光法导论剖析PPT课件

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10光学分析法导论剖析PPT课件

红外吸收光谱法:红外光分子吸收
远红外光谱区
电子自旋共振波谱法:微波分子未成对电子吸收
核磁共振波谱法:射频原子核自旋吸收
2. 光与物质的相互作用
电磁辐射与物质相互作用的方式：
发射、吸收
粒子性
反射、折射、透射、散射、干涉、衍射波动性
（1）吸收辐射能作用于物质后，物质选择性地接受一定波长（频率）的辐射能，从低能态跃迁至高能态 (激发态)，这种现象称为吸收；基于这种现象建立起来的Байду номын сангаас析方法称为吸收光谱法。
电场
y = A sin(t + ) = A sin(2vt + )
磁场
单色平面偏振光的传播
传播方向
• 频率：一秒内电磁场振荡的次数，单位Hz或s-1。
– 只决定于辐射源，与介质无关
• 波长：是电磁波相邻两个同位相点之间的距离，单位有 m、cm、m、nm、埃。
• 波速 c：电磁辐射传播的速度，电磁辐射在不同介质中传播速度是不同，只有在真空中所有电磁辐射的传播速度才相同，都等于光速。
第十章光学分析法导论 Optical analysis
光学分析法是基于电磁辐射与物质相互作用辐射信号或发生的变化来测定物质的性质、含量、结构的一类分析方法。
光学分析方法涉及到三个要素： ①能源提供能量
电磁辐射、声波、电子流、离子流
②能量与物质的相互作用
电场-物质、磁场-物质
③分析信号的产生及其检测
1、热能激发发光，发射谱线强度与物质浓度的关系——赛伯-罗马金公式：
a为比例系数，b为自吸系数
原子发射光谱定量分析公式 2、光致发光，发射谱线强度与物质浓度的关系：
I = kc

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）

《光分析法导论》幻灯片

们的能量都是量子化的。原子或分子的最低能
态称为基态，较高能态称为激发态。在室温下，
物质一般都处在它们的基态。
2.电磁辐射的粒子性
• 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；
即 E =E1-E0=h
§2.1 电磁辐射及电磁波谱
二.光学分析法波谱
2.电磁波谱与现代仪器分析方法
波谱区 -射线波长 5~140 pm
跃迁类型核能级
X-射线远紫外光 10-3~10nm 10~200nm
§2.1 电磁辐射及电磁波谱
一. 电磁辐射的波粒二象性 1.电磁辐射的波动性
λ c
波长— cm、µm、nm、A
频
率— υ Hz sec-1
波
数— σ cm-1
σ=1/λ
传播速度— cm/ sec 真空传播速度c=
(2.997925±0.000001)×1010cm/s
应该注意：频率更能表征辐射的特征
可见光七彩颜色的波长和频率范围
光色波长(nm)
频率(Hz)
中心波长 (nm)
红 760~622 3 .9 1 1~ 0 4 4 .8 1 10 4 660
橙 622~597 4 .8 1 1~ 0 4 5 .0 1 10 4 610
黄 597~577 绿 577~492 青 492~470 兰 470~455 紫 455~400
频率只决定于辐射源，而与介质无关
波长与传播速度V、介质（折射率 n=c/V）有关
散射折射与反射衍射干涉偏振
§2.1 电磁辐射及电磁波谱
一. 电磁辐射的波粒二象性 2.电磁辐射的粒子性

第2章光分析法导论

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3.分子光谱（带状光谱）
基于气态或溶液中的分子，当发生能级跃迁时，分子中的电子能级跃迁与振-转动次能级跃迁相互叠加而产生的光谱。
带状光谱：电子能级间跃迁的同时总伴随有振动和转动能级间的跃迁。即电子光谱中总包含有振动能级和转动能级间跃迁产生的若干谱线相互叠加而呈现宽谱带。
h=6.626×10-34J·s
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2.光与物质的相互作用 (1) 光的吸收与发射
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 — 光的吸收。
透光T率It 或T I 吸光A度lg1 lgI0
I0
I0
TI
朗白比尔定：律 AKC或 LII0eKCL
2019及其与物质的相互作用
一、光（电磁辐射）的基本性质
1.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 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。
第二章光分析法导论
2-1 概述 2-2 光的性质及其
与物质的相互作用 2-3 光分析法分类
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2-1 概述
一、光分析法 1.光分析法定义
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。 2.电磁辐射范围射线～无线电波所有范围。 3.相互作用方式
法法法
原原原 X
子发
子子吸荧
射线荧
射收光光
原子光谱法
吸收光谱法
原紫红核子外外磁吸可吸共收见收振

