光分析导轮
光学分析法导论课件
• 光学分析法的基本原理 • 光学分析法的 • 光学分析法的数据理与分析 • 光学分析法的用例
01
光学分析法介
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，通过测量光与物质相互作用的 特性来分析物质的方法。
它利用了光的吸收、反射、散射、透 射等特性，以及光与物质相互作用后 产生的光谱信息，来对物质进行定性 和定量分析。
干涉条件
干涉图样
干涉图样是干涉现象的直观表现，其 形状取决于光波的波长、相位差和振 动方向。
相干光波的频率相同、有恒定的相位 差、有相同的振动方向。
光的衍射
01
02
03
衍射现象
光波在遇到障碍物或通过 孔洞时，会绕过障碍物或 穿过孔洞，产生偏离直线 传播的现象。
衍射分类
根据产生衍射现象的原因， 可以分为菲涅尔衍射和夫 琅禾费衍射。
03
利用分类算法对光谱数据进行分类和识别，以实现物质鉴别和
含量测定等功能。
图像数据的处理与分析
图像增强
通过对比度增强、滤波等技术改善图像质量，提高图像的清晰度 和可辨识度。
图像分割
将图像划分为不同的区域或对象，以便于提取感兴趣的目标或特 征。
特征提取与识别
从图像中提取出目标物的形状、大小、颜色等特征，并利用分类 算法进行识别和分类。
光学显微镜 用于观察细胞形态和组织结构。
流式细胞术 用于细胞分选、计数和表型分析。
在环境监测中的应用
遥感技 术
用于大范围的环境监测和污染源调查。
光学传感器
用于实时监测水质和空气质量。
荧光光谱法
用于水体中有机污染物的检测。
表面增强拉曼散射
用于空气中有毒有害物质的检测。
光分析法
微波----来自分子转动能级及电子自旋能级跃迁 微波----来自分子转动能级及电子自旋能级跃迁 来自分子转动能级 无线电波-- 来自原子核自旋 原子核自旋能级的跃迁 无线电波-- 来自原子核自旋能级的跃迁
22:24:30
2. 物质对光的选择性吸收及吸收曲线
M + hν
M*
M + 热 M + 荧光或磷光
第九章 光分析法导论
第一节 光分析法及分类
1
22:24:30
1.光分析法及分类 光分析法及分类
光化学分析法----依据物质发射的电磁辐射或物质与电磁辐 光化学分析法----依据物质发射的电磁辐射或物质与电磁辐 ---射相互作用而建立起来的各种分析法的统称~。 分为: 分为: 光谱分析法 测量物质的发射光 、 吸收光或散射光 的波长和强度。 物 的波长和强度 。 质内部能级变化 质内部能级变化 非光谱分析法。 非光谱分析法。 测定电磁辐射的反射、 测定电磁辐射的反射、 折射、干涉、 折射、干涉、衍射和偏 振等基本性质变化。 振等基本性质变化。物 质内部能级不变化 质内部能级不变化
⑵ n →σ＊跃迁
所需能量较大。吸收波长为 所需能量较大。吸收波长为150～250nm，大部分在远 ～ ，大部分在远 紫外区，近紫外区仍不易观察到。 紫外区，近紫外区仍不易观察到。-------含非键电子的饱和 含非键电子的 烃衍生物(含 、 、 和卤素等杂原子 和卤素等杂原子) 烃衍生物 含N、O、S和卤素等杂原子 。如 一氯甲烷173nm 、 一氯甲烷 甲醇183nm 、 甲醇
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 发射谱
分子光谱分析法
光学分析法导论
第2章光学分析法导论【2-1】解释下列名词。
（1）原子光谱和分子光谱（2）发射光谱和吸收光谱（3）闪耀光栅和闪耀波长（4）光谱通带答：（1）原子光谱：由原子能级之间跃迁产生的光谱称为原子光谱。
分子光谱：由分子能级跃迁产生的光谱称为分子光谱。
（2）发射光谱：原来处于激发态的粒子回到低能级或基态时，往往会发射电磁辐射，这样产生的光谱为发射光谱。
吸收光谱：物质对辐射选择性吸收而得到的原子或分子光谱称为吸收光谱。
（3）闪耀光栅：当光栅刻划成锯齿形的线槽断面时，光栅的光能量便集中在预定的方向上，即某一光谱级上。
从这个方向探测时，光谱的强度最大，这种现象称为闪耀，这种光栅称为闪耀光栅。
闪耀波长：在这样刻成的闪耀光栅中，起衍射作用的槽面是个光滑的平面，它与光栅的表面一夹角，称为闪耀角。
最大光强度所对应的波长，称为闪耀波长。
（4）光谱通带：仪器出射狭缝所能通过的谱线宽度。
【2-2】简述棱镜和光栅的分光原理。
【2-3】简述光电倍增管工作原理。
答：光电倍增管工作原理：1）光子透过入射窗口入射在光电阴极K上。
2）光电阴极电子受光子激发，离开表面发射到真空中。
