光谱分析导论
光学分析法导论全
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
光谱检测技术
；
CID：电荷注入式检测器； CCD 电荷耦合式检测器
Agilent 700系列
ICP-AES Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometer
PE8000
ICP-AES有更好的检测限 AAS有更好的检测限 相似的检测限 原子光谱不可测
等离子体溫度
ICP光源的特性
趋肤效应：高频电流在导体上传输时，由于导体的寄生 分布电感的作用，使导线的电阻从中心向表面沿半径 以指数的方式减少，因此高频电流的传导主要通过电 阻较小的表面一层，这种现象称为趋肤效应。等离子 体是电的良导体，它在高频磁场中所感应的环状涡流 也主要分布在ICP的表层。从ICP的端部用肉眼即可观 察到在白色圈环中有一亮度较暗的内核，俗称“炸面 圈”结构。这种结构提供一个电学的屏蔽筒，当试样 注入ICP的通道时不会影响它的电学参数，从而改善了 ICP的稳定性。
常用于碱金属、钙 等谱线简单的几种元素 的测定，在硅酸盐、血 浆等样品的分析中应用 较多。。
5.2.2.2 光谱仪(摄谱仪)
将原子发射出的辐射分光后观察其光谱的仪器。 按接受光谱方式分：看谱法、摄谱法、光电法； 按仪器分光系统分：棱镜摄谱仪、光栅摄谱仪；
光栅摄谱仪比棱镜摄 谱仪有更大的分辨率。
摄谱仪在钢铁工业应 用广泛。
性能指标：色散率、 分辨率、集光能力。
5.2.2.3. 等离子体发射光谱仪
概述
原子发射光谱在50年代发展缓慢； 1960年，工程热物理学家 Reed ，设计了环形放电感耦 等离子体炬，指出可用于原子发射光谱分析中的激发光源；
1960年，工程热物理学家 Reed 设计了环形放电感耦等离子体炬； 指出可用于原子发射光谱分析中的激 发光源；
兰州大学 仪器分析习题要点讲解
PJ 2 1 Po 2
所以： N N o Jex p 1.35 .8 1 1 1 0 1 2 3 0 1 392 7 13 .21 0 5
（2）同样，当温度为9000℃时，
N N o J ex p 1.35 .8 1 1 1 0 1 2 3 0 1 992 7 13 .81 0 2
解：（1）由：N NJ0 PPJ0 expEkJT
EJ
hc
，参照p39-图31，P=2J+1
前式中EJ应该是4s → 3p跃迁和3p → 3s跃迁的能量之和。所以
E J h 1 h 2 c 6 c . 6 1 2 3 0 3 4 . 0 1 8 0 11 1 9 3 0 51 9 8 1 9 9 0 5 . 1 0 1 1 1 J 0 9
解：(1) 1.2102～1.2105eV (2)1.6～1.2102eV (3)1.0～20.7 eV
(4)5102～1.0 eV (5) 5103～ 5102 eV
答案不一致的原因 是原题没有给出波 长范围！解题思路 是：E=hv
3
3．比较光栅和棱镜分光的优缺点
解：
(1)光栅光谱是均匀排列的，而棱镜光谱为非均匀光谱； (2)光谱排列顺序不同，光栅光谱是由紫到红，棱镜光
谱是由红到紫； (3)光栅光谱有谱级的重叠现象，而棱镜光谱却没有； (4)光栅光谱适用范围大，几个nm～100μm，棱镜光
谱 适用范围小，120nm～60μm
4
4．某种玻璃的折射率为1.7000，求光在此玻璃介质中的传播 速度.
