√-0-光学分析法导论-1学时
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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
光学分析法导论课件
光学分析法件
• 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。
一章节光学分析法导论
三、物质与光的相互作用： 1、折射和反射 2、散射 3、吸收和发射
二、光学分析法分类
光学分析法可分为光谱法和非光谱 法两大类。
１．光谱法 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。
它又可分为吸收光谱法、发光光 谱法、散射光谱法三种。
１）吸收光谱法：它是利用物质吸 收光后所产生的吸收光谱来进行分 析的方法。
２）发光光谱法：物质中的粒子 用一定的能量（如光、电、热等）激 发到高能级后，当跃迁回低能级时， 便产生出特征的发射光谱，利用此发 射光谱进行的分析的方法
３）散射光谱法：利用物质对光 的散射来进行分析的方法。
２．非光谱法：
第一章 光学 分析法导论
一．电磁波的基本性质 1．电磁波的种类：
波 5×10-3 0.1～10 10～200
200～400
长 ～0.1
λ
名 γ射线 x射线 远紫外光 近紫外光
称
波 400 ～ 750 ～ 1.0×106 ～ 1.0×109 ～
长 750
1.0×106 1.0×109
1.0×1012
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。主 要有折射法和旋光法。
三.光谱种类 （一）依外形分类： 若干条强度不同的谱线和
暗区相间而成的光谱。
带状光谱: 由几个光带和暗区相间而成
的光谱。
λ
名 可见光 红外光 微波
无线电波
称
10-2 nm 10 nm 102 nm 104 nm 0.1 cm 10cm 103 cm 105 cm
光学分析法导论
3．散射光谱
• 分子吸收辐射能后，有一部分电子激发至电子能级中较高的振动能级， 在很短时间内（约10-12S）返回原来的基态或比原来稍高或稍低的振 动能级时，而向四周发射，这时在不与光路平行的方向上观察到的光 谱称散射光谱。
• 散射光谱有两种： 瑞利（Rayleigh）散射：只改变方向，散射辐射的频率与入
统称为光学光谱区。 基态： 在原子 （或 离 子、 分 子 ）中，价电子一般在能量最
低的轨道上运动，这种能量最低的稳定状态叫做基态。 处于基态的原子称基态原子，处于基 态的离子称基态离子，处于基态的分子 称基态分子。 激发态：如果原子（或离子、分子）中有处在其它较高能级上
运动的电子时，则称之为激发态。
0.76～2.5m 分子的振动和转动能级的跃迁
2.5～50m
紫外光谱法 分光光度法 红外分光光度法 红外光谱法
远红外光 微波 射频
50～1000m
0.1～100cm 1～100m
分子的转动能级跃迁 分子的转动及电子自旋能级跃迁 电子自旋及核自旋
微波光谱法 核磁共振波谱法
§1－2光谱的分类
几个基本概念： 光学光谱区：包含紫外、可见及红外等光谱在内的光谱区域，
光子的能量为：
式中： E: 为光量子的能量，其单位为J或kJ（也可用“电子伏特eV”
作单位）； leV为1个电子通过电位差为 1伏特的电场时所吸收或释放的能
量； 1eV＝1.602×10-19 J； h: 为普朗克常数，其值为h=6.626×10-34 J·s； C : 光速，C=3.0×108m/s。
2. 吸收光谱
当一定能量的光辐射通过气态、液态或透明固体物质 时，物质的原子、离子或分子将吸收相应能量的光辐射而 由低能态跃迁至较高能态，从而产生一吸收光谱。这种
光学分析法导论
第二节 光学分析法旳分类
二、光谱法
2）按电磁辐射本质分类
原子光谱（涉及离子光谱）——由原子或离子外层电子 旳跃迁产生，具有明显 旳线光谱特征
分子光谱——由分子中电子能级及分子旳振动、转动能 级旳跃迁产生，大多具有带光谱特征
第二节 光学分析法旳分类
二、光谱法
3）按辐射能传递方式分类 发射光谱——处于激发态旳原子分子或离子由高 能级跃迁回低能级或基态发射出相应旳光谱
第三节 原子光谱和分子光谱
一、原子光谱
