光谱及光谱分析
光谱分析知识点
光谱分析知识点光谱分析是一种用于研究物质结构和性质的重要方法。
它通过测量物质与电磁辐射的相互作用，可以获得关于物质的信息。
以下是光谱分析的主要知识点：1. 光谱的定义：光谱是电磁辐射在不同波长范围内的分布情况。
根据不同的波长，光谱可以分为可见光谱、紫外光谱、红外光谱等。
光谱的定义：光谱是电磁辐射在不同波长范围内的分布情况。
根据不同的波长，光谱可以分为可见光谱、紫外光谱、红外光谱等。
2. 吸收光谱：吸收光谱是测量物质对不同波长的光的吸收程度。
通过分析吸收光谱，可以确定物质的结构和化学成分。
吸收光谱：吸收光谱是测量物质对不同波长的光的吸收程度。
通过分析吸收光谱，可以确定物质的结构和化学成分。
3. 发射光谱：发射光谱是物质在受激情况下发射出的光的分布情况。
发射光谱可以用于确定物质的元素组成和能级结构。
发射光谱：发射光谱是物质在受激情况下发射出的光的分布情况。
发射光谱可以用于确定物质的元素组成和能级结构。
4. 傅立叶变换红外光谱：傅立叶变换红外光谱（FT-IR）是一种常用的光谱分析技术。
它利用红外光谱的吸收特点，可以快速获取物质的结构和功能信息。
傅立叶变换红外光谱：傅立叶变换红外光谱（FT-IR）是一种常用的光谱分析技术。
它利用红外光谱的吸收特点，可以快速获取物质的结构和功能信息。
5. 拉曼光谱：拉曼光谱是一种通过测量物质对激光散射的光谱进行分析的方法。
通过分析拉曼光谱，可以研究物质的分子振动、晶格振动等信息。
拉曼光谱：拉曼光谱是一种通过测量物质对激光散射的光谱进行分析的方法。
通过分析拉曼光谱，可以研究物质的分子振动、晶格振动等信息。
6. 质谱：质谱是一种通过对物质进行电离和分子碎裂并测量其离子质量比进行分析的技术。
质谱可用于确定物质的分子结构和分子量。
质谱：质谱是一种通过对物质进行电离和分子碎裂并测量其离子质量比进行分析的技术。
质谱可用于确定物质的分子结构和分子量。
7. 核磁共振光谱：核磁共振光谱（NMR）是一种根据原子核在磁场中的共振吸收特性来分析物质的方法。
各种光谱分析解读
各种光谱分析解读光谱分析是一种科学技术，通过研究物质与光的相互作用，可以从中获取物质的结构、性质和组成信息。
光谱分析包括多种方法和技术，其中常用的有紫外可见光谱、红外光谱、核磁共振光谱、拉曼光谱和质谱等。
下面将对这些光谱分析方法做一些解读。
紫外可见光谱（UV-Vis）紫外可见光谱是通过检测物质吸收或散射紫外可见光而获得的。
这种方法对于研究有机物和无机物的电子转移、共振结构等有很大的应用价值。
通过紫外可见光谱可以了解物质的电子能级分布、化学键的性质和分子的色彩等。
红外光谱（IR）红外光谱是通过检测物质对红外辐射的吸收而获得的。
红外光谱可以分析物质的官能团、分子结构和立体构型。
不同官能团和化学键对红外光谱会有不同的吸收峰，通过对红外光谱的解析和比较，可以推断物质的组成和结构。
核磁共振光谱（NMR）核磁共振光谱是通过检测物质中核磁共振信号而获得的。
核磁共振光谱可以研究物质中的原子组成、化学环境和立体构型。
不同原子核有不同的共振频率，通过对核磁共振光谱的分析，可以确定物质中的原子种类和它们的相对数量。
拉曼光谱拉曼光谱是通过检测物质对激光散射光的拉曼效应而获得的。
拉曼光谱可以研究物质的分子振动模式和晶格振动模式等。
拉曼光谱的谱线对应于物质分子的振动能级差，通过对拉曼光谱的解析，可以了解物质的分子结构和化学键的性质。
质谱质谱是通过检测物质中离子的质量与通量的关系而获得的。
质谱可以研究物质中的原子组成、分子量和化学键的性质。
不同原子和分子具有不同的质荷比，通过对质谱的解析，可以确定物质的分子结构和化学键的类型。
