一个基于固有光学特性的透明度半分析算
法适用性探讨
张居诗1,2，魏国妹3，林供1,2，商少凌1,2*
(1.厦门大学海洋与地球学院，2.厦门大学水声通信与海洋信息技术教育部重点实验室，3.厦
门大学海洋观测技术研发中心，福建厦门361005）
摘要：本研究利用52组中国海实测透明度（Z sd）与遥感反射率（R rs）数据，检验一个最新的基于固有光学特性的透明度算法（简称IOP算法）的适用性。结果表明，该IOP算法在实测值＜6 m的站位，与实测值相对一致，偏差（Bias）为-0.67 m，相对误差（ε）为28.6%，对数均方根误差（RMSE）为0.197，仅只存在一定程度的低估现象；但在实测值≥6 m的站位存在明显的高估，Bias为7.95 m，ε为53.7%，RMSE为0.212。进一步的分析发现该IOP 算法对颗粒后向散射系数（b bp）和颗粒散射系数（b p）二者间的关系十分敏感，算法中所采用的b bp—b p经验关系，在中国海并不完全适用。
关键词：透明度；固有光学特性；算法；评估
中图分类号：P76 文献标志码：A
透明度（Z sd，m），是指水体的清澈程度，是描述海水光学特性的基本参数之一，它与海水中的悬浮物、叶绿素、黄色物质的含量和成分密切相关[1]。Z sd直接影响到水生植物的初级生产力状况[2]，且能直观地反映水体的污染情况，是评价水体富营养化程度的一个重要指标[3]；在军事上，海洋水色和Z sd是潜艇潜深选择和水雷布设的主要参数[4, 5]；在赤潮预警监测体系中，Z sd可以作为赤潮预警的阈值[6]。近年的研究表明，全球长时间尺度上的Z sd的变化与气候变化导致的浮游植物减少之间有一定的关系[7]，这使得如何获得Z sd的大尺度时空分布成为人们关注的课题。
目前，用于Z sd的测量方法主要有3种：铅字法、十字法和赛氏盘法[1]。其中赛氏盘法是最为常用的现场测量方法。该方法是在船上背阳一侧将赛氏盘垂直放入水中，肉眼恰好看不见时所到达的深度即为Z sd。传统的测量方法具有数据离散化、耗时长以及费用高的缺点，不适用于大面积的观测，而卫星遥感则可以弥补这些缺点[8]。因此卫星遥感成为获得大范围、
收稿日期：2013-04-03
基金项目：国家科技支撑计划“重点海域海洋环境精细化监测集成应用示范”项目（2013BAB04B00）
*通信作者：slshang@https://www.doczj.com/doc/a53326933.html,
长时间尺度Z sd的有效手段。
目前已经有许多学者建立不同的Z sd遥感算法，其中包括经验算法、半分析算法、有区域尺度的算法和全球尺度的算法[9-12]。Morel等[10]建立用于Z sd与叶绿素浓度之间的经验关系模式，该算法对于大洋水体具有较高的准确度，但不适用于二类水体；何贤强等[13]根据水下光辐射传输理论及对比度传输理论，建立Z sd半分析定量遥感模式，绝对平均误差为4.17 m，相对平均误差为22.6%，但是作者也指出对于Z sd小于10 m的浑浊水体，反演误差较大，反演结果普遍偏大；魏国妹等[11]综合固有光学量的反演和Z sd与固有光学量的关系构成的基于固有光学特性Z sd遥感算法，该算法仅在悬浮无机质含量较多的北部湾进行了检验，结果表明，在该区域固有光学特性Z sd遥感算法比Morel等提出的基于叶绿素的算法[10]有更高的准确度，然而无法推广到整个中国海；陈蕾等[14]对珠江口Z sd与光谱相关关系研究时，发现采用559 nm处水体离水光谱反射率负对数的乘幂回归方程可获得较好的拟合结果：决定系数（R2）为0.9222，检验样本平均相对误差为28%，但作者同时指出了该方法只适合特定海域，对Z sd较高海域拟合值的反演精度并不稳定。将这些算法应用于整个中国海Z sd的反演，均存在一定的局限性。
2011年Doron等[12]最新提出了用于计算Z sd的2种半分析算法，分别是SA算法（Semi-Analytical Algorithm）[12]和基于QAA（Quasi-Analytical Algorithm）[15-17]的Z sd算法（简称IOP算法），并分别用MERIS、MODIS和SeaWiFS的数据对其进行了评估。验证数据主要来自地中海、比斯开湾、北海、英吉利海峡、南太平洋、加利福尼亚沿岸以及斯卡格拉克海峡和卡特加特海峡[12]。结果显示，采用不同传感器的卫星数据，半分析算法反演的Z sd与实测的Z sd之间的决定系数（R2）为0.5~0.63，偏差（Bias）为4.44~12.64 m，相对误差（ε）为78.2%~140.6%，线性拟合的斜率（k）为0.96~1.46，截距为3.95~6.34 m[12]。
IOP算法与SA算法的区别在于反演总吸收系数（a t，m-1）和后向散射系数（b b，m-1）的方法不同，但IOP算法更为简单且易于实现。基于此，我们尝试采用由现场实测遥感反射率（R rs，sr-1）反演Z sd，检验IOP算法在中国海的适用性。
1. 数据与方法
1.1 数据来源
现场数据来自2008年4月和10月福建沿岸航次、2009年7月南海航次以及2011年6月和2012年5月黄渤海航次，匹配实测R rs和实测Z sd站位52个，站位分布如图1所示。
R rs 由野外便携式光谱仪（美国SVC ，GER1500）测得的光谱数据计算得到，Z sd 采用透明度盘（直径为30 cm 的白色圆盘）测得。
“+”为实测Z sd ＜6 m ，“△”为实测Z sd ≥6 m ；
BS 表示渤海，YS 表示黄海，ECS 表示东海，TWS 表示台湾海峡，SCS 表示南海.
图1 站位图 Fig.1 Location of the sampling station
1.2 透明度反演方法
Preisendorfer [18]和Tyler [19]提出，可见光在均匀介质中传播时，Z sd 可表达为：
0min 0sd d d ln ==()+()()+()C C Z K v c v K v c v γ?? ? ??