3）光电子通过电子加速和电子光学系统聚焦入射到第一倍增极D1上，倍增极将发射出比入射电子数目更多的二次电子，入射电子经N级倍增极倍增后光电子就放大N次方倍。
4）经过倍增后的二次电子由阳极P收集起来，形成阳极光电流，在负载RL上产生信号电压。
【2-4】何谓多道型检测器？试述多道型检测器光电二极管阵列、电荷耦合器件和电荷注入器件三者在基本组成和功能方面的共同点。
【2-5】请按能量递增和波长递增的顺序，分别排列下列电磁辐射区：红外，无线电波，可见光，紫外光，X射线，微波。
答：能量递增顺序：无线电波、微波、红外线、可见光、紫外光、X射线。
波长递增顺序：X射线、紫外光、可见光、红外线、微波、无线电波。
【2-6】计算下列电磁辐射的频率和波数。
（1）波长为0.9nm的单色X射线；（2）589.0nm的钠D线；（3）12.6μm的红外吸收峰；（4）波长为200cm 的微波辐射。
仪器分析 光学分析法导论
1 1
2 2
3 3
h6.61 2-0 6 3J4S
实用文档
每个光子的能量与相应频率或波长之间的关系为
hhc hc
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实用文，档 单位 cm-1。
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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；
实用文档
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。
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
波谱分析法
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§2-2 光学分析法的分类
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
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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
实用文档
实用文档
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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
实用文档
yvq第3节-光谱法仪器与光学器件
（二）单色器 1、定义：将光源产生的复合光色散成单色光的装 置。 2、主要部件 （1）进口狭缝； （2）准直装置(透镜或反射镜)：使辐射束成为平 行光线； （3）色散装置(棱镜、光栅)：使不同波长的辐射 以不同的角度进行传播； （4）聚焦透镜或凹面反射镜，使每个单色光束在 单色器的出口曲面上成像。
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（2）特殊装置 原子吸收分光光度法：雾化器中雾化，在火焰中
，元素由离子态→原子； 原子发射光谱分析：试样喷入火焰
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二、光分析法仪器的基本单元
main parts of spectrometry
（四）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； （2）热检测器
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内容选择：
第一节 光分析基础
fundamental of optical analysis
第二节 原子光谱与分子光谱
atom spectrum and molecular spectrum
第三节 光谱法仪器与光学器件
instruments for spectrometry and optical parts
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一、光分析法仪器的基本流程
general process of spectrometry
光谱仪器通常包括
五个基本单元：
（一）光源
（二）单色器
（三）样品装置
（四）检测器
（五）显示与数据处理
系统
