光谱分析
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。
光谱分析
光谱分析光谱分析是一种重要的科学技术，它在许多领域都有广泛的应用。
本文将介绍光谱分析的基本原理、各种光谱技术、以及光谱分析在不同领域的应用。
光谱分析是通过分析物质与电磁波相互作用时所产生的光谱，来研究物质的性质和组成的一种方法。
光谱可以分为连续光谱和离散光谱两种。
连续光谱是由连续的波长范围内各种波长的光组成，而离散光谱则是由离散的波长点上的光组成。
光谱分析的基本原理是光与物质的相互作用。
当光线通过物质时，根据物质的性质，光会发生吸收、散射、透射等变化。
这些变化可以通过光谱仪等仪器进行检测和记录，从而得到物质与光的相互作用的信息。
光谱分析有许多不同的技术和方法。
其中最常见的是吸收光谱分析。
吸收光谱分析是通过测量物质对不同波长光的吸收程度，来确定物质的组成和浓度。
根据光谱的特点，还可以进一步将吸收光谱分析分为紫外可见吸收光谱、红外吸收光谱、原子吸收光谱等。
除了吸收光谱分析，还有许多其他的光谱技术。
例如，发射光谱分析可以通过测量物质激发后所发出的光谱，来研究物质的能级结构和化学元素的存在。
拉曼光谱分析可以通过测量物质散射光中的拉曼散射，来研究物质的分子振动和晶格振动等信息。
光谱分析在各个不同领域都有重要的应用。
在化学分析中，光谱分析可以用于物质的定性和定量分析，如测定溶液中的物质浓度、分析有机化合物的结构等。
在生物医学领域，光谱分析可以用于检测和诊断疾病，如通过红外光谱分析识别病变组织。
在环境监测中，光谱分析可以用于检测大气污染物和水质状况。
在材料科学中，光谱分析可以用于表征材料的组成和结构。
总之，光谱分析是一种重要的科学技术，通过分析物质与光的相互作用，可以获取物质的信息。
不论是吸收光谱、发射光谱还是拉曼光谱等，光谱分析方法都在不同领域有广泛的应用。
通过光谱分析，我们可以更好地了解物质的性质和组成，进而推动科学研究和技术发展的进步。
天文学知识：什么是光谱分析？如何用光谱来研究天体
天文学知识：什么是光谱分析？如何用光谱来研究天体光谱分析是一种通过分析光的波长和强度来研究物质成分和性质的方法。
在天文学中，光谱分析成为研究天体的重要手段之一，也是让我们更加了解宇宙的重要工具之一。
下面我们将从什么是光谱，光谱分析的原理，以及如何使用光谱来研究天体等方面，来详细介绍光谱分析和它与天文学的关系。
一、什么是光谱分析光谱是一种光波的分析，它将可见光或电磁波的其它组成部分根据波长进行分类，构成光谱。
光谱分析是通过分析各种物质发射、吸收的特定波长的光来识别它们的成分和性质。
这些特定的波长被称为“光谱线”，每个元素或物质都有一组独特的光谱线，因此通过分析光谱线来确定物质的组成和性质。
在天文学中，光谱分析被用来研究天体的化学成分和运动，包括恒星、行星、星际气体等。
通过对不同波长的光的分析，我们可以获取它们发出或吸收的光线，进而探究其组分和性质等相关信息。
二、光谱分析的原理光的本质是一种电磁波，电磁波是由电场和磁场组成的，其中电场和磁场是相互垂直并以光速传播的波。
不同的电磁波具有不同的波长和频率。
电磁波的波长越长，频率越低，反之亦然。
当光通过物质时，它可能被吸收、反射或通过。
当它被吸收和再次辐射时，分子或原子会发射出光线。
这些发射出的光线会具有特定的波长和频率，由此形成一组独特的光谱线，可以指示物质的成分和性质。
类似地，当绝大部分波长可以通过物质时，它会通过。
但是也会有一些能量被分子或原子吸收，并从吸收的能量中获得电子跃迁这一过程，从而产生一组特定的吸收光谱线。
这些吸收线可以指示物质的成分和性质。
三、如何用光谱来研究天体在天文学中，光谱分析是一种广泛使用的技术，它不仅可以研究宇宙中的物质，还可以揭示出许多事物的组成和性质。