主量子数( n )：描述核外电子是在那个电子壳层上运动。 n = 1、 2、 3、 4、 5、 6、7、••••••••
符号 K、L、M、N、O、P、Q、••••••••
角量子数( l )：描述核外电子云旳形状。
l = 0、1、 2、 3、 4、••••••••
第三节 原子光谱和分子光谱
一、原子光谱
主量子数(n)：
n =1、 2、 3、 4、 5、 6、7、••••••••
总角量子数(L)：
L= l,
对于2个价电子： L = ( l1+ l2)、 ( l1+ l2-1)、•••、 ( l1- l2)
总自旋量子数(S)：对于N个价电子：N/2, N /2 -1, N /2 -2,..,1/2,0
>2.5*105
X一射线 0.005-10nm 2.5*105 -1.2*102
高能辐射区
远紫外 10200nm 1.2*102-6.2
近紫外 200
可见光 400
近红外 0.782.5
中红外 2.550
远红外 501000m 2.5*10-2-1.2*10-4
中能辐射区
微波 0.1100cm 1.2*10-4-1.2*10-7
光学分析法导论
光学分析法导论光学分析法的分类光谱法：以光的波长与强度为特征信号的仪器分析方法非光谱法：以光辐射的某些性质变化特征信号的仪器分析方法吸收光谱法、发射光谱法、散射光谱法折射法、旋光法、圆二色法、比浊法、衍射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光学分析法的分类光分析法光谱分析法非光谱分析法原子光谱分析法分子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射线荧光光谱紫外光谱法红外光谱法分子荧光光谱法分子磷光光谱法核磁共振波谱法光学分析法的分类光谱分析法吸收光谱法发射光谱法原子光谱法分子光谱法原子发射原子吸收原子荧光X射线荧光原子吸收紫外可见红外可见核磁共振紫外可见红外可见分子荧光分子磷光核磁共振化学发光原子发射原子荧光分子荧光分子磷光X射线荧光化学发光光谱分析法的分类散射光谱法光谱：把测得的发射或吸收强度对电磁辐射的波长或频率作图，得到光谱。
光谱孤立的原子、离子或分子的能级是特征的；由特征光谱可做试样组分的定性分析，由发射或吸收强度可以进行定量分析。
E2E0E1E3h?i波长半宽度10-2~10-5原子吸收光谱原子发射光谱原子光谱原子光谱是由原子外层或内层电子能级的变化产生的。
原子光谱是由一条条彼此分立的谱线组成的线状光谱。
原子光谱分为原子发射光谱和原子吸收光谱。
原子光谱原子光谱的波长主要分布在紫外及可见光谱区,仅少数落在近红外区。
原子光谱可以确定试样物质的元素组成和含量，但不能给出物质分子结构的信息。
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。
分子光谱分子的运动：包括价电子的运动、分子内原子相对于平衡位置的振动和分子绕其质心的转动。
光学分析法导论(1)
类为对热产生响应的热检测器。 光检测器有硒光电池、光电管、光电倍增管、半导体等。 热检测器是吸收辐射并根据吸收引起的热效应来测量入射
辐射的强度，包括真空热电偶、热电检测器、热电偶等。 (五)读出装置
由检测器将光信号转换成电信号后，可用检流计、微安计、 数字显示器、光子计数等显示和记录结果。
(二)单色器 单色器的主要作用是将复合光分解成单色光或有一定宽
度的谱带。 单色器由入射狭缝和出射狭缝、准直镜以及色散元件，
如棱镜或光栅等组成。 (三)吸收池
紫外光区，采用石英材料； 可见光区，则用硅酸盐玻璃； 红外光区，则可根据不同的波长范围选用不同材料的晶 体制成吸收池的窗口。
(四)检测器 检测器可分为两类，一类对光子有响应的光检测器，另一
会发生散射现象。如果这种散射是光子与物质分子发 生能量交换的，即不仅光子的运动方向发生变化，它 的能量也发生变化，则称为Raman散射。
这种散射光的频率（νm）与入射光的频率不同， 称为Raman位移。Raman位移的大小与分子的振动和转 动的能级有关，利用Raman位移研究物质结构的方法 称为Raman光谱法。
按光谱的性质和形状分：线状光谱，带状光谱和连续光谱
1.原子光谱（线状光谱）：吸收光谱法,发射光谱法