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二、光分析法仪器的基本单元
main parts of spectrometry
（一）光源 依据方法不同，采用不同的光源：火焰、灯、激光
光谱分析法导论
分子散射
拉曼散射（λ散≠ λ入 ） （粒子直径小于入射光波长） I（散射光强）∝ν4∝1/λ4
2.1.4.4 折射与反射（Refraction and Reflection） 折射率 n=c/ν 相对折射率
sin i V1 n2 n2.1 sin r V2 n1
棱镜的分光作用
图2-10 光的反射与折射示意图
一种有效的结构分析手段
2.2.2.3 基于原子内层电子能级跃迁的光谱法 与原子内层电子能级跃迁相关的光谱法 为X射线分析法，它是基于高能电子的减速 运动或原子内层电子跃迁所产生的短波电磁 辐射所建立的分析方法，包括X射线荧光法、 X射线吸收法。
2.2.2.4 基于原子核能级跃迁的光谱法 基于原子核能级跃迁的光谱法为核磁共 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。
图2-2 原子吸收跃迁示意图
2. 分子吸收 特点： 分子能级的复杂性 连续光谱 紫外-可见（电子能级跃迁）和红外光谱 （振转能级跃迁）
分子总能量：
Ｅ分子＝Ｅ电子＋Ｅ振动
＋Ｅ转动
图2-3 电子能级吸收跃迁示意图
图2-4 分子振动能级吸收跃迁示意图
3. 磁场诱导吸收 将某些元素原子放入磁场，其电子和 核受到强磁场的作用后，具有磁性质的简 并能级将发生分裂，并产生具有微小能量 差的不同量子化的能级，进而可以吸收低 频率的电磁辐射。
第2章 光谱分析法导论 （Introduction to spectral analysis）
光分析法基础： 能量作用于待测物质后产生光辐射，该能量 形式可以是光辐射和其他辐射能量形式，也 可以是声、电、磁或热等能量形式； 光辐射作用于待测物质后发生某种变化，这 种变化可以是待测物质物理化学特性的改变， 也可以是光辐射光学特性的改变。
第一章光分析导论
第一章 光分析导论1.1 电磁辐射和电磁波谱 1.1.1. 电磁辐射：一种高速度通过空间传播的光量子流,它具有波粒二 象性。
EL = h ν = h c / λ = h c σEL为能量，单位为J或ev，1ev = 1.602 × 10-19 J h为普朗克常数6.626 × 10-34J.s； ν为频率，单位为Hz,即s-1；c为光速3 × 1010 cm.s-1 ; λ为波长，单位nm或Å(10-10 m); σ为波数，单位cm-1。
[例] 某电子在两能级间跃迁的能量差为4.969 × 10-19 J，求其波长为多少纳米？其波数为多少？[解] 由 ΔE = h ν = h c / λ 得λ = h c / ΔE10-19= 6.626 × 10-34× 3 × 1010 / 4.969 ×= 4 × 10-5 cm= 400 nmσ = 1 / λ = 1 / 4 × 10-5 cm = 25000 cm-11.1.2. 电磁波谱：电磁辐射按波长顺序排列称为电磁波谱。
它反映了物质内能量的变化，任一波长光子的 能量与物质内的原子或分子的能级变化（ΔE） 相对应，它们之间的关系为：ΔE = E1-E2 = EL = h ν = h c / λ表1-1 电磁波谱能量高低 高能辐射 中间部分长波部分典型的光谱学 γ射线 X射线 真空紫外 紫外可见 红外 微波电子自旋共振 核磁共振波长范围 0.005-1.4 Å 0.1-100 Å 10-180 nm 180-780 nm 0.78-300 um 0.75-3.75 mm3 cm 0.6-10 m跃迁类型 核能级 内层电子 价电子 价电子 分子的转动和振动 分子的转动 磁场中电子的自旋 磁场中核的自旋1.2 原子光谱和分子光谱1.2.1 原子光谱：原子核外电子在不同能级间跃迁而产生的 光谱，它包括原子发射、原子吸收和原子荧光 光谱等等。
第二章光分析导论
磁
—— 200 nm
磁
射 800 nm
电磁波谱区域
波数
(cm-1)
108
107
106
105
近
104
103
102
101
1
10-1
10-2
核 磁 共 振
10-3
γ-射线 射线
X– 紫外 射线
近 紫 可 红 中红 远红外 外 外 外
顺磁共 振
红外波段
核
共 振
射
磁 中
(m) 10-10
