第二章光学分析法导论
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光学分析法导论全
总结词
光学分析法在医学诊断领域中具有重要价值，可用于生物组织成像、药物代谢和 疾病诊断。
详细描述
光学分析法可以用于荧光成像、光声成像等技术手段，对生物组织进行无损检测和 成像，同时还可以用于药物代谢和疾病诊断，为临床医学提供有力支持。
在农业领域的应用
总结词
光学分析法在农业领域中应用广泛，可用于 作物生长监测、病虫害防治和农产品质量检 测。
VS
详细描述
通过光谱分析和图像处理等技术手段，可以 监测作物的生长状况、病虫害发生情况，同 时还可以检测农产品中的农药残留和营养成 分，提高农产品质量和安全性。
第五小节
光学分析法的发展趋势与展望
光学分析法的发展趋势
光学分析法在生命科学领域的应用
随着生命科学研究的深入，光学分析法在生物分子检测、细胞成像和 组织分析等方面发挥着越来越重要的作用。
随机原则 实验对象的分配和实验顺序的安排应随 机进行，减少系统误差。
实验操作流程
实验准备
确定实验目的、选择适当的仪器和 试剂、准备实验材料等。
实验操作
按照实验步骤进行操作，注意控制 实验条件，确保实验的一致性。
数据记录
详细记录实验过程中的数据，包括 实验条件、仪器读数、观察结果等。
实验清理
实验结束后，应清理实验场地，确 保实验室整洁。
光的吸收、发射和散射
利用物质对光的吸收特性进行定量和定性分析。通过测量不同 波长下的吸光度，可以确定物质的存在和浓度。 吸收光谱法 通过测量物质发射的光的波长和强度，进行物质的分析和鉴别。 如原子发射光谱法和荧光光谱法。 发射光谱法 利用物质对光的散射特性进行粒径分析和浓度测量。如动态光 散射法和静态光散射法。 散射光谱法
光学分析法的未来展望
光学分析法在医学诊断领域中具有重要价值，可用于生物组织成像、药物代谢和 疾病诊断。
详细描述
光学分析法可以用于荧光成像、光声成像等技术手段，对生物组织进行无损检测和 成像，同时还可以用于药物代谢和疾病诊断，为临床医学提供有力支持。
在农业领域的应用
总结词
光学分析法在农业领域中应用广泛，可用于 作物生长监测、病虫害防治和农产品质量检 测。
VS
详细描述
通过光谱分析和图像处理等技术手段，可以 监测作物的生长状况、病虫害发生情况，同 时还可以检测农产品中的农药残留和营养成 分，提高农产品质量和安全性。
第五小节
光学分析法的发展趋势与展望
光学分析法的发展趋势
光学分析法在生命科学领域的应用
随着生命科学研究的深入，光学分析法在生物分子检测、细胞成像和 组织分析等方面发挥着越来越重要的作用。
随机原则 实验对象的分配和实验顺序的安排应随 机进行，减少系统误差。
实验操作流程
实验准备
确定实验目的、选择适当的仪器和 试剂、准备实验材料等。
实验操作
按照实验步骤进行操作，注意控制 实验条件，确保实验的一致性。
数据记录
详细记录实验过程中的数据，包括 实验条件、仪器读数、观察结果等。
实验清理
实验结束后，应清理实验场地，确 保实验室整洁。
光的吸收、发射和散射
利用物质对光的吸收特性进行定量和定性分析。通过测量不同 波长下的吸光度，可以确定物质的存在和浓度。 吸收光谱法 通过测量物质发射的光的波长和强度，进行物质的分析和鉴别。 如原子发射光谱法和荧光光谱法。 发射光谱法 利用物质对光的散射特性进行粒径分析和浓度测量。如动态光 散射法和静态光散射法。 散射光谱法
光学分析法的未来展望
2-2 原子光谱和分子光谱
三、能级图
2.原子谱线：原子在不同能级之间跃迁产生 的谱线，即为原子谱线。
3.能级间的能量差： 当电子在某两个能级之间跃迁时，要吸收
或放出等于这两个能级之间能量差的能量( 电磁辐射)。
E h h c hc
例如：钠原子，核外电子组成为： （1S）2（2S）2（2P）6（3S）1
N , N 1, N 2, , 1 或0
22 2
2
• 即由N/2变化到0或1/2，相邻的S间相差为1。
当 S 为偶数时，S 值为零或正整数； 当 S 为奇数时，S 值为正半整数。
例：
N
S
1
1
2
2
1, 0
3
3,1
22
4
2,1, 0
电子组态
S
np1nd1
1，0
np2
1，0
ns2
0
ns2np1
由于振动光谱的波长在近、中红外波谱 区，故又称红外吸收光谱法。
(3)转动光谱：分子在转动能级间跃迁产 生转动光谱。
由于转动光谱的波长位于远红外区和微 波区，故又称远红外吸收光谱和微波。