解： nv1 310101.7000
v2
v2
v2vn13 1. 7101000 10 .7 6110c0m/s
Mg+：Mg 2852Å
仪器分析习题答案-光谱分析部分讲解
仪器分析部分作业题参考答案第一章绪论1-21、主要区别：（1）化学分析是利用物质的化学性质进行分析；仪器分析是利用物质的物理或物理化学性质进行分析；（2）化学分析不需要特殊的仪器设备；仪器分析需要特殊的仪器设备；（3）化学分析只能用于组分的定量或定性分析；仪器分析还能用于组分的结构分析；（3）化学分析灵敏度低、选择性差，但测量准确度高，适合于常量组分分析；仪器分析灵敏度高、选择性好，但测量准确度稍差，适合于微量、痕量及超痕量组分的分析。
2、共同点：都是进行组分测量的手段，是分析化学的组成部分。
1-5分析仪器与仪器分析的区别：分析仪器是实现仪器分析的一种技术设备，是一种装置；仪器分析是利用仪器设备进行组分分析的一种技术手段。
分析仪器与仪器分析的联系：仪器分析需要分析仪器才能达到量测的目的，分析仪器是仪器分析的工具。
仪器分析与分析仪器的发展相互促进。
1-7因为仪器分析直接测量的是物质的各种物理信号而不是其浓度或质量数，而信号与浓度或质量数之间只有在一定的范围内才某种确定的关系，且这种关系还受仪器、方法及样品基体等的影响。
因此要进行组分的定量分析，并消除仪器、方法及样品基体等对测量的影响，必须首先建立特定测量条件下信号与浓度或质量数之间的关系，即进行定量分析校正。
第二章光谱分析法导论2-1光谱仪的一般组成包括：光源、单色器、样品引入系统、检测器、信号处理与输出装置。
各部件的主要作用为：光源：提供能量使待测组分产生吸收包括激发到高能态；单色器：将复合光分解为单色光并采集特定波长的光入射样品或检测器；样品引入系统：将样品以合适的方式引入光路中并可以充当样品容器的作用；检测器：将光信号转化为可量化输出的信号。
信号处理与输出装置：对信号进行放大、转化、数学处理、滤除噪音，然后以合适的方式输出。
2-2：单色器的组成包括：入射狭缝、透镜、单色元件、聚焦透镜、出射狭缝。
各部件的主要作用为：入射狭缝：采集来自光源或样品池的复合光； 透镜：将入射狭缝采集的复合光分解为平行光；单色元件：将复合光色散为单色光（即将光按波长排列）聚焦透镜：将单色元件色散后的具有相同波长的光在单色器的出口曲面上成像； 出射狭缝：采集色散后具有特定波长的光入射样品或检测器 2-3棱镜的分光原理是光的折射。
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
yvq第3节-光谱法仪器与光学器件
（二）单色器 1、定义：将光源产生的复合光色散成单色光的装 置。 2、主要部件 （1）进口狭缝； （2）准直装置(透镜或反射镜)：使辐射束成为平 行光线； （3）色散装置(棱镜、光栅)：使不同波长的辐射 以不同的角度进行传播； （4）聚焦透镜或凹面反射镜，使每个单色光束在 单色器的出口曲面上成像。
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（2）特殊装置 原子吸收分光光度法：雾化器中雾化，在火焰中
，元素由离子态→原子； 原子发射光谱分析：试样喷入火焰
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二、光分析法仪器的基本单元
main parts of spectrometry
（四）检测器 （1）光检测器
硒光电池、光电二极管、光电倍增管、硅二极管 阵列检测器、半导体检测器； （2）热检测器
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内容选择：
第一节 光分析基础
fundamental of optical analysis
第二节 原子光谱与分子光谱