? （1） 式中，C 0为水表面的透明度盘的表观对比度，C min 为透明度盘的表观对比度下降到肉眼的灵敏阈值，γ0为耦合常数，K d (v )和c (v )分别表示可见光波段光的垂直漫衰减系数和光束衰减系
数。根据Preisendorfer [18], γ0是一个常数，其变化范围在5~10，它随着观测时间、环境及观测人的视力发生变化。Morel 等[10]采用108323个现场数据（美国海洋数据中心，US-DODC ）进行分析，认为γ0取5.5为最佳平均值。因此对于中国海，我们同样选择γ0为5.5的经验值进行计算。
Doron 等[12]发现K d (v )+c (v )和K d (488)+c (488)之间高度相关，二者拟合关系如下：
()2=0.0989+0.8879+0.0467P x x x （2）
式中，d ()=()+()P x v c v K ，d =(488)+(488)x c K 。K d (488)和c (488)是水的吸收系数a t (488)、后向散射系数b b (488)和总散射系数b (488)的函数。K d (488)的计算式为式（3）[16]，c (488)计算式为式（4）和式（5）[12]：
t d t s b -10.8(488)(488)(10.005)(488)+4.18[1-0.52](488)a K a e b θ=+ （3）
t p w (488)(488)(488)(488)c a b b =++ （4）
p bp (488)[(488)-0.00045]/0.0137b b = （5）
式中，a t (488)、b b (488)和b bp (488)采Lee 的QAA （v5）[20]算法计算，b w (488)为纯水散射系数，取值为0.0030 m -1。
本文所采用的算法和Doron 等[12]文中的算法略有不同：1）Doron 等文中所用的是QAA （v3）[15-17]，本文采用的是QAA （v5）[20]；2）Doron 等文中并没有提及γ0的取值，而本文γ0取为5.5。
1.3 误差分析方式
为了比较反演结果和实测结果，我们计算了偏差（Bias ），相关系数（R ），相对误差（ε）和对数均方根误差（RMSE ）。定义如下：
()dir mea 1
1Bias N i i i N x x ==-∑ （6）
dir dir mea mea (-)(-)N
i i R x x x x
?=∑ （7）
dir mea mea 1-1×100%N i i i=i N x x x ε?? ?= ??
?∑ （8）
RMSE = （9）
x dir表示反演值，x mea表示实测值，N为匹配数据量。
除此之外，我们还用最小二乘法计算了拟合直线的斜率k。
2. 结果
IOP算法反演的Z sd与实测Z sd进行比较（图2），k为1.66，ε为40.2%，RMSE为0.202。当实测Z sd＜6 m时，反演值与实测值相对一致；当实测Z sd≥6 m时，反演值出现了明显的高估，Bias为7.95 m，ε为53.7%，RMSE为0.212。
图2 IOP反演Z sd与实测Z sd比较
Fig.2 Comparison of in situ measured Z sd with that derived from IOP
为了更直观地了解IOP算法在实测Z sd＜6 m时的反演效果，我们将图2中该部分放大显示（图3），k为1.20，Bias为-0.67 m，ε为28.6%，RMSE为0.197，结果表明，尽管对本文中有限的评估数据而言，在低Z sd水体中，IOP算法表现相对良好，但显然存在低估现象。
第二章光分析方法导论 一、选择题 1、 请按能量递增的次序，排列下列电磁波谱区：红外、射频、可见光、紫外、X 射线、微波、丫射 线（ A 、 微波、射频、红外、可见光、紫外、X 射线、丫射线 B 、 射频、微波、红外、可见光、紫外、X 射线、丫射线 C 、 丫射线、X 射线、紫外、可见光、红外、微波、射频 D 、 丫射线、X 射线、紫外、可见光、红外、射频、微波 2、 请按波长递增的次序，排列下列电磁波谱区：红外、射频、可见光、紫外、X 射线、微波、丫射线（ 微波、射频、红外、可见光、紫外、X 射线、丫射线 射频、微波、红外、可见光、紫外、X 射线、丫射线 Y 射线、X 射线、紫外、可见光、红外、微波、射频 丫射线、X 射线、紫外、可见光、红外、射频、微波 请按能量递增的次序，排列下列电磁波谱区：远红外、可见光、近紫外、近红外、远紫外（ 某分了的转动能级差△ E=0.05eV ,产生此能级跃迁所需吸收的电磁辐射的波长为（ 248pm D 、2480pm A 、 B 、 D 、 3、 A 、 远红外、 近红外、 可见光、近紫外、 远紫外 B 、 远红外、 近红外、 可见光、远紫外、 近紫外 C 、 远紫外、 近紫外、 可见光、近红外、 远红外 D 、 近紫外、 远紫外、 可见光、近红外、 远红外 4、 A 、 请按波长递增的次序，排列下列电磁波谱区：远红外、可见光、近紫外、近红外、远紫外（ 可见光、近紫外、 远红外、 近红外、 远紫外 B 、 远红外、 近红外、 可见光、远紫外、 近紫外 C 、远紫外、 近紫外、 可见光、近红外、 远红外 D 、 近紫外、 远紫外、 可见光、近红外、 远红外 5、 下列哪种光谱分析法不属于吸收光谱（ A 、 C 、 分了荧光光谱法 原了吸收光谱法 B 、 D 、 紫外■可见分光光度 法 6、 A 、 下列哪种光谱分析属于发射光谱法（ 紫外■可见分光光度法 B 、 原了吸收分光光度法 C 、 原了荧光光谱法 D 、 激光拉曼光谱法 7、 A 、 2.48pm 24.8屮Yi C 、
第九章光学分析法概论 1、光学分析法有哪些类型。 基于辐射的发射建立的发射光谱分析法、火焰光度分析法、分子发光分析法、放射分析法等；基于辐射的吸收建立的UV-V is光度法、原子吸收光度法、红外光谱法、核磁共振波谱法等；基于辐射的散射建立的比浊法、拉曼光谱法；基睛辐射的折射建立的折射法、干涉法；基于辐射的衍射建立的X-射线衍射法、电子衍射法等；基于辐射的旋转建立的偏振法、旋光法、圆二色光谱法等。 2、吸收光谱法和发射光谱法有何异同？ 吸收光谱法为当物质所吸收的电磁辐射能由低能态或基态跃迁至较高的能态（激发态），得到的光谱发射光谱法为物质通过电致激发、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，当从激发态过渡到低能态或基态时产生的光谱。 3、什么是分子光谱法？什么是原子光谱法？ 原子光谱法：是由原子外层或内层电子能级的变化产生的光谱，它的表现形式为线光谱。属于这类分析方法的有原子发射光谱法、原子吸收光谱法，原子荧光光谱法以及X射线荧光光谱法等。 分子光谱法：是由分子中电子能级、振动和转动能级的变化产生的光谱，表现形式为带光谱。属于这类分析方法的有紫外-可见分光光度法，红外光谱法，分子荧光光谱法和分子磷光光谱法等。 4、简述光学仪器三个最基本的组成部分及其作用。 辐射源（光源）：提供电磁辐射。 波长选择器：将复合光分解成单色光或有一定宽度的谱带。 检测器：将光信号转换成电信号。 5、简述常用的分光系统的组成以及各自作用特点。 分光系统的作用是将复合光分解成单色光或有一定宽度的谱带。分光系统又分为单色器和滤光片。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。 棱镜：色散作用是基于构成棱镜的光学材料对不同波长的光具有不同的折射率。 光栅：利用多狭缝干涉和单狭缝衍射两者联合作用产生光栅光谱。 干涉仪：通过干涉现象，得到明暗相间的干涉图。 滤光器是最简单的分光系统，只能分离出一个波长带或只能保证消除给定消长以上或以下的所有辐射。 6、简述常用辐射源的种类典型的光源及其应用范围。