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光的互补： 光的互补：若两种不同颜色的单色光按一定的强度比例混 合得到白光（无色的光）， ），那么就称这两种单色光为互补 合得到白光（无色的光），那么就称这两种单色光为互补 色光，这种现象称为光的互补。 色光，这种现象称为光的互补。
绿 蓝绿
黄绿 黄 橙 红
绿蓝 蓝 紫 紫红
2011-10-16
光与物质的作用 光的吸收、 光的吸收、发射 光的吸收——光与物质接触时，某些频率的光被 光与物质接触时， 光的吸收 光与物质接触时 选择性吸收并使其强度减弱，叫物质对光的吸收； 选择性吸收并使其强度减弱，叫物质对光的吸收； I 1 I 吸光度：A = lg = − lg T = lg 0 透射率：T = T I I0
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10-9
10-8
10-7
10-6
10-5
10-4
10-3
10-2
10-1
1
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电磁波谱区域与相应的光谱分析方法 电磁波谱区域与相应的光谱分析方法
光谱区域 波长范围 跃迁类型 光谱分析方法 γ射线 0.001 ~0.1Å 核能级跃迁 γ 射线发射 法 莫斯堡尔 法 X射线 0. 1 ~100Å 原子內层电子能级跃迁 X-荧光、衍射法 荧光、 射线 荧光 电子能谱分析法 真空紫外 10~200nm 真空紫外吸收光谱法 200~400nm 紫外 外层电子及价电子能级 紫外可见吸收光谱法 400~800nm 原子吸收、发射、 可见 外层电子及价电子能级 原子吸收、发射、荧光法 分子荧光光谱法 0.8~2.5µm 近红外 分子振动能级 红外吸收光谱 法 2.5~50µm 中红外 分子振动能级 拉曼光谱 法 50~300µm 远红外 µ 分子转动能级 0.3~1000mm 分子转动、 微波吸收、 微波 分子转动、电子自旋能级 微波吸收、电子顺磁共振谱 1m ~ 1000m 无线电波 核自旋 核磁共振谱
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第一章光分析导轮
一、选择题
1.在光学分析法中, 采用钨灯作光源的是 ( )
(1)原子光谱 (2)分子光谱 (3)可见分子光谱 (4)红外光谱
2.可见光的能量应为 ( )
(1) 1.24×104～ 1.24×106eV (2) 1.43×102～ 71 eV
(3) 6.2 ～ 3.1 eV (4) 3.1 ～ 1.65 eV
3.已知：h=6.63×10-34 J s则波长为0.01nm的光子能量为 ( )
(1) 12.4 eV (2) 124 eV (3) 12.4×105eV (4) 0.124 eV
4..频率可用下列哪种方式表示（c------光速，λ---波长，б---波数（）
（1）. б/c （2）. cб（3）.1/λ（4）、c/б5.光量子的能量正比于辐射的（）
（1）. 频率（2）.波长（3）.波数（4）.传播速度
6. 下列四个电磁波谱区中，请指出能量最小（），频率最小（），波数最大者（），波长最短者（）
（1）X射线（2）红外区（3）无线电波（4）紫外和可见光区
二、填空题 ( 共 7题 12分 )
1.库仑滴定分析法, 实际上是一种___________________________电解分析法.
2. 任何一种分析仪器都可视作由以下四部分组成:________________________、
____________________、_____________________和________________________.
3. 仪器分析主要分为三大类, 它们是 、
和 .
4.用pH计测定某溶液pH时, 其信号源是__________________________________;
传感器是_______________________________.
5.电化学分析法是建立在 基础上的一类分析方法.
6.光学分析法是建立在 基础上的一类分析方法.
三、解释术语
1.电磁波谱
2.发射光谱
3.吸收光谱
4.荧光光谱
四、计算题
1.计算下列辐射的频率（Hz）和波数（cm-1）
（1）0.25cm的微波束；（2） 324.7nm铜的发射线。
2.计算下列辐射的波长（以cm和À为单位）
（1）频率为4.47×1014Hz的可见光波
（2）频率为1.21×108Hz的无线电波
3.计算习题1中各辐射以下列单位表示的能量。
（1）erg （2）Ev。