分光谱分析及光谱分析仪器的原理与分类
《分子光谱分析》课件
对未来学习的建议与展望
深入学习光谱分析理论
掌握先进的光谱分析技术
建议学习者进一步深入学习光谱分析的理 论基础，理解各种光谱分析方法的物理机 制和术和 新方法，了解并掌握最新的光谱分析技术 。
加强实验技能训练
拓展光谱分析应用领域
建议学习者多进行实验操作，提高实验技 能和数据分析能力，培养解决实际问题的 能力。
03
学习如何利用分子光谱分析技术 解决实际问题，培养实验设计和 数据分析的能力。
04
了解分子光谱分析在科研和工业 生产中的应用，培养解决实际问 题的能力。
02
分子光谱分析的基本原理
光的吸收和发射
光的吸收
当光子与分子相互作用时，如果光子的能量与分子某能级差相等，则该能级上 的电子可发生跃迁，从低能级跃迁到高能级，分子吸收光子并吸收能量。
原子光谱
由原子能级间的跃迁产生，包括线状光谱和连续光谱。
分子光谱
由分子振动和转动能级间的跃迁产生，包括带状光谱和漫散光谱。
03
分子光谱分析的实验技术
实验设备与仪器
红外光谱仪
用于测量分子振动和旋转的频率，从而推 断分子的结构和性质。
紫外可见光谱仪
用于测量分子电子跃迁的频率，从而推断 分子的电子结构和性质。
04
分子光谱分析的应用
在化学研究中的应用
化学反应机理研究
通过分子光谱分析，可以 研究化学反应过程中分子 结构和振动、转动变化， 从而揭示化学反应机理。
化学合成过程监控
在化学合成过程中，利用 分子光谱分析可以实时监 测反应进程，指导反应条 件优化和产物纯度控制。
化合物结构鉴定
分子光谱分析能够提供化 合物的特征光谱，通过比 对标准谱库可以确定化合
光谱仪分类
光谱仪分类光谱仪（spectrometer）是一种测量仪器，能够比较准确地测量特定的物质的谱线。
光谱仪可以被分为几大类：热光谱仪、质谱仪、分析光谱仪、紫外光谱仪和红外光谱仪。
本文将对这些光谱仪进行详细的介绍。
热光谱仪，又称活动光谱仪，是一种在器件的可活动的热传导测量器，用于对不同温度或湿度的物质进行测量，例如冷凝液体，用于研究物质的吸收、散射和吸收特性。
它由一台电脑控制，固定在一个可调节的容器内，使物质正确的接受热来源加热，从而达到测量的目的。
质谱仪是一种用于分析物质分子结构的仪器，它可以用来测定物质的比质量和组成。
它通过消除分子粒子的质量来测定物质的质量，并通过分析分子结构来确定物质的组成。
它可用于研究药物、有机物、污染物和金属等物质的分子结构。
分析光谱仪是一种用于研究物质的性质及组成的仪器，可用于测量物质的吸收光谱、发射光谱和折射光谱。
它利用光谱仪的技术，来测量物质的比质量和组成的数据，从而研究物质的物理特性和化学特性，可以提供物质结构的相关数据。
分析光谱仪用于研究催化剂、多烯物质、聚合物和有机物等物质。
紫外光谱仪是一种用于研究样品中物质吸收特性的仪器，它可以测量样品中的紫外吸收光谱和能量，可以用来研究物质的结构、性质和组成。
它可以分析物质的分子结构和纯度，并可以用来研究矿物、药物和有机物等物质。
红外光谱仪是一种用于研究物质的谱线的仪器，它可以测量物质的红外吸收光谱，可以用来研究物质的结构和性质。
它可以研究液体、气体、固体以及有机物等物质。
以上就是常见光谱仪的分类，每种光谱仪可以用于研究不同物质的特性，因此，这些仪器在各种科学和工业应用中发挥着重要作用。
它们可以提供有价值的数据，帮助我们更好地了解物质的结构，从而改善工业产品的性能，促进社会经济的发展。
