光学·光谱·教案
光学·光谱
一、教学目标
1．要掌握的知识方面．
(1)学习光谱和光谱分析的目的．
(2)各种光谱形成的原因及特征，能正确地区分不同种类的光谱．
2．培养实验操作和观察能力方面．
(1)了解分光镜的构造和原理．
(2)能够使用分光镜观察光谱．
(3)通过观察光谱，能够形象地了解和区别连续光谱、明线光谱和吸收光谱．
3．进行物理研究方法的教育．
物理是以实验为基础的科学，其中的规律是经过实验、归纳、推理得出的，而且还需经过实验验证．学习物理首先要具备唯物主义的科学观点，另外还应该具备较强的实验操作能力．
二、重点、难点的分析
1．重点是使学生掌握光谱的分类及从现象上区分各种光谱，并能够掌握发射光谱和吸收光谱的形成过程方面的区别．
2．难点是实验操作上如果分光镜调节不当或分辨率不够，则难于观察到理想的光谱．
三、教具
光谱管、高压感应圈、分光镜(台式两架、手持式若干)、白炽灯泡、酒精灯各一件，食盐、火柴适量．
四、主要教学过程
(一)新课引入
物质发出的可见光其共同特点是因为原子内部电子受激发而产生，但不同种类的物质发出的光又有各自的特征．为了了解各种物质的化学成分，观察光谱是其中一种重要的方法．
(二)教学过程设计
1．提出问题．什么是光谱？光谱什么样子？
首先将手持式分光镜分发给学生，让他们对着太阳光或日光灯观察，告诉他们怎么调节．然后请几位学生描述一下现象．
说明通过分光镜的目镜观察到的彩色条纹就是光谱．它是光线进入分光镜经过透镜和三棱镜的折射后形成的像．
简要介绍分光镜的构造及成像的原理．
2．学生自己看书，思考问题．
问题：(1) 什么叫发射光谱？什么叫吸收光谱？它们各是如何形成的？
(2)发射光谱又分为哪两种光谱？如何形成的？
(3)对同一种元素既可以观察它的明线光谱又可观察它的吸收光谱，怎样操作？
(4)什么叫光谱分析？光谱分析的目的是什么？
3．由学生回答以上问题，教师协助学生归纳．
物体直接发光形成发射光谱．炽热的固体、液体及高压气体发光形成连续光谱，它由一切波长的光组成．如白炽灯发光，灯泡中灯丝达上千度，则发出的光谱是连续光谱．稀薄气体发光产生明线光谱，它是由不连续的亮线组成，如稀薄气体放电时，则发出明线光谱．连续光谱中某些波长的光被物质吸收后产生吸收光谱．如白光通过较冷的钠蒸气，就可以观察到吸收光谱．
根据各种元素的特征谱线就可以鉴别物质和确定它的化学成分，这种方法叫光谱分析．光谱分析既可以利用明线光谱，也可以利用吸收光谱．
4．将学生分成三组，依次观察实验．
第一组，利用台式分光镜观察光谱管发光．主要看钠、氢、汞的明线光谱．
第二组，利用手持分光镜观察白炽灯的连续光谱．
第三组，将食盐洒在酒精灯心上，利用台式分光镜观察钠的吸收光谱．
5．引导学生做本节课小结，填写下表．
发射光谱
吸收光谱
连续光谱明线光谱
产生的条件
光谱的形式
明确太阳光谱不是连续光谱，太阳内发出的强光经过太阳大气层，产生了吸收光谱．人们正是根据太阳光谱中的暗线才知道了它的大气层中含有的元素．
光谱学及其应用
光谱学及其应用 摘要：光谱学是光学的一个分支学科，它主要研究各种物质的光谱的产生及其同物质之间的相互作用。光谱是电磁辐射按照波长的有序排列，根据实验条件的不同，各个辐射波长都具有各自的特征强度。通过光谱的研究，人们可以得到原子、分子等的能级结构、能级寿命、电子的组态、分子的几何形状、化学键的性质、反应动力学等多方面物质结构的知识。但是，光谱学技术并不仅是一种科学工具，在化学分析中它也提供了重要的定性与定量的分析方法。 关键词：发展简史；内容；发射；吸收；分析；应用 光谱学的发展简史 光谱学的研究已有一百多年的历史了。1666年，牛顿把通过玻璃棱镜的太阳光分解成了从红光到紫光的各种颜色的光谱，他发现白光是由各种颜色的光组成的。这是可算是最早对光谱的研究。 其后一直到1802年，渥拉斯顿观察到了光谱线，其后在1814年夫琅和费也独立地发现它。牛顿之所以没有能观察到光谱线，是因为他使太阳光通过了圆孔而不是通过狭缝。在1814～1815年之间，夫琅和费公布了太阳光谱中的许多条暗线，并以字母来命名，其中有些命名沿用至今。此后便把这些线称为夫琅和费暗线。 实用光谱学是由基尔霍夫与本生在19世纪60年代发展起来的；他们证明光谱学可以用作定性化学分析的新方法，并利用这种方法发现了几种当时还未知的元素，并且证明了太阳里也存在着多种已知的元素。 从19世纪中叶起，氢原子光谱一直是光谱学研究的重要课题之一。在试图说明氢原子光谱的过程中，所得到的各项成就对量子力学法则的建立起了很大促进作用。这些法则不仅能够应用于氢原子，也能应用于其他原子、分子和凝聚态物质。 氢原子光谱中最强的一条谱线是1853年由瑞典物理学家埃斯特朗探测出来的。此后的20年，在星体的光谱中观测到了更多的氢原子谱线。1885年，从事天文测量的瑞士科学家巴耳末找到一个经验公式来说明已知的氢原子诺线的位置，此后便把这一组线称为巴耳末系。继巴耳末的成就之后，1889年，瑞典光谱学家里德伯发现了许多元素的线状光谱系，其中最为明显的为碱金属原子的光谱系，它们也都能满足一个简单的公式。 尽管氢原子光谱线的波长的表示式十分简单，不过当时对其起因却茫然不知。一直到1913年，玻尔才对它作出了明确的解释。但玻尔理论并不能解释所观测到的原子光谱的各种特征，即使对于氢原子光谱的进一步的解释也遇到了困难。 能够满意地解释光谱线的成因的是20世纪发展起来的量子力学。电子不仅具有轨道角动量，而且还具有自旋角动量。这两种角动量的结合便成功地解释了光谱线的分裂现象。 电子自旋的概念首先是在1925年由乌伦贝克和古兹密特作为假设而引入的，以便解释碱金属原子光谱的测量结果。在狄喇克的相对论性量子力学中，电子自旋(包括质子自旋与中子自旋)的概念有了牢固的理论基础，它成了基本方程的自然结果而不是作为一种特别的假设了。 1896年，塞曼把光源放在磁场中来观察磁场对光三重线，发现这些谱线都是偏振的。现在把这种现象称为塞曼效应。次年，洛伦兹对于这个效应作了满意的解释。 塞曼效应不仅在理论上具有重要意义，而且在应用中也是重要的。在复杂光谱的分类中，塞曼效应是一种很有用的方法，它有效地帮助了人们对于复杂光谱的理解。