光法导论剖析PPT课件

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2.单色器
单色器：获得高光谱纯度辐射束的装置，而辐射束的波长可在很宽范围内任意改变；
main parts of spectrometry
1. 光源
依据方法不同，采用不同的光源：火焰、灯、激光、电火花、电弧等；依据光源性质不同，分为：
连续光源：在较大范围提供连续波长的光源，氢灯、氘灯、钨丝灯等；
线光源：提供特定波长的光源，金属蒸气灯( 汞灯、钠蒸气灯)、空心阴极灯、激光等；
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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。
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。
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二、电磁辐射的基本性质
basic properties of electromagnetic radiation
3. 新材料
光导纤维传导，损耗少；抗干扰能力强；
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4. 交叉
电致发光分析；光导纤维电化学传感器
5. 检测器的发展
电荷耦合阵列检测器光谱范围宽、量子效率高、线性范围宽、多道同时数据采集、三维谱图，将取代光电倍增管；
光二极激光器代替空心阴极灯，使原子吸收可进行多元素同时测定；
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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；

《光分析法导论》课件

REPORT
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMAR Y
05
光分析法的未来展望
新材料在光分析法中的应用
纳米材料
纳米材料具有独特的物理和化学性质，在光分析法中可用于提高检测灵敏度和选择性。例如，纳米金、纳米硅和纳米氧化物等可用于构建高灵敏度的光学传感器。
生物材料
生物材料如蛋白质、DNA和细胞等具有生物特异性，可用于构建生物传感器和生物成像技术，提高光分析法在生物医学领域的应
早期发现和治疗水平。
化学分析中的应用
总结词
光分析法在化学分析中具有高灵敏度、高选择性和高准确度的特点，广泛应用于化学物质的定性和定量分析。
详细描述
光分析法能够根据物质对光的吸收、发射或散射等光学性质来分析物质成分，常用于无机物、有机物和聚合物的分析。在化学分析中，光分析法可用于测定物质的含量、结构和反应机理等，为化学研究提供重要的实验手段。
REPORT
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMAR Y
03
光分析法的实验技术
光谱分析技术
光谱分析技术是通过测量物质与光相互作用后产生的光谱来分析物质成分和结构的一种方法。
常见的光谱分析技术包括紫外-可见光谱、红外光谱、拉曼光谱和核磁共振光谱等。
光谱分析技术具有高灵敏度、高分辨率和高精度等优点，广泛应用于化学、生物学、医学和环境科学等领域。
REPORT
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMAR Y
02
光分析法的基本原理
光的吸收与发射
光的吸收
光在传播过程中，遇到物质时，物质会吸收光能。不同物质对不同波长的光的吸收程度不同，这是光谱分析的基础。

第2章光分析法导论25页PPT

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光分析法
非光谱分析法
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
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原子光谱分析法分子光谱分析法
原子吸收光谱
原子发射光谱
原子荧光子磁外外荧磷共光光光光振谱谱光光波法法谱谱谱
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3.分子光谱（带状光谱）
基于气态或溶液中的分子，当发生能级跃迁时，分子中的电子能级跃迁与振-转动次能级跃迁相互叠加而产生的光谱。
带状光谱：电子能级间跃迁的同时总伴随有振动和转动能级间的跃迁。即电子光谱中总包含有振动能级和转动能级间跃迁产生的若干谱线相互叠加而呈现宽谱带。
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三、光分析法仪器的基本流程
包括五个基本单元：
光源单色器样品
检测器
显示与数据处理
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发射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射等。
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4.三个基本过程（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。
二、光分析法的基本特点
（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。
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1.光谱产生的原理（1）物质分子内部三种运动形式
（与光谱产生有关的运动） ①分子中电子相对于原子核的运动 ②分子中原子间的相对振动 ③分子本身绕其质量重心的转动（2）分子具有三种不同能级电子能级、振动能级和转动能级三种能级都是量子化的，且各自具有相应的能量。

