光谱仪的分类
9-光谱分析法
102~105
内层电子
1~102
外层价电子
10-3~1
分子转动 或振动 红外吸收 分析
10-6~103
~10-6
原子核的偶 极矩 核磁共振
未成对电 子的偶极 矩 顺磁共振
利用吸收的 分析方法 利用发射的 分析方法
γ射线吸收 射线吸收 法 活化分析
X射线吸 射线吸 收法 X射线 射线 荧光 发射X 发射 射线 X射线 射线 衍射分析
分析仪器的组成
信号发生器、检测器、信号处理器、 信号发生器、检测器、信号处理器、读出装置
表头 信号 发生器
分析 信号 输入 信号
检测器
信号 处理器
输出 信号
记录仪
分析仪器的组成图
计算机
自动化程度越高， 分析仪器 ---自动化程度越高，仪器越复杂 自动化程度越高
仪器分析的发展趋势
仪器的发展趋势： 仪器的发展趋势： 方便、快捷；多功能；环保、经济； 方便、快捷；多功能；环保、经济； 高质量（准确度、灵敏度） 高质量（准确度、灵敏度） 分析方法的发展趋势： 分析方法的发展趋势： 与计算机联用：自动化、 与计算机联用：自动化、数字化 与其它分析方法联用：GC-MS；HPLC-MS 与其它分析方法联用：GC-MS；HPLC与新兴学科结合：环境、宇宙、临床化学、 与新兴学科结合：环境、宇宙、临床化学、生物化学 分析方法理论和技术基础研究：平衡理论， 分析方法理论和技术基础研究：平衡理论，非平衡理论
化学分析与仪器分析方法比较
化学分析：常量组分 化学分析：常量组分, Er : 0.1%～0.2% ～
准确度高
依据化学反应, 依据化学反应 使用玻璃仪器
仪器分析：微量、痕量组分 仪器分析：微量、痕量组分, Er : 1%～5% ～ 灵敏度高 依据物理或物理化学性质 需要特殊的仪器 依据物理或物理化学性质,
第二章-光谱分析法概论
E单位：电子伏（eV）或焦耳（J） h －普朗克常数，h＝6.626×10-34 J·s-1； C为光速。
例：波长为200nm的电磁波，其能量是多少电子伏特（eV）？ 解：
电磁波谱
13
二、电磁辐射与物质相互作用
电磁辐射与物质的相互作用是复杂的物理现象。 涉及能量变化：吸收、发射； 不涉及能量变化：反射、散射、折射、衍射。
第二章 光谱分析法概论
1
本章主要内容：
一、电磁辐射及其与物质的相互作用 二、光学分析法的分类 三、光谱分析仪器
概述
光学分析法是基于电磁辐射与物质相互作用后，电磁辐 射发生某些变化或被作用物质的某些性质发生改变而产 生各种信号，利用这些信号对物质的性质、组成及结构 进行分析的一种方法。
光学分析法的原理主要包含三个过程： （1）能源提供能量； （2）能量与被测物质相互作用； （3）产生被检测的信号。
3
第一节 电磁辐射及其与物质的相互作用
4
电磁辐射的性质：波粒二象性
1.波动性
电磁辐射的传播以及反射、折射、散射、衍射及 干涉等现象表现出电磁辐射具有波的性质。
图2-1 电磁波的传播
6
波动性参数描述
（1）周期 T 相邻两个波峰或波谷通过某一固定点所需要的时间间隔称为周期。单 位:s(秒)。
（2）频率ν 单位时间内电磁波振动的次数称为频率。单位：Hz或周/秒。 ν ＝1/T
范围的谱带。
2.组成：
单色器
入射狭缝 色散元件 准直镜
棱镜 光栅
分光系统
出射狭缝
滤光器
47
（1）狭缝 狭缝为光的进出口， 狭缝宽窄直接影响分 光质量。狭缝过宽， 单色光不纯，将使吸 光度变大；过窄，则 通光量变小，灵敏度 降低。因此狭缝宽度 要适当。
光学成像与光谱分析技术：透镜成像原理与光的折射与吸收
光谱分析技术的发展趋势：更高灵敏度、 更宽光谱范围、更小型化
光学成像与光谱分析技术的融合：实现多 维度、多尺度、多功能的成像与分析
展望未来：光学成像与光谱分析技术将 在生物医学、环境监测、航空航天等领 域发挥重要作用，为人类带来更多便利 和福祉。
THANKS
汇报人：XX
谱分析。
成像：透镜可以将光源发 出的光线在光谱仪的检测 器上形成清晰的像，便于
光谱仪进行光谱分析。
滤光：透镜可以将光源发 出的光线中的特定波长滤 出，便于光谱仪进行特定