光学分析方法在水质检测领域的应用 2020年4月
光学分析方法在水质检测领域的应用本文关键词：水质，光学，检测，领域，方法 光学分析方法在水质检测领域的应用本文简介：随着现代科技的不断更新与物质生活的高度发达，环境污染物的排放量日益增多，人们在享受着丰富物质生活的同时，也受到了环境污染带来的冲击，例如酸雨的侵害，雾霾天气的影响，全球变暖导致的海平面上升等问题。传统的检测方法（如化学法），由于用时长、花费高、操作复杂，需要各个部1物，越来越受到抵制。而光学测量方法 光学分析方法在水质检测领域的应用本文内容： 随着现代科技的不断更新与物质生活的高度发达，环境污染物的排放量日益增多，人们在享受着丰富物质生活的同时，也受到了环境污染带来的冲击，例如酸雨的侵害，雾霾天气的影响，全球变暖导致的海平面上升等问题。传统的检测方法（如化学法），由于用时长、花费高、操作复杂，需要各个部1物，越来越受到抵制。而光学测量方法在环境检测方面，更能有效地避免这些弊端的产生。 在环境中，对于水质，有关部门主要通过对水质采
样、化验、分析的方法实现对水质的监控。对于水体富营养化的这种情况，有关部门通过光学显微镜直接对水体进行观查即可。而对于重金属污染过的水源，往往光学显微镜很难直接观测出来，还要通过物理或化学的方法使重金属沉积，沉淀或染色,才有可能观察到。但是这种方法用时长，不利于及时了解水污染的情况，而且在使重金属沉淀的方法中，有可能又会产生新的污染物，样品处理又带来了困难。由于光学显微镜很难实现对空气的检测，所以在环境监测中用处并不大。这时人们联想到，也可以通过光的其他特性来实现对环境的实时的监控。而光电检测技术（如外光谱法，激光光谱法等），人们可以直接检测环境中的污染物，无需费时费力，既能实时地反映出污染物的量和浓度，又不会产生附加污染物，且在环境监测中实用性很强。 光电检测技术利用光的光谱特性，可以在受污染的水中使用，也可以在工厂的排气烟囱中使用，甚至可以专一地检测某种气体，例如，甲烷气体，二氧化碳气体，含硫化合物气体等[1]. 1 光学显微镜检测方法在环境监测中的应用 在现实生活中，我们最易受到水污染带来的侵害，
一、金相实验室 ? Leica DM/RM 光学显微镜 主要特性：用于金相显微分析，可直观检测金属材料的微观组织，如原材料缺陷、偏析、初生碳化物、脱碳层、氮化层及焊接、冷加工、铸造、锻造、热处理等等不同状态下的组织组成，从而判断材质优劣。须进行样品制备工作，最大放大倍数约1400倍。 ? Leica 体视显微镜 主要特性：1、用于观察材料的表面低倍形貌，初步判断材质缺陷； 2、观察断口的宏观断裂形貌，初步判断裂纹起源。 ?热振光模拟显微镜 ?图象分析仪 ?莱卡DM/RM 显微镜附 CCD数码照相装置 二、电子显微镜实验室 ?扫描电子显微镜(附电子探针) (JEOL JSM5200，JOEL JSM820，JEOL JSM6335) 主要特性： 1、用于断裂分析、断口的高倍显微形貌分析，如解理断裂、疲劳断裂（疲劳辉纹）、晶间断裂（氢脆、应力腐蚀、蠕变、高温回火脆性、起源于晶界的脆性物、析出物等）、侵蚀形貌、侵蚀产物分析及焊缝分析。 2、附带能谱，用于微区成分分析及较小样品的成分分析、晶体学分析，测量点阵参数/合金相、夹杂物分析、浓度梯度测定等。 3、用于金属、半导体、电子陶瓷、电容器的失效分析及材质检验、放大倍率：10X—300,000X；样品尺寸：0.1mm—10cm；分辩率:1—50nm。 ?透射电子显微镜（菲利蒲 CM-20,CM-200） 主要特性： 1、需进行试样制备为金属薄膜，试样厚度须<200nm。用于薄膜表面科学分析，带能谱，可进行化学成分分析。 2、有三种衍射花样：斑点花样、菊池线花样、会聚束花样。斑点花样用于确定第二相、孪晶、有序化、调幅结构、取向关系、成象衍射条件。菊池线花样用于衬度分析、结构分析、相变分析以及晶体精确取向、布拉格位移矢量、电子波长测定。会聚束花样用于测定晶体试样厚度、强度分布、取向、点群、空间群及晶体缺陷。 三、X射线衍射实验室 ? XRD-Siemens500—X射线衍射仪 主要特性： 1、专用于测定粉末样品的晶体结构（如密排六方，体心立方，面心立方等），晶型，点阵类型，晶面指数，衍射角，布拉格位移矢量，已及用于各组成相的含量及类型的测定。测试时间约需1小时。 2、可升温（加热）使用。 ? XRD-Philips X’Pert MRD—X射线衍射仪 主要特性： 1、分辨率衍射仪，主要用于材料科学的研究工作，如半导体材料等，其重现性精度达万分之一度。 2、具备物相分析（定性、定量、物相晶粒度测定；点阵参数测定），残余应力及织构的测定；薄膜物相鉴定、薄膜厚度、粗糙度测定；非平整样品物相分析、小角度散射分析等功能。 3、用于快速定性定量测定各类材料（包括金属、陶瓷、半导体材料）的化学成分组成及元素含量。如：Si、P、S 、Mn、Cr、Mo、Ni、V、Fe、Co、W等等，精确度为0.1%。 4、同时可观察样品的显微形貌，进行显微选区成分分析。
. 第九章光学分析法概论 1、光学分析法有哪些类型。 基于辐射的发射建立的发射光谱分析法、火焰光度分析法、分子发光分析法、放射分析法等；基于辐射的吸收建立的UV-V is光度法、原子吸收光度法、红外光谱法、核磁共振波谱法等；基于辐射的散射建立的比浊法、拉曼光谱法；基睛辐射的折射建立的折射法、干涉法；基于辐射的衍射建立的X-射线衍射法、电子衍射法等；基于辐射的旋转建立的偏振法、旋光法、圆二色光谱法等。 2、吸收光谱法和发射光谱法有何异同？ 吸收光谱法为当物质所吸收的电磁辐射能由低能态或基态跃迁至较高的能态（激发态），得到的光谱发射光谱法为物质通过电致激发、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，当从激发态过渡到低能态或基态时产生的光谱。 3、什么是分子光谱法？什么是原子光谱法？ 原子光谱法：是由原子外层或内层电子能级的变化产生的光谱，它的表现形式为线光谱。属于这类分析方法的有原子发射光谱法、原子吸收光谱法，原子荧光光谱法以及X射线荧光光谱法等。 分子光谱法：是由分子中电子能级、振动和转动能级的变化产生的光谱，表现形式为带光谱。属于这类分析方法的有紫外-可见分光光度法，红外光谱法，分子荧光光谱法和分子磷光光谱法等。 4、简述光学仪器三个最基本的组成部分及其作用。 辐射源（光源）：提供电磁辐射。 波长选择器：将复合光分解成单色光或有一定宽度的谱带。 检测器：将光信号转换成电信号。 5、简述常用的分光系统的组成以及各自作用特点。 分光系统的作用是将复合光分解成单色光或有一定宽度的谱带。分光系统又分为单色器和滤光片。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。 棱镜：色散作用是基于构成棱镜的光学材料对不同波长的光具有不同的折射率。 光栅：利用多狭缝干涉和单狭缝衍射两者联合作用产生光栅光谱。 干涉仪：通过干涉现象，得到明暗相间的干涉图。 滤光器是最简单的分光系统，只能分离出一个波长带或只能保证消除给定消长以上或以下的所有辐射。 6、简述常用辐射源的种类典型的光源及其应用范围。 1 / 1'.