光谱分析仪器有哪些
光谱分析仪器有哪些光谱分析仪器是一类广泛应用于科学研究、工业生产以及环境监测等领域的仪器设备。
它们通过测量不同波长的光在样品中的吸收、发射或散射情况，从而获得样品的光谱信息。
根据不同的工作原理和应用领域，光谱分析仪器可以分为多种类型。
一、紫外可见分光光度计紫外可见分光光度计是一种常用的光谱分析仪器，它能够测量样品在紫外至可见光波段的吸收情况。
它主要由光源、光栅、样品池和光电探测器等部分组成。
通过此种仪器，我们可以测量物质的吸收光谱，从而分析样品的化学组成以及浓度等相关信息。
二、红外光谱仪红外光谱仪是利用物质在红外波段的吸收特点进行分析的仪器。
它主要由红外光源、样品室、光栅、检测器等组成。
红外光谱仪在有机化学、药学、食品安全等领域有着广泛的应用。
通过红外光谱仪，我们可以获得样品的红外吸收光谱，从而对样品的化学结构以及功能团进行分析。
三、质谱仪质谱仪是一种可进行分析和鉴定的高灵敏度仪器。
它主要由离子源、质谱分析器和检测器等组成。
质谱仪广泛应用于有机物、生物大分子以及环境样品等的分析。
通过质谱仪，我们可以得到样品的质谱图谱，并且可以鉴定样品的分子结构以及化学组成。
四、原子吸收光谱仪原子吸收光谱仪是一种用于定量测定金属元素的仪器。
它的工作原理是利用样品中金属元素在特定波长的光照射下，吸收光的强度与金属元素的浓度成正比。
通过原子吸收光谱仪，我们可以测定样品中金属元素的含量，对于环境监测和质量控制等具有重要的意义。
五、核磁共振仪核磁共振仪是一种利用核磁共振现象来获得样品结构和相关信息的分析仪器。
它主要由磁场系统、射频系统以及探测系统等组成。
核磁共振仪广泛应用于有机化学、生物化学以及材料科学等领域。
通过核磁共振仪，我们可以确定样品的结构、分子间的相互作用以及动力学参数等。
光谱分析仪器在科学研究和工业生产中有着重要的应用价值。
不同类型的光谱分析仪器都具有各自的特点和优势，在不同领域有着不可替代的作用。
随着科学技术的不断进步和发展，光谱分析仪器的性能和应用也将不断得到提升和扩展，为相关领域的研究和发展提供更加精确和可靠的分析手段。
实验室常用光谱仪及其它们各自的原理
实验室常用光谱仪及其它们各自的原理光谱仪，又称分光仪。
以光电倍增管等光探测器在不同波长位置，测量谱线强度的装置。
其构造由一个入射狭缝，一个色散系统，一个成像系统和一个或多个出射狭缝组成。
以色散元件将辐射源的电磁辐射分离出所需要的波长或波长区域，并在选定的波长上(或扫描某一波段)进行强度测定。
分为单色仪和多色仪两种。
下面就介绍几种实验室常用的光谱仪的工作原理，它们分别是：荧光直读光谱仪、红外光谱仪、直读光谱仪、成像光谱仪。
荧光直读光谱仪的原理：当能量高于原子内层电子结合能的高能X射线与原子发生碰撞时,驱逐一个内层电子而出现一个空穴,使整个原子体系处于不稳定的激发态,激发态原子寿命约为(10)-12-(10)-14s,然后自发地由能量高的状态跃迁到能量低的状态.这个过程称为发射过程.发射过程既可以是非辐射跃迁,也可以是辐射跃迁.当较外层的电子跃迁到空穴时,所释放的能量随即在原子内部被吸收而逐出较外层的另一个次级光电子,此称为俄歇效应,亦称次级光电效应或无辐射效应,所逐出的次级光电子称为俄歇电子.它的能量是特征的,与入射辐射的能量无关.当较外层的电子跃入内层空穴所释放的能量不在原子内被吸收,而是以辐射形式放出,便产生X 射线荧光,其能量等于两能级之间的能量差.