紫外可见吸收光谱习题集及答案
五、紫外可见分子吸收光谱法（2７7题) 一、选择题( 共8５题) １。 2 分（1010) 在紫外-可见光度分析中极性溶剂会使被测物吸收峰( ） （1）消失(2) 精细结构更明显 (3)位移（4）分裂 2. 2分(１01９） 用比色法测定邻菲罗啉-亚铁配合物时,配合物的吸收曲线如图1所示,今有a、b、 ) c、d、ｅ滤光片可供选用,它们的透光曲线如图2所示,你认为应选的滤光片为( 欲测某有色物的吸收光谱,下列方法中可以采用的是( ）（1)比色法(2）示差分光光度法 (3)光度滴定法（4）分光光度法 4． 2 分（102１) 按一般光度法用空白溶液作参比溶液,测得某试液的透射比为10％，如果更改参 比溶液，用一般分光光度法测得透射比为20% 的标准溶液作参比溶液，则试液的透 光率应等于（) (1) ８% （２) 40% (3) ５0%（4）80％ 5。１分(１０2７) 邻二氮菲亚铁配合物,其最大吸收为５1０nm,如用光电比色计测定应选用哪一种 滤光片？（) （１) 红色(２)黄色(3）绿色(4) 蓝色 6。2分（1074) 下列化合物中，同时有ｎ→π＊,π→π＊，σ→σ*跃迁的化合物是( ) （1）一氯甲烷(２)丙酮（3) １,3—丁二烯(４)甲醇 7。 2 分(1081) 双波长分光光度计的输出信号是（) (１) 试样吸收与参比吸收之差(2）试样在λ1和λ2处吸收之差 (3) 试样在λ1和λ2处吸收之和(4) 试样在λ1的吸收与参比在λ2的吸收之差 8. 2 分(1０82） 在吸收光谱曲线中，吸光度的最大值是偶数阶导数光谱曲线的（) （1）极大值(2) 极小值(3) 零(4) 极大或极小值 9。２分(11０1） 双光束分光光度计与单光束分光光度计相比,其突出优点是( ） （1) 可以扩大波长的应用范围（2) 可以采用快速响应的检测系统 （3) 可以抵消吸收池所带来的误差（４) 可以抵消因光源的变化而产生的误差
差分吸收光谱技术DOAS
差分吸收光谱技术(DOAS:Differential Optical Absorption Spectroscopy)是一种光谱监测技术,其基本原理就是利用空气中的气体分子的窄带吸收特性来鉴别气体成分,并根据窄带吸收强度来推演出微量气体的浓度.凭借其低廉且简单的设备装置和出色的监测能力,DOAS技术在大气监测领域内在国外已经被广泛应用.鉴于国内的污染形势的日益严峻及对此新兴技术知识的匮乏,对于DOAS技术的工作原理、浓度反演方法及其在大气研究领域内的应用与发展前景做了较为详细的介绍,为今后在大气监测领域里研究和应用DOAS技术提供了必要的理论知识. DOAS技术主要是以大气中的痕量污染气体对紫外和可见光波段的特征吸收光谱为基础，通过特征吸收光谱鉴别大气污染气体的类型和浓度，因此适用于在该波段有特征吸收的气体分子。 D0As是基于痕量气体分子的窄带吸收特征的检测。吸收的光强度遵守Lambert-Beer吸收定律，同时要考虑散射对测量的影响，如考虑瑞利散射(Rayleigh)、米散射(Mie）的影响。 为了消除Rayleigh散射和Mie散射等的影响，在数学上通常采用滤波技术，将包含在大气吸收光谱中由分子吸收引起的光谱变化分离出来。这种数学上的处理是基于：由Rayleigh散射和Mie散射等引起的光学厚度的变化随波长缓慢变化，而由分子吸收特性引起的光学厚度的变化随波长快速变化。为此将散射引起的光谱变化称为“宽带”光谱(低频部分)，将分子吸收引起的光谱变化称为“窄带”光谱(高频部分)。计算过程中使用高通滤波器将随波长快速变化的“窄带”光谱分离出来，被分离出来的分子吸收光谱用参考光谱进行拟合，来计算出存在于被测大气中的光吸收物质的浓度。这就是差分吸收光谱法的基本思想。 图所示δ0为随波长缓慢变化的“宽带”光谱部分，δ…随波长快速变化的“窄带”光谱部 分，即差分吸收截面 总的吸收截面δ减去数字平滑计算得到的δ…就是差分吸收截面
光谱技术的简介、应用与发展
光谱技术的简介、应用与发展 光波是由原子内部中运动的电子产生的。由于每种物质的原子内部电子的运动情况都不同，所以它们发射的光波也不同。研究不同物质的发光以及吸收光的情况，有很重要的理论和实际意义，现在已成为一门专业的学科光谱学。 发射光谱物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱。发射光谱有两种类型，连续光谱和明线光谱。 连续分布的包含有从红光到紫光各种色光的光谱叫做连续光谱。炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续光谱。例如电灯丝发出的光、炽热的钢水发出的光都形成连续光谱。只含有一些不连续的亮线的光谱叫做明线光谱。明线光谱中的亮线叫做谱线，各条谱线对应于不同波长的光。稀薄气体或金属的蒸气的发射光谱是明线光谱。明线光谱是由游离状态的原子发射的，所以也叫原子光谱。观察气体的原子光谱，可以使用光谱管，它是一支中间比较细的封闭的玻璃管，里面装有低压气体，管的两端有两个电极。把两个电极接到高压电源上，管里稀薄气体发生辉光放电，产生一定颜色的光。 观察固态或液态物质的原子光谱，可以把它们放到煤气灯的火焰或电弧中去烧，使它们气化后发光，就可以从分光镜中看到它们的明线光谱。 实验证明，原子不同，发射的明线光谱也不同，每种元素的原子都有一定的明线光谱。每种原子只能发出具有本身特征的某些波长的光，因此，明线光谱的谱线叫做原子的特征谱线。利用原子的特征谱线可以鉴别物质和研究原子的结构。 吸收光谱高温物体发出的白光（其中包含连续分布的一切波长的光）通过物质时，某些波长的光被物质吸收后产生的光谱，叫做吸收光谱。例如，让弧光灯发出的白光通过温度较低的钠气（在酒精灯的灯心上放一些食盐，食盐受热分解就会产生钠气），然后用分光镜来观察，就会看到在连续光谱的背景中有两条挨得很近的暗线，这就是钠原子的吸收光谱。值得注意的是，各种原子的吸收光谱中的每一条暗线都跟该种原子的发射光谱中的一条明线相对应．这表明，低温气体原子吸收的光，恰好就是这种原子在高温时发出的光。因此，吸收光谱中的谱线（暗线），也是原子的特征谱线，只是通常在吸收光谱中看到的特征谱