(二)分子发光光谱
1.定义：分子由激发态回到基态或较低激发 态所释放出的光辐射所形成的光谱。发光 光谱为发光强度与波长间的关系曲线。
此时光谱项为：
32S1/2 表示n=3 L=0 S=1/2 M=2 J=1/2, ------基态光谱项
第一电子 32P3/2
n=3 L=1 S=1/2 J=3/2
激发态
32P1/2
n=3 L=1 S=-1/2 J=1/2
钠谱线：5889.96 Å，32S1/2----32P3/2，D2线
5895.93 Å，32S1/2----32P1/2，D1线
第二章 光谱分析法导论
26
分子发射
分子发射与分子外层的电子能级、振动能级和转动能 级相关。因此分子发射光谱较原子发射光谱复杂。 为了保持分子的形态，分子的激发不能采用电、热等 极端方式，而采用光激发或化学能激发。 分子发射的电磁辐射基本处于紫外、可见和红外光区 。因此分子主要发射紫外、可见电磁辐射，据此建立 了荧光光谱法、磷光光谱法和化学发光光谱法。 与分子吸收光谱一样，由于相邻两个转动能级之间的 能量差很小，因此由相邻两个转动能级跃迁回同一较 低能级的两个跃迁的能量差也很小，故发射过程所发 射的两个辐射的频率或波长很接近，通常的检测系统 很难分辨出来。而分子能量相近的振动能级又很多， 因此表观上分子发射表现为对特定波长段电磁辐射的27 发射，光谱上表现为连续光谱。
E=（n+1）hv
hv
E=nhv
能量降低
发射(Emission)
物质受到激发而跃迁
到激发态后，由激发态跃迁回到基态时以辐
射的方式释放能量。
能量：光、电、热、化学能等
M → M
M→ M+h
24
发射跃迁可以理解为吸收跃迁相反的过程。由于原子 、分子和离子的基态最稳定，，所以发射跃迁涉及的 是从较高能态向基态的跃迁。 可以通过实验得到发射强度对波长或频率的函数图， 即发射光谱图。 通常情况下，分子、原子和离子处于基态，因此要产 生发射，必须使分子、原子和离子处于激发态，这个 过程称为激发。 激发可以通过提供不同不同形式的能量来实现。包括 三种：1.热能。将试样置于高压交流火花、电弧、火 焰、高温炉体之中，物质以原子、离子形式存在，可 获取热能而处于激发态，并产生紫外、可见或红外辐 射；2.电磁辐射。即用光辐射作用于分子或原子，使 之产生吸收跃迁，并发射分子荧光、分子磷光或原子 荧光；3.化学能。即通过放热的化学反应是反应物或 产物获取化学能而被激发，并产生化学发光。
2 章 光学分析法导论
当棱镜位于最小偏向角位置时
式中, m为棱镜数目; b为棱镜底边长; dn/dλ为棱镜材料的色散率。 由上式可以看出,理论分辨率的大小与棱镜材料、形 状、个数及所选波长有关，长波的分辨率要比短波的 分辨率小，棱镜分离后的光谱属于非均排光谱。
2. 光栅 光栅是由大量等宽、等距离、相互平行的狭缝(或反 射面)构成的光学元件。 从工作 原理上 分： 透射光栅 反射光栅
非光谱法－折射、散射、干涉、衍射、偏振和圆二色等
光 学 分 析 法 光谱法
X射线荧光分析法
光致发光 发射光谱法
原子荧光
分子荧光
分子磷光
原子发射光谱法
非辐射发光
紫外-可见 原子吸收光谱法 吸收光谱法 红外光谱法 核磁共振波谱法
化学发光法
２－3 光谱法仪器
光谱仪通常由五个部分组成：光源、单色器、试样 池、检测器、读数器件。 2-3-1光源 依据方法不同，采用不同的光源。光源有连续光源和 线光源等。 1.连续光源：在较宽波长范围内发射强度平稳的具有 连续光谱的光源。 如氢灯、氘灯、钨丝灯。 2.线光源：提供特定波长的光源。 如空心阴极灯、金属蒸气灯、激光。
I
K=-1
0
一级光谱
(3) 当K 与的乘积相同时
k1 1=k2 2=k3 3=‥‥‥ 出现光谱重叠 如： K=1×800nm=2×400nm =3×267nm=4×200nm
0
一级光谱 二级光谱
三级光谱
光谱重叠消除
• 滤光片 • 感光板 • 谱级分离器
（2）光栅的光学特性 常用色散率、分辨率和集光本领（闪耀特性）来表示。 色散率——表示不同波长的光谱线色散开的能力。
1J (焦耳) 1Cal (卡) 1erg (尔格) 1eV
二章节光学分析法导论-
4s2基态 4
激发态 4 (4s1,4p1)
00
10
1 2 3
0
1
2 1 0
41s
41s0
41p
41p1
43p2
பைடு நூலகம்43p
43p1
43p0
单 单
三
1
3
5 3 1
