10光学分析法导论剖析PPT课件

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光学分析法导论全

总结词
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

光学分析法导论课件

光学分析法件
• 光学分析法的基本原理 • 光学分析法的 • 光学分析法的数据理与分析 • 光学分析法的用例
01
光学分析法介
光学分析法的定义
光学分析法是一种基于光与物质相互作用，通过测量光与物质相互作用的特性来分析物质的方法。
它利用了光的吸收、反射、散射、透射等特性，以及光与物质相互作用后产生的光谱信息，来对物质进行定性和定量分析。
干涉条件
干涉图样
干涉图样是干涉现象的直观表现，其形状取决于光波的波长、相位差和振动方向。
相干光波的频率相同、有恒定的相位差、有相同的振动方向。
光的衍射
01
02
03
衍射现象
光波在遇到障碍物或通过孔洞时，会绕过障碍物或穿过孔洞，产生偏离直线传播的现象。
衍射分类
根据产生衍射现象的原因，可以分为菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射。
03
利用分类算法对光谱数据进行分类和识别，以实现物质鉴别和
含量测定等功能。
图像数据的处理与分析
图像增强
通过对比度增强、滤波等技术改善图像质量，提高图像的清晰度和可辨识度。
图像分割
将图像划分为不同的区域或对象，以便于提取感兴趣的目标或特征。
特征提取与识别
从图像中提取出目标物的形状、大小、颜色等特征，并利用分类算法进行识别和分类。
光学显微镜用于观察细胞形态和组织结构。
流式细胞术用于细胞分选、计数和表型分析。
在环境监测中的应用
遥感技术
用于大范围的环境监测和污染源调查。
光学传感器
用于实时监测水质和空气质量。
荧光光谱法
用于水体中有机污染物的检测。
表面增强拉曼散射
用于空气中有毒有害物质的检测。

《光学分析法概述》课件

光学分析法通常是非接触性的，不会对被检测物质造成破坏或污染，这对于某些脆弱的样品或环境十分重要。
实时监测
远程操作
光学分析法可以实现实时监测，对于快速变化的过程或事件能够迅速响应。
在某些情况下，光学分析法可以通过远程操作进行，无需直接接触被检测物质，增加了操作的安全性和便利性。
缺点
对光源和探测器的依赖光学分析法通常依赖于特定波长或光谱范围的光源和探测器，而这些设备的准确性和稳定性可能会影响分析结果。
荧光光谱仪通常由光源、激发滤光片、单色器、样品池、发射滤光片和检测器组成，能够测量荧光物质的激发光谱和发射光谱，从而分析荧光物质的性质和组成。
荧光光谱仪在生物学、医学、化学和环境科学等领域有广泛应用，可用于分析生物样品、药物、污染物等样品。
拉曼光谱仪
拉曼光谱仪是一种用于测量拉曼散射光谱的仪器。
《光学分析法概述》ppt 课件
CONTENTS
目录
• 光学分析法简介 • 光学分析法的基本原理 • 常用光学分析仪器介绍 • 光学分析法的优缺点 • 光学分析法的未来发展
CHAPTER
01
光学分析法简介
光学分析法的定义
光学分析法是一种基于光与物质相互作用来研究物质结构和性质的分析方法。它利用光的吸收、发射、散射、折射等特性，结合各种光学器件和测量技术，实现对物质进行定性和定量分析的目的。
光的散射与干涉
光的散射
当光通过物质时，物质中的微小颗粒会使光发生散射。散射光的强度和方向与颗粒的大小、形状和折射率有关，可据此分析物质的粒度和分布。
光的干涉
两束或多束光波在空间相遇时，会因相位差而产生加强或减弱的现象。利用光的干涉现象可进行光学干涉测量和干涉光谱分析。

《光学分析法导论全》PPT课件

精选PPT
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精选PPT
16
2.吸收光谱
辐射通过气态、液态或透明的固态物质时，物质的原子、离子或分子将吸收与其内能变化相对应的频率而由低能态或基态过渡到较高能态。
这种由于物质对于辐射的选择性吸收而得到的光谱称为吸收光谱。（见表2-3）
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吸收光谱分类
原子吸收光谱 ——暗线光谱峰窄 0.x nm
2-3-2 光谱法
按辐射本质分类
1.原子光谱
2.分子光谱
按辐射获得方式的不同分类
1.发射光谱
2.吸收光谱
3.拉曼光谱
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8
光学分析法
非光谱分析法
光谱分析法
比浊法
折射法
圆二色性法
X 射线衍射法
光谱
原子发射光谱
强度相等的两条谱线，一条谱线的衍射极大正好落在另一条谱线的衍射极小上。
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2. 光栅
光栅也称衍射光栅。是利用多缝衍射原理使光发生色散(分解为光谱)的光学元件。它是一块刻有大量平行等宽、等距狭缝(刻线)的平面玻璃或金属片。光栅的狭缝数量很大，一般每毫米几十至几千条。
平面光栅：
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2．分子光谱
——分子的外层电子在不同能级之间的跃迁而产生的光谱。
分子总能量 E分子=E电+E振+E转（ P 91) △ E分子= △ E电+ △ E振+ △ E转
△ E电——分子中外层电子能级跃迁引起的
能量改变 1-20ev
△ E振——分子中原子（或原子团）在平衡位置上作相对振动引起的能量改变