光谱学中常用的激光光源
光谱学中常用的激光光源 光谱分析是研究物质结构的重要手段。激光引入光谱分析后，至少从5个方面扩展和增强了光谱分析能力：（1）分析的灵敏度大幅度提高；（2）光谱分辨率达到超精细程度；（3）可进行超快（10-100 fs量级）光谱分析；（4）把相干性和非线形引入光谱分析；（5）光谱分析用的光源波长可调谱。自从激光引入之后，先进的光谱分析已经激化了。[2] 3激光光谱学常用的几种激光器3.1固体激光器 以玻璃或者晶体等固体材料作基质，掺入某些激活离子做成激光工作物质的激光器。固体激光器工作特点是工作物质坚固，激活离子密度比较高。因此，单位工作物质能够产生较高激光能量（或功率）。工作物质有储能效应，能产生很高峰值激光功率。主要缺点是大多数激光器件的能量转换效率不高，输出的激光波长不够多样化，往往只能产生某一种或少数几种波长。不过，随着固体激光器技术的发展，这两个缺点已逐步在克服，比如采用半导体激光器做抽远光源，替代传统的闪光抽运，总体能量转换效率已提高5~10倍。用掺杂Cr和Ti 的过渡金属离子做成激活离子工作物质，输出的激光波长能够可调谐；掺三价稀土元素Tm、Ho、Er做成的工作物质，输出的激光波长已扩展到红外波段（2~3um）。世界上第一台激光器是以红宝石做基质，掺铬离子做激活离子做成的工作物质的激光器，它诞生于1960年夏天，由美国休斯公司的梅曼研制成功。 以下是两种典型的固体激光器： 1）离子掺杂固体激光器 在基质晶体或玻璃中添加过渡金属和稀土类离子作发光中心是一类重要的激光器。红宝石(Al2O3:中掺杂Cr 3+)是实现激光作用的第一种材料，其波长为694 nm，激光的激活粒子是掺在A1 O3晶体中的Cr3+离子。掺钦忆 2 铝石榴石(Nd3+: YAG)是利用三价铷离子(Nd3+)作激活粒子，室温下激光发射波长为1064 nm。 大多数晶体中掺杂离子激光器具有相当窄的增益带宽，大约为波长的万分之一。改变晶体温度，中心波长会略有改变，但没有什么实用价值。在非定形固体(如玻璃)中，增益带宽会有明显增加，比如钦玻璃的谱线宽度约为300 cm-1,Nd3+:YAG的谱线宽度约大50倍。这是由于玻璃的无定形结构所造成的，它使各个Nd3+离子的周围环境稍有不同，从而使离子的能级分裂发生微小的变化，因此不同离子的辐射频率也有微小的差别，这会引起自发辐射光谱的加宽。但是同宽带可调谐系统，比如染料激光器或色心 激光器相比较还是较小，前者的调谐区为中心波长的1-3%，而后者为5-20% ,在包含三价稀土类离子(Pr 3+、Er3+、Ho 3+、Tm3+ , Nd3+等)的固体激光器中，用闪光灯激发，得到从0.55 jtm(Pr:LaF3)到2.69 jtm (ErF3:TmF3:CaF3) 之间的100多根振荡线，其中Nd:Y AG的1064 nm激光跃迁是熟知的高功率振荡线.用YLF(LiYF4)作基质晶体材料，使固体激光器的振荡波段从Ce:YLF的325 nm扩展到Ho:YLF的3.19拌m.掺过渡金属离子的波长可调谐固体激光器是目前世界各国竞相研究的一种新型固体激光器。表2给出主要的掺过渡金属离子的波长可调激光器。由表可见，这 些掺过渡金属离子 的波长可调激光器， 在可见光到近红外 区域内振荡。 2）色心激光器 色心是碱金属 卤化物晶体及碱土 氟化物晶体中离子位置结合一个电子而形成的。它是固态晶体结构中光学激活晶格缺陷。典型的色心是离子晶体中一个负离子空缺，从而在晶体的一个小区间内形成过量的正电荷。一个自由电子可被束缚在这个势阱里。电子在该势阱里束缚态之问的光学允许跃迁就成了晶体光谱中新的吸收带。电子在色心激发态具有不同于基态的电子分布，因此对不同的电子态周围离子的平衡位置也略有不同。这样，电子从基态吸收一个光子就会进入电子激发态的“振动激发态”。晶体的迅速的振动弛豫使其很快达到平衡态，从而向基电子态的振动激发态跃迁而放出光子。这种过程同后面在染料激光器泵浦机制中所讨论的是相同的。而且多种色心激光器可以像染料激光器一样成为宽调谐激光器。所不同的是染料激光器长波段通常只能到lAm,而色心激光器调谐范围为0.8- 4(cm)。像染料激光器一样，色心激光器可以脉冲或连续运转。 后面讨论的染料激光器的一些限制也同样适用于色心激光器。首先Stokes偏移必须足够分离吸收谱和荧光谱;其次激发态必须没有强吸收;最后激发态无辐射失活必须慢。像染料激光器那样，这些条件使某些色心不能成为有效的激光器。
-光学整理