《光谱学与光谱分析》
ｅ ｖｒ ｎ ｎ ａ ｒ ｔｃｉｎ，ｎ ｔｏ ａ ｅｅ ｓ ，ｍｅ ｉｉｅ ｇ ｉｕ ｔ ｒ ｎ ｎ ｉｏ ｍｅ ｔ１ｐ ｏ ｅ ｔ ｏ ａｉｎ １ｄ ｆｎ ｅ ｄｃｎ ，ａ ｒｃ ｌｕ ｅ ａ ｄ
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源 期刊 。 刊登 的主要 内容有 ： 光光谱 测量 、 外 、 曼 、 动 、 外、 激 红 拉 振 紫 可
见 、 射、 发 吸收 、 射线荧 光光谱各 领域 的最 新研 究成果 、 Ｘ 学科 发展 前 沿和进展 。设有 高科 技 研 究论 文报 告 、 究简 报 、 研 综合 评述 、 仪 器 装置 、 新仪器 、 问题讨论 、 新书评述 、 学术 ｉ ｆ ｒ ａ ｉ ｎ ｏ ｃ ｄ ｍｉ ｃ ｉｉｉｓ Ｉ Ｓ ｉ ｔ ｎ ｅ ｏ ｏ ｋ ｒ ｖｅ ｎ ｎ ｏ ｍ ｔｏ ｎ ａ ａ ｅ ｃ ａ ｔ ｔｅ ． ｔｉ ｎ ｅ ｄ ｄ ｆ ｒ ｖ
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《 光谱学与光谱分析》
Ｓｐ Ｃ ｒ Ｓ Ｏｐ ｎ ｅ ｔａ ａｌｓｓ ｅ ｔＯ Ｃ ｙ ａ ｄ Ｓｐ ｃ ｒ ｌ Ａｎ ｙ ｉ 《 谱 学 与光谱 分 析 》 中 国光 学 学会 主 办 的学术 刊 物。 光 是 ＩＳ １０ —５ ３ Ｃ １－２ ０ ０４ 月刊 ， １ Ｓ Ｎ ０ ００ ９ ， Ｎ ２ ０ ／ ； １ 大 ６开本 ，８ ２ ８页 。系 中
ｏ ａ ｅ ， ｉ ｆ ａ ｅ ， Ｒａ ｎ， ｖ ｂ ａ ｉｎ， ｕ ｔａ ｉｌｔ ｖｓｂ ｅ ｅ ｉｓｏ ｆ ｌｓ ｒ ｎ ｒ ｒ ｄ ｍａ ｉｒ ｔ ｏ ｌｒ ｖｏ ｅ ， ｉｉ ｌ ， ｍ ｓ ｉ ｎ， ａ ｓ ｒ ｔ ｎ，Ｘ—ａ ｎ ｌ ｏ ｅ ｃ ｎ ｅ ｓ ｅ ｔ ｕ ｂ ｏ ｐｉ ｏ ｒ ｙ ａ ｄ ｆｕ ｒ ｓ ｅ ｃ ｐ ｃ ｒ ｍ． Ｔｈ ｒ ｒ ｕ ｈ ｃ ｌ ｍｎ ｅ ｅａ ｅ ｓ ｃ ｏ ｕ ｓ
仪器分析原理3原子荧光光谱与X射线荧光光谱分析
§3.2.3 X射线散射 X射线通过物质时的衰减现象部分是由散射引起的。根据 X射线的能量大小和原子内电子结合能的不同，散射可分 为弹性散射(瑞利散射)和非弹性散射(康普顿散射)。
1. 弹性散射(瑞利散射) 由相对能量较小(波长较长)的X射线与原子中束缚较紧 的电子(原子序数大的内层电子)发生弹性碰撞。
If =φIo A(1 – e–KlN)
括号内展开为级数，并忽略高次项，得到：
If =φIo AKlN
If =kC
在实验条件保持一定时，上式除了N之外，均可视 为常数。而且N和试样中被测元素的浓度C成正比。
此式为原子荧光定量分析的基础。
§3.1.3 量子效率和荧光猝灭
1. 量子效率 处于激发态的原子跃迁回到低能级时，可能发射共振 荧光，也可能发射非共振荧光，或者无辐射弛豫。 量子效率表示这些过程可能性的大小：
L层又产生一空穴。 因此，L→K的回落和Auger电子的逐出，使L层 出现两 空穴，即双重电离。
当出现双重电离时，会出现M→L跃迁，此跃迁放出的hυ 是卫星线。卫星线一般较弱，且随Auger增大而增大。对 重元素来说，卫星线的强度一般很低，因此，在X射线荧 光分析中没有什么重要意义。然而对轻元素来说，卫星线 可能相当强。
直跃荧光：激发态原子直接回到基态或高于基态的亚稳态 阶跃荧光: (1) 正常阶跃荧光为激发态原子先以非辐射方式失去部 分能量降到较低能级的激发态，然后去激发产生荧光。(2) 热助阶 跃荧光为被光照射激发的原子，跃迁至中间能级，又发生热激发
