工科分析化学光学分析法导论随堂讲义

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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。

光学分析法导论

3．散射光谱
• 分子吸收辐射能后，有一部分电子激发至电子能级中较高的振动能级，在很短时间内（约10-12S）返回原来的基态或比原来稍高或稍低的振动能级时，而向四周发射，这时在不与光路平行的方向上观察到的光谱称散射光谱。
• 散射光谱有两种：瑞利（Rayleigh）散射：只改变方向，散射辐射的频率与入
统称为光学光谱区。基态：在原子（或离子、分子）中，价电子一般在能量最
低的轨道上运动，这种能量最低的稳定状态叫做基态。处于基态的原子称基态原子，处于基态的离子称基态离子，处于基态的分子称基态分子。激发态：如果原子（或离子、分子）中有处在其它较高能级上
运动的电子时，则称之为激发态。
0.76～2.5m 分子的振动和转动能级的跃迁
2.5～50m
紫外光谱法分光光度法红外分光光度法红外光谱法
远红外光微波射频
50～1000m
0.1～100cm 1～100m
分子的转动能级跃迁分子的转动及电子自旋能级跃迁电子自旋及核自旋
微波光谱法核磁共振波谱法
§1－2光谱的分类
几个基本概念：光学光谱区：包含紫外、可见及红外等光谱在内的光谱区域，
光子的能量为：
式中： E: 为光量子的能量，其单位为J或kJ（也可用“电子伏特eV”
作单位）； leV为1个电子通过电位差为 1伏特的电场时所吸收或释放的能
量； 1eV＝1.602×10-19 J； h: 为普朗克常数，其值为h=6.626×10-34 J·s； C : 光速，C=3.0×108m/s。
2. 吸收光谱
当一定能量的光辐射通过气态、液态或透明固体物质时，物质的原子、离子或分子将吸收相应能量的光辐射而由低能态跃迁至较高能态，从而产生一吸收光谱。这种

第二章光学分析法导论

第二章光学分析法导论第二章光学分析法导论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）统计权重和简并度（4）分子振动光谱和分子转动光谱（5）禁戒跃迁和亚稳态（6）光谱项和光谱支项（7）分子荧光、磷光和化学发光（8）拉曼光谱答：（1）由原子的外层电子能级跃迁产生的光谱称原子光谱；由分子成键电子能级跃产生的光谱称分子光谱。

（2）原子受外界能量（如热能、电能）作用时，激发到较高能态，但很不稳定，再返回基态或较低能态而发射特征谱线形成的光谱称原子发射光谱。

由基态原子蒸气选择性地吸收一定频率的光辐射后跃迁到较高能态产生的原子特征光谱称原子吸收光谱。

（3）由能级简并引起的概率权重称为统计权重。

在磁场作用下，同一光谱支项会分裂成2J+1个不同的支能级，2J+1称为简并度。

（4）由分子在振动能级间跃迁产生的光谱称分子振动光谱；由分子在不同转动能级间跃迁称分子转动光谱。

（5）不符合光谱选择定则的跃迁叫禁戒跃迁；若两光谱项之间为禁戒跃迁，处于较高能级的原子有较长寿命，称为亚稳态。

（6）光谱项：用n 、L 、S 、J 四个量子数来表示能量状态，符号n 2S+1L J ；光谱支项： J 值不同的光谱项。

（7）荧光和磷光都是光致发光。

荧光是物质的基态分子吸收一定波长范围的光辐射激发至单重激发态，再由激发态回到基态产生的二次辐射；磷光是单重激发态先过渡到三重激发态，再由三重激发态向基态跃迁产生的光辐射；化学发光是化学反应物或产物受反应释放的化学能激发产生的光辐射。

（8）拉曼光谱：入射光子与溶液中试样分子间非弹性碰撞引起能量交换而产生的与入射光频率不同的散射光谱。

2、阐明光谱项中各符号的意义和计算方法。

答：光谱项：n 2S+1L J ；其中n 为主量子数，与个别单独价电子的主量子数相同，取值仍为1，2，3，…任意正整数。

L 为总角量子数，其数值为外层价电子角量子数l 的矢量和，即：∑=iil L 两个价电子耦合所得的总角量子数与单个价电子的角量子数l 1、l 2有如下的取值关系：L = (l 1+l 2)，(l 1+l 2 －1)，(l 1+l 2 －2)，…，｜l 1－l 2｜其值可能为L ＝0，1，2，3，…，相应的光谱项符号为S ，P ，D ，F ，…。