因此,X射线荧光的能量或波长是特征性的,与元素有一一对应的关系.K层电子被逐出后,其空穴可以被外层中任一电子所填充,ad4yjmk从而可产生一系列的谱线,称为K系谱线:由L层跃迁到K层辐射的X射线叫Kα射线,由M层跃迁到K层辐射的X射线叫Kβ射线同样,L层电子被逐出可以产生L系辐射.如果入射的X 射线使某元素的K层电子激发成光电子后L层电子跃迁到K层,此时就有能量ΔE释放出来,且ΔE=EK-EL,这个能量是以X射线形式释放,产生的就是Kα 射线,同样还可以产生Kβ射线,L系射线等.莫斯莱(H.G.Moseley) 发现,荧光X射线的波长λ与元素的原子序数Z有关,其数学关系如下:λ=K(Z-s)-2 这就是莫斯莱定律,式中K和S是常数,因此,只要测出荧光X射线的波长,就可以知道元素的种类,这就是荧光X射线定性分析的基础.此外,荧光X射线的强度与相应元素的含量有一定的关系,据此,可以进行元素定量分析.红外光谱仪的原理：红外光谱与分子的结构密切相关，是研究表征分子结构的一种有效手段，与其它方法相比较，红外光谱由于对样品没有任何限制，它是公认的一种重要分析工具。
光学分析法---分子光谱分析法光学分析法---概述
激光光源
激光光源具有单色性好，方向性强，高亮度及 相干性好等特点。可以大大提高光谱分析的灵 敏度和分辨率。常用的激光器有气体激光器、 固体激光器、染料激光器及半导体激光器。 作为一种新型光源应用于Raman光谱、荧光光 谱、发射光谱、Fourier变换红外光谱等领域。 气体激光器：如氦氖激光器(632.8nm)和氩离 子激光器(514.5nm,488.0nm) 固体激光器：红宝石（掺Cr3+的Al2O3）激光器 (694.3nm)和Nd:YAG(掺钕的钇铝石榴石)激光 器(1064nm)
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棱镜单色器
棱镜单色器使用棱镜为分光元件。棱镜的作用是把 复合光分解为单色光。由于不同波长的光在同一介 质中具有不同的折射率，波长短的光折射率大，波 长长的光折射率小。因此，平行光经色散后按波长 顺序分解为不同波长的光，经聚焦后在焦面的不同 位置成像，得到按波长展开的光谱。 在400nm ~ 800nm波长范围内，玻璃棱镜比石英棱 镜的色散率大。使用玻璃棱镜更合适。但在200nm ~ 400nm的波长范围内，由于玻璃强烈地吸收紫外 光，无法采用，故只能采用石英棱镜。 由于介质材料的折射率n与入射光的波长有关，因 此棱镜给出的光谱与波长有关，是非均排光谱。
3
原子能级和分子能级
2p 分子的电子能级 2s 分子振动
1s
原子能级
分子能级
分子转动
4
光谱分析法分类
吸收光谱、发射光谱和荧光光谱 电磁波谱与跃迁能量 原子光谱和分子光谱 常用的光学分析法
5
发射光谱法和吸收光谱法
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 通过测量物质的发射光谱的波长和强度进行定性 和定量分析的方法叫做发射光谱分析法。 当物质所吸收的电磁辐射能与该物质的原子核、 原子或分子的两个能级间跃迁所需的能量满足△E = hv的关系时，将产生吸收光谱。 M + hv M* 通过测量物质的吸收光谱的波长和强度进行定性 和定量分析的方法叫做吸收光谱分析法。
各种光谱仪及原理
各种光谱仪及原理
光谱仪技术是利用光谱分析仪器，把物质特征的光谱特征参量和质量
尺度量表转变成电信号而实现物质特征的定量分析。