第二章光学分析法导论 一、教学内容 1、电磁辐射及电磁波谱的概念、特性及相关物理量 2、物质与电磁辐射相互作用及相关的光谱学 3、光学分析法的分类及特点 4、光学分析法的基本仪器 二、重点与难点 1、电磁辐射与电磁波谱的性质 2、各物理量的相互换算 3、物质与电磁辐射相互作用的机制 三、教学目标 1、牢固掌握电磁辐射和电磁波谱的概念及性质 2、熟练掌握电磁辐射各种物理量之间的换算 3、清楚理解物质与电磁辐射相互作用所产生的各种光谱 4、清晰光学分析法分类的线索 5、掌握光谱法的基本仪器部件 四、教学学时 2学时 第一节电磁辐射 一、电磁辐射的性质 以电磁辐射为分析信号的分析方法在广义上都称为光学分析法。红外光、可见光、紫外光、X射线等都是电磁辐射。电磁辐射具有波粒二象性。 图2－1 电磁波示意图 1、波动性 按照经典物理学的观点，电磁辐射是在空间传播着的交变电磁场，称之为电磁波。 电磁波可以用频率(υ)、波长(λ)和波数(δ)等波参数来表征。 频率υ定义为ls内电磁场振荡的次数，单位为赫兹(Hz)。频率与辐射传播的介质无关，对于一个确定的电磁辐射，它是一个不变的特征量。 波长λ是电磁波相邻两个同位相点之间的距离，常用的单位有厘米
(cm)，微米(μm，10－6m)，纳米(nm，10－9m)。 波长与频率的乘积就是电磁辐射传播的速度。在真空中，电磁辐射的速度与频率无关，并达到最大值，精确测量的数值是2.99792×1010cm·s－1。这一速度称作光速，用符号c表示。于是有： c＝υλ（2－1）在介质中，电磁辐射的电磁场与构成介质的原子或分子的外层电子相互作用，使其传播速度减小。介质不同，传播速度不同，因而波长亦不相同。在不加说明的情况下，辐射的波长指的是在真空中的波长，此时它具有确定的数值。 辐射在空气中的速度与光速差别很小，故式(2－1)也适用于空气。 波数δ是lcm内波的数目，单位为cm－1。当波长以cm为单位时，波数与波长的关系为： 1 （2－2） δ= λ 电磁辐射的波动性表现为电磁辐射的衍射和干涉现象。 2、微粒性 根据量子理论，电磁辐射是在空间高速运动的光量子(或称光子)流。可以用每个光子所具有的能量来表征。 普朗克方程将电磁辐射的波动性和微粒性联系在一起。 c =υ=(2－3) E h h λ 式中h为普朗克常数，它等于6.63×10-34焦耳·秒(J·s)。显而易见，辐射的频率越高(波长越小)光子的能量就越高。一个X射线的光子(λ=10－8cm)所具有的能量比热钨丝发出的光子(λ=10－4cm)大约高l万倍。 光子的能量常以电子伏特(eV)为单位表示 1eV＝1.6×10－19J 电磁辐射是具有波动性和微粒性的物质运动形式。所以，频率、波长、波数和光子的能量都可以用作表征电磁辐射的特征参数。一般常用的参数是波长。 二、电磁波谱 电磁辐射按照波长(或频率、波数、能量)大小的顺序排列就得到电磁波谱。电磁波谱一般分成如表2-1所示的一些不同的波长区域，不同的波长区域对应着物质不同类型能级的跃迁。
第一章 光学分析法导论 （An Introduction to Optical Analysis ） 1.1 电磁辐射的性质 电磁辐射（electromagnetic radiation ）是一种以极大的速度（在真空中为 2.9979× 1010cm ·s －1）通过空间，不需要任何物质作为传播媒介的能量。它包括无线电波、微波、红外光、紫外-可见光以及X 射线和γ射线等形式。电磁辐射具有波动性和微粒性。 1.1.1 电磁辐射的波动性 根据Maxwell 的观点，电磁辐射的波动性可以用电场矢量E 和磁场矢量M 来描述，如图1.1.1所示。它是最简单的单个频率的平面偏振电磁波。平面偏振就是它的电场矢量E 在一个平面内振动，而磁场矢量M 在另一个与电场矢量相垂直的平面内振动。电场和磁场矢量都是正弦波形，并且垂直于波的传播方向。与物质的电子相互作用的是电磁波的电场，所以磁场矢量可以忽略，仅用电场矢量代表电磁波。波的传播以及反射、衍射、干涉、折射和散射等现象表现了电磁辐射具有波的性质，可以用以下波参数来描。 图1.1.1 电磁波的电场矢量E 和磁场矢量M 1）周期T 相邻两个波峰或波谷通过空间某一固定点所需要的时间间隔称为周期，单位为s （秒）。 2）频率ν 单位时间内通过传播方向上某一点的波峰或波谷的数目，即单位时间内电磁场振动的次数称为频率，它等于周期的倒数1/T ，单位为1/s （1/秒），称为赫兹，以Hz 表示。电磁波的频率只取决于辐射源，与通过的介质无关。 3）波长λ 相邻两个波峰或波谷的直线距离。若电磁波传播速度为c ，频率为ν，那么波长λ为： νλ1 ?=c （1.1.1） 不同的电磁波谱区可采用不同的波长单位，可以是m ，cm ，μm 或nm ，他们之间的换算关系为1m=102cm=106μm=109nm 。 4）波数 每厘米长度内含有波长的数目，即波长的倒数： c νλ== 1 （1.1.2） 单位为cm －1（厘米－1），将波长换算成波长的关系式为：
光学分析法导论习题 一．填空题 1. 光速c≈3×1010cm·s-1是在中测得的。 2．原子内层电子跃迁的能量相当于光,原子外层电子跃迁的能量相当于光和。 3．分子振动能级跃迁所需的能量相当于光,分子中电子跃迁的能量相当于光。 4．钠的基态光谱支项为 ,钠的共振谱线以表示。 5．，和三种光分析方法是利用线光谱进行检测的。 6．指出下列电磁辐射所在的光谱区（光速为3×1010cm·s-1）。 （1）波长588.9nm ；（2）波数400cm-1； （3）频率2.5×1013Hz ；（4）波长300nm 。 二．选择题 1．电磁辐射的微粒性表现在下述哪种性质上 A. 能量 B. 频率 C. 波长 D. 波数 2.当辐射从一种介质传播到另一种介质中时,下述哪种参量不变? A. 波长 B.频率 C.速度 D.方向 3.镁的L=2光谱项可具有几个J值? A.1 B.2 C.3 D.4 4.下述哪种分析方法是基于发射原理的? A.红外光谱法 B.荧光光度法 C.核磁共振波谱法 D.分光光度法 5.带光谱是由于 A 炽热固体发射的结果 B 受激分子发射的结果