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）
E3
原子发射光谱
半宽度10-2~10-5
O
A
E2
E1
原子吸收光谱
E0
波长
O
A
2. 分子光谱（带光谱）：吸收光谱法,发射光谱法
三. 光谱法仪器
用来研究吸收、发射电磁辐射的强度和波长的关系 的仪器叫做光谱仪或分光光度计。这一类仪器一般包括 五个基本单元：光源、单色器、样品容器、检测器和读 出器件。
辐射的强度，包括真空热电偶、热电检测器、热电偶等。 (五)读出装置
由检测器将光信号转换成电信号后，可用检流计、微安计、 数字显示器、光子计数等显示和记录结果。
(二)单色器 单色器的主要作用是将复合光分解成单色光或有一定宽
度的谱带。 单色器由入射狭缝和出射狭缝、准直镜以及色散元件，
如棱镜或光栅等组成。 (三)吸收池
紫外光区，采用石英材料； 可见光区，则用硅酸盐玻璃； 红外光区，则可根据不同的波长范围选用不同材料的晶 体制成吸收池的窗口。
(四)检测器 检测器可分为两类，一类对光子有响应的光检测器，另一
会发生散射现象。如果这种散射是光子与物质分子发 生能量交换的，即不仅光子的运动方向发生变化，它 的能量也发生变化，则称为Raman散射。
这种散射光的频率（νm）与入射光的频率不同， 称为Raman位移。Raman位移的大小与分子的振动和转 动的能级有关，利用Raman位移研究物质结构的方法 称为Raman光谱法。
按光谱的性质和形状分：线状光谱，带状光谱和连续光谱
1.原子光谱（线状光谱）：吸收光谱法,发射光谱法
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）
E3
原子发射光谱
半宽度10-2~10-5
O
A
E2
E1
原子吸收光谱
E0
波长
O
A
2. 分子光谱（带光谱）：吸收光谱法,发射光谱法
三. 光谱法仪器
用来研究吸收、发射电磁辐射的强度和波长的关系 的仪器叫做光谱仪或分光光度计。这一类仪器一般包括 五个基本单元：光源、单色器、样品容器、检测器和读 出器件。
仪器分析-第2章 光学分析法导论
·用远红外光照射有机分子，分子在转动能级间跃迁 产生转动光谱。其波长位于远红外和微波区，亦称远红 外吸收光谱和微波。
·电子能级变化时，必然伴随着振动能级的变化，振 动能级的变化又伴随转动能级的变化，因此，分子光谱 不是线状光谱，而是带状光谱。
λ =1 / σ
c：光速 (2.9979×1010 cm ·s-1)；λ：波长(cm)； ν：频率(Hz或s-1)；σ：波数(cm-1) ； E ：能量(ev或J)； h：普朗克常数6.6256 ×10-34J ·s或４.136 ×10-15ev.s
二、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.
如： 钠原子的光谱项符号 32S1/2；
表示钠原子的电子处于n=3，M =2(S = 1/2)，L =0，
J = 1/2 的能级状态（基态能级）；
接下一页
电子的多重态
h +
单重态 （自旋配对）
电子跃迁
激发单重态 （自旋 配对）
h +
单重态
电子跃迁 和 自旋翻转
（自旋配对）
三重态 （自旋 平行）
返回
3. △J = 0、±1 但当J=0时，△J =0跃迁是禁戒的。 4. △S = 0 即单重态只跃迁到单重态，三重态只跃迁到三重
态。不同多重态之间的跃迁是禁阻的。
符合以上条件的跃迁，跃迁概率大，谱线较强．不符合 光谱选择定则的跃迁叫禁戒跃迁，禁阻跃迁强度很弱。 若两光谱项之间为禁戒跃迁，处于较高能级的原子具有较长 的寿命，原子的这种状态称为亚稳态。
吸收光谱法
原紫红核 子外外磁 吸可可共 收见见振
光谱分析法
分子光谱法
发射光谱法
原原分分 X 化
子
子
·电子能级变化时，必然伴随着振动能级的变化，振 动能级的变化又伴随转动能级的变化，因此，分子光谱 不是线状光谱，而是带状光谱。
λ =1 / σ
c：光速 (2.9979×1010 cm ·s-1)；λ：波长(cm)； ν：频率(Hz或s-1)；σ：波数(cm-1) ； E ：能量(ev或J)； h：普朗克常数6.6256 ×10-34J ·s或４.136 ×10-15ev.s
二、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.