以下是一些典型的应用：1.恒星光谱恒星的光谱中包含了恒星所发出的全部波长的光，这使得我们可以用光谱来分析恒星是否含有某种元素，并用其光谱的特殊的皱痕来确定恒星的温度、辐射流量、年龄、旋转速度等特性。
光谱分析原理
电弧、 电弧、火花
分光元件（棱镜、 分光元件 （ 棱镜 、 光栅） 光栅） 起弧 预燃 熔化 气化 激发 燃弧 辐射
激发： 激发：点燃
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2、看谱分析五大用途 (1)对金属材料进行分类； (2)对金属冶炼前的炉料分类和成品测定； (3)热处理前对钢号进行核对； (4)机械设备的检修和样机的测绘仿制； (5)化学分析前的预分析。
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（2）分析前的试样处理 A、清除试样表面氧化皮； B、清除试样表面油漆； C、注意试样表面否经过电化学处理。 原则：打磨到试样表面平整且见金属光泽。 固定电极的形状主要有两种：棒状和园盘状。棒状 电极的规格，长约200mm，直径约7～8mm。园盘状 电极的规格，直径约60mm，厚度约2～4mm ，外园径 修磨。 处理试样表面的手段也要注意选择。例如：①分析钢 铁中的Si的时候，不能直接用砂轮机打磨，否则，由 于砂轮中硅粉的污染，易造成误差；②分析有色金属 中的杂质时，采用锉刀清理就不妥。
第一章、光谱分析原理
钟万里
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一、看谱分析基本概念 看谱分析 分析基本概念
看谱分析是一种原子发射的光谱分析方法，习惯上 将原子发射光谱分析简称为光谱分析。用这种方法可以 确定试样成分中元素的种类及含量。光谱分析通常有如 下过程：在试样电极和辅助电极之间通以电流（直流电 弧，交流电弧，火花等），则在两电极之间的间隙中形 成电弧或火花的等离子体（蒸汽云），此等离子体中的 分子、原子、离子及电子接受了由光源发生器共给的能 量后而被激发发光，成为光源，经过分光后形成光谱。 光谱中有原子、离子产生的线状光谱，也有由分子产生 的带状光谱和灼热电极头产生的连续光谱。经过分光镜 分光而得到的光谱中的谱线是按波长顺序分开排列的。 可以用不同的装置接受或检测光谱。如果采用照相法将 光谱记录在感光板上，则叫摄谱法，这种光谱仪叫摄谱 仪。如果采用光电倍增管接受，将光信号转换电信号， 并予检测，则叫光电直读光谱法，这种光谱仪叫光电直 2 读光谱仪。如果用人的眼睛来观察辨别光谱，则叫看谱
实验中的光谱分析方法和常见问题解决
实验中的光谱分析方法和常见问题解决光谱分析是一种测量和分析物质的光学性质的方法。
在实验中，光谱分析常用于确定物质的成分、结构和性质。
本文将介绍几种常见的光谱分析方法，并提出解决实验中可能遇到的一些常见问题的建议。
一、紫外可见光谱分析方法紫外可见光谱分析（UV-Vis）是一种常用的光谱分析方法，适用于测量物质在紫外光和可见光波段的吸收和发射光谱。
使用UV-Vis光谱仪，可以分析有机分子、配位化合物、药物等各种物质。
在进行UV-Vis光谱分析时，需要注意以下事项：1. 选择合适的溶剂：溶剂的选择要考虑样品的溶解度和光学透明度，避免溶剂本身在所选波长范围内有吸收峰。
2. 样品浓度的选择：样品浓度应选择在光谱仪检测范围之内，避免过浓或过稀造成信号的饱和或过低。
3. 内部参比物的使用：内部参比物可以用来校正光源强度和光路的变化，提高光谱数据的准确性。
二、红外光谱分析方法红外光谱是一种能够研究物质分子振动特性的方法，适用于分析有机物、聚合物、气体等物质。