波长的光谱分析。
透镜的光学设计与优化
透镜的材料选择：根据光谱 范围和成像质量要求选择合 适的材料
透镜的设计原则：满足成像 质量和光谱分析需求
1913年，玻尔提出原子模 型，解释了光谱的形成
1960年，激光的发明，为 光谱分析技术带来了革命性
的变革
4
透镜在光谱分析中 的应用
透镜在光谱仪中的作用
聚焦光线：透镜可以将光 源发出的光线聚焦到光谱 仪的检测器上，提高检测
效率。
分光：透镜可以将光源发 出的光线分解为不同波长 的光，便于光谱仪进行光
数据分析：利用光谱分析技 术对环境监测数据进行分析， 为环境治理提供依据
光学成像与光谱分析技术在其他领域的应用
医疗领域：用于诊断和治疗疾病，如 内窥镜、X射线、CT等
环境监测：用于监测空气质量、水质、 土壤污染等
农业领域：用于植物生长监测、病虫 害防治等
食品检测：用于食品质量检测、食品 安全监测等
2
光的折射与吸收
光的折射原理
光的折射：光从一种介质 进入另一种介质时，传播
方向发生改变的现象
折射率：表示介质对光的 折射能力的物理量，与介
红外吸收光谱法_图文
红外吸收光谱法
B、热释电检测器：是傅里叶变换红 外光谱仪中常用检测器。用硫酸三苷肽（简
称TGS）的单晶薄片作为检测元件。特点是 响应速度块，能实现高速扫描。
红外吸收光谱法
2、红外光谱仪分类
(1)双光束红外分光光度
计
（色散型）
自光源发出的光束对 称
地分为两束，一束为样 品
光束，通过样品池，另 一
就得到该试样的红外吸收光谱图。
d
H
Cl
+q
-q
-q
O d
H
H
+q
+q
HCl、H2O 的偶极矩
红外吸收光谱法
三、红外光谱法的特点 除了单原子分子和同核分子如Ne、He、O2、H2等外，
几乎所有的有机化合物在红外区都有吸收；除了光学异构 体，凡是具有不同结构的有机化合物，一定不会有相同的 红外光谱。
红外吸收光谱最重要的特点是具有特征性。红外主要 用于定性。定量分析也遵循朗伯－比尔定律，但偏离更多 ，准确度不高，应用不多。在定量分析方面，可用于测定 大气、汽车尾气中的CO、CO2，水中的油分等。
红外吸收光谱法
红外光谱图的另一种划分法是依据基团的频率将其分为四个 部分： A、X－H 伸缩振动区，4000－2500 cm-1 B、叁键和累积双键区，2500－1900 cm-1 C、双键伸缩振动区， 1900－1200 cm-1 D、X-Y伸缩振动及X-H变形振动区（单键区），<1650cm-1， 包 括C-H、N-H变形振动，C-O、C-X（卤素）等伸缩振动，以 及C－C单键骨架振动等。
奶粉的定性分析
谱图的整体结构解析和鉴定
蔗糖
（1）奶粉辅料分析
乳糖 糊精
光的相干长度对两类光谱仪器分辨本领的影响
１ 相干长度
在光谱仪的谱线图中，如果波长λ与其相邻波长λ＋Δλ的同一级次的条纹（或主极大）恰好（或刚好） 被区分开来，则该光谱仪的色分辨率 犚犘 ＝λ／Δλ。在讨论光谱仪的分辨率时，本文已假定光谱仪是无像差 的理想光学系统［２］。 光的相干长度源自于对光源发光过程和干涉条件的认识。从波动的角度看，光源内每个原子的每一 次发光只能发出一段长度有限的波列。在普通的光源内，各个原子的发光完全是自发的，各原子的各次 发光是相互独立，互不相关。为了获得相干光，将普通的光源内同一原子的同一次发出的光分成两部分 或更多，也就是把同一个原初波列分成两个或两个以上的子波列。从同一个原初波列分出的这些子波列 如果能在空间某点相遇从而相互叠加，就会产生干涉现象。因此，这些子波列到达该点时的光程差必须 小于波列的长度，否则彼此错开地通过该点而无法相遇和叠加。所以，波列的长度犔 就是产生干涉时光 程差的极大值，这一极值长度称为相干长度，不少文献［８９］对此都有着直观生动的示意图。光的相干长度 表现了光的时间相干性，与光的相干长度等效的另外两个概念分别是相干时间［１，３７］和光谱宽度［４７］，在此 不再赘述。
关键词：相干长度；分辨本领；光栅光谱仪；法布里 珀罗干涉仪 中图分类号：Ｏ４３６；Ｏ４３３ 文献标志码：Ａ 犱狅犻：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５５６３０．２０１８．０４．０１１