如： 钠原子的光谱项符号 32S1/2；
表示钠原子的电子处于n=3，M =2(S = 1/2)，L =0，
J = 1/2 的能级状态（基态能级）；
接下一页
电子的多重态
h +
单重态 （自旋配对）
电子跃迁
激发单重态 （自旋 配对）
h +
单重态
电子跃迁 和 自旋翻转
（自旋配对）
三重态 （自旋 平行）
返回
3. △J = 0、±1 但当J=0时，△J =0跃迁是禁戒的。 4. △S = 0 即单重态只跃迁到单重态，三重态只跃迁到三重
态。不同多重态之间的跃迁是禁阻的。
符合以上条件的跃迁，跃迁概率大，谱线较强．不符合 光谱选择定则的跃迁叫禁戒跃迁，禁阻跃迁强度很弱。 若两光谱项之间为禁戒跃迁，处于较高能级的原子具有较长 的寿命，原子的这种状态称为亚稳态。
吸收光谱法
原紫红核 子外外磁 吸可可共 收见见振
光谱分析法
分子光谱法
发射光谱法
原原分分 X 化
子
子
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散射（scattering）:是指由传播介质的不均匀性引起的光线 向四周射去的现象。 瑞利散射 分子散射
散射
丁铎尔散射
拉曼散射
4
分子散射
瑞利散射 拉曼散射
分子散射:辐射能比辐射波长小得多的分子或分子聚集体之间的 相互作用而产生的散射光. 瑞利散射:是光子与分子间发生“弹性碰撞”时产生的散射光现 象。 散射光的波长与入射光的波长相同，只是改变了运动方向
在空气条件好的情况下，即空气比较洁净，悬浮尘埃较少时，主要 的散射是瑞利散射，散射光中蓝色成份较多。这就是我们所期望看到 的蓝天白云。 而在一些城市里，特别是大气污染较严重的大城市里，由于空气中 充满了线度较大的悬浮尘埃粒子，此时的散射光有很大一部分是丁达 尔散射产生的，呈白色。因此，天空就是白茫茫的。
300~2000条/mm
光栅的分光作用：狭缝的衍射作用形成的 1.平面光栅衍射的色散方程
nλ = d(sinφ±sinφ´)
n—(级数) 0,±1,±2,… φ--为入射角 d --为光栅常数 φ´ --为衍射角 闪耀波长 Φ’ 2.平面光栅衍射的闪耀特性
φ
闪耀角
闪耀光栅：
通过改变a、d、，使 衍射的辐射强苏集中在所 需的波长范围内。
应用波段 UV-Vis
350-(500)max-750nm 据光敏材料而定 ibid 190-1100nm
真空光电管（Vacuum phototube） 光电倍增管（Photomultiplier tube） 硅二极管（Silicon diode） 光二极管阵列（Photodiode array, PDA）
普朗克(Planch)公式
hc E h λ
E -光子的能量 υ -光子的频率 -光子的波长 C -光速 h -Planch常数
J, 焦耳 Hz, 赫兹 cm 2.99791010 cm.s-1 6.625610-34 J.s 焦耳. 秒
3
折射和反射 二、物质与光的相互作用 散射 吸收和发射
6
天气很好时，天空是蔚蓝色的， 但是在靠近地面的地方还是有太多 的尘埃，远不如高空那样清澈。
白色的太阳光包含着从红到蓝紫各色的光， 在太阳光经过大气层时，会发生散射，而且 主要是与光波长有关的瑞利散射。种散射是 短波长(蓝光)的成份散射强，被散射掉了， 透射的光中长波长(红光)的成份就较多。透 射光中的红光成份比例是与光线穿过大气层 的行程长短有关的。
灵敏度高； S/N大； 暗电流小； 响应快且在宽的波段内响应恒定。
23
二 光电转换器种类及其应用波段 C.）光电转换器种类及应用波段
检测器种类 早期检测器 检测器 人眼(Vis)，相板及照像胶片(UV-Vis) 硒光电池（Photovoltaic cell,光伏管） 光电转换器
(photo transducer)
(Thermal transducer)
电导检测器（Photoconductivity） ； 热电偶（Thermocouple） 辐射热计（Bolometer） 热释电（Pyroelectric transducer） IR
24
三、光电倍增管（photomultiplier tube, PMT）
光电倍增管示意图 石 英 套 9 5 7 6 4 2 8
谱线是属于产生电子吸收的集团，其他部分可能因为激光的吸收而被
减弱；（3）从共振拉曼的退偏振度的测量中，可以得到正常拉曼光 谱中得不到的分子对称性的信息。
2、表面增强拉曼散射
当一些分子被吸附到某些粗糙的金属，如金、银或铜的表面时， 它们的拉曼谱线强度会得到极大地增强，这种不寻常的拉曼散射增强
现象被称为表面增强拉曼散射效应 .