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X 射线荧光光谱
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
法法法
原子发射
原原子子吸荧收光
X 射线荧光
原子光谱法
吸收光谱法
原紫红核子外外磁吸可可共收见见振
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光可荧磷共发见见光光振光
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；
E3
原子发射光谱
半宽度10-2~10-5
O
A
E2
E1
hi
原子吸收光谱
E0
波长
O
A
分子光谱带光谱 Band spectra 有机、无机分子
ΔE分子 ΔE电子 ΔE振动 ΔE转动 ΔE平动
h(ν电子 ν振动 ν转动 ν平动)
E2
hc /( λ电子 λ振动 λ转动 λ平动)
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；
09:03:52
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
09:03:52
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
1. 光源
依据方法不同，采用不同的光源：火焰、灯、激光、电火花、电弧等；依据光源性质不同，分为：
连续光源：在较大范围提供连续波长的光源，氢灯、氘灯、钨丝灯等；
线光源：提供特定波长的光源，金属蒸气灯(汞灯、钠蒸气灯)、空心阴极灯、激光等；
09:03:52
2.单色器
单色器：获得高光谱纯度辐射束的装置，而辐射束的波长可在很宽范围内任意改变；
分子发射光谱
I
hi
半宽度20~100nm
E1
A(T)
波长/nm
半宽度20~100nm
分子吸收光谱
E0
波长/nm
荧光发射
光致发光
E3
原子荧光----线光谱
h
E2
分子荧光----带光谱
E2
E1
hi
E0
hi
E1
hi
E0
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）；
第六章光分析法导论
an introduction to optical analysis
09:03:52
第一节光分析基础
fundamental of optical analysis
第二节光谱法仪器与光学器件
instruments for spectrometry and optical parts
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 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；
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辐射能的特性：
(1) 吸收 (2) 发射 (3) 散射 (4) 折射 (5) 反射 (6) 干涉 (7) 衍射 (8) 偏振
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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区代的地位；
分子光谱法
发射光谱法
原子发射
原子荧光
分子荧光
分子磷光
X 射线荧光
化学发光
四、光分析方法的进展
development of optical analysis 1. 采用新光源，提高灵敏度
级联光源：电感耦合等离子体-辉光放电；激光蒸发-微波等离子体
2. 联用技术
电感耦合高频等离子体（ICP）—质谱激光质谱：灵敏度达10-20 g
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；将吸收的能量以光的形式释放出；丁铎尔散射和分子散射；折射是光在两种介质中的传播速度不同；
干涉现象；光绕过物体而弯曲地向他后面传播的现象；只在一个固定方向有振动的光称为平面偏振光。
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09:03:52
三、光分析分类
三种光分析法测量过程示意图
09:03:52
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：光源；单色器；样品；检测器；显示与数据处理；
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二、光分析法仪器的基本单元
main parts of spectrometry
3. 新材料
光导纤维传导，损耗少；抗干扰能力强；
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4. 交叉
电致发光分析；光导纤维电化学传感器
5. 检测器的发展
电荷耦合阵列检测器光谱范围宽、量子效率高、线性范围宽、多道同时数据采集、三维谱图，将取代光电倍增管；
光二极激光器代替空心阴极灯，使原子吸收可进行多元素同时测定；
09:03:52
09:03:52
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。
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。
09:03:52
二、电磁辐射的基本性质
basic properties of electromagnetic radiation
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
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原子光谱（线性光谱）：最常见的三种
基于原子外层电子跃迁的原子吸收光谱（AAS）；原子发射光谱（AES）、原子荧光光谱（AFS）；基于原子内层电子跃迁的 X射线荧光光（XFS）；基于原子核与射线作用的穆斯堡谱；

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