通过测量样品在红外光波段的吸收光谱，可以获取物质的结构信息。
在进行红外光谱分析时，需注意以下事项：1. 选择适当的采样方法：红外光谱需要将样品制备成片状或液体样品，确保样品与光源接触紧密，避免测量结果受到干扰。
2. 样品预处理：某些样品可能存在吸湿或杂质影响，需要进行适当的预处理，如样品烘干、溶解等。
3. 光谱图谱解读：红外光谱图谱可根据振动频率进行解读，熟悉红外光谱图谱的各种峰位和对应的官能团信息，有利于对样品进行准确的分析。
三、原子吸收光谱分析方法原子吸收光谱（AAS）是一种常用的分析方法，用于测量和分析液体和固体中的金属元素和某些非金属元素。
AAS具有高灵敏度和选择性的特点，常用于环境监测、食品安全等领域。
进行AAS分析时，需要注意以下事项：1. 样品处理：样品需要经过适当的前处理，如溶解、提取等，以获得含有金属元素的溶液，便于后续的分析。
2. 标准曲线的建立：建立样品待测金属元素的标准曲线，用于后续样品浓度的计算和确定。
光谱分析原理及作用
光谱分析原理及作用光谱分析是一种通过测量物质在不同波长光下的吸收、发射或散射来确定其化学成分和性质的方法。
它是一种非常重要的分析技术，被广泛应用于化学、生物、环境、材料等领域。
光谱分析的原理和作用对于我们理解物质的性质和进行定量分析具有重要意义。
光谱分析的原理主要是基于物质与电磁波的相互作用。
当物质受到电磁波（如可见光、紫外光、红外光等）照射时，会发生吸收、发射或散射现象。
这些现象与物质的化学成分、结构和状态有关，因此可以通过观察物质在不同波长光下的吸收、发射或散射情况来获取有关物质的信息。
光谱分析主要包括吸收光谱分析和发射光谱分析两种。
吸收光谱分析是通过测量物质在不同波长光下的吸收情况来确定其化学成分和浓度。
而发射光谱分析则是通过测量物质在受激光照射下的发射情况来获取有关物质的信息。
这两种光谱分析方法在实际应用中具有各自的优势，可以相互补充，提高分析的准确性和可靠性。
光谱分析在化学分析中具有重要的作用。
它可以用于确定物质的成分、结构和浓度，对于分析未知物质、监测环境污染、检测食品质量等都具有重要意义。
此外，光谱分析还可以用于研究物质的光学性质、电子结构等，对于理论研究和新材料的开发具有重要意义。
除了在化学领域，光谱分析还被广泛应用于生物学、医学、地球科学、天文学等领域。
例如，生物学家可以利用光谱分析来研究生物分子的结构和功能，医学家可以利用光谱分析来诊断疾病和监测药物浓度，地球科学家可以利用光谱分析来研究地球大气和地表的成分和性质，天文学家可以利用光谱分析来研究星体的成分和运动状态。
总之，光谱分析是一种非常重要的分析技术，它通过测量物质在不同波长光下的吸收、发射或散射来确定其化学成分和性质。
光谱分析的原理和作用对于我们理解物质的性质和进行定量分析具有重要意义，被广泛应用于化学、生物、环境、材料等领域，并在科学研究和工业生产中发挥着重要作用。
光谱分析法概论(共76张PPT)全
(2) 红外非活性振动：振动过程中分子偶极矩不发生变化。
（或说偶极矩变化为0），正负电荷重心重合 r = 0 因为µ= q·r = 0 ，Δµ= 0；红外线是个交替磁场，若
Δµ= 0，则不产生吸收。
(3) 仪器分辨率太弱。 (4) 峰太弱。
☆产生红外光谱两个必要条件：
苯环和发色团相连，使E2和B带均长移, ε大 E2，K 带合并，有的就称为K带
基本原理和基本概念
苯的乙醇溶液
基本原理和基本概念 (四)影响因素 溶剂效应 ① n→π* 极性 短移 π→π* 极性 长移 ②影响吸收强度
③影响精细结构：苯在乙醇中（极性） 精细结构消失
基本原理和基本概念
基本原理和基本概念
3080-3030 cm-1 re 平衡位置原子间距离 差频峰： ν1-ν2 亚甲基的伸缩振动形式示意图