上面所说的丁达尔散射和瑞利散射都是弹性散射。
5
分子散射的散射规律与大颗粒异质体散射（丁达尔散射） 规律不同，其散射强度是与入射光的波长有关的，即散射强度 与光波波长的四次方成反比，这就是瑞利散射定律。这类散射 也称为瑞利散射。 1 4 I V 4 瑞利散射时，由于蓝光波长较短，其散射强度就比波长较 长的红光强，因此散射光中蓝光的成份较多。 丁达尔散射和瑞利散射的规律不同， 是能不能看到蓝天白云的根本原因。
带光谱
连续光谱：在一定范围内。各种波长的光都有，连续不断，无 明显的谱线和谱带。 18
§2 光学分析法中的光栅单色器
一.棱镜单色器基本组成
聚焦物镜 f 入射狭缝 准直镜 棱镜单色器 聚焦面 出射狭缝
二. 光栅单色器基本组成
准直镜 聚焦物镜 f 聚焦面
入射狭缝
平面衍射光栅
出射狭缝
19
20
21
三. 平面衍射光栅
a
d
22
§3 光学分析法中的检测器 一. 光电转换器（Transducer）
1.定义：光电转换器是将光辐射转化为可以测量的电信号的器件。
S = KP + KD= KP
2.理想的光电转换器要求
S:以电压或电流为单位的电响应； K:校正灵敏度；P：辐射功率； KD: 暗电流(可通过线路补偿，使为0)
拉曼位移: 拉曼散射光与瑞利散射光的频率差。 拉曼散射共分为两类型：
1、共振拉曼散射 当一个化合物被入射光激发，激发线的频率处于该化合物的电子
吸收谱带以内时，由于电子跃迁和分子振动的耦合，使某些拉曼谱线
的强度陡然增加，这个效应被成为共振拉曼散射。
8
共振拉曼光谱是激发拉曼光谱中较活跃的一个领域，原因在于： （1）拉曼谱线强度显著增加，提高了检测的灵敏度，适合于稀溶液 的研究，这对于浓度小的自由基和生物材料的考察特别有用；（2） 可用于研究生物大分子中的某一部分，因为共振拉曼增强了那些拉曼
多通道转换器
(Multichannel transducer)
电荷转移器件 Charge-transfer device, CTD：
电荷注入器件(Charge-injection device, CID) 电荷耦合器件(Charge-coupled device, CCD)
UV-Vis
电导检测器 热检测器
第三篇《光学分析》
第一章
光学分析法导论
光学分析法是建立在物质发射的电磁辐射 或电磁辐射与物质相互作用的基础上的各种 分析方法的统称。
1
§1 概 述 一 电磁波的基本性质
电磁辐射是以接近光速传播的能量，电磁辐射具有波粒二象性
1.电磁波的种类：
10-2 nm
射 线 x 射 线
10 nm
102 nm 104 nm
10
C.V.拉曼1928年，印度物理学家C.V.拉曼在气体和液体中观察到散射光频率发
生改变的现象。拉曼散射遵守如下规律：散射光中在每条原始入射谱线(频率为 v0)两侧对称地伴有频率为v0±vi(i＝1，2，3，…）的谱线，长波一侧的谱线称红 伴线或斯托克斯线，短波一侧的谱线称紫伴线或反斯托克斯线；频率差vi 与入射 光频率v0无关，由散射物质的性质决定，每种散射物质都有自己特定的频率差， 其中有些与介质的红外吸收频率相一致。拉曼散射的强度比瑞利散射（可见光的 散射）要弱得多。
A
O
hi
原子吸收光谱
波长 A
14
O
分子吸收与发射光谱(带光谱)
E2
分子发射光谱
hi
E1
I
半宽度20~100nm
A(T)
波长/nm
半宽度20~100nm
分子吸收光谱
E0
波长/nm
15
分子光谱(带光谱)
有机、无机分子
分子光谱则是由于分子中电子能级及分子的振动、分子的转 动能级的变化而产生的光谱。表现形式为带光谱。
13
原子吸收与发射光谱
原子光谱主要是由于核外电子(原子外层或内层电子)能级的 变化而产生的辐射或吸收而形成的光谱。它的表现形式为线光谱。 原子发射光谱法（AES） 原子吸收光谱法（AAS） 原子荧光光谱法（AFS） X射线荧光光谱法（XFS）等。