至高能级，然后返回至低能级发射的荧光。
3. 敏化荧光：激发态的原子D*不直接产生荧光，而是通 过碰撞原子A去激发，同时形成激发态A*，然后A*去 激发产生荧光。 D* + A → D + A*
光谱分析简介
谱定性分析能测到的元素，一般都可以做定量分析。
光谱定量分析，一般比化学快，并且用较少的试样即可进行。
物质发射的光谱需用分光仪器进行观测。
分光仪器需有三个元件：狭缝、能将不同波长的光按波长分开和排列成序的三棱镜或光栅和能聚焦成像以形成谱线的光学系统（谱线即为狭缝的像）。
谱线落在焦面上，可用感光板摄取，或用目镜观测（限于可见光），或用一出口狭缝接收（使与近旁其它谱线区分）。
前一种方式即为一摄谱仪，其次一种方式则为看谱镜，而第三种方式则为单色仪。
如在许多谱线处装上出口狭缝，并在出口狭缝后面设置光电接收装置，即成为光电直读光谱议。
2、电法光谱分析的发展情况在近代科学技术的发展中，光谱分析的应用在成分分析、结构分析及科学研究中均起到重要的作用。
其中原子发射光谱这一分析方法不仅对金属、合金、矿物成分的测定，也对生产过程的控制有着重要的作用，而且已广泛应用于高分子材料、石油化工、农业、医药、环境科学以及生命科学等领域。
发射光谱分析根据接收光谱辐射方式的不同而分成三种：看谱法，摄谱法和光电法。
由图1可以看出这三种方法基本原理都相同：都是把激发试样获得的复合光通过入射狭缝射在分光元件上，被色散成光谱，通过测量谱线强度而求得试样中分析元素的含量。
三种方法的区别在于看谱法用人眼去接收，射谱法用感光板接收，而光电法则使谱线通过放在光谱焦面处的出射狭缝，用光电倍增管接收光谱辐射。
光电法是由看谱法及摄谱法发展而来的，主要用来作定量分析。
摄谱法的光谱定量分析本来也是一种快速分析方法，但因为要在暗室中处理感光板，测量谱线黑度，分析速度受到限制。
为了进一步加快分析速度，有人设想用光电元件来接收光谱线，将光讯号转变为电讯号。
这样做可以不进行暗室处理及黑度测量，使分析速度更加提高。
光电法的光谱分析随着光电转换技术的完善终于可以实现。
最早的光电直读光谱分析用于铝镁工业，后来被广泛用于钢铁工业及其他工业。
三、直读光谱分析的特点及应用范围直读光谱分析主要有以下特点：（1）、自动化程度高、选择性好、操作简单、分析速度快、可同时进行多元素定量分析。
第四章 光谱分析法
1.3 光分析法分类
非光谱法：利用物质与电磁辐射的相互作用测定电磁辐 射的反射、折射、干涉、衍射和偏振等基本性质变化的 分析方法。 光谱法与非光谱法的区别：
光谱法：内部能级发生变化 原子吸收/发射光谱法：原子外层电子能级跃迁 分子吸收/发射光谱法：分子外层电子能级跃迁 非光谱法：内部能级不发生变化，仅测定电磁辐射 性质改变
第四章 光谱分析法
第四章 光谱分析法 Spectrometric method
1 2
3 光分析基础 原子发射光谱分析的基本原理 AES 原子发射光谱分析仪器 发射光谱定性和定量分析 原子发射光谱法的特点和应用
4 5
1 光分析基础 Fundamental of Optical
Analysis
1.1 电磁辐射和电磁波谱 1.1.1电磁辐射（电磁波，光） 以巨大速度通过空间、不需要任何物质作为传播媒介的一 种能量形式，它是检测物质内在微观信息的最佳信使。
a
d
2.平面光栅衍射的性能指标 色散率 分辨率 聚光本领 色散方程: nλ = d(sinφ±sinφ´) A 色散率 角色散率：dφ ´/dλ = n/d cosφ ´
当φ ´=00~80时，cosφ ´=1~0.99:
线色散率：
dφ ´/dλ ≈n/d
dλ
dl d f d d sin dl nf nf d d cos s in d
