一束平行光通过窄的开口如狭缝时发生弯曲的现象。
第二章光学分析方法导论
3） 光的干涉（Coherent interference） 4） 光的传输（Transmission） 5） 光的反射（Reflection） 6） 光的折射（Refraction） 7）光的偏振（Polarization） 8）光的散射（Scattering）
电磁辐射波谱图
第二章光学分析方法导论
光谱类型
波长范围 波数范围 量子跃迁类
型
-射线发射光谱
0.005-1.4A
--
核
X-吸收、发射、荧 0.1-100A
化学反应
能量 分子
基态
激发 原子*, 离子 *,分子*
激发态
产生的辐射通称为发射光谱，以辐 射能对辐射频率或波长作图可得到发射 光谱图：
发射 荧光（二次光）
原子、离 子、分子
基态
第二章光学分析方法导论
H2-O2火焰中海水的发射光谱图
第二章光学分析方法导论
光谱组成 线光谱(Line spectra):
第二章光学分析方法导论
带光谱
连续光谱(Continuum spectra)： 固体被加热到炽热状态时，无数原子和分子的
运动或振动所产生的热辐射，也称黑体辐射。通 常产生背景干扰。温度越高，辐射越强，而且短 波长的辐射强度增加得最快！
另一方面，炽热的固体所产生的连续辐射是红 外、可见及较长波长的重要辐射源（光源）。
AES
电弧,火花,火
焰, ICP
能量
原子,离子, 激发 分子
基态
wenku.baidu.com
原子*,离子*, UV,VIS,IR
分子*
发射
激发态
原子,离子, 分子
基态
电子或者其它
X-ray 基本粒子
轰击 能量
原子,离子, 激发 原子*, 离子 X 原子,离子,
分子
*,分子*
发射 分子
基态
激发态
基态
AFS, MFS, XFS
电磁辐射或者 光（一次光） 原子,离子,
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 。
第二章光学分析方法导论
一. 电磁辐射的描述
1. 光的波动性 电磁辐射为正弦波（波长、频率、速度、振幅）。与
其它波，如声波不同，电磁波不需传播介质，可在真空中 传输。
第二章光学分析方法导论
4）电磁波的吸收
电磁辐射
光 能量
原子、离 子、分子
基态
激发 原子*、离 子*、分子*
激发态
吸收
原子、离 子、分子
基态
现象：当电磁辐射通过固体、液体或气体时，具一定
频率(能量)的辐射将能量转移给处于基态的原
子、分子或离子，并跃迁至高能态，从而使这
些辐射被选择性地吸收。
原子吸收：原子吸收光谱分析(AAS); 分子吸收：紫外可见光度分析(UV-Vis)； 分子吸收：红外光谱分析(IR)及拉曼光谱(Raman) ； 核吸收：核磁共振光谱(NMR)。
第二章光学分析方法导论
二、电磁波谱
31010 1021
3108 1019
3106 1017
3104 1015
3102 1013
3100 1011
310-2 109
310-4 波数，cm-1 107 频率，Hz
X 射线 射线
可见
微波
紫外
红外
无线电
10-4
10-2
100
102
104
106
108
109 波长，nm
丁达尔散射(Tyndall)： 大分子（如胶体粒子和聚合物分子）尺寸与光的波长相近时所产生
的散射现象，此时散射光极强（与2成反比），可以肉眼观察到。
瑞利散射(Rayleigh)：（弹性碰撞， 方向改变，但 不变） 当分子或分子集合体的尺寸远小于光的波长时所发生的散射现象。
散射光强与光的波长的4、散射粒子的大小和极化率成反比。
1）光电效应（Photoelectric effect） 现象：1887，Heinrich Hetz（在光照时，两间隙间更
易发生火花放电现象）
解释：1905，Einstein理论，E=h
证明：1916，Millikan（真空光电管）
第二章光学分析方法导论
2） 能态（Energy state） 量子理论(Max Planck，1900)： 物质粒子总是处于特定的不连续的能量状态，
由处于气相的单个原子发生电子能级跃迁所产生的 锐线，线宽大约为10-4A。 带状光谱(Band spectra):
由气态自由基或小分子振动-转动能级跃迁所产生的 光谱，由于各能级间的能量差较小，因而产生的谱线不 易分辨开而形成所谓的带状光谱，其带宽达几个至几十 个nm)；
第二章光学分析方法导论
线光谱
第二章 光学分析方法导论
一、电磁辐射的描述 1. 光的波动性 2. 光的粒子性
二、电磁波谱 三、光谱仪器及其组成
1. 光源 2. 分光系统（棱镜和光栅、狭缝、光谱仪结构） 3. 吸收池 4. 光谱分析检测器
第二章光学分析方法导论
光学分析方法： 利用光电转换或其它电子器件测定“辐射与物质相
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。
电场
y = A sin(t + ) = A sin(2vt + )
磁场
单光色平面偏振光的传播
第二章光学分析方法导论
传播方向
1）波的叠加（Superposition）
y t
频率相同的正弦波叠加得相同频率的合 成正弦波
1/1 1/1
1/()
频率不同的正弦波叠加得不同频率的非正弦波； 更多的正弦波叠加可形成方波
？天空为什么呈蓝色？
拉曼散射(Raman)：（非弹性碰撞，方向及波长均改变） 光照导致的分子内振动能级跃迁而产生的分子极化过程。分子极化
率越大，Raman散射越强。
第二章光学分析方法导论
2. 光的粒子性 当物质发射电磁辐射或者电磁辐射被物质吸收时，
就会发生能量跃迁。此时，电磁辐射不仅具有波的特 征，而且具有粒子性，最著名的例子是光电效应现象 的发现。