atom spectrum and molecular spectrum
第三节 光谱法仪器与光学器件
instruments for spectrometry and optical parts
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一、光分析法仪器的基本流程
general process of spectrometry
光谱仪器通常包括
五个基本单元：
（一）光源
（二）单色器
（三）样品装置
（四）检测器
（五）显示与数据处理
系统
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二、光分析法仪器的基本单元
main parts of spectrometry
（一）光源 依据方法不同，采用不同的光源：火焰、灯、激光
仪器分析复习题参考答案
仪器分析复习题参考答案《仪器分析》复习题第⼀章绪论⼀、仪器分析⽅法的分类（四⼤类）（⼀）光学分析法(spectroscopic analysis)以物质的光学性质（吸收，发射，散射，衍射）为基础的仪器分析⽅法。
包括原⼦吸收光谱法、原⼦发射光谱法、紫外-可见吸收光谱法、红外光谱法、核磁共振波谱法等。
(⼆)电分析(electrical analysis)：电流分析，电位分析，电导分析，电重量分析,库仑法，伏安法。
（三）⾊谱分析(chromatography analysis) ：⽓相⾊谱法，液相⾊谱法（四）其它仪器分析⽅法(other analysis)：1. 质谱法2. 热分析法包括热重法、差热分析法、⽰差扫描量热法等。
3. 电⼦显微镜，超速离⼼机，放射性技术等。
⼆、定量分析⽅法的评价指标灵敏度：物质单位浓度或单位质量的变化引起响应信号值变化的程度，称为⽅法的灵敏度，⽤S表⽰。
精密度：是指使⽤同⼀⽅法，对同⼀试样进⾏多次测定所得测定结果的⼀致程度。
精密度⽤测定结果的标准偏差 s或相对标准偏差(s r )量度。
准确度: 试样含量的测定值与试样含量的真实值（或标准值）相符合的程度称为准确度。
检出限：某⼀分析⽅法可以检出被测物质的最⼩浓度或最⼩质量，称为该⽅法对该物质的检出限。
以浓度表⽰的称为相对检出限，以质量表⽰的称为绝对检出限。
第⼆章光谱分析导论⼀、光谱区中紫外、可见、红外对应的波长范围？紫外：200-380nm 可见：380-780nm 近红外：780-2500nm 中红外：2.5-50µm 远红外：50-300µm ⼆、原⼦光谱和分⼦光谱的⽐较。
原⼦光谱的特征：电⼦能级间的跃迁,属电⼦光谱,线状光谱。
分⼦形成带状光谱的原因能量离散，导致谱线宽度扩展测不准原理、相对论效应导致谱线宽度扩展。
再加上能级之间的能量间距⾮常⼩，导致跃迁所产⽣的谱线⾮常多，间距⾮常⼩，易于重叠。
原⼦光谱：原⼦基态与激发态能量差△E=1-20eV，与紫外-可见光的光⼦能量相适应，特征是线状光谱相邻电⼦能级间的能量差△Ee=1-20eV，与紫外-可见光的光⼦能量相适应，特征是线状光谱分⼦光谱：相邻振动能级间的能量差△Ev=0.05-1eV,与中红外区的光⼦能量相适应，特征是带状光谱相邻转动能级间的能量差△Er<0.05eV, 与远红外区的光⼦能量相适应，特征是带状光谱三、 1. 物质吸收光的过程⽆辐射退激共振发射荧光磷光2. 物质散射光的过程瑞利散射斯托克斯散射反斯托克斯散射四、荧光与磷光产⽣的量⼦解释及其区别？荧光：激发分⼦与其它分⼦相碰,⼀部分能量转化为热能后,下降到第⼀激发态的最低振动能级,然后再回到基态的其它振动能级并发射光⼦的发射光称荧光。
谱学导论第二版习题答案
谱学导论第二版习题答案谱学导论第二版习题答案谱学导论是一门研究光谱学原理和应用的学科。
通过对物质与光的相互作用进行研究，谱学导论可以揭示物质的组成、结构和性质。
谱学导论第二版是该学科的经典教材，其中的习题对于学生来说是非常重要的学习资源。