hc /( λ 电 子 λ 振 动 λ 转动 λ 平 动 )
分子发射光谱
hi
I
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
光谱分析及应用
• 分子的红外吸收光谱一般是研究分子的振动 光谱与转动光谱的，其中分子振动光谱一直 是主要的研究课题。
发射光谱
• • • • • • • • 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 发射光谱所在的光谱区和激发方法不同，发射光 谱法分为： 1.射线光谱法。 2.X射线荧光分析法 3.原子发射光谱分析法 4.原子荧光分析法 5.分子荧光分析
• 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 。 • 摄谱仪
2.原子光谱与分子光谱 2.原子光谱与分子光谱
• 原子光谱 （原子的电子 • 原子光谱法是由原子外层 原子外层 或内层电子 能级的变化产 运动状态发生变化时发射 生的，它的表现形式为线 或吸收的有特定频率的电 线 磁频谱。 光谱。属于这类分析方法 光谱 磁频谱。原子光谱是一些 线状光谱， 的有原子发射光谱法 线状光谱，发射谱是一些 原子发射光谱法 （AES）、原子吸收光谱 原子吸收光谱 明亮的细线， 明亮的细线，吸收谱是一 法（AAS），原子荧光光 原子荧光光 些暗线。 些暗线。原子的发射谱线 谱法（AFS）以及X射线 谱法 X 与吸收谱线位置精确重合。 与吸收谱线位置精确重合。 荧光光谱法（XFS）等 荧光光谱法 不同原子的光谱各不相同， 不同原子的光谱各不相同， 氢原子光谱最为简单， 氢原子光谱最为简单，其 他原子光谱较为复杂， 他原子光谱较为复杂，最 复杂的是铁原子光谱。 复杂的是铁原子光谱。
分子光谱技术应用现状
分子光谱分析仪使用情况调查饼图
• 不久前对全球525家分子光谱用户的调查结 果显示，上述分子光谱仪中，紫外-可见和 红外光谱仪最为常用，在接受调查的用户 中使用率分别占70%和50%。接受调查的 用户来自40多个国家的不同工业领域，其 中多数来自美国和欧洲
仪器分析原理3原子荧光光谱与X射线荧光光谱分析
仪器分析原理3原子荧光光谱与X射线荧光光谱分析原子荧光光谱和X射线荧光光谱是常用的仪器分析原理之一、这两种分析方法可以快速准确地确定样品中元素的种类和含量。
下面将分别介绍原子荧光光谱和X射线荧光光谱的工作原理及其在仪器分析中的应用。
1.原子荧光光谱原子荧光光谱（Atomic Fluorescence Spectroscopy, AFS）是利用物质吸收射入能量后，再辐射能量的特性来分析物质中元素的种类和含量。
工作原理：原子荧光光谱的工作原理分为两个步骤：原子化和荧光辐射。
首先，样品通过加热、火焰、电磁辐射等方式使其原子化。
原子化是将样品中的元素由化合物或离子状态转变为单体原子的过程。
常用的原子化方式有火焰原子吸收光谱（Flame Atomic Absorption Spectroscopy, FAAS）和电感耦合等离子体发射光谱（Inductively Coupled Plasma Emission Spectroscopy, ICP-OES）等。
然后，通过激发原子辐射的方式，使其产生特定的荧光辐射。
荧光辐射的能量和波长是特定的，因此可以通过测量样品的荧光辐射来确定元素的种类和含量。
应用：原子荧光光谱广泛应用于环境、食品、农产品等领域的元素分析。
它具有分析速度快、准确度高、灵敏度高的特点。
可以用于分析痕量元素，如水中的重金属等。