( l1=0, l2=1 L=1; ms=+1/2, -1/2, S=0, 1; J=L+S 到 L-S )
(二)、能级图
把原子中可能存在的光谱项---能级 及能级跃迁用平面图解的形式表示 出来, 称为能级图。见钠原子的能 级图。
激发态 →基态以光辐射形式释放出来，把释放 的光辐射按波长排列下来称为发射光谱
吸收或发射的光子的能量
E光 = h = E2-E1=E= E转+ E振+ E电 E转﹤E振﹤ E电
三、光谱及光谱分析法的分类
1. 原子光谱和分子光谱 气态原子纯电子能级跃迁 线状光谱
原子光谱
气态或溶液中分子电子、振动、转动能级跃迁 带状光谱
L≥S时，2S+1就是内量子数，同一光谱项 中包含的J值不同。把J值不同的光谱项
称为光谱支项; 用 n2S+1LJ
在磁场作用下,同一光谱支项会分裂成 2J+1个不同的支能级;外磁场消失,分裂 能级亦消失. 2J+1为能级的简并度或统 计权重g
Ca原子的基态与激发态的光谱项
n L S J 光谱项 光谱支项 多重性 简并度
习惯上将多重性为1、2、3的光谱项分别称 为单重态、双重态、三重态。
例： Na价电子组态3s1,一个价电子,电子自旋 取 1/2; S=1/2。M=2S+1=2，产生双重线,L=0
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。
实用文档
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
实用文档
§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
实用文档
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
实用文档
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
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。
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 。
凹面光栅线色散率可用下式表示：
dl nr
d d cos
中阶梯光栅（echelle grating） 1949年，由G. R.Harrison提出的一种特殊光栅，
它与平面闪耀光栅相似。
normal
d
与平面反射光栅的结构区别： 阶梯宽度（宽边, t）大于高度（短边，s）或者说，t/s>1； 使用刻槽的短边，而不是长边，因而入射角大； 刻槽数量少或者说光栅常数 d 很大，通常为300条/mm。
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
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。
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）
？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。
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，
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。
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 。
凹面光栅线色散率可用下式表示：
dl nr
d d cos
中阶梯光栅（echelle grating） 1949年，由G. R.Harrison提出的一种特殊光栅，
它与平面闪耀光栅相似。
normal
d
与平面反射光栅的结构区别： 阶梯宽度（宽边, t）大于高度（短边，s）或者说，t/s>1； 使用刻槽的短边，而不是长边，因而入射角大； 刻槽数量少或者说光栅常数 d 很大，通常为300条/mm。
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
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。
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）
？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。