E3 E2 E1 E0
原子发射光谱
半宽度10-2~10-5
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) hc /( λ电子 λ振动 λ转动 λ平动)
属于这类分析方法的有: 紫外-可见分光光度法，红外光谱法，分子荧光光谱法，分 子发射光谱法，分子吸收光谱法和分子磷光光谱法等。
紫 外 光 红 外 光
0.1 cm 10cm
微 波
hc E h λ
103 cm
105 cm
无 线 电 波
可 见
光
2
２.表征电磁波特性的参数：
可以用波长λ、频率γ、速度c、波数ω、能量等来表示其特性
波长(λ)：表示相邻两个光波各相应点间的直线距离(或相应两 个波峰或波谷间的直线距离)。 波数(ω)：指在单位长度内波的数目。 频率(γ)：指在1秒时间内经过某点的波数(即每秒内振动的次数)。 能量(E)：光子所具有的能量。
16
三、光学分析法分类
光学分析法可分为光谱法和非光谱法两大类。
四.光谱法的分类种类
线状光谱 1.按外形分类 带状光谱
原子光谱(线状) 2.按光谱产生的机理分类 分子光谱(带状)
17
线光谱:由若干条强度不同的谱线和暗区相间而成的光谱。
带状光谱:由几个光带和暗区相间而成的光谱。
线光谱
11
丁铎尔散射： 光通过含有许多大质点（其颗粒大小的数量级等于光波的
波长）的介质时产生的散射光。乳浊液、悬浊液、胶体溶 液等所引起的散射均为丁铎尔散射。
丁达尔散射与光波波长无关，当入射光是白光时，看到的散射光也是白光。
丁达尔散射——是弹性散射。
12
山中的雾气实际上是悬浮在空气中的小液滴，是一种很理想的散射源。 由于液滴的尺寸比光波波长大得多，主要是丁达尔散射，散射光呈白色。
散射
丁铎尔散射
拉曼散射
4
分子散射
瑞利散射 拉曼散射
分子散射:辐射能比辐射波长小得多的分子或分子聚集体之间的 相互作用而产生的散射光. 瑞利散射:是光子与分子间发生“弹性碰撞”时产生的散射光现 象。 散射光的波长与入射光的波长相同，只是改变了运动方向
在空气条件好的情况下，即空气比较洁净，悬浮尘埃较少时，主要 的散射是瑞利散射，散射光中蓝色成份较多。这就是我们所期望看到 的蓝天白云。 而在一些城市里，特别是大气污染较严重的大城市里，由于空气中 充满了线度较大的悬浮尘埃粒子，此时的散射光有很大一部分是丁达 尔散射产生的，呈白色。因此，天空就是白茫茫的。
300~2000条/mm
光栅的分光作用：狭缝的衍射作用形成的 1.平面光栅衍射的色散方程
nλ = d(sinφ±sinφ´)
n—(级数) 0,±1,±2,… φ--为入射角 d --为光栅常数 φ´ --为衍射角 闪耀波长 Φ’ 2.平面光栅衍射的闪耀特性
φ
闪耀角
闪耀光栅：
通过改变a、d、，使 衍射的辐射强苏集中在所 需的波长范围内。
应用波段 UV-Vis
350-(500)max-750nm 据光敏材料而定 ibid 190-1100nm
真空光电管（Vacuum phototube） 光电倍增管（Photomultiplier tube） 硅二极管（Silicon diode） 光二极管阵列（Photodiode array, PDA）
普朗克(Planch)公式
hc E h λ
E -光子的能量 υ -光子的频率 -光子的波长 C -光速 h -Planch常数
J, 焦耳 Hz, 赫兹 cm 2.99791010 cm.s-1 6.625610-34 J.s 焦耳. 秒
3
折射和反射 二、物质与光的相互作用 散射 吸收和发射
6
天气很好时，天空是蔚蓝色的， 但是在靠近地面的地方还是有太多 的尘埃，远不如高空那样清澈。