C 受激原子发射的结果 D 简单离子发射的结果 ?习题 一．填空题 1. 光速c≈3×1010cm·s-1是在头真空中测得的。 2．原子内层电子跃迁的能量相当于 X 光,原子外层电子跃迁的能量相当于紫外光和可见光。 3．分子振动能级跃迁所需的能量相当于红外光,分子中电子跃迁的能量相当于紫外可见光。 4．钠的基态光谱项为 32S 1/2 ,钠的共振谱线以 32P 3/2 或32P 312 表 示。 5．原子发射，原子吸收和原子荧光三种光分析方法是利用线光谱进行检测的。 6．指出下列电磁辐射所在的光谱区（光速为3×1010cm·s-1）。 （1）波长588.9nm ；（2）波数400cm-1； （3）频率2.5×1013Hz ；（4）波长300nm 。 二．选择题 1．电磁辐射的微粒性表现在下述哪种性质上（A） A. 能量 B. 频率 C. 波长 D. 波数 2.当辐射从一种介质传播到另一种介质中时,下述哪种参量不变?（B） A. 波长 B.频率 C.速度 D.方向 3.镁的L=2光谱项可具有几个J值?（C） A.1 B.2 C.3 D.4 4.下述哪种分析方法是基于发射原理的?（B） A.红外光谱法 B.荧光光度法 C.核磁共振波谱法 D.分光光度法 5.带光谱是由于（B） A 炽热固体发射的结果 B 受激分子发射的结果 C 受激原子发射的结果 D 简单离子受激发射的结果 一、选择题 1、请按能量递增的次序，排列下列电磁波谱区：红外、射频、可见光、紫外、X射线、
光学分析方法的发展 北京温分分析仪器技术开发有限公司 光学分析法是利用待测定组分所显示出的吸收光谱或发射光谱，既包括原子光谱也包括分子光谱。利用被测定组分中的分子所产生的吸收光谱的分析方法，即通常所说的可见与紫外分光光度法、红外光谱法；利用其发射光谱的分析方法，常见的有荧光光度法。利用被测定组分中的原子吸收光谱的分析方法，即原子吸收法；利用被测定组分的发射光谱的分析方法，包括发射光谱分析法、原子荧光法、X射 线原子荧光法、质子荧光法等。 （一）比色法 分光光度法的前身是比色法。比色分析法有着很长的历史。1830年左右，四氨络铜离子的深蓝色就被用于铜的测定。奈斯勒的氨测定法起源于1852年，大约在同一年，硫氰酸盐被用来分析铁。1869年，舍恩报道说钛盐与过氧化氢反应会产生黄色，1882年，韦勒（Weller）将此黄色反应改进成一种钛的比色法。钒也能与过氧化物发生类似的反应，生成一种橙色络合物。1912年，梅勒一方面利用1908年芬顿发现的一个反应（二羟基马来酸与钛反应呈橙黄色，与钒反应无此色），另一方面利用与过氧化物的反应，得出了一种钛和钒这两种元素的比色测定法。 吸收光度分析法提供了非化学计量法的一个很好例子。有色化合物的光吸收强弱随着所用辐射波长的大小而变化。因此早期的比色法主要凭经验将未知物与浓度近似相等的标准溶液进行对比。比如象奈斯勒在氨测定法中所作的比较。比色剂，如杜波斯克比色计，是通过改变透光溶液的厚度和利用比尔定律，来对未知物的颜色与标准液的浓度进行对比的，这种仪器并不适用于所有的有色物质，它充其量也不过经验程度很高罢了。 1729年，P·布古厄（Bouguer）观察到入射光被介质吸收的多少与介质的厚度成正比。这后来又被J·H·兰贝特（Lambert，1728—1777）所发现，他对单色光吸收所作的论述得到了下列关系式： 上式中I是通过厚度为x的介质的光密度，a是吸收系数。利用边界条件x=0时，I=I0，积分得到： I=I0e-ax 1852年，A·比尔（Beer）证实，许多溶液的吸收系数a是与溶质的浓度C成正比的。尽管比尔本人没有建立那个指数吸收定律公式，但下列关系式 I=I0e-acx 仍被叫做比尔定律，式中浓度和厚度是作为对称变数出现的。这个名称似乎是在1889年就开始使用了。
仪器分的发展与应用 仪器分析的发展历程： 经过19世纪的发展，到20世纪20～30年代，分析化学已基本成熟，它不再是各种分析方法的简单堆砌，已经从经验上升到了理论认识阶段，建立了分析化学的基本理论，如分析化学中的滴定曲线、滴定误差、指示剂的作用原理、沉淀的生成和溶解等基本理论。 20世纪40年代以后，一方面由于生产和科学技术发展的需要，另一方面由于物理学革命使人们的认识进一步深化，分析化学也发生了变革，从传统的化学分析发展为仪器分析。现代仪器分析涉及的范围很广，其中常用的有光学分析法、电化学分析法和色谱法。光学分析法是基于人们对物质光谱特性的认识而发展起来的一种分析测定方法。17世纪牛顿将白光分成了光谱以后，科学家对光谱进行了研究。19世纪前半期，人们已经把某一特征谱线和某种物质联系了起来，并提出了光谱定性分析的概念。在此基础上，德国化学家本生和物理学家基尔霍夫合作设计并制造了第一台用于光谱分析的光谱仪，实现了从光谱学原理到光谱分析的过渡，产生了一种新的分析方法即光谱分析法。19世纪后半期，人们又对光谱定量分析的可能性进行了探讨。1874年，洛克厄通过大量实验得出结论，认为光谱定量分析只能依据光谱线的强弱。 到20世纪，用光电量度法测定了光谱线的强度，后来，光电倍增管被应用于光谱定量分析。与此同时，利用物质的吸收光谱的吸收光度法，也得到了发展。电化学分析法是利用物质的电化学性质发展起来的一种分析方法。首先兴起的是电重量分析法。美国化学家吉布斯把电化学反应应用于分析化学中，用电解法测定铜，后来这种方法被广泛应用于生产中。电重量分析法存在着耗时长、易氧化等缺点，化学家在研究中把物质的电化学性质与容量分析法结合起来，发展了一种新方法，这就是电容量分析法。电容量分析法中发展较早的是电位滴定法，其后，极谱分析法和库仑分析法也相继发展起来。色谱分析法是基于色谱现象而发展起来的一种分析方法。1906年，俄国植物学家茨维特认识到所谓色谱现象和分离方法有密切联系，而且对分离有重大意义。他用这种方法分离了植物色素，并系统地研究了上百种吸附剂，奠定了色谱分析法的基础。20世纪30年代，具有离子交换性能的合成树脂问世，解决了一系列疑难问题，提高了色谱分离技术。由于单纯的分离意义不大，20世纪50年代，人们开始将分离方法和各种检测系统联接起来，分离分析同时进行，于是人们设计和制造了大型色谱分析仪。除了上述的方法以外，现代仪器分析法还有磁共振法、射线分析法、电子能谱法、质谱法等等。仪器分析是根据被测组分的某些物理的或物理化学的特性，如光学的、电学的性质，进行分析检测的方法，因此，它实际上已经超出了化学分析的范围和局限，成为生产和科学各个领域的工具。分析化学中的分析是分离和测定的结合，分离和测定是构成分析方法的两个既独立又相联系的基本环节。分离是使物质纯化的一种手段，而纯化的背后是物质的混合性。化学家所说的物质，是某种单质或化合物。是以纯粹的形式存在的物质。可是，无论是天然存在的还是人工制造的物质，都不是绝对纯的。