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，
仪器分析考试练习题和答案
仪器分析考试练习题和答案第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。
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分子转动能级
射频区 1~1000m 1.2 ×10-7~1.2 ×10-9 电子自旋能级或核自旋能级
2021/3/11
第二章光学分析 法导论
2021/3/11
第二章光学分析 法导论
根据能量高低，电磁波谱又可分为三个区域。
（1）高能辐射区 包括 r 射线区和 X 射线区。高 能辐射的粒子性比较突出。
波谱区 波长范围
光子能量/eV
能级跃迁类型
r射线区 ＜0.005nm
＞2.5 ×105
原子核能级
X射线区 0.005~10nm 2.5 ×105~1.2 ×102
远紫外区 10~200nm
光
学 光
近紫外区 可见光区
200~400nm 400~780nm
1.2 ×102~6.2
6.2~3.1 3.1~1.7
第二章
光学分析法导论 一、电磁辐射的波动性
an introduction to optical analysis
第一节 电磁辐射的基本
性质
二、电磁辐射的粒子性 三、电磁波谱
2021/3/11
第二章 光学分 析法导
论
光学分析方法及其特点：
基于物质发射的电磁辐射或电磁辐射与物质的相互
作用所建立起来的一类分析方法，广义上均称为光分析
第二章光学分析 法导论
一、电磁辐射的波动性
波动性 电磁辐射的波动性表现为电磁辐射的 衍射和干涉现象。
电场 磁场
y = A sin(t + ) = A sin(2vt + )
2021/3/11
第二章光学分析 法导论
传播方向
电磁波用周期、频率、波长、波数和波速参数来表征
周期T —两个相邻矢量极大（或极小）通过空间某固定点所 需的时间间隔叫做辐射的周期：单位秒（S）
法。 电磁辐射具有波粒二象性。以巨大速度通过空
间，不需要以任何物质作为 传播媒介的一种能量。
电磁辐射是高速通过空间的光子流，通常简称为“光”。
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；
光学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！
谱 近红外区 0.78~2.5 μm
1.7~0.5
区 中红外区 2.5~50 μm
0.5 ~0.025
远红外区 50~1000 μm 2.5 ×10-2~1.2 ×10-4
微波区 0.1~100cm 1.2 ×10-4~1.2 ×10-7
内层电子能级 原子的电子能级或 分子的成键电子能级
分子振动能级
2021/3/11
第二章 光学分 析法导
论
一、光学分析法分类
1.什么是光学分析法
光学分析法是基于检测能量（电磁 辐射）作用于待测物质后产生的辐射信 号或所引起的变化的分析方法。
这些电磁辐射包括从射线到无线电 波的所有电磁波谱范围。电磁辐射与物 质相互作用的方式有发射、吸收、反射、 折射、散射、干涉、衍射、偏振等。
线光谱
第二章光学分析 法导论
带光谱
(2)非光谱法是基于物质与辐射相互作用时， 测量辐射的某些性质，如折射、散射、干涉、 衍射、偏振等变化的分析方法。
非光谱法不涉及物质内部能级的跃迁，电 磁辐射只改变了传播方向、速度或某些物理性 质。
属于这类分析方法的有折射法、偏振法、光 散射法、干涉法、衍射法、旋光法和圆二向色
2.光学分析法的分类 光学分析法可分为光谱法和非
光谱法两大类。
（1）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。
光谱法可分为原子光谱法和分子光谱法。
原子光谱法是由原子外层或内层电子能级的 变化产生的，它的表现形式为线光谱。由若干条
c：光速 (3.0×1010 cm ·s-1)；λ：波长(cm)；
：频率(Hz或s-1)；σ：波数(cm-1) ； E ：能量(ev或J)；
h：普朗克常数6.63 ×10-34J ·s或４.136 ×10-15ev.s
P8:例2-1
第二章光学分析
2021/3/11
法导论
三、电磁波谱
电磁辐射按照波长(或频率、波数、能量)大小的顺序排列.