即：不对称分子，Δµ大
质谱法
确定分子的原子组成、相对分子质量、分子
式和分子结构。经常与UV、IR及NMR等配合 运用。
光学分析仪器的基本组成
紫外光谱 Ultraviolet absorption spectra
3. n→π* :含有杂原子的不饱和基团，近紫外区， ε很小 例如：-C=O: ,-C≡N:
4. n→σ* :远紫外区，含有杂原子的饱和基团， 例如：-OH,-NH2,-X,-S
σ→σ*> n→σ*≥π→π*> n→π*
基本原理和基本概念
（二）紫外光谱中常用术语
生色团 — 结构中有π→π*或 n→π*的基团，
50 ~ 500 µm 远红外(far-infrared)
红外光区的划分与跃迁类型
注意波数和波长的换算关系
光谱分析方法的分类
利用电场和磁场使带电粒子（如 电子、离子等）加速和偏转，测 量粒子的质量和电荷比（m/z比 值），推断样品的组成和结构。
应用
用于有机化合物、无机化合物、 生物大分子等的定性和定量分析
。
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优点
高灵敏度、高分辨率、可提供分 子碎片信息。
缺点
需要使用高真空系统，对样品有 一定要求。
谢谢
THANKS
间。
04 其他光谱分析方法
CHAPTER
X射线光谱法
原理
利用X射线照射样品，使原子或分子的内 层电子跃迁，通过测量X射线的能量或波
长，确定样品中元素的种类和含量。
优点
高分辨率、高灵敏度、可分析元素范围广。
应用
用于元素分析、化学键分析、晶体结构分 析等。
缺点
对样品有一定的破坏性，且需要专业操作 人员。
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瑞利散射光谱法的缺点是对于某些特定类型的物质， 其光谱信号较弱，需要较高的激发光强度和较长的采
集时间。
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瑞利散射光谱法具有非侵入性和无损检测的优点，能 够实时监测物质的变化和反应过程。
米氏散射光谱法
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米氏散射光谱法是一种基于 米氏散射效应的光谱分析方 法，通过测量物质对入射光 的散射光谱来推断物质的结
核磁共振波谱法
应用
用于有机化合物、生物大分子等的结构和 构型分析。
原理
利用原子核自旋磁矩在磁场中的共 振现象，测量样品中氢核或其它磁 性核的数目和种类，推断分子的结
构和性质。
A
B
C
D
缺点
需要使用强磁场和高能射频脉冲，对样品 有一定要求。
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光谱分析
根据物质的光谱来鉴别物质及确定它的化学组成和相对含量的方法叫光谱分析．其优点是灵敏，迅速．历史上曾通过光谱分析发现了许多新元素，如铷，铯，氦等．根据分析原理光谱分析可分为发射光谱分析与吸收光谱分析二种；根据被测成分的形态可分为原子光谱分析与分子光谱分析。
光谱分析的被测成分是原子的称为原子光谱,被测成分是分子的则称为分子光谱。
由于每种原子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．做光谱分析时，可以利用发射光谱，也可以利用吸收光谱．这种方法的优点是非常灵敏而且迅速．某种元素在物质中的含量达10^-10(10的负10次方)克，就可以从光谱中发现它的特征谱线，因而能够把它检查出来．
光谱分析在科学技术中有广泛的应用.检查半导体材料硅和锗是不是达到了高纯度的要求时,帮助人们发现了许多新元素.研究天体的化学组成.