白色的太阳光包含着从红到蓝紫各色的光， 在太阳光经过大气层时，会发生散射，而且 主要是与光波长有关的瑞利散射。种散射是 短波长(蓝光)的成份散射强，被散射掉了， 透射的光中长波长(红光)的成份就较多。透 射光中的红光成份比例是与光线穿过大气层 的行程长短有关的。
灵敏度高； S/N大； 暗电流小； 响应快且在宽的波段内响应恒定。
23
二 光电转换器种类及其应用波段 C.）光电转换器种类及应用波段
检测器种类 早期检测器 检测器 人眼(Vis)，相板及照像胶片(UV-Vis) 硒光电池（Photovoltaic cell,光伏管） 光电转换器
(photo transducer)
(Thermal transducer)
电导检测器（Photoconductivity） ； 热电偶（Thermocouple） 辐射热计（Bolometer） 热释电（Pyroelectric transducer） IR
24
三、光电倍增管（photomultiplier tube, PMT）
光电倍增管示意图 石 英 套 9 5 7 6 4 2 8
谱线是属于产生电子吸收的集团，其他部分可能因为激光的吸收而被
减弱；（3）从共振拉曼的退偏振度的测量中，可以得到正常拉曼光 谱中得不到的分子对称性的信息。
2、表面增强拉曼散射
当一些分子被吸附到某些粗糙的金属，如金、银或铜的表面时， 它们的拉曼谱线强度会得到极大地增强，这种不寻常的拉曼散射增强
现象被称为表面增强拉曼散射效应 .
上面所说的丁达尔散射和瑞利散射都是弹性散射。
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分子散射的散射规律与大颗粒异质体散射（丁达尔散射） 规律不同，其散射强度是与入射光的波长有关的，即散射强度 与光波波长的四次方成反比，这就是瑞利散射定律。这类散射 也称为瑞利散射。 1 4 I V 4 瑞利散射时，由于蓝光波长较短，其散射强度就比波长较 长的红光强，因此散射光中蓝光的成份较多。 丁达尔散射和瑞利散射的规律不同， 是能不能看到蓝天白云的根本原因。
带光谱
连续光谱：在一定范围内。各种波长的光都有，连续不断，无 明显的谱线和谱带。 18
§2 光学分析法中的光栅单色器
一.棱镜单色器基本组成
聚焦物镜 f 入射狭缝 准直镜 棱镜单色器 聚焦面 出射狭缝
二. 光栅单色器基本组成
准直镜 聚焦物镜 f 聚焦面
入射狭缝
平面衍射光栅
出射狭缝
19
20
21
三. 平面衍射光栅
a
d
22
§3 光学分析法中的检测器 一. 光电转换器（Transducer）
1.定义：光电转换器是将光辐射转化为可以测量的电信号的器件。
S = KP + KD= KP
2.理想的光电转换器要求
S:以电压或电流为单位的电响应； K:校正灵敏度；P：辐射功率； KD: 暗电流(可通过线路补偿，使为0)
拉曼位移: 拉曼散射光与瑞利散射光的频率差。 拉曼散射共分为两类型：
1、共振拉曼散射 当一个化合物被入射光激发，激发线的频率处于该化合物的电子
吸收谱带以内时，由于电子跃迁和分子振动的耦合，使某些拉曼谱线
的强度陡然增加，这个效应被成为共振拉曼散射。
8
共振拉曼光谱是激发拉曼光谱中较活跃的一个领域，原因在于： （1）拉曼谱线强度显著增加，提高了检测的灵敏度，适合于稀溶液 的研究，这对于浓度小的自由基和生物材料的考察特别有用；（2） 可用于研究生物大分子中的某一部分，因为共振拉曼增强了那些拉曼
多通道转换器
(Multichannel transducer)
电荷转移器件 Charge-transfer device, CTD：
电荷注入器件(Charge-injection device, CID) 电荷耦合器件(Charge-coupled device, CCD)