犐狀犳犾狌犲狀犮犲狅犳犮狅犺犲狉犲狀犮犲犾犲狀犵狋犺狅犳犾犻犵犺狋狅狀狉犲狊狅犾狏犻狀犵狆狅狑犲狉狅犳 狋狑狅犽犻狀犱狊狅犳狊狆犲犮狋狉犪犾犪狆狆犪狉犪狋狌狊
高光谱,多光谱及超光谱
1、光谱分辨率光谱分辨率spectral resolution定义1：遥感器能分辨的最小波长间隔，是遥感器的性能指标。
遥感器的波段划分得越细，光谱的分辨率就越高，遥感影像区分不同地物的能力越强。
定义2：多光谱遥感器接收目标辐射信号时所能分辨的最小波长间隔。
光谱分辨率指成像的波段范围，分得愈细，波段愈多，光谱分辨率就愈高，现在的技术可以达到5~6nm（纳米）量级，400多个波段。
细分光谱可以提高自动区分和识别目标性质和组成成分的能力。
传感器的波谱范围，一般来说识别某种波谱的范围窄，则相应光谱分辨率高。
举个例子：可以分辨红外、红橙黄绿青蓝紫紫外的传感器的光谱分辨率就比只能分辨红绿蓝的传感器的光谱分辨率高。
一般来说，传感器的波段数越多波段宽度越窄，地面物体的信息越容易区分和识别，针对性越强。
2、什么是高光谱，多光谱及超光谱高光谱成像是新一代光电检测技术，兴起于2O世纪8O年代，目前仍在迅猛发展巾。
高光谱成像是相对多光谱成像而言，通过高光谱成像方法获得的高光谱图像与通过多光谱成像获取的多光谱图像相比具有更丰富的图像和光谱信息。
如果根据传感器的光谱分辨率对光谱成像技术进行分类，光谱成像技术一般可分成3类。
(1)多光谱成像——光谱分辨率在delta_lambda/lambda=0．1mm数量级，这样的传感器在可见光和近红外区域一般只有几个波段。
(2)高光谱成像——光谱分辨率在delta_lambda/lambda=0．01mm数量级，这样的传感器在可见光和近红外区域有几十到数百个波段，光谱分辨率可达nm 级。
(3)超光谱成像——光谱分辨率在delta_lambda/lambda =O．001mm=1nm数量级，这样的传感器在可见光和近红外区域可达数千个波段。
众所周知，光谱分析是自然科学中一种重要的研究手段，光谱技术能检测到被测物体的物理结构、化学成分等指标。
光谱评价是基于点测量，而图像测量是基于空间特性变化，两者各有其优缺点。
第7章 原子发射光谱分析
光栅的参数
光栅的特性可用色散率和分辨率来表征。
光栅的角色散率可通过对光栅公式求导得到：
d n d d cos
其中dθ/dλ：入射角对波长的变化率，即光栅的角色散率； d：光栅常数； n：光谱级数。
当θ很小且变化不大时，cosθ≈1，光栅的角色散率决定于
光栅常数d和光谱级数n，为常数。因此光栅光谱是均排光
凹面光栅与罗兰圆
多道型光电直读光度仪多采用凹面光栅。凹面光栅既具有
色散作用也起聚焦作用(凹面反射镜将色散后的光聚焦)。
罗兰圆：Rowland发现在曲率半
径为R 的凹面反射光栅上存在着 一个直径为R的圆，不同波长的
光都成像在圆上，即在圆上形成 一个光谱带. 因此，将直读光谱 仪的出射狭缝做在凹面光栅的罗 兰圆上。
达到一定值时，放电盘G1击穿；G1-C1-L1构成振荡回路，产 生高频振荡；
(2) 振荡电压经B2的次级线圈升压到10kV，通过电容器C2 将电极间隙G的空气击穿，产生高频振荡放电；
(3) 当G被击穿时，电源的低压部
分沿着已造成的电离气体通道，通
过G进行电弧放电；
(4) 在放电的短暂瞬间，电压降
低直至电弧熄灭，在下半周高频再
ICP-AES
光电直读是利用光电法直接测定光谱线的强度。 两种类型：多道固定狭缝式和单道扫描式。
单道扫描式是转动光栅进行 扫描，在不同时间检测不同 谱线； 多道固定狭缝式则是安装多 个出射狭缝和光电倍增管， 同时测定多个元素的谱线； 全谱直读光谱仪可同时测定 试样中165-800nm波长范围 内的元素的所有谱线，对其 进行分析。
(3) 光电流∝原子光谱的强度，与基态原子浓度成正比。
7.4 光谱定性分析 定性依据： E = hν = h c /λ
光学的分类