判断题 1.单光束分光光度计可以进行全波段扫描 (x) 2.大多数有机显色剂与金属离子生成极其稳定的螯合物，显色 反应的选择性和灵敏度都较无机显色反应高。 (√) 选择题 1.以下波谱区和跃迁类型对应正确的是： （ D ） A、X-射线，核能级 B、红外光，分子振动 C、紫外光，成键电子 D、微波，分子转动 2.对一块宽度为50.0 mm，刻线数为1000 条/mm的光栅，它的 一级光栅的分辩能力为多少？在6000 埃附近能分辨的两条谱线的波长差为多少？（ A ） A、50000，0.12 B、50000，8.3 C、50000，1.2 D、50000，0.83 3.一般测定可见光时，为了省钱一般采用（B）样的比色皿 A:石英 B：玻璃 C：塑料 D：水晶 4.同一吸收物质在不同波长下的ε值是不同的。在最大吸收波 长λmax处的摩尔吸光系数，常以εmax表示，εmax越大表明该物质的吸光能力越强，用光度法测定该物质的灵敏度越高。当ε=(6～10）×104 时为(C)。
A 不灵敏 B 中等灵敏 C 高灵敏 D 超高灵敏 5.可见和紫外吸收光谱法吸收光波长范围是（A） A、200-800nm B、100-700nm C、400-1000nm D、300-900nm 6.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 7.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 8.下列哪种分析方法可以用于测定痕量级元素测定？（D,B） A.紫外可见分光光度法 B.原子吸收光谱法 B.原子荧光光谱法 C.分子荧光光谱法 9.发射单色器的聚光本领正比于（D）
光谱学的发展
光谱学的发展 光谱学是光学的一个分支学科，它研究各种物质的光谱的产生及其同物质之间相互作用。光谱是电磁辐射按照波长的有序排列；根据实验条件的不同，各个辐射波长都具有各自的特征强度。通过光谱的研究，人们可以得到原子、分子等的能级结构、能级寿命、电子的组态、分子的几何形状、化学键的性质、反应动力学等多方面物质结构的知识。光谱学的历史应从牛顿的色散实验开始，由于牛顿的精湛技术，使人们对白光的认识和对颜色的认识大大深入了。1752年，英国的梅耳维尔（Thomas Melvill，1726～1753）报告了他对多种物质产生的火焰光谱进行的研究，发现了包括纳谱线在内的一些谱线。19世纪初，赫歇尔（William Herschel，1738～1822）和里特（Johann Wilhelm Ritter，1776～1810）先后发现了在人的视觉范围之外的射线，即红外线和紫外线。1814年夫琅和费（Franhofer Joseph von，1787～1826）观察到了光谱线；但是，光谱学技术并不仅是一种科学工具，在化学分析中它也提供了重要的定性与定量的分析方法。实用光谱学是由基尔霍夫（Kirchhof Gottlieb Sigimund Constantin，1764～1833）与本生（Bunsen Rebent Wilhelm Ebethard，1811～1899）在19世纪60年代发展起来的；他们证明光谱学可以用作定性化学分析的新方法，还利用这种方法发现了几种当时还为人所不知的元素，并且证明了在太阳里存在着多种已知的元素。 1、光谱线的最初观察 1752年，梅耳维尔第一个观察到发光气体的光谱线。自从牛顿对光谱的研究以来，他的研究标志着向前迈进了第一步。梅耳维尔观察了钾碱、明矾、硝石和食盐被连续地放进酒精灯时所产生的光谱，并且发现，当明矾或钾碱放进酒精火焰中时，发射出了数量不相同的各种光线，……并且从它到邻近的较弱的颜色的光的过渡不是逐渐的而是直接的；这明亮的黄光就是“钠线”。后来，伦敦有一位医生在烛光火焰底部观察到蓝光的明亮光谱带；1856年，圣安德鲁斯的威廉·斯旺（Swan William）又一次观察到它，现在称之为“斯旺光谱”（Swan spectrum）。1802年，英国物理学家沃拉斯顿（Wollaston William Hyde，1766～1828）首次观察到太阳光谱中的7条暗线，其中最重要的5条光谱线被他认为是光谱的纯粹单色的自然界标或分界线，他本来得到了开创重要的谱线研究的机会，但他未能准确地解释它。这项工作只能等待更年轻的德国物理学家夫琅和费去完成。 夫琅和费（Fresnel Augustin Jean，1788～1827）1787年3月6日生于斯特劳宾（Straubing），父亲是玻璃工匠，幼年当学徒，后来自学了数学和光学。1806年他在巴伐利亚的贝内迪克特博伊伦的光学工场当了工匠，1818年任经理，1823年担任慕尼黑科学院物理陈列馆馆长和慕尼黑大学教授，后来德国埃朗根大学和英国、丹麦都赠予他荣誉称号。夫琅和费集工艺家与理论家的才干于一身，把丰富的实践经验与理论结合起来，对光学和光谱学做出了重要贡献。他用几何光学理论设计和制造了消色差透镜以取代过去盲目试验的方法，还首创用牛顿环方法检查光学表面加工精度及透镜形状。他所制造的大型折射望远镜等光学仪器，负有盛名。这些成就，使当时光学技术的权威由英国转移到德国，推动了精密光学工业的发展。 夫琅和费开始并不知道沃拉斯顿的发现，在他的光学著 作中，他把理论知识和实际技巧结合得非常好。特别是由于他 的准确计算各种透镜的方法的发明，他把实用光学引向了一条 全新的道路，并且他把消色差望远镜提到了当时意想不到的完 善程度。1814年，夫琅和费为了测定玻璃折射率和色散，以 作为制造消色差透镜的基础，对太阳光谱进行了仔细的观测。 在努力于测定玻璃对特殊颜色的折射率以便设计更为精密的 消色差透镜时，夫琅和费偶然地发现了一种灯光光谱的橙黄色 图7-14夫琅和费的分光仪 的双线，现在称之为钠线。在所有的火光中，他都看到这条精 细的、明亮的双线“精确地在同一地方出现，因此对于测定折 射率十分有用。他把一束来自狭缝的光线照射在有相当距离的放在经纬望远镜前面的最小偏差位置上 130
紫外可见吸收光谱习题集和答案