因此，在化学分析中，首先遇到的矛盾就是纯与不纯的矛盾。分离是纯化物质的一种手段。分离一般有两条基本途径：一条是将所要分析的物质从混合物中提取出来，另一条则是将杂质提取出来。在分析化学发展的历史中，产生了许多分离方法。在古代，在酿造业中应用了蒸馏、结晶等分离手段；在近代，产生了各种各样的分离方法，如沉淀分离、溶剂萃取分离、离子交换分离、电解分离等。分离是有限度的。有些混合物由于性质非常相似，分离非常困难，如果不分离，共存的组分又互相干扰。在化学分析中，常常从分离操作中演变出其他方法，如掩蔽方法。在仪器分析的发展史上，试样和试剂有不同的发展形式和内容。在早期，需要分析的是自然物，与其发生作用，从而进行鉴别的主要是火。后来，被分析的是溶液，与之发生变化的也是溶液。人们最早使用的试剂是五倍子的植物浸液。随着实践和认识的发展，大量植物浸液应用于化学分析之中，形成了天然植物试剂系列。在应用天然试剂的过程中，人们也在研究如何制备化学试剂。第一个人工制备的分析化学试剂是黄血盐溶液，由此开创了化学试剂的新领域，拓宽了分析化学的研究范围。随着生产、生活和科学的发展，作为被分析的试样，其外延扩大了，从
中国科学 G 辑: 物理学 力学 天文学 2007年 第37卷 增刊: 21~29 https://www.doczj.com/doc/a53326933.html, 收稿日期: 2007-05-20; 接受日期: 2007-08-28 国家自然科学基金资助项目(批准号: 60532090, 60627003, 60408011) * E-mail: hbniu@https://www.doczj.com/doc/a53326933.html, 《中国科学》杂志社 SCIENCE IN CHINA PRESS 细胞生命现象分析和研究的 光学方法与手段 牛憨笨* 袁小聪 屈军乐 许改霞 刘立新 彭 翔 (深圳大学光电工程学院, 光电子学研究所, 光电子器件与系统教育部重点实验室, 深圳 518060) 摘要 未来生物学发展的一个重要方向是系统生物学研究, 其根本目的是从系 统角度深入理解包括细胞增殖、分化、凋亡在内的重大生命过程. 系统生物学研 究的基本内容是高通量获取从一维的基因到多维的蛋白质信息, 并通过系统整合 所获得的信息而最终重构出细胞生命如何建立、执行或取消一种生物功能的基本 图像, 其中蛋白质信息包括蛋白质的数量和空间分布、蛋白质之间的相互作用、 蛋白质在细胞生命活动中发生的变化等. 随着基因组时代的基本结束, 研究者已 经开始从原来关注静态的“密码”转向了研究动态的“功能”. 这将要求来自物理或 化学的新技术应用到生物学以收集细胞动态信息. 需要在活细胞水平上进行的研 究至少包括两类: 一类是对活细胞群体进行快速无损的功能检测, 主要服务于临 床快速诊断、药物筛选和某些细胞功能分析; 另一类则是针对单细胞进行的亚细 胞结构和大分子的动态功能表征分析. 光学技术是研究活细胞功能的主流研究方 法, 具有无损、高特异性、高灵敏、高空间分辨、高时间分辨和实时动态等优势. 主要介绍用于活细胞功能分析的光学方法与手段及其发展现状与趋势. 关键词 光学方法 功能成像 光学散射力 细胞生命现象 20世纪中期以来, 随着DNA 双螺旋结构和蛋白质空间构象的发现, 生命科学已成为自然科学中最重要的学科. 回顾历史, 我们不难发现, 生命科学的发展是与相关的技术科学的发展是相辅相成的. 每一次生命科学的大发展都是技术进步推动的结果, 而生命科学的大发展又进一步牵引了相关技术的进步(Nobel lecture: https://www.doczj.com/doc/a53326933.html,/medicine/laureates/2002/index. html). 在现代生命科学研究中, 相关的技术和仪器可以分为两大类: 一类是以生物学原理为主设计的, 例如聚合酶链式反应(polymerase chain reaction, PCR)技术、基因芯片和蛋白质芯片等; 另一类则是基于物理、化学原理的仪器, 如X 射线衍射仪、光学显微镜、质谱仪和电子显微镜
1．光量子的能量正比于辐射的 ( Ａ ) Ａ．频率 Ｂ．波长 Ｃ．波数 Ｄ．周期 2．原子发射光谱的产生是由于 （ Ｂ） Ａ．原子的次外层电子在不同能态间跃迁 Ｂ．原子的外层电子在不同能态间跃迁 Ｃ．原子外层电子的振动和转动 Ｄ．原子核的振动 3．在原子吸收分析中, 过大的灯电流除了产生光谱干扰外, 还使发射共振线的谱线 轮廓变宽. 这种变宽属于 ( Ｄ ) Ａ．自然变宽 Ｂ．压力变宽 Ｃ．场致变宽 Ｄ．多普勒变宽(热变宽) 4．原子吸收法测定钙时, 加入EDTA 是为了消除下述哪种物质的干扰? ( Ｂ ) Ａ．盐酸 Ｂ．磷酸 Ｃ．钠 Ｄ．镁 5．在原子吸收分析中，如灯中有连续背景发射，宜采用 ( Ｂ ) Ａ．减小狭缝 Ｂ．用纯度较高的单元素灯 Ｃ．另选测定波长 Ｄ．用化学方法分离 6．在原子吸收分析中, 有两份含某元素M 的浓度相同的溶液1 和溶液2 , 在下列哪 种情况下, 两份溶液的吸光度一样？ ( Ｃ ) Ａ．溶液2的粘度比溶液1大 Ｂ．除M 外溶液2中还含表面活性剂 Ｃ．除M 外溶液2中还含10mg/mL KCl Ｄ．除M 外溶液2中还含1mol/L NaCl 溶液 7．下列化合物中λmax 最大的是 （ A ） 8．一种能作为色散型红外光谱仪色散元件的材料为 ( Ｃ ) Ａ．玻璃 Ｂ．石英 Ｃ．卤化物晶体 Ｄ．有机玻璃 9．下列是原子质量数与原子序数的几种组合,使原子核的自旋角动量为零的组合是 （D ） A ．奇数, 奇数 B ．奇数, 偶数 C ．偶数, 奇数 D ．偶数, 偶数 10．非色散型原子荧光光谱仪、原子发射光电直读光谱仪和原子吸收光谱仪的相同 部件是 ( Ａ ) Ａ．检测器 Ｂ．单色器 Ｃ．原子化器 Ｄ．光源 11．下列哪些元素于酸性介质中，在还原剂(硼氢化钠，金属锌等)的作用下、可生成易挥发 的氢化物．而进入等离子体光源进行蒸发和激发? （ B ） A ．Fe B ．Ge C ．Mo D ．W 12．在原子吸收分析法中, 被测定元素的灵敏度、准确度在很大程度上取决于( Ｃ ) Ａ．空心阴极灯 Ｂ．火焰 Ｃ．原子化系统 Ｄ．分光系统 13．在原子吸收分光光度计中，目前常用的光源是 ( Ｂ ) Ａ．火焰 Ｂ．空心阴极灯 Ｃ．氙灯 Ｄ．交流电弧 14．若原子吸收的定量方法为标准加入法时, 消除了下列哪种干扰？ ( Ｄ ) Ａ．分子吸收 Ｂ．背景吸收 Ｃ．光散射 Ｄ．基体效应 15．原子吸收光谱仪与原子发射光谱仪在结构上的不同之处是 ( Ａ ) A.CH CH 2 B.CH 2CH C. CH 3 H 3C D.CH 3H 3C