光学的分类光学是研究光的传播、相互作用和性质的一门科学。
根据研究对象和方法的不同，光学可以分为多个分类。
以下将详细介绍光学的几个主要分类。
1. 几何光学几何光学是光学的一个基础分支，主要研究光的传播和反射、折射、干涉、衍射等基本现象，基于光线模型进行分析。
几何光学适用于描述光在粗糙程度远小于光的波长的介质中传播时的规律。
它的主要理论基础是光的几何特性，如光的反射定律、折射定律和成像方程等。
几何光学的应用非常广泛，例如光学显微镜、望远镜、放大镜以及人们日常使用的眼镜等。
几何光学也为我们理解光的传播提供了一个简单、直观的模型。
2. 物理光学物理光学是研究光的波动性质的一门学科，它考虑光波在传播过程中的干涉、衍射、偏振等现象，并通过波动方程和波动光学理论进行解释。
物理光学的研究对象是光波的传播和相互作用，它涉及到光的频率、波长、相位、强度等方面的描述。
物理光学的研究对于理解光的性质和光与物质之间的相互作用具有重要意义。
物理光学的应用包括激光、光纤通信、光学薄膜、光谱学等领域。
3. 波动光学波动光学是物理光学的一个重要分支，专门研究光的波动性质和波动光学现象。
波动光学的主要研究内容包括光的干涉、衍射、散射等现象，以及与波动光学有关的各种光学器件的设计和应用。
波动光学的研究基于光的波动性质，通过对波动方程的求解和光场的描述，揭示了光在传播过程中的特性和规律。
波动光学广泛应用于光学成像、光学信息处理等领域。
4. 光学仪器光学仪器是利用光的性质和光学原理设计和制造的仪器和装置，用于观察、测量、加工和控制光。
根据所测量或实现的任务的不同，光学仪器可以被分为多个子类。
4.1 显微镜显微镜是一种利用光的散射、折射和干涉等现象观察细小物体的光学仪器。
根据光路结构的不同，显微镜可以分为光学显微镜、电子显微镜等。
光学显微镜利用物理光学的原理，通过透射光观察样品的微小细节。
它在生物学、医学、材料科学等领域具有广泛应用。
4.2 激光器激光器是一种产生一束集中、单色、相干光束的装置。
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光谱仪的种类很多，分类方法也很多，根据光谱仪所采用的分解光谱的原理，可以将其分成两大类：经典光谱仪和新型光谱仪。
经典光谱仪是建立在空间色散（分光）原理上的仪器；新型光谱仪是建立在调制原理上的仪器，故又称为调制光谱仪。
经典光谱仪依据其色散原理可将仪器分为：
棱镜光谱仪
衍射光栅光谱仪干涉光谱仪
根据接收和记录光谱的方法不同，光谱仪可分为：
根据光谱仪器的工作原理可以分成两大类：一类是基于空间色散和干涉分光的经典光谱仪；另一类是基于调制原理分光的新型光谱仪。
按色散元件的不同可分为棱镜光谱仪、光栅光谱仪和干涉光谱仪等。
光源和照明系统可以是研究的对象，也可以作为研究的工具照射被研究的物质。
一般来说，在研究物质的发射光谱如气体火焰、交直流电弧以及电火花等激发试样时，光源就是研究的对象；而在研究吸收光谱、高利通拉曼光谱或荧光光谱时，光源则作为照明工具（如汞灯、红外干燥灯、乌灯、氙灯、LED、激光器等等）。
看谱仪摄谱仪
光电直读光谱仪光电光谱仪光电单色仪分光光度计根据光谱仪器所能正常工作的光谱范围，光谱仪可分为：
真空紫外（远紫外）光谱仪（6200）紫外光谱仪（185400）可见光光谱仪（380780）近红外光谱仪（780μ）红外光谱仪（2.550μ）远红外光谱仪（50μ1）
根据仪器的功能及结构特点，光谱仪可分为下列类型：
1、单色仪
平面光栅单色仪
凹面光栅单色仪
棱镜单色仪双单色仪
2、发射光谱仪
火焰光度计看谱仪摄谱仪光电光谱仪谱线测量光谱仪
3、吸收光谱仪
真空紫外分光光度计可见分光光度计紫外可见分光光度计
双波长分光光度计红外分光光度计原子吸收分光光度计
4、荧光光谱仪
原子荧光光度计荧光光度计
荧光分光光度计荧光检测计
5、调制光谱仪
傅里叶变换光谱仪阿达玛变换光谱仪栅栏调制光谱仪
6、其他光谱仪
激光拉曼光谱仪快速扫描光谱仪相关光谱仪光声光谱仪成像光谱仪多光谱扫描仪色度仪测色色差计白度计。