UV-Vis
电导检测器 热检测器
第三篇《光学分析》
第一章
光学分析法导论
光学分析法是建立在物质发射的电磁辐射 或电磁辐射与物质相互作用的基础上的各种 分析方法的统称。
1
§1 概 述 一 电磁波的基本性质
电磁辐射是以接近光速传播的能量，电磁辐射具有波粒二象性
1.电磁波的种类：
10-2 nm
射 线 x 射 线
10 nm
102 nm 104 nm
10
C.V.拉曼1928年，印度物理学家C.V.拉曼在气体和液体中观察到散射光频率发
生改变的现象。拉曼散射遵守如下规律：散射光中在每条原始入射谱线(频率为 v0)两侧对称地伴有频率为v0±vi(i＝1，2，3，…）的谱线，长波一侧的谱线称红 伴线或斯托克斯线，短波一侧的谱线称紫伴线或反斯托克斯线；频率差vi 与入射 光频率v0无关，由散射物质的性质决定，每种散射物质都有自己特定的频率差， 其中有些与介质的红外吸收频率相一致。拉曼散射的强度比瑞利散射（可见光的 散射）要弱得多。
A
O
hi
原子吸收光谱
波长 A
14
O
分子吸收与发射光谱(带光谱)
E2
分子发射光谱
hi
E1
I
半宽度20~100nm
A(T)
波长/nm
半宽度20~100nm
分子吸收光谱
E0
波长/nm
15
分子光谱(带光谱)
有机、无机分子
分子光谱则是由于分子中电子能级及分子的振动、分子的转 动能级的变化而产生的光谱。表现形式为带光谱。
13
原子吸收与发射光谱
原子光谱主要是由于核外电子(原子外层或内层电子)能级的 变化而产生的辐射或吸收而形成的光谱。它的表现形式为线光谱。 原子发射光谱法（AES） 原子吸收光谱法（AAS） 原子荧光光谱法（AFS） X射线荧光光谱法（XFS）等。
E3 E2 E1 E0
原子发射光谱
半宽度10-2~10-5
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) hc /( λ电子 λ振动 λ转动 λ平动)
属于这类分析方法的有: 紫外-可见分光光度法，红外光谱法，分子荧光光谱法，分 子发射光谱法，分子吸收光谱法和分子磷光光谱法等。
紫 外 光 红 外 光
0.1 cm 10cm
微 波
hc E h λ
103 cm
105 cm
无 线 电 波
可 见
光
2
２.表征电磁波特性的参数：
可以用波长λ、频率γ、速度c、波数ω、能量等来表示其特性
波长(λ)：表示相邻两个光波各相应点间的直线距离(或相应两 个波峰或波谷间的直线距离)。 波数(ω)：指在单位长度内波的数目。 频率(γ)：指在1秒时间内经过某点的波数(即每秒内振动的次数)。 能量(E)：光子所具有的能量。
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三、光学分析法分类
光学分析法可分为光谱法和非光谱法两大类。
四.光谱法的分类种类
线状光谱 1.按外形分类 带状光谱
原子光谱(线状) 2.按光谱产生的机理分类 分子光谱(带状)
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线光谱:由若干条强度不同的谱线和暗区相间而成的光谱。
带状光谱:由几个光带和暗区相间而成的光谱。
线光谱
11
丁铎尔散射： 光通过含有许多大质点（其颗粒大小的数量级等于光波的
波长）的介质时产生的散射光。乳浊液、悬浊液、胶体溶 液等所引起的散射均为丁铎尔散射。
丁达尔散射与光波波长无关，当入射光是白光时，看到的散射光也是白光。
丁达尔散射——是弹性散射。
12
山中的雾气实际上是悬浮在空气中的小液滴，是一种很理想的散射源。 由于液滴的尺寸比光波波长大得多，主要是丁达尔散射，散射光呈白色。