强度不同的谱线和暗区相间而成的光谱。
属于这类分析方法的有原子发射光谱法 （AES）、原子吸收光谱法（AAS），原子荧光光 谱法（AFS）以及X射线荧光光谱法（XFS）等。
分子光谱法是由分子中电子能 级、振动和转动能级的变化产生的， 表现形式为带光谱。由几个光带和暗
区相间而成的光谱。
属于这类分析方法的有紫外-可 见分光光度法（UV-Vis），红外光谱 法（IR），分子荧光光谱法（MFS） 和分子磷光光谱法（MPS）等。
2021/3/11
第二章光学分析 法导论
三个基本过程： • （1）能源（电磁辐射： 射线～无线电波）提供能
量（辐射能-跃迁：电子跃迁-紫外，振动跃迁-红外 ，转动跃迁-微波）； • （2）能量与被测物之间的相互作用（发射、吸收、 反射、折射、散射、干涉、衍射等）； • （3）产生信号（辐射信号） 。 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。
（2）中能辐射区 包括紫外区、可见光区和红外 区，又称光学光谱区。
（3）低能辐射区 包括微波区和射频区，又称波 谱区。
2021/3/11
第二章光学分析 法导论
第二章 光分析导论
an introduction to optical analysis
第二节 光学分析法分类
一、光学分析法分类
二、发射光谱法 三、吸收光谱法 四、拉曼散射光谱法
频率—每秒钟内电磁场振荡的次数：单位赫（Hz）
波长—电磁波相邻两个波峰或波谷间的距离：cm.m.nm
波数—1 cm内波的振动次数：单位cm-1
=1/
波速v—电磁波传播的速度，真空中等于光速
c= =3×1010cm·s-1
之间的关系为：波动性 ＝C ∕
频率
2021/3/11
第二章光学分析 法导论
波长
c光速＝2.9979×பைடு நூலகம்08m·s-1
＝2.9979×1010cm·s-1
二、电磁辐射的粒子性
粒子性 根据量子理论，电磁辐射是在空间高速
运动的光量子流。
普朗克方程将电磁辐射的波动性和微粒性联系在一起。
粒子性
E h h c hc
λ =1 / σ
普朗克常数 h ＝6.6262×10-34J·s
射频区 1~1000m 1.2 ×10-7~1.2 ×10-9 电子自旋能级或核自旋能级
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第二章光学分析 法导论
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第二章光学分析 法导论
根据能量高低，电磁波谱又可分为三个区域。
（1）高能辐射区 包括 r 射线区和 X 射线区。高 能辐射的粒子性比较突出。
波谱区 波长范围
光子能量/eV
能级跃迁类型
r射线区 ＜0.005nm
＞2.5 ×105
原子核能级
X射线区 0.005~10nm 2.5 ×105~1.2 ×102
远紫外区 10~200nm
光
学 光
近紫外区 可见光区
200~400nm 400~780nm
1.2 ×102~6.2
6.2~3.1 3.1~1.7
第二章
光学分析法导论 一、电磁辐射的波动性
an introduction to optical analysis
第一节 电磁辐射的基本
性质
二、电磁辐射的粒子性 三、电磁波谱
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第二章 光学分 析法导
论
光学分析方法及其特点：
基于物质发射的电磁辐射或电磁辐射与物质的相互
作用所建立起来的一类分析方法，广义上均称为光分析
第二章光学分析 法导论
一、电磁辐射的波动性
波动性 电磁辐射的波动性表现为电磁辐射的 衍射和干涉现象。
电场 磁场
y = A sin(t + ) = A sin(2vt + )
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第二章光学分析 法导论
传播方向
电磁波用周期、频率、波长、波数和波速参数来表征
周期T —两个相邻矢量极大（或极小）通过空间某固定点所 需的时间间隔叫做辐射的周期：单位秒（S）
法。 电磁辐射具有波粒二象性。以巨大速度通过空
间，不需要以任何物质作为 传播媒介的一种能量。
电磁辐射是高速通过空间的光子流，通常简称为“光”。
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；
光学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！