光学分析法概论资料PPT课件

➢本生灯(1853年): 钾盐紫色，钠盐黄色，钡盐黄绿色……
第36页/共53页
第一台光谱分析仪 (1859)
➢1860年在狄克海姆矿泉水中发现了新元素铯 ➢1861年在云母矿中发现了新元素铷 ➢……
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光学分析法三个基本过程:
能源提供能量能量与被测物之间相互作用
产生信号
辐射源 (光源 Source)
瑞利散射光子与物质分子发生弹性碰撞，不发生能量交换，仅光子运动方向发生改变。
(波长=入射光波长)
拉曼散射光子和介质分子发生非弹性碰撞，光子运动方向和能量均发生改变。
(波长≠入射光波长)
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(二) 不发生能级跃迁
➢折射和反射当光从介质1照射到介质2界面时，一部分光返回介质1，称为光的反射，另一部分光则改变方向，以一定折射角度进入介质2，称为光的折射。
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光学分析法的应用
1.结构鉴定
专属性强; 样品用量少;不改变混合体系的组成就能快速分析。
2.环境和大气研究
主要是原子光谱的应用，也有分子光谱。
3.药物分析
鉴别、检查、含量测定。
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第一节电磁辐射及其与物质的相互作用
第二节光学分析法的分类第三节光谱分析仪器
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2.主要期刊
Analytical Chemistry (美国) The Analyst (英国) Spectrochimica Acta (英国) Applied Spectroscopy (美国) 分析化学 (中国) 分析试验室 (中国) 光谱学与光谱分析 (中国)
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《仪器分析》第十章光学分析法导论

λ1 λ2 λ3
θ1
b
等边型棱镜的色散
θ2
λ1
λ2
λ3
棱镜对相邻波长的光的色散能力可以用棱镜的角色散率来衡量，即以折射角θ作为波长的函数而改变的速率：dθ/dλ
d d dn d dn d
dθ/dn是指θ棱镜材料折射率n的变化，dn/dλ代表折射率随着波长的变化。前者取决于棱镜的几何形状，后者就是棱镜材料的色散率。
子子子射
发
吸荧
线荧
射收光光
原子光谱法
吸收光谱法
原紫红核子外外磁吸可可共收见见振
光谱分析法
紫红分分核化外外子子磁学可可荧磷共发见见光光振光
分子光谱法
发射光谱法
原原分分 X 化
子子子子射学
发
荧
荧
磷
线荧
发
射光光光光光
电磁波谱区及常用光学分析方法
光谱区域 γ射线 X射线光学区
ni=c/vi 因为光传播的速度与频率有关，而c是常数，因此折射率是随着频率改变而改变的，即波长不同的光的折射率不同。
当光束从一种介质到另一种介质时，由于两个介质的密度不同使得光束在二介质中的传播速度不同，并且方向也发生改变的现象成为折射。折射由斯涅耳（Snell）定律表示：
入射
反射
i1 r1 1
5、光学方析法的应用
光学分析法是仪器分析中种类最多的一大类分析方法，目前已达几十种之多，应用范围十分广泛：工农业生产、国防、医药卫生、生物、地质矿产、环境保护等各领域，几乎所有需要分析测试的领域，都有可能用到光学分析方
6、光学分析仪器的组成
（1）光源（2）波长选择器（3）样品池（4）检测器（5）信号处理器及读出装置