材料测试方法的发展 摘要：本文主要介绍了现代材料测试方法的相关课程，并具体介绍了光学显微分析、 X射线衍射技术、电子显微分析、热分析、红外光谱分析等的发展历史及研究进程。最后，关于材料测试方法的发展趋势做了一点点自己的看法。 关键词：材料测试方法、电子透镜、热分析、红外光谱 1、课程相关 随着科学技术的迅猛发展与市场经济的激烈竞争，材料科学也在不断地往前发展。随着材料研究的不断的深入，众多新型材料如功能材料、梯度功能材料、纳米材料等被研制出来。科技工作者对材料的研究也已经由过去的实验、实验方法逐步地摸索、试制性能合格的材料，向按一定的指标性能来设计材料。材料向着新、高、精、尖的发展，对材料的性能和产品的质量提出了越来越高的要求，促使材料工作者去探求材料组成、结构、生产工艺和性能之间的关系，为原材料选择、工艺改进、材料改性以及研制预定性能的新材料等提供理论依据。材料性能和产品质量与材料的组成和结构是密切相关的，人们要改进材料的性能、提高产品的质量，必须要了解材料内部的组成和结构，“现代材料测试方法”就是为研究材料内部的物相组成和结构而设置的一门专业技术基础课。 众所周知，材料的性能主要决定于其化学成分、矿物组成、宏观结构以及微观结构。其中物相组成，尤其是结晶矿物相组成和微观结构特征是在化学成分确定后对物质的性质起着关键性的作用。因为物相组成及显微结构是无机材料生产过程和生产工艺条件的直接记录，每个生产环节发生的变化均在物相组成及显微结构上有所体现。而材料制品的物相组成和显微结构特征，又直接影响甚至决定着制品的性能、质量、应用性状和效果。改变无机材料的化学组成、生产工艺过程和条件，就能获得具有不同物相组成和显微结构的制品，制品的技术性能，使用性能也就不同。为了获得具有新技术需要的使用性能的新型材料，可以通过物相组成和显微结构的设计，选用合适的原料及工艺配方，采用特定的生产过程及工艺条件，通过试验和研究而获得需要的产品。 而材料的物相组成和显微结构的获得必须通过一定的测试方法和手段。所以，我们研究、研制新材料，要使材料产品的性能指标、产品质量达到我们的设计目标、要求，对一些新研制材料的性能指标、安全性等方面的检测，所有这些
分析我国眼视光学的现状及发展 【摘要】在现阶段，随着社会经济的日趋发展，眼生理光学也得到了飞速的发展，还对研究病理性屈光的过程得到了推进，从而就有了视光学的出现。视光学是眼科学的分支，它自身具备着非常强的独立性。所谓眼视光学，具体来说就是以医学作为基础，使视光学和眼光学进行有机结合而形成的总体。本文主要对我国眼视光学的现状和未来的发展进行了具体的研究和分析。 【关键词】眼视光学；屈光；现状；发展；分析 所谓眼视光学，主要是指把现代眼科学和光学技术结合在一起，并应用现代光学具有的原理与先进的技术对视觉方面存在的问题进行解决，它还是新兴的一门学科。眼视光学的具体目标为对眼睛的健康进行保护，使眼睛清晰程度得到改善，并使视觉感受更加的舒适。我国的眼视光学一直到上世纪的七八十年代才得到飞速的发展，并和时代的潮流相顺应。眼视光学主要对视觉质量进行重视，并对眼部健康进行关注。 一、眼视光学现状 眼视光学，还可以被称之为验光置镜业，主要是把现代眼科学和光学技术结合在一起，应用现代光学技术和原理对视觉障碍进行解决的新兴学科。它不仅具备传统经典的色彩，还是具备高科技特点的医学专业，更是一类颇有兴趣、具有回报和充满挑战的医疗职业，眼视光学主要是采取光学、手术、药物和心理等手段，把改善舒适视觉当做重要目的，并把对眼睛健康进行保护当做己任。它既是眼科学的起点，还是眼科学的终点。在很早以前，发达国家就已经存在眼视光学，还具有眼视官学的专业医师。大量的高等院校还设置了视光学系与视光学院，并利用教育的模式对视光学人才进行培养，从而可以培养出更多专业的视光学师。直到改革开放，我国才逐渐的出现视光学教育，在这之前几乎是空白的。在一九八三年，我国首次举办了学习眼科屈光的组织，同时还举行了学术交流研讨会，在同一年，《眼屈光专辑》也得到了出版，以上所述对提高眼屈光学水平和培养眼屈光学人才都具有着至关重要的影响。 虽然一直到改革开放，我国眼视光学教学才逐渐的生根发芽，但西方国家对眼视光学进行的高等教育在很早以前就已经获得成熟，所以，我们可以对西方教育模式具有的优势进行充分的借鉴，在该基础上与中国的国情进行有机的结合，并创建出具有中国特色的眼视光学教育手段。目前我国对眼视光学进行的教育实质上就是为了和人民群众的需求相适应而构建的，其主要目的在于培养出具有高水平、高质量和高素质的一批专业人才（师资团队、管理队伍等），从眼视光学专业毕业的学生一定会对眼科疾病进行处理、学会对眼科疾病进行预防、对眼科服务质量进行保证、对病人的健康给予足够的尊重、对于眼科疾病出现的变化进行灵活的对待、严格的对医师道德规范进行遵守等。在现阶段，我国眼视光学的教学规模还非常小，其具有的专业人才的数量相对来说也非常少，而我国作为人口众多的一个国家，对于眼视光学人才方面，还存在着很大的缺口。所以，在未
第2章光谱分析法导论 2.1 内容提要 2.1.1 基本概念 光分析法—以物质的光学性质为基础建立的分析方法，称为光学分析法，简称光分析法。 光谱分析法—以测量光与物质相互作用，引起原子、分子内部量子化能级之间跃迁产生的发射、吸收、散射等波长与强度的变化关系为基础的光分析法，称为光谱分析法。 非光谱分析法—利用光与物质作用时所产生的折射、干涉、衍射和偏振等基本性质的变化来达到分析测定目的的光分析法，主要有折射法、干涉法、衍射法、旋光法和圆二色性法等。 光发射—受激粒子由高能态跃迁回到低能态（包括基态）时，以光辐射形式释放多于能量的现象。 光吸收—当光与物质接触时，某些频率的光被选择性的吸收并使其强度减弱，这种现象被称为物质对光的吸收。 光散射—光通过不均匀介质时，如果有一部分光沿着其他方向传播，这种现象称为光的散射。 光折射—当光从一种透明介质进入另一种透明介质时，光束的前进方向发生改变的现象，称为光的折射。 光衍射—光波绕过障碍物而弯曲向后传播的现象，称为光的衍射。 光偏振—天然光通过某些物质后，变为只在一个固定方向有振动的光，称为平面偏振光，这种现象称为偏振。 光的旋光色散—平面偏振光进入旋光活性物质时，使得构成偏振光的左、右两圆偏振光的传播速度变得不一样，这种现象称为旋光色散。 光的圆二色性—偏振光与物质相互作用后，由于对左、右圆偏振光的吸收情况不同导致两圆偏振光的振幅和能量也不相同，并形成一个沿着椭圆运动的椭圆偏振光，这种现象称为圆二色性。 光的波粒二象性—指光既有波动性又有粒子性。 吸收光谱—物质的粒子吸收某特定的光子后，由低能级跃迁到较高能级，当把物质对光的吸收情况按照波长的次序排列记录下来，就得到