五、紫外可见分子吸收光谱法(277题) 一、选择题 ( 共85题 ) 1. 2 分 (1010) 在紫外－可见光度分析中极性溶剂会使被测物吸收峰 ( ) (1) 消失 (2) 精细结构更明显 (3) 位移 (4) 分裂 2. 2 分 (1019) 用比色法测定邻菲罗啉－亚铁配合物时,配合物的吸收曲线如图1所示,今有a、b、 c、d、e滤光片可供选用,它们的透光曲线如图2所示,你认为应选的滤光片为 ( ) 3. 2 分 (1020) 欲测某有色物的吸收光谱.下列方法中可以采用的是 ( ) (1) 比色法 (2) 示差分光光度法 (3) 光度滴定法 (4) 分光光度法 4. 2 分 (1021) 按一般光度法用空白溶液作参比溶液.测得某试液的透射比为 10%.如果更改参 比溶液.用一般分光光度法测得透射比为 20% 的标准溶液作参比溶液.则试液的透 光率应等于 ( ) (1) 8% (2) 40% (3) 50% (4) 80% 5. 1 分 (1027) 邻二氮菲亚铁配合物.其最大吸收为 510 nm.如用光电比色计测定应选用哪一种 滤光片？ ( ) (1) 红色 (2) 黄色 (3) 绿色 (4) 蓝色 6. 2 分 (1074) 下列化合物中.同时有 n→*.→*.→*跃迁的化合物是( ) (1) 一氯甲烷 (2) 丙酮 (3) 1,3-丁二烯 (4) 甲醇 7. 2 分 (1081) 双波长分光光度计的输出信号是 ( ) (1) 试样吸收与参比吸收之差 (2) 试样在1和2处吸收之差 (3) 试样在1和2处吸收之和 (4) 试样在1的吸收与参比在2的吸收之差8. 2 分 (1082) 在吸收光谱曲线中.吸光度的最大值是偶数阶导数光谱曲线的 ( ) (1) 极大值 (2) 极小值 (3) 零 (4) 极大或极小值 9. 2 分 (1101) 双光束分光光度计与单光束分光光度计相比.其突出优点是 ( ) (1) 可以扩大波长的应用范围 (2) 可以采用快速响应的检测系统 (3) 可以抵消吸收池所带来的误差 (4) 可以抵消因光源的变化而产生的误差
光谱学
光谱学 Spectroscopy 余向阳 E-mail: cesyxy@https://www.360docs.net/doc/7610400939.html, Homepage: https://www.360docs.net/doc/7610400939.html,/yxy Tel: 84110287 Add: 中山大学激光所421室 中山大学光电材料与技术国家重点实验室
课程性质与安排 课程对象: 2010级光信息、物理学、逸仙班 2010级研究生 课程性质: 光学专业硕士研究生学位课, 其他专业究生选修课本科生专业选修课 课程教材: 讲义+参考文献 助教:关烨锋(guanyefeng@https://www.360docs.net/doc/7610400939.html,, 爪哇堂414) 学时: 本科生--36; 研究生--72(讲课: 36; 文献与研究: 36)学分: 本科生—2; 研究生--4 上课时间: 每周四, 10~11节; 上课地点: 艺206 平时成绩: 本科生: 作业+上课考勤: 占30% 研究生: 作业+上课考勤+ 文献综述(3千字，6篇以上的文献), 占30%期未考试: 闭卷笔试, 占70%
光谱学研究的主要内容 光谱学主要研究内容是：物质-电磁波相互作用下的光谱现象、规律及其应用。主要包括： 1) 光谱学基本理论与方法； 2) 各种物质体系(原子、分子、离子晶体-如稀土离 子、固体材料—如半导体材料、复杂分子-如有机与生物大分子)的光谱，而其中原子、分子光谱是整个光谱的基础； 3）计算光谱学、各种光谱技术、光谱学在科学研究中的应用。
课程的主要内容 绪论 电磁场与物质之间的相互作用 原子的能级结构与光谱 双原子分子的能级与光谱 分子的对称性与群论初步 多原子分子的光谱 分子的拉曼光谱 分子的电子光谱 计算光谱学导论 离子光谱导论 固体光谱导论 激光光谱学导论 光谱技术与应用导论
差分吸收光谱技术中吸收截面的测量
差分吸收光谱技术中吸收截面的测量Ξ 吴 桢 虞启琏 张 帆 姚建铨 (天津大学精密仪器与光电子工程学院 天津 300072) 摘要 描述了影响差分吸收光谱技术(DOA S)精度的主要因素——吸收截面的测量原理以及自己设计的测量装置,并用此装置测量了SO2、NO2和O3的吸收截面。根据测量结果分析了应用DOA S技术测量这三种气体时各自适用的波长区间。关键词 差分吸收光谱 吸收截面 测量 M ea surem en t of Absorption Cross Section i n D ifferen ti a l Optica l Absorption Spectrom etry W u Zhen Yu Q ilian Zhang Fan Yao J ianquan (Colleg e of P recision Instrum en t and Op to2electron ics E ng ineering,T ianj ing U n iversity,T ianj ing300072,Ch ina) Abstract A s the m ain facto r affected the p recisi on of the differential op tical abso rp ti on spectrom etry(DOA S), the abso rp ti on cro ss secti on and its m easurem ent theo ry w as analysed.A new m easurem ent setup w as brough t fo rw ard,and th rogh w h ich the abso rp ti on cro ss secti ons of SO2,NO2and O3w ere m easured.A t last acco rding to the m easurem ent result,the respective app rop riate w avelength ranges of th ree gases m easured by DOA S w ere analysed. Key words D ifferential op tical abso rp ti on spectro scopy A bso rp ti on cro ss secti on M easurem ent 1 引 言 长光程差分吸收光谱技术,由于其具有高灵敏度、高分辨率、多组分、实时、快速监测的特点,正在成为大气污染监测的理想工具。