复色光经过色散系统（如棱镜、光栅）分光后，按波长（或频率）的大小依次排列的图案。
例如，太阳光经过三棱镜后形成按红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫次序连续分布的彩色光谱。
红色到紫色，相应于波长由7，700—3，900埃的区域，是为人眼所能感觉的可见部分。
红端之外为波长更长的红外光，紫端之外则为波长更短的紫外光，都不能为肉眼所觉察，但能用仪器记录。
因此，按波长区域不同，光谱可分为红外光谱、可见光谱和紫外光谱；按产生的本质不同，可分为原子光谱、分子光谱；按产生的方式不同，可分为发射光谱、吸收光谱和散射光谱；按光谱表观形态不同，可分为线光谱、带光谱和连续光谱。
原理
发射光谱分析是根据被测原子或分子在激发状态下发射的特征光谱的强度计算其含量。
吸收光谱是根据待测元素的特征光谱,通过样品蒸汽中待测元素的基态原子吸收被测元素的光谱后被减弱的强度计算其含量。
它符合郎珀-比尔定律:
A= -lg I/I o= -lgT = KCL
式中I为透射光强度，I0为发射光强度，T为透射比，L为光通过原子化器光程由于L是不变值所以A=KC。
物理原理为：
任何元素的原子都是由原子核和绕核运动的电子组成的，原子核外电子按其能量的高低分层分布而形成不同的能级，因此，一个原子核可以具有多种能级状态。
能量最低的能级状态称为基态能级（E0=0），其余能级称为激发态能级，而能最低的激发态则称为第一激发态。
正常情况下，原子处于基态，核外电子在各自能量最低的轨道上运动。
如果将一定外界能量如光能提供给该基态原子，当外界光能量E恰好等于该基态原子中基态和某一较高能级之间的能级差E时，该原子将吸收这一特征波长的光，外层电子由基态跃迁到相应的激发态。
原来提供能量的光经分光后谱线中缺少了一些特征光谱线，因而产生原子吸收光谱。
电子跃迁到较高能级以后处于激发态，但激发态电子是不稳定的，大约经过10-8秒以后，激发态电子将返回基态或其它较低能级，并将电子跃迁时所吸收的能量以光的形式释放出去，这个过程称原子发射光谱。
可见原子吸收光谱过程吸收辐射能量，而原子发射光谱过程则释放辐射能量。
仪器
现代光谱分析仪器有原子发射光谱仪、原子吸收光谱仪(原子吸收分光光度计)、红外光谱仪等.
光谱分如下几种形式
①线状光谱。
由狭窄谱线组成的光谱。
单原子气体或金属蒸气所发的光波均有线状光谱，故线状光谱又称原子光谱。
当原子能量从较高能级向较低能级跃迁时，就辐射出波长单一的光波。
严格说来这种波长单一的单色光是不存在的，由于能级本身有一定宽度和多普勒效应等原因，原子所辐射的光谱线总会有一定宽度（见谱线增宽）；即在较窄的波长范围内仍包含各种不同的波长成分。
原子光谱按波长的分布规律反映了原子的内部结构，每种原子都有自己特殊的光谱系列。
通过对原子光谱的研究可了解原子内部的结构，或对样品所含成分进行定性和定量分析。
②带状光谱。
由一系列光谱带组成，它们是由分子所辐射，故又称分子光谱。
利用高分辨率光谱仪观察时，每条谱带实际上是由许多紧挨着的谱线组成。
带状光谱是分子在其振动和转动能级间跃迁时辐射出来的，通常位于红外或远红外区。
通过对分子光谱的研究可了解分子的结构。
③连续光谱。
包含一切波长的光谱，炽热固体所辐射的光谱均为连续光谱。
同步辐射源（见电磁辐射）可发出从微波到X射线的连续光谱，X射线管发出的轫致辐射部分也是连续谱。
④吸收光谱。
具有连续谱的光波通过物质样品时，处于基态的样品原子或分子将吸收特定波长的光而跃迁到激发态，于是在连续谱的背景上出现相应的暗线或暗带，称为吸收光谱。
每种原子或分子都有反映其能级结构的标识吸收光谱。
研究吸收光谱的特征和规律是了解原子和分子内部结构的重要手段。
吸收光谱首先由J.V.夫琅和费在太阳光谱中发现（称夫琅和费线），并据此确定了太阳所含的某些元素。
具体的元素光谱：红色代表硫元素，蓝色代表氧元素，而绿色代表氢元素。
China光谱网核心介绍：光谱学是光学的一个分支学科，它主要研究各种物质的光谱的产生及其同物质之间的相互作用。
光谱是电磁辐射按照波长的有序排列，根据实验条件的不同，各个辐射波长都具有各自的特征强度。
通过光谱的研究，人们可以得到原子、分子等的能级结构、能级寿命、电子的组态、分子的几何形状、化学键的性质、反应动力学等多方面物质结构的知识。
但是，光谱学技术并不仅是一种科学工具，在化学分析中它也提供了重要的定性与定量的分析方法。