光学分析法导论 第一节光学分析法及其分类 光学分析法：基于电磁辐射能量与待测物质相互作用后所产生的辐射信号与物质组成及结构关系所建立起来的分析方法。 电磁辐射范围：包括从 射线到无线电波的所有电磁波谱范围(不只局限于光学光谱区)。 相互作用方式：发射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射等； 光学分析法在研究物质组成、结构表征、表面分析等方面具有其它方法不可替代的地位； 三个基本过程：（1）能源提供能量；（2）能量与被测物之间的相互作用；（3）产生信号。 基本特点：（1）所有光学分析法均包含三个基本过程；（2）选择性测量，不涉及混合物分离；（不同于色谱分析）（3）涉及大量光学元器件。 光学分析法可分为光谱法和非光谱法两大类。 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。 光谱法可分为原子光谱法和分子光谱法。 原子光谱法是由原子外层或内层电子能级的变化产生的，它的
表现形式为线光谱。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。 分子光谱法是由分子中电子能级、振动和转动能级的变化产生的，表现形式为带光谱。属于这类分析方法的有：紫外-可见分光光度法（UV-Vis），红外光谱法（IR），分子荧光光谱法（MFS）和分子磷光光谱法（MPS）等。 非光谱法不涉及能级跃迁，物质与辐射作用时，仅改变传播方向等物理性质；如折射、散射、干涉、衍射、偏振等变化的分析方法。光谱组成: 线光谱(Line spectra): 由处于气相的单个原子发生电子能级跃迁所产生的锐线，线宽大约为10-4?。 带状光谱(Band spectra): 由气态自由基或小分子振动-转动能级跃迁所产生的光谱，由于各能级间的能量差较小，因而产生的谱线不易分辨开而形成所谓的带状光谱(其带宽达几个至几十个nm)； 第二节光谱仪器 用来研究吸收、发射或荧光的电磁辐射强度和波长关系的仪器叫做光谱仪或分光光度计。 光谱仪或分光光度计一般包括五个基本单元：光源；单色器；样品容器；检测器；读出器件(显示与数据处理) 一、光源
第2章光学分析法导论 【2-1】解释下列名词。 （1）原子光谱和分子光谱（2）发射光谱和吸收光谱 （3）闪耀光栅和闪耀波长（4）光谱通带 答：（1）原子光谱：由原子能级之间跃迁产生的光谱称为原子光谱。 分子光谱：由分子能级跃迁产生的光谱称为分子光谱。 （2）发射光谱：原来处于激发态的粒子回到低能级或基态时，往往会发射电磁辐射，这样产生的光谱为发射光谱。 吸收光谱：物质对辐射选择性吸收而得到的原子或分子光谱称为吸收光谱。 （3）闪耀光栅：当光栅刻划成锯齿形的线槽断面时，光栅的光能量便集中在预定的方向上，即某一光谱级上。从这个方向探测时，光谱的强度最大，这种现象称为闪耀，这种光栅称为闪耀光栅。 闪耀波长：在这样刻成的闪耀光栅中，起衍射作用的槽面是个光滑的平面，它与光栅的表面一夹角，称为闪耀角。最大光强度所对应的波长，称为闪耀波长。 （4）光谱通带：仪器出射狭缝所能通过的谱线宽度。 【2-2】简述棱镜和光栅的分光原理。 【2-3】简述光电倍增管工作原理。 答：光电倍增管工作原理： 1）光子透过入射窗口入射在光电阴极K上。 2）光电阴极电子受光子激发，离开表面发射到真空中。 3）光电子通过电子加速和电子光学系统聚焦入射到第一倍增极D1上，倍增极将发射出比入射电子数目更多的二次电子，入射电子经N级倍增极倍增后光电子就放大N次方倍。 4）经过倍增后的二次电子由阳极P收集起来，形成阳极光电流，在负载RL上产生信号电压。 【2-4】何谓多道型检测器？试述多道型检测器光电二极管阵列、电荷耦合器件和电荷注入器件三者在基本组成和功能方面的共同点。 【2-5】请按能量递增和波长递增的顺序，分别排列下列电磁辐射区：红外，无线电波，可见光，紫外光，X射线，微波。 答：能量递增顺序：无线电波、微波、红外线、可见光、紫外光、X射线。 波长递增顺序：X射线、紫外光、可见光、红外线、微波、无线电波。 【2-6】计算下列电磁辐射的频率和波数。
思考题与练习题 1.对下列的物理量单位进行换算： （1）150pm X射线的波数（cm-1）； （2）670.7nm Li线的频率（Hz）； （3）3300cm-1波数的波长（μm）； 答案:(1)；（2）；（3）3.03μm。 2.计算下列电磁辐射的频率（Hz）、波数（cm-1）及光量子的能量（用电子伏eV、尔格erg 及千卡/摩尔表示）： （1）波长为589.0nm的钠D线； 答 ； 案: （2）在12.6μm的红外吸收峰。 答 。 案: 3.将波长443nm的光通过折射率为1.329的甲醇溶液时，试计算： （1）在甲醇溶液中的传播速度； （2）频率； （3）能量（J）； （4）周期（s）。 答案:（1）；（2）；（3）；（4）。 4.辐射通过空气（n=1.00027）与某玻璃（n=1.7000）界面时，其反射损失的能量大约有多 少？ 答案:6.7% 5.何谓光的二象性？何谓电磁波谱？
6.请按照能量递增和波长递增的顺序，分别排列下列电磁辐射区：红外线，无线电波，可 见光，紫外光，X射线，微波。 7.光谱法的仪器通常由哪几部分组成？它们的作用是什么？ 自测题 1.电磁辐射的二象性是指: A．电磁辐射是由电矢量和磁矢量组成； B．电磁辐射具有波动性和电磁性； C．电磁辐射具有微粒性和光电效应； D．电磁辐射具有波动性和电磁性。 2.光量子的能量与电磁辐射的哪一个物理量成正比？ A．紫外；B．波长； C．波数；D．周期。 3.可见区、紫外区、红外光区、无线电波四个电磁波区域中，能量最大和最小的区域分别为 A．紫外区和无线电波区； B．可见光区和无线电波区； C．紫外区和红外区； D．波数越大。 4.有机化合物成键电子的能级间隔越小，受激跃迁时吸收电磁辐射的 A．能量越大；B．频率越高； C．波长越长； D．波数越大。 5.波长为0.0100nm的电磁辐射的能量是多少eV？(已知)