下面将对该教材中的一些习题进行解答，帮助读者更好地理解光谱学的基本原理。
习题一：什么是光谱学？它的应用领域有哪些？光谱学是研究物质与光的相互作用的学科。
它通过分析物质与光的相互作用过程中产生的光信号，来研究物质的组成、结构和性质。
光谱学的应用领域非常广泛，包括但不限于以下几个方面：1. 化学分析：通过分析物质的光谱特征，可以确定物质的组成和浓度，用于化学分析和质量控制等领域。
2. 物质结构研究：通过分析物质的光谱数据，可以揭示物质的分子结构和化学键的性质，用于有机化学、无机化学等领域的研究。
3. 天文学研究：通过观测天体的光谱，可以了解宇宙中物质的组成和演化过程，揭示宇宙的奥秘。
4. 环境监测：通过分析环境中物质的光谱特征，可以监测和评估环境中的污染物，用于环境保护和治理。
习题二：什么是原子光谱？它的分类有哪些？原子光谱是研究原子与光的相互作用的光谱学分支。
原子光谱可以分为发射光谱和吸收光谱两类。
1. 发射光谱：当原子受到能量激发后，电子从高能级跃迁到低能级时，会辐射出特定波长的光。
这些特定波长的光可以通过光谱仪进行分析，得到原子的发射光谱。
发射光谱可以用于原子的定性和定量分析。
2. 吸收光谱：当原子受到外界光的照射时，电子会吸收与其能级差相等的能量，从基态跃迁到激发态。
吸收光谱是通过测量原子吸收光的强度和波长来研究原子的能级结构和物理性质的。
吸收光谱可以用于原子的定性和定量分析。
习题三：什么是分子光谱？它的分类有哪些？分子光谱是研究分子与光的相互作用的光谱学分支。
分子光谱可以分为振动光谱和旋转光谱两类。
1. 振动光谱：分子由于其振动和转动而具有一系列能级。
当分子受到外界光的照射时，分子的振动能级会发生跃迁，产生特定波长的光谱。
武汉大学化学系仪器分析课后习题答案
光谱分析导论习题解答1、解：（1）72101067.6101050.111⨯=⨯⨯==-λσ（2）14981047.4107.670/100.3/⨯=⨯⨯==-λνc（3）303010103300/1192=⨯⨯==-σλ（4）80.1)10602.1(1095.6889100.310626.6/1910834=⨯÷⨯⨯⨯⨯===---λνhc h E2、解：由计算公式λν/hc h E ==以及各能级跃迁所处的波长范围可得能量范围分别如下：跃迁类型 波长范围 能量范围/eV 原子内层电子跃迁 10-3nm ~10nm 1.26⨯106~1.2⨯102原子外层电子跃迁 200nm ~750nm 6~1.7 分子的电子跃迁 200nm ~750nm 6~1.7 分子振动能级的跃迁 2.5μm ~50μm 0.5~0.02 分子转动能级的跃迁50μm ~100cm2⨯10-2~4⨯10-7由上表可以看出分子电子能级跃迁1~20eV 分子振动能级跃迁0.05~1eV 分子转动能级跃迁<0.05eV ，其电子光谱，振动光谱以及转动光谱所对应的波长范围分别在紫外-可见区，红外区和远红外微波区。
3、解：棱镜的分光原理是光折射。
由于不同波长的光有其不同的折射率，据此能把不同波长的光分开。
光栅的分光原理是光的衍射与干涉的总效果。
不同波长的光通过光栅作用各有相应的衍射角，据此把不同波长的光分开。
光栅光谱棱镜光谱Sin φ与波长成正比，所以光栅光谱是一个均匀排列的光谱色散率与波长有关，为非均匀排列的光谱 光的波长越短则衍射角越小，因此其谱线从紫到红排列波长越短，其偏向角越大，因此其谱线从红到紫排列复合光通过光栅后，中央条纹（或零级条纹）为白色条纹，在中央条纹两边，对称排列着一级、二级等光谱，由于谱线间距离随光谱级数的增加而增加，出现谱级重叠现象没有谱级重叠现象光栅适用的波长范围比棱镜宽4、解：v cn r i ==θθsin sin ，式中n 为折射率，i θ为入射角，r θ为折射角，c 为光速，v 为玻璃介质中的传播速度。