目前,我们正在开发紫外2可见长光程差分吸收光谱系统,该技术主要是以大气中的痕量污染气体对紫外和可见波段的特征吸收为基础,通过特征光谱鉴别大气中污染气体的类型和浓度。差分吸收光谱技术的精度取决于被测物质差分吸收截面的准确测量;为确保测量的最大灵敏度,选择最佳波长区间也是重要的。实际上也就是选择具有最大差分吸收截面、最小大气衰减以及其他物质对被测物质干扰最小的波长区间。气体的差分吸收截面由吸收截面经过高频滤波得到;因此,应首先知道被研究气体的准确吸收截面,进而计算差分吸收截面。虽然与我们测量相关的某些气体的吸收截面与差分吸收截面在有些文献[1～3]上已经给出,但是由于以下原因:(1)文献给出的波长区间与我们使用的波长区间可能不符;(2)相当一部分被研究的气体的吸收截面与差分吸收截面无法通过文献获得;(3)为了确保计算精度,应该使用与实际大气吸收光谱测量具有相同光学性质的光谱仪进行吸收截面的测量[4];我们仍然在实验室对在紫外2可见区间有吸收的主要大气污染气体的吸收截面进行了测量。 2 测量原理 吸收一个辐射光子相当于分子两个能级间的内状态发生了变化。能量的变化取决于两个分离的能级。吸收截面与两个能级间的吸收(或辐射)强度成正比。通常,光的吸收由Beer2L am bert吸收定律描述,如下式所示: I(Κ)=I0(Κ)exp(-Ρ(Κ)cL)(1) 第25卷第4期 仪 器 仪 表 学 报 2004年8月Ξ本文于2002年10月收到。
光谱学发展简史解读
光谱学发展简史 光谱学是光学的一个分支学科，它主要研究各种物质的光谱的产生及其同物质之间的相互作用。光谱是电磁辐射按照波长的有序排列，根据实验条件的不同，各个辐射波长都具有各自的特征强度。 通过光谱的研究，人们可以得到原子、分子等的能级结构、能级寿命、电子的组态、分子的几何形状、化学键的性质、反应动力学等多方面物质结构的知识。但是，光谱学技术并不仅是一种科学工具，在化学分析中它也提供了重要的定性与定量的分析方法。 光谱学的发展简史 光谱学的研究已有一百多年的历史了。1666年，牛顿把通过玻璃棱镜的太阳光分解成了从红光到紫光的各种颜色的光谱，他发现白光是由各种颜色的光组成的。这是可算是最早对光谱的研究。 其后一直到1802年，渥拉斯顿观察到了光谱线，其后在1814年夫琅和费也独立地发现它。牛顿之所以没有能观察到光谱线，是因为他使太阳光通过了圆孔而不是通过狭缝。在1814～1815年之间，夫琅和费公布了太阳光谱中的许多条暗线，并以字母来命名，其中有些命名沿用至今。此后便把这些线称为夫琅和费暗线。 实用光谱学是由基尔霍夫与本生在19世纪60年代发展起来的；他们证明光谱学可以用作定性化学分析的新方法，并利用这种方法发现了几种当时还未知的元素，并且证明了太阳里也存在着多种已知的元素。 从19世纪中叶起，氢原子光谱一直是光谱学研究的重要课题之一。在试图说明氢原子光谱的过程中，所得到的各项成就对量子力学法则的建立起了很大促进作用。这些法则不仅能够应用于氢原子，也能应用于其他原子、分子和凝聚态物质。 氢原子光谱中最强的一条谱线是1853年由瑞典物理学家埃斯特朗探测出来的。此后的20年，在星体的光谱中观测到了更多的氢原子谱线。1885年，从事天文测量的瑞士科学家巴耳末找到一个经验公式来说明已知的氢原子诺线的位置，此后便把这一组线称为巴耳末系。继巴耳末的成就之后，1889年，瑞典光谱学家里德伯发现了许多元素的线状光谱系，其中最为明显的为碱金属原子的光谱系，它们也都能满足一个简单的公式。 尽管氢原子光谱线的波长的表示式十分简单，不过当时对其起因却茫然不知。一直到1913年，玻尔才对它作出了明确的解释。但玻尔理论并不能解释所观测到的原子光谱的各种特征，即使对于氢原子光谱的进一步的解释也遇到了困难。 能够满意地解释光谱线的成因的是20世纪发展起来的量子力学。电子不仅具有轨道角动量，而且还具有自旋角动量。这两种角动量的结合便成功地解释了光谱线的分裂现象。 电子自旋的概念首先是在1925年由乌伦贝克和古兹密特作为假设而引入的，以便解释碱金属原子光谱的测量结果。在狄喇克的相对论性量子力学中，电子自旋(包括质子自旋与中子自旋)的概念有了牢固的理论基础，它成了基本方程的自然结果而不是作为一种特别的假设了。 1896年，塞曼把光源放在磁场中来观察磁场对光三重线，发现这些谱线都是偏振的。现在把这种现象称为塞曼效应。次年，洛伦兹对于这个效应作了满意的解释。 塞曼效应不仅在理论上具有重要意义，而且在应用中也是重要的。在复杂光谱的分类中，塞曼效应是一种很有用的方法，它有效地帮助了人们对于复杂光谱的理解。
吸收光谱测量基本原理