谱 近红外区 0.78~2.5 μm
1.7~0.5
区 中红外区 2.5~50 μm
0.5 ~0.025
远红外区 50~1000 μm 2.5 ×10-2~1.2 ×10-4
微波区 0.1~100cm 1.2 ×10-4~1.2 ×10-7
内层电子能级 原子的电子能级或 分子的成键电子能级
分子振动能级
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第二章 光学分 析法导
论
一、光学分析法分类
1.什么是光学分析法
光学分析法是基于检测能量（电磁 辐射）作用于待测物质后产生的辐射信 号或所引起的变化的分析方法。
这些电磁辐射包括从射线到无线电 波的所有电磁波谱范围。电磁辐射与物 质相互作用的方式有发射、吸收、反射、 折射、散射、干涉、衍射、偏振等。
线光谱
第二章光学分析 法导论
带光谱
(2)非光谱法是基于物质与辐射相互作用时， 测量辐射的某些性质，如折射、散射、干涉、 衍射、偏振等变化的分析方法。
非光谱法不涉及物质内部能级的跃迁，电 磁辐射只改变了传播方向、速度或某些物理性 质。
属于这类分析方法的有折射法、偏振法、光 散射法、干涉法、衍射法、旋光法和圆二向色
2.光学分析法的分类 光学分析法可分为光谱法和非
光谱法两大类。
（1）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。
光谱法可分为原子光谱法和分子光谱法。
原子光谱法是由原子外层或内层电子能级的 变化产生的，它的表现形式为线光谱。由若干条
c：光速 (3.0×1010 cm ·s-1)；λ：波长(cm)；
：频率(Hz或s-1)；σ：波数(cm-1) ； E ：能量(ev或J)；
h：普朗克常数6.63 ×10-34J ·s或４.136 ×10-15ev.s
P8:例2-1
第二章光学分析
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法导论
三、电磁波谱
电磁辐射按照波长(或频率、波数、能量)大小的顺序排列.
强度不同的谱线和暗区相间而成的光谱。
属于这类分析方法的有原子发射光谱法 （AES）、原子吸收光谱法（AAS），原子荧光光 谱法（AFS）以及X射线荧光光谱法（XFS）等。
分子光谱法是由分子中电子能 级、振动和转动能级的变化产生的， 表现形式为带光谱。由几个光带和暗
区相间而成的光谱。
属于这类分析方法的有紫外-可 见分光光度法（UV-Vis），红外光谱 法（IR），分子荧光光谱法（MFS） 和分子磷光光谱法（MPS）等。
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第二章光学分析 法导论
三个基本过程： • （1）能源（电磁辐射： 射线～无线电波）提供能
量（辐射能-跃迁：电子跃迁-紫外，振动跃迁-红外 ，转动跃迁-微波）； • （2）能量与被测物之间的相互作用（发射、吸收、 反射、折射、散射、干涉、衍射等）； • （3）产生信号（辐射信号） 。 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。
（2）中能辐射区 包括紫外区、可见光区和红外 区，又称光学光谱区。
（3）低能辐射区 包括微波区和射频区，又称波 谱区。
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第二章光学分析 法导论
第二章 光分析导论
an introduction to optical analysis
第二节 光学分析法分类
一、光学分析法分类
二、发射光谱法 三、吸收光谱法 四、拉曼散射光谱法
频率—每秒钟内电磁场振荡的次数：单位赫（Hz）
波长—电磁波相邻两个波峰或波谷间的距离：cm.m.nm
波数—1 cm内波的振动次数：单位cm-1
=1/
波速v—电磁波传播的速度，真空中等于光速
c= =3×1010cm·s-1
之间的关系为：波动性 ＝C ∕
频率
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第二章光学分析 法导论
波长
c光速＝2.9979×பைடு நூலகம்08m·s-1
＝2.9979×1010cm·s-1
二、电磁辐射的粒子性
粒子性 根据量子理论，电磁辐射是在空间高速
运动的光量子流。
普朗克方程将电磁辐射的波动性和微粒性联系在一起。
粒子性
E h h c hc
λ =1 / σ
普朗克常数 h ＝6.6262×10-34J·s