光学分析法导论PPT教案

各能级都有确定的能量，两能级的能量差必然具有确定的数值，不同能级之间跃迁产生的原子光谱是波长确定、相互分隔的谱线，原子光谱称作线光谱。
第7页/共17页
能级图
ΔE=E2E1 =h ν = hc/λ
第8页/共17页
例如：钠原子，核外电子组成为：（1S）2（2S）2（2P）6（3S）1
此时光谱项（基态光谱项）为： 32S1/2 表示n=3 L=0 S=1/2 J=1/2
原子吸收光谱：原子蒸气选择性地吸收一定频率的光辐射跃迁到较高能态产生的吸收光谱。
原子荧光光谱：气态原子吸收光辐射后，由基态跃迁到激发态。激发态原子通过辐射跃迁回到基态或较低的能态产生的二次光辐射叫做原子荧光。形成的光谱叫做原子荧光光谱。
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二、分子光谱
分子能级：分子中不但存在成键电子跃迁所确定的电子能级，而且还存在着由原子在其平衡位置相对振动所确定的振动能级，以及由分子绕轴旋转所确定的转动能级。
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电磁波可以用频率（）、波长（）和波数（）等波参数来表征。
在真空中所有的电磁辐射的传播速度一样：
c = =2.997921010 cm.s-1 （二）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。
E= h=h.c/
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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。
（3）低能辐射区：微波区和射频区。又称波谱区。
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第二节原子光谱和分子光一、谱原子光谱
原子光谱原子光谱产生于原子外层电子能级的跃迁，取决于（1）外层电子的运动状态，(2)电子间的相互作用。
（1）原子核外电子的运动状态可以用主量子数n，角量子数l、磁量子数m和自旋量子数s表示。

【大学课件】光学分析法导论

连续光谱：
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线光谱: 由若干条强度不同的谱线和
暗区相间而成的光谱。
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带状光谱: 由几个光带和暗区相间而成
的光谱。
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线光谱
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带光谱 17
连续光谱：在一定范围内。各种波长的光都有，连续不断，无明显的谱线和谱带。
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（二）分子光谱和原子光谱：原子光谱主要是由于核外电子能级发生变化而产生的辐射或吸收而产生的光谱。分子光谱则是由于分子中电子能级及分子的振动、分子的转动能级的变化而产生的光谱。
第一章光学分析法导论
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1
一．电磁波的基本性质 1．电磁波的种类：
波 5×10-3 0.1～10 10～200
200～400
长～0.1
λ 名 γ射线 x射线远紫外光近紫外光
称
波 400 ～ 750 ～ 1.0×106 ～ 1.0×109 ～
长 750
1.0×106 1.0×109
1.0×散射辐射的波长和强度进行分析的方法。
它又可分为吸收光谱法、发光光谱法、散射光谱法三种。
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１）吸收光谱法：它是利用物质吸收光后所产生的吸收光谱来进行分析的方法。
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２）发光光谱法：物质中的粒子用一定的能量（如光、电、热等）激发到高能级后，当跃迁回低能级时，便产生出特征的发射光谱，利用此发射光谱进行的分析的方法
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波长（λ）：表示相邻两个光波各相应点间的直线距离（或相应两个波峰或波谷间的直线距离）。
波数（ω）：指在单位长度内波的数目。