它是利用光谱学原理，用光谱学各种仪器，完成各种物质或混合物中各种化合物的特征构成、含
量的定量检测，以及其他的检测分析，以达到鉴定的目的。
它是物理、化学、生物和其他科学技术检测分析的重要技术工具。
光谱仪一般包括可见光谱仪、紫外光谱仪、红外光谱仪、X射线光谱仪、及一般性的光谱仪等类别。
一、可见光谱仪：
可见光谱仪一般以溶液、粉末等为样品，用电子灯作光源，用光滤仪
进行光谱分解，用光度计测量它的光谱分析结果，鉴定其成分及其含量，
可见光谱仪以可见光波段0.4μm，2.0μm的特征参量，主要用于配料，
反应及溶液等的定量分析。
二、紫外光谱仪：
紫外光谱仪也叫紫外吸收光谱仪，以固体、液态或气相样品用紫外激
发源进行激发，通过光谱滤仪进行光谱分析，用吸收仪进行光谱分析，用
仪器仪表定量分析。
光谱仪用于测量传统的液态、固体、气态样品的分子吸收特征，检测
定性定量分析环境样品、医药分子、石油原料以及分子的其它组成谱构成，检测药物的纯度及组成，也可用于水的污染检测。
光谱仪的原理及应用方法
光谱仪的原理及应用方法前言光谱仪是一种用于测量光谱的仪器，能够将光的不同波长分离并进行分析。
光谱仪在许多领域都有广泛的应用，包括物理学、化学、天文学等等。
本文将介绍光谱仪的原理和几种常用的应用方法。
一、光谱仪的原理1.1 光的分光现象光在通过一个透明介质时会产生折射，同时不同波长的光波会以不同的角度折射。
这种现象被称为分光现象。
1.2 光谱仪的构成光谱仪一般由入射口、色散装置、检测器和数据处理单元组成。
入射口接收光信号，并将其导入色散装置。
色散装置将光按照其波长进行分散，并通过检测器将分散后的光信号转化为电信号。
检测器可以是光电二极管、光电倍增管等，用于测量光强。
数据处理单元负责对测量结果进行处理和分析。
1.3 光谱仪的工作原理光谱仪的工作原理可以简单概括为以下几个步骤： 1. 光信号进入入射口； 2.入射口导入光谱仪，并通过色散装置进行分散； 3. 分散后的光信号被检测器转化为电信号，并通过数据处理单元进行处理和分析。
二、光谱仪的应用方法光谱仪在许多领域都有着广泛的应用。
以下是几种常用的应用方法，以供参考。
2.1 分析物质的成分光谱仪可以通过分析物质的吸收光谱来确定其中的成分。
不同物质对光的吸收有着不同的特点，通过比对标准样品的吸收光谱和待测样品的吸收光谱，可以确定样品中的成分。
2.2 检测物质的浓度光谱仪可以利用比对标准曲线的方法来检测物质的浓度。
通过测量待测样品的吸收光谱并与已知浓度的标准样品进行比对，可以得到待测样品的浓度。
2.3 研究物质的光谱特性对于某些物质，其吸收、发射或散射特性与其结构、成分、状态等有关。
光谱仪可以测量物质的光谱特性，并通过分析来研究物质的结构、性质等。
2.4 进行光谱成像通过将光谱仪与成像设备结合使用，可以实现光谱成像。
这种方法可以在不同空间位置获得物质的光谱信息，用于分析和研究。
2.5 光谱传感器光谱仪还可以通过设计成光谱传感器的形式，用于检测光源、环境光等。
光谱仪的分类及原理
光谱仪的分类及原理
光谱仪根据其工作原理和应用可以分为多种类型，常见的分类方式有以下几种：
1. 分光光度计（Spectrophotometer）：根据样品对特定波长的光的吸收或透射进行测量，常用于分析化学、生物化学、环境监测等领域。
其主要原理是通过光源发射连续的宽谱光，经过样品后，通过光栅或棱镜使不同波长的光分散成不同方向上的光束，再通过光检测器进行测量和分析。