吸收光谱简介 纯白光为一连续的从红色到紫色的光谱，但当白光穿过一个有色宝石，一定颜色或波长可被宝石所吸收，这导致该白光光谱中有一处或几处间断，这些间断以暗线或暗带形式出现。许多宝石显示出在可见光谱中吸收带或线的特征样式，其完整的样式被称为"吸收光谱"。吸收光谱 处于基态和低激发态的原子或分子吸收具有连续分布的某些波长的光而跃迁到各激发态，形成了按波长排列的暗线或暗带组成的光谱。 吸收光谱是温度很高的光源发出来的白光，通过温度较低的蒸汽或气体后产生的，如让高温光源发出的白光，通过温度较低的钠的蒸汽就能生成钠的吸收光谱。这个光谱背景是明亮的连续光谱。而在钠的标识谱线的位置上出现了暗线。通过大量实验观察总结出一条规律，即每一种元素的吸收光谱里暗线的位置跟他们明线光谱的位置是互相重合的。也就是每种元素所发射的光的频率跟它所吸收的光频率是相同的。 太阳光谱是一种吸收光谱，是因为太阳发出的光穿过温度比太阳本身低得多的太阳大气层，而在这大气层里存在着从太阳里蒸发出来的许多元素的气体，太阳光穿过它们的时候跟这些元素的标识谱线相同的光都被这些气体吸收掉了。因此我们看到的太阳光谱是在连续光谱的背景上分布着许多条暗线。这些暗线是德国物理学家夫琅和费首先发现的称为夫琅和费线。 吸收光谱高温物体发出的白光（其中包含连续分布的一切波长的光）通过物质时，某些波长的光被物质吸收后产生的光谱，叫做吸收光谱。例如，让弧光灯发出的白光通过温度较低的钠气（在酒精灯的灯心上放一些食盐，食盐受热分解就会产生钠气），然后用分光镜来观察，就会看到在连续光谱的背景中有两条挨得很近的暗线（见彩图8．分光镜的分辨本领不够高时，只能看见一条暗线）．这就是钠原子的吸收光谱．值得注意的是，各种原子的吸收光谱中的每一条暗线都跟该种原子的发射光谱中的一条明线相对应．这表明，低温气体原子吸收的光，恰好就是这种原子在高温时发出的光．因此，吸收光谱中的谱线（暗线），也是原子的特征谱线，只是通常在吸收光谱中看到的特征谱线比明线光谱中的少 光谱分析 光谱分析由于每种原子都有自己的特征谱线，因此可以根据光谱来鉴别物质和确定它的化学组成．这种方法叫做光谱分析．做光谱分析时，可以利用发射光谱，也可以利用吸收光谱．这种方法的优点是非常灵敏而且迅速．某种元素在物质中的含量达10-10克，就可以从光谱中发现它的特征谱线，因而能够把它检查出来．光谱分析在科学技术中有广泛的应用．例如，在检查半导体材料硅和锗是不是达到了高纯度的要求时，就要用到光谱分析．在历史上，光谱分析还帮助人们发现了许多新元素．例如，铷和铯就是从光谱中看到了以前所不知道的特征谱线而被发现的．光谱分
紫外-可见吸收光谱鉴别技术知识点.
紫外-可见吸收光谱鉴别技术 紫外-可见分光光度法也称为紫外-可见吸收光谱法（UV-vis ），它是依据物质对紫外和可见光区不同波长光的吸收程度进行定性、定量的分析方法。 1．物质对光的选择性吸收 光是一种电磁波，按波长顺序可以划分为不同的光区。不同波长的光具有不同的能量，波长越长，能量越低；波长越短，能量越高。 当一束白光通过棱镜后色散为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等各种颜色的光，每种颜色的光又有一定的波长范围。如果把两种光按一定强度比例混合，也可成为白光，这两种颜色的光称为互补色光。图1是互补色光示意图，处于直线关系的两种颜色即为互补色光。 溶液所以呈现不同的颜色是由于该溶液对光具有选择性吸收。当一束白光通过某一有色溶液时，一部分光被溶液选择吸收，另一部分光则通过溶液。例如当白光入射通过KMnO4溶液时，溶液选择性吸收绿光，溶液本身呈现绿光的互补色光，即紫红色。 2．光吸收的基本定律——朗伯-比尔定律 当一束平行单色光垂直照射到一定浓度c 、液层厚度为b 的均匀透明溶液时（如图2），由于溶液吸收了一部分光能，光的强度减弱。透射光强度I t 与入射光强度I 0之比称为透射比，用T 表示；单色光通过溶液时被吸收的程度，称为吸 光度，用A 表示。 400-450650-750 绿 橙 图1 互补色光示意图 图2 光通过溶液示意图 I 0-为入射光强度 I t -为透射光 强度
朗伯和比尔总结了光的吸收与液层厚度、溶液浓度的定量关系。其数学表达式为：A＝k·b·c 。 其物理意义是：当一束平行单色光垂直通过均匀、透明的吸光物质的稀溶液时，溶液的吸光度A与溶液浓度c和液层厚度b的乘积呈正比。 朗伯-比尔定律是紫外-可见分光光度法进行定量分析的理论依据，适用于可见光、紫外光、红外光和均匀非散射的液体、气体及透光固体。 比例常数k称为吸光系数，是吸光物质的特征常数，与入射光的波长、物质的性质和溶液的温度等因素有关，与溶液的浓度大小和液层厚度无关。它表示物质对某一特定波长光的吸收能力，其数值及单位与b、c所取单位有关。 当入射光波长一定时，溶液浓度c为1 g/100mL（或1%）、液层厚度b为1 cm 时的吸光度称为百分吸光系数。药典中所收载的吸光系数均为百分吸光系数。 吸光系数越大，表明该物质对某波长光的吸光能力越强，测定的灵敏度也越高，微量的物质也能准确测出。 如果溶液中同时存在两种或两种以上吸光物质时，只要共存物质不互相影响吸光性质，则总吸光度是各共存物吸光度的和，即A总=Aa + Ab + Ac + …，而各组分的吸光度由各自的浓度与吸光系数所决定。 3．吸收曲线 将不同波长的光照射某一浓度和液层厚度固定的溶液，并测量不同波长下溶液的吸光度，以吸光度A为纵坐标，相应波长λ为横坐标绘制的曲线，称为吸收曲线或吸收光谱。图3为KMnO 4 溶液的吸收曲线。 由图3可见，KMnO 4 溶液对不同波长的光具有选择性吸收，在波长525 nm 处吸收最强，相应波长称为最大吸 图3 不同浓度KMnO4溶液的吸收曲线
光谱学新书导读