2.X射线荧光光谱X射线荧光光谱（X-ray Fluorescence Spectroscopy, XRF）是利用物质受到X射线激发后发生荧光辐射的特性来分析样品中元素的种类和含量。
工作原理：X射线荧光光谱是利用样品中的元素受到高能X射线激发后产生特定能量的荧光X射线。
当样品被照射时，元素中的电子会被激发到较高能级，并在回到基态时发出荧光X射线。
每个元素的荧光X射线的能量和强度是特定的，通过测量荧光X射线的能量和强度可以确定样品中元素的种类和含量。
应用：X射线荧光光谱广泛应用于材料分析、岩石矿产分析、金属合金分析等领域。
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D
）
A、光谱分析的依据是每种元素都有其独特的特征谱线 B、光谱分析不能用连续光谱 C、光谱分析既可以用线状谱也可以用吸收光谱
D、分析月亮的光谱可得知月球的化学组成
5、在太阳的光谱中有许多暗线，这表明（ C ） A、太阳内部含有这些暗线所对应的元素
B、太阳大气层中缺少这些暗线所对应的元素
C、太阳大气层中含有这些暗线所对应的元素
光谱和光谱分析
学习目标：
1、了解各种光谱的特点及成因； 2、了解光谱分析的原理和意义；
3、了解分光镜的构造原理。
阅读思考题：
1、什么是光谱？
2、分光镜的构造？
3、什么叫发射光谱？连续光谱和线状光谱 的产生条件和形式？
4、什么叫吸收光谱？它的产生条件和形式？ 5、什么是光谱分析？它利用什么原理？它 有什么优点？
D、白光通过温度较低的钠蒸气
3、关于光谱的下列说法中正确的是：（ ABD ） A、连续光谱和线状光谱都是发射光谱 B、线状光谱的谱线含有原子的特征谱线
C、固体、液体和气体的发射光谱是连续光谱，只有金属蒸 气的发射光谱是线状光谱
D、在吸收光谱中，低温气体原子吸收的光恰好就是这种气 体原子在高温时发出的光 4、关于光谱分析，下列说法错误的是：（
定义：连续光谱中某些波长的光被物质吸收后产生的 吸 光谱 收 光 产生条件：炽热的白光通过温度较白光低的气体后， 谱 再色散形成的
｛
光谱形式：用分光镜观察时，见到连续光谱背景上 出现一些暗线（与特征谱线相对应）
二、光谱分析：
1、光谱：按一定次序排列的彩色光带。 2、光谱分析：由于每一种元素都有自己的 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。 3、光谱分析的的原理：利用发射光谱和吸 收光谱。
D、地球的大气层中含有这些暗线所对应的元素
Goodbye!
一、各种光谱的特点及成因：
发 射 光 谱 定义：由发光体直接产生的光谱 产生条件：炽热的固体、液体和高压气体发 连续光谱 光形成的 光谱的形式：连续分布，一切波长的光都有 线状光谱 产生条件：
（原子光谱） 光谱形式：一些不连续的明线组成，不同 元素的明线光谱不同（又叫特征光谱）
一、分光镜的构造原理：
P A S L1 L2 B M L3
N 分光镜由平行光管A、三棱镜P和望远镜筒B组 成。平行光管A的前方有一个宽度可以调节的狭缝 S。从狭缝射入的光线经透镜L1折射后，变成平行 光线射到三棱镜P上。不同频率的光经过三棱镜沿 不同的折射方向射出，并在透镜L2后方的平面MN 上分别会聚成不同颜色的像（谱线）。通过望远 镜B的目镜L3，就看到了放大的光谱像。
4、光谱分析的优点：非常灵敏而且迅速。
5、光谱分析的应用：发现新元素和研究天 体的化学组成。
达标练习：
1、下列物质能产生线状谱的是：（ D ） A、炽热的钢水 B、炽热的高压气体 C、发光的白炽灯 D、试电笔内氖管 2、下列产生吸收光谱的是：（ D ） A、霓红灯发光产生的光谱 B、蜡烛火焰
C、高压水银灯发光产生的光谱