2. 荧光光谱仪（Fluorometer）：用于测量物质在受到激发后所产生的荧光信号，广泛应用于生物医学、环境监测等领域。
其原理是通过激发光源产生特定波长的激发光，样品吸收激发光并产生荧光，再通过荧光检测器测量所产生的荧光信号。
3. 质谱仪（Mass spectrometer）：用于分析样品中元素或化合物的相对分子质量和结构，主要应用于有机化学、环境科学等领域。
其原理是将样品中的分子离子化，然后通过加速器和质量分析器对离子进行分离和测量。
4. 核磁共振谱仪（Nuclear Magnetic Resonance，NMR）：利用核磁共振现象对样品的核自旋状态进行测量，广泛应用于化学、材料科学等领域。
其原理是通过在强磁场中对样品进行激发，然后测量样品中原子核发出的特定频率的电磁信号。
5. 偏振光谱仪（Polarimeter）：用于测量样品对偏振光的旋光度，常用于化学、物理、制药等领域。
其原理是通过偏振器和
样品对入射光进行偏振和旋光处理，然后通过检偏器测量旋光度。
以上仅为光谱仪的常见分类和原理，不同的光谱仪在具体的原理和测量方法上可能会有所差异。
光谱仪的分类及原理
光谱仪是一种用于测量光的波长和强度的仪器。
它可以分为不同的类型，每种类型都有其独特的原理和应用。
以下是一些常见的光谱仪分类及其原理：
1.棱镜光谱仪：棱镜光谱仪是一种古老的光谱仪，它利用棱镜的色
散作用将不同波长的光分开。
它的原理是基于不同波长的光在棱镜中的折射率不同，因此在通过棱镜时会被分散到不同的角度。
通过测量分散光线的角度，可以确定光的波长。
棱镜光谱仪通常用于定性分析，但精度和分辨率相对较低。
2.衍射光栅光谱仪：衍射光栅光谱仪利用衍射光栅的衍射作用将不
同波长的光分开。
它的原理是基于光的衍射现象，即当光通过光栅时，会被衍射到不同的角度，从而被分开。
衍射光栅光谱仪的分辨率和精度较高，适用于定量分析。
3.干涉光谱仪：干涉光谱仪利用干涉现象将不同波长的光分开。
它
的原理是基于光的干涉现象，即当两束相同频率的光束相遇时，会产生干涉现象，形成明暗相间的干涉条纹。
通过测量干涉条纹的位置和强度，可以确定光的波长和强度。
干涉光谱仪的分辨率和精度非常高，但通常需要使用激光源和高级检测设备。
4.傅里叶变换光谱仪：傅里叶变换光谱仪是一种新型的光谱仪，它
利用傅里叶变换算法将光谱信息从空间域转换到频率域。
它的原理是基于光的波动性，即光可以被看作是一种电磁波，具有频率和波长。
通过测量光的频率或波长，可以确定光的性质。
傅里叶变换光谱仪具有极高的分辨率和精度，适用于痕量分析和高精度
测量。
光谱仪的简介及原理光谱仪工作原理
光谱仪的简介及原理光谱仪工作原理光谱仪原理是将复色光分别成光谱的光学仪器，紧要由棱晶或衍射光栅等构成。
用户使用光谱仪时首先需要把握的学问就是光谱仪原理，今日我就来实在介绍一下，希望可以帮忙到大家。
光谱仪概述:光谱仪以光电倍增管等光探测器测量谱线不同波长位置强度的装置。
其构造由一个入射狭缝，一个色散系统，一个成像系统和一个或多个出射狭缝构成。
以色散元件将辐射源的电磁辐射分别出所需要的波长或波长区域，并在选定的波长上（或扫描某一波段）进行强度测定。
分为单色仪和多色仪两种。