光谱学外文新书导读 方晖（南开大学信息技术科学学院教授、博士后） 光谱学是物理学中的光学的一个分支，研究的是光与构成物质的原子和分子之间的相互作用，主要探讨的是利用各种光谱信息来获取原子和分子的内部结构及其各种运动状态。近代光谱学的发展是和量子力学、原子物理学的建立密不可分的，例如普朗克常数就是在黑体辐射光谱研究中提出的，而对氢原子光谱的研究则直接导致了玻尔原子模型以及薛定谔方程的提出。之后，随着量子力学原理逐渐应用到以分子研究为中心的量子化学中来，光谱学研究的重心也逐渐向分子光谱学转移。特别是在激光器发明之后，人们籍此新的光源可以获得强度更高和光谱分辨率、时间分辨率更高的各种分子光谱，激光光谱学迎来了现代光谱学的蓬勃发展时期。目前，各种新的光谱技术不断涌现，各种光谱仪器设备的更新层出不穷，光谱学研究已经远远超出了当初传统的物理、化学范畴，而是在几乎各个科学技术研究领域都起着越来越重要的作用，例如尤其是在材料科学、生命科学、医学中，光谱研究已成为一种不可或缺的研究手段。 南开大学外国教材中心和理科馆历来注重光谱学方面英文书籍的购置、收集和整理，到目前为止已具有较为丰富的馆藏。考虑到可能的同学及教师读者或者是在为光谱学课程寻找补充材料或者为具体的光谱科研寻找相关资料，我特将这些藏书分为了以下7类：（1）原子光谱学；（2）原子到分子光谱学；（3）分子光谱学；（4）激光光谱学；（5）独立的光谱学分支；（6）具体的光谱学应用；（7）光谱仪器。其中（1）、（2）、（3）和（4）中的藏书可以分别为研习原子光谱、分子光谱、激光光谱课程时参阅，而（5）、（6）、（7）中的某些藏书也许正是目前从事光谱学科研的同学和教师所需要的。 （1）到（7）每个类之中的书籍都按照出版年份做了排列，其中1990年后出版的所有馆藏基本上都罗列出来。而对于其他较早出版的，列出了其中的大部分仍然具有较高的参考价值（这里我参考了网络搜索结果做出了判断，可能不免有所遗漏，欢迎大家补充）。希望这样的收集方式不仅有利于读者能快速找到最为合适的参考书，同时也能方便广大读者更容易地向外国教材中心建议所需购置、补充的新书。 以下，我对（1）到（4）各类中1990年后出版的书做一个简要介绍，供大家参考。 在（1）原子光谱学中：Zenonas Rudzikas的书据作者称为惟一的一本用非相对论以及相对论理论成功描述了复杂多电子原子和离子的能级结构和跃迁几率的书，这本书对原子光谱理论给出了详尽的描述，但内容过于艰深，似不适宜作为教科书；而Igor Sobelman的书从内容的安排上由简到繁，深入浅出，在最后的章节里考虑了原子光谱的相对论修正，其另外一个特色是提供了各种原子的包括偶极矩和四极矩以及跃迁几率和有效截面等参数的详细的数据表格；Bernhard Welz的书是一本经再版的畅销书，有评论称作者在原子吸收光谱的基本理论和实际应用上寻找到了一个很好的平衡，而且这本书列出的详细的文献也具有较高的参考价值。 在（2）原子到分子光谱学中：Vimal Kumar Jain的书首先描述了单价电子和双价电子原子的原子光谱理论，介绍了核磁共振和穆斯堡尔谱，接着描述了双原子分子的转动、振动、电子，以及拉曼光谱，这本书的一个主要特色是有问题
紫外吸收光谱的基本原理
紫外吸收光谱的基本原理，应用与其特点 紫外吸收光谱的基本原理 吸收光谱的产生 许多无色透明的有机化合物，虽不吸收可见光，但往往能吸收紫外光。如果用一束具有连续波长的紫外光照射有机化合物，这时紫外光中某些波长的光辐射就可以被该化合物的分子所吸收，若将不同波长的吸收光度记录下来，就可获的该化合物的紫外吸收光谱. 紫外光谱的表示方法 通常以波长λ为横轴、吸光度A（百分透光率T%）为纵轴作图，就可获的该化合物的紫外吸收光谱图。 吸光度A，表示单色光通过某一样品时被吸收的程度A=log(I0/I1), I0入射光强度，I1透过光强度； 透光率也称透射率T，为透过光强度I1与入射光强度I0之比值，T= I1/I0透光率T与吸光度A的关系为A=log(1/T) 根据朗伯-比尔定律，吸光度A与溶液浓度c成正比A=εbc ε为摩尔吸光系数，它是浓度为1mol/L的溶液在1cm的吸收池中，在一定波长下测得的吸光度，它表示物质对光能的吸收强度，是各种物质在一定波长下的特征常数，因而是检定化合物的重要数据；c为物质的浓度，单位为mol/L；b为液层厚度，单位为cm。 在紫外吸收光谱中常以吸收带最大吸收处波长λmax和该波长下的摩尔吸收系数εmax来表征化合物吸收特征。吸收光谱反映了物质分子对不同波长紫外光的吸收能力。吸收带的许多无色透明的有机化合物，虽不吸收可见光，但往往能吸收紫外光。如果用一束具有连续波长的紫外光照射有机化合物，这时紫外光中某些波长的光辐射就可以被该化合物的分子所吸收，若将不同波长的吸收光度记录下来，就可获的该化合物的紫外吸收光谱. 通常以波长λ为横轴、吸光度A（百分透光率T%）为纵轴作图，就可获的该化合物的紫外吸收光谱图。 吸光度A，表示单色光通过某一样品时被吸收的程度A=log(I0/I1), I0入射光强度，I1透过光强度； 透光率也称透射率T，为透过光强度I1与入射光强度I0之比值，T= I1/I0透光率T与吸光度A的关系为A=log(1/T) 根据朗伯-比尔定律，吸光度A与溶液浓度c成正比A=εbc ε为摩尔吸光系数，它是浓度为1mol/L的溶液在1cm的吸收池中，在一定波长下测得的吸光度，它表示物质对光能的吸收强度，是各种物质在一定波长下的特征常数，因而是检定化合物的重要数据；c为物质的浓度，单位为mol/L；b为液层厚度，单位为cm。 在紫外吸收光谱中常以吸收带最大吸收处波长λmax和该波长下的摩尔吸收系数εmax来表征化合物吸收特征。吸收光谱反映了物质分子对不同波长紫外光的吸收能力。吸收带的形状、λmax和εmax与吸光分子的结构有密切的关系。各种有机化合形状、λmax 和εmax与吸光分子的结构有密切的关系。各种有机化合物的λmax和εmax都有定值，同类化合物的εmax比较接近，处于一个范围。 紫外吸收光谱是由分子中价电子能级跃迁所产生的。由于电子能级跃迁往往要引起分子中核的运动状态的变化，因此在电子跃迁的同时，总是伴随着分子的振动能级和转动能级的跃迁。考虑跃迁前的基态分子并不是全是处于最低振动和转动能级，而是分布在若干不同的