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红外吸收光谱法:红外光分子吸收
远红外光谱区
电子自旋共振波谱法:微波分子未成对电子吸收
核磁共振波谱法:射频原子核自旋吸收
2. 光与物质的相互作用
电磁辐射与物质相互作用的方式：
发射、吸收
粒子性
反射、折射、透射、散射、干涉、衍射波动性
（1）吸收辐射能作用于物质后，物质选择性地接受一定波长（频率）的辐射能，从低能态跃迁至高能态 (激发态)，这种现象称为吸收；基于这种现象建立起来的Байду номын сангаас析方法称为吸收光谱法。
电场
y = A sin(t + ) = A sin(2vt + )
磁场
单色平面偏振光的传播
传播方向
• 频率：一秒内电磁场振荡的次数，单位Hz或s-1。
– 只决定于辐射源，与介质无关
• 波长：是电磁波相邻两个同位相点之间的距离，单位有 m、cm、m、nm、埃。
• 波速 c：电磁辐射传播的速度，电磁辐射在不同介质中传播速度是不同，只有在真空中所有电磁辐射的传播速度才相同，都等于光速。
第十章光学分析法导论 Optical analysis
光学分析法是基于电磁辐射与物质相互作用辐射信号或发生的变化来测定物质的性质、含量、结构的一类分析方法。
光学分析方法涉及到三个要素： ①能源提供能量
电磁辐射、声波、电子流、离子流
②能量与物质的相互作用
电场-物质、磁场-物质
③分析信号的产生及其检测
1、热能激发发光，发射谱线强度与物质浓度的关系——赛伯-罗马金公式：
a为比例系数，b为自吸系数
原子发射光谱定量分析公式 2、光致发光，发射谱线强度与物质浓度的关系：
I = kc
即在Io一定的情况下，光强度与被测物质的浓度成正比
荧光光谱及磷光光谱
吸收或发射过程的要素：
①物质与光子发生碰撞；
②E光子=△EM*/M； ③E光子与物质的△EM*/M是量子化的； ④吸收与发射分别产生吸收或发射光谱。
原子光谱：原子发射光谱、原子吸收光谱、原子荧光光谱分子光谱：紫外-可见吸收光谱、分子荧光/磷光光谱、化学发光
波谱区近红外光中红外光远红外光
微波
射频
波长
0.75~2.5 2.5~50 50~1990 0.1~100c
m
m
m
m
1~100 m
跃迁类型
分子振动
近红外光谱区:配位化学的研究对象
分子转动电子、核自旋
以能量（吸光度或透过率）为纵坐标，波长（或频率）为横坐标的曲线为吸收光谱图（或吸收曲线）。
Spectrum of ozone
吸收光谱法：利用物质吸收光后所产生的吸收光谱进行分析的方法
比尔定律：当一束平行单色光垂直通过某一均匀非散射
的吸光物质时，其吸光度A与吸光物质的浓度c及吸收层
厚度b成正比
1. 电磁辐射的性质
电磁辐射：以极大速度通过空间，不需要以任何物质作为传播媒介的一种电磁波（能量），电磁波是振荡并互相垂直的电场E和磁场M的结合。
这些电磁辐射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)。波动性粒子性
(1) 波动性
电磁辐射为正弦波（波长、频率、速度、振幅）。与其它波，如声波不同，电磁波不需传播介质，可在真空中传输。
-射线
5~140 pm
核能级
X-射线远紫外光
10-
10~200n
3~10nm
m
原子内层电子
近紫外光
可见光
200~400nm 400~750nm
原子外层电子/分子成键电子
莫斯鲍尔光谱法:-射线原子核 -射线吸收
远紫外光----真空紫外区。此部分光谱会被空气吸收
X-射线吸收光谱法: X-射线/放射源原子内层电子（n>10) X -射线吸收 X-荧光光谱法: X-射线原子内层电子特征X -射线发射
吸收
基态 M
+ hν
M
* 激发态
- hν
发射
（3）透射
频率不变
折射率
c ：真空中的光速 c2：介质中的光速
不同介质，折射率不同同一介质对不同波长的光，折射率不同
色散曲线
正常色散区：用于透镜，减小色差非正常色散区：用于棱镜的分光功能
（4）散射
瑞利散射当介质的分子比光的波长小时发生Rayleigh 散射。光子与介质分子产生弹性碰撞，只改变传播方向而没有能量交换的分子散射。散射光强与波长的四次方成反比 I ∝λ－4。
•
c = = 3×1010 cm•s-1
• 波数K: 是1 cm内波的数目，单位为cm-1。
•
K = 1/
(2) 粒子性当物质发射电磁辐射或者电磁辐射被物质吸收时，
就会发生能量跃迁。此时，电磁辐射不仅具有波的特征，而且具有粒子性，最著名的例子是光电效应现象的发现。
E h hc
λ
E --光子的能量 J, 焦耳
υ ---光子的频率 Hz, 赫兹
---光子的波长 cm
C ---光速
2.99791010 cm.s-1
h ---Planck常数 6.625610-34 J.s 焦耳. 秒
光子的能量只与频率有关，与光强无关
能态（Energy state）物质粒子总是处于特定的不连续的能量状态，即能量是量子化的（电子能态，振动能态，转动能态）；处于不同能量状态粒子之间发生能量跃迁时的能量差 E 可用 h 表示。
拉曼散射光子与介质产生非弹性碰撞，不仅改变了光子的运动方向，还有能量交换，产生与入射光不同波长的散射光（ Raman散射）。这种散射与物质分子的振动和转动能级有关，可以表征分子振动和转动能级的特性。
（5）折射和反射
（6）干涉
当频率相同，振动方向相同，周期相等(或周期差保持恒定)的光波互相叠加时，产生明、暗相间的条纹，这种现象称为干涉。
A=lg(1/T)=εbc
A为吸光度
T为透光度,是透射光强度/入射光强度
c为吸光物质的浓度
b为吸收层厚度
注意单位！
（2）发射处于高能态（激发态）的物质不稳定，通过约10-8s释放能量返回基态，若以发射光子的形式放出能量，则得到发射光谱。
发射光谱法：物质中的粒子用一定的能量（如光、电、热等）激发到高能级后，当跃迁回低能级时，便产生出特征的发射光谱，利用此发射光谱进行的分析的方法。
两个重要推论：物质粒子存在不连续的能态，各能态具有特定的
能量。当粒子的状态发生变化时，该粒子将吸收或发射完全等于两个能级之间的能量差；反之亦是成立的，即
E =E1-E0=h
（3）电磁波谱
电磁辐射按波长(或频率、波数、能量)大小顺序排列得到电磁波谱
电磁波谱与现代仪器分析方法
波谱区波长
跃迁类型