光谱仪原理:依据现代光谱仪器的工作原理，光谱仪可以分为两大类：经典光谱仪和新型光谱仪.经典光谱仪器是建立在空间色散原理上的仪器；新型光谱仪器是建立在调制原理上的仪器.经典光谱仪器都是狭缝光谱仪器.调制光谱仪是非空间分光的，它接受圆孔进光.依据色散组件的分光原理，光谱仪器可分为：棱镜光谱仪，衍射光栅光谱仪和干涉光谱仪.光学多道分析仪OMA(OpticalMulti一ChannelAnalyzer)是近十几年显现的接受光子探测器(CCD)和计算机掌控的新型光谱分析仪器，它集信息采集，处理,存储诸功能于一体.由于OMA 不再使用感光乳胶，避开和省去了暗室处理以及之后的一系列繁琐处理,测量工作，使传统的光谱技术发生了根本的更改，大大改善了工作条件，提高了工作效率；使用OMA分析光谱，测量精准快速,便利，且灵敏度高，响应时间快，光谱辨别率高，测量结果可立刻从显示屏上读出或由打印机,绘图仪输出。
它己被广泛使用于几乎全部的光谱测量，分析及讨论工作中，特别适应于对微弱信号，瞬变信号的检测.直读光谱仪的优势及局限性直读光谱仪(又叫光电直读光谱仪、火花直读光谱仪)1、直读光谱仪优势(I)直读光光谱仪从诞生到进展原自于钢铁生产企业要求炉前快速分析，具有60余年的历史。
(2)直读光谱仪是金属材料的设备。
具分析制样简单，只需简单物理加工。
分析速度快，一分钟可以给出所需检测元素的全部信息，分析精度高。
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分光谱分析及光谱分析仪器的原理与分类
众所周知，光谱分析是基于物质中的原子和分子处于不停的运动状态，这种物质内部运动，在外部可以以能量辐射和吸收的形式反映出来，这种形式就是电磁辐射。
而光谱就是按着波长顺序排列的电磁辐射。
由于原子和分子的运动是多种多样的，因此光谱及光谱分析仪器的种类也是多种多样的。
一般按波长及测量的方法可以分为：
r射线0.005~1.4入
x射线0.1~100入
光学光谱100入~300μm
微波光谱0.3mm~lm
而光学光谱又可分为：
真空紫外光谱100一200。
入
近紫外光谱2000入~3800入
可见光谱3500入一7800入
近红外光谱7800入~3μm
远红外光谱3~30。
μm
通常所说的光谱或光谱分析仪器，一般是指光学光谱分析仪器。
从它的外形看可分为线光谱、带光谱和连续光谱。
线光谱是由气体状态下的原子或离子激发而产生的。
如果是原子产生的，称为原子光谱。
如果是离子产生的，便称为离子光谱。
而带状光谱来源于被激发的气体分子。
如果光谱分析中采用的碳电极在高温下可与空气中的氮化合，生成氰(CN)分子，当氰分子在电弧中被激发后就产生带光谱，称为氰带。
当物质的液态或固态在高温下激发就会产生连续光谱。
如常见的白炽灯(钨丝灯)，烧红的铁电极
等。
它们发射的都是连续光谱仪。
这些光谱是不能用来分析的。
根据电磁辐射的本质，光谱可分为原子光谱仪器和分子光谱仪器。
根据辐射能的传递情况光谱又可分为发射、吸收、发光(荧光光谱)和莱曼光谱等。
我们这里习惯讲的光谱分析实质就是指“原子发射光谱分析”。
发射光谱工作的光谱范围波长大约为1600入一8500入。
光谱分析仪器的分析的过程是将被测物质的试样引入光源中，给以外界的能量，使试样蒸发成气态原子，并且使气态原子的外层电子由低能态激发至高能态，处于高能态的原子很不稳定要跃迁至基态或低能态，便产生了辐射。
由于被分析试样中含有不同的原子就会产生不同波长的辐射，对于所产生辐射经过摄谱仪进行分光就会在感光板上得到按波长顺序排列的有规则的谱线，通过仪器的观察辨认各种特征波长的谱线存在情况就是光谱定性分析。
如果用光谱分析仪器进一步测量就是光谱的定量分析。