分析化学第2章光学分析导论

三、光谱仪器
组成：光源，样品容器，单色器，检测器（光电转换器、电子读出、数据处理及记录）。
吸收
光源或光源或炽热固体炽热固体
样品容器样品容器分光系统分光系统光电转换光电转换信号处理器信号处理器
荧光
样品容器样品容器
分光系统分光系统
光电转换光电转换
信号处理器信号处理器
光源灯或光源灯或激光激光
γ射线的波长最短（频率最高），能量最大；其后依次是X射线区，紫外—可见和红外光区；无线电波区波长最长（频率最低），能量最小。
物质的各种跃迁类型是与各电磁波谱区域相对应的，因此，可以由公式E =hν=h c /λ计算在各波谱区域产生各类型跃迁所需的能量，反之亦然。
例如，使分子或原子中的价电子激发跃迁所需的能量为1-20eV，则可以算出该能量范围相应的电磁波的波长为1240-62nm。
仪器分析
主讲：尹洪宗
第2章
光学分析方法导论
Guide of Optics Analytical Method
牢固掌握电磁辐射和电磁波谱的概念及性质熟练掌握电磁辐射各种物理量之间的换算清楚理解物质与电磁辐射作用产生的各种光谱
清晰光学分析法分类的线索
了解光谱法的基本仪器部件
第一节电磁辐射与电磁波
将波长换算成波数的关系式为:
~ (cm 1 ) 104
(cm )
( m )

107
( nm )
1）波的叠加（Superposition）
y
t
频率相同的正弦波叠加得相同频率的合成正弦波
1/1
1/1
1/()
频率不同的正弦波叠加得不同频率的非正弦波；更多的正弦波叠加可形成方波

01 光学分析法导论(讲课版)

五、读出装置
由检测器将光信号转换成电信号后，可用检流计、微安计数字显示器、计算机等显示和记录结果。现代分析仪器多配有计算机完成数据采集、信号处理、数据分析、结果打印，工作站软件系统。
教学要求
掌握光学分析法的分类掌握光学分析法的基本特性掌握光谱分析法的仪器结构
了解单色器的分光特征
二、吸收光谱法
分类： 1. Mōssbauer（莫斯鲍尔）谱法
由与被测元素相同的同位素作为射线的发射源，使吸收体（样品）原子核产生无反冲的射线共振吸收所形成的光谱。光谱波长在射线区。
第一节
光学分析法及其分类
2. 紫外-可见分光光度法利用溶液中的分子或基团在紫外和可见光区产生分子外层电子能级跃迁所形成的吸收光谱。根据吸收光谱用于定性和定量测定。 3. 原子吸收光谱法
第一节光学分析法及其分类
5. 分子荧光分析法某些物质被紫外光照射后，物质分子吸收辐射而成为激发态分子，然后回到基态的过程中发射出比入射波长更长的荧光。测量荧光的强度进行分析的方法称为荧光分析法。 6. 分子磷光分析法物质吸收光能后，基态分子中的一个电子被激发跃迁至第一激发单重态轨道，由第一激发单重态的最低能级，经系统间交叉跃迁至第一激发三重态（系间窜跃），并经过振动弛豫至最低振动能级，由此激发态跃迁回至基态时，便发射磷光。
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）、分子磷光光谱法（MPS）等。
分子光谱
分子能级
电子能级
能级差
反映的信息
反映价电子能量状况等信息可给 △E 1--20 eV 出物质的化学性质的信息。(主紫外可见波区要用于定量测定) △E 0.05--1 eV 红外波区 △E 0.050.005eV 远红外区反映价键特性等结构信息。主要用于定性，定量比UV/Vis 差。反映分子大小、键长度、折合质量等分子特性的信息。

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☆ 普朗克(Prank)关系式波动性——粒子性之间的“桥”
E = h = hc / 普朗克常数 (6.62559 ± 0.00015)×10-34焦耳秒(Js)
第12章光学分析法导论
12-1 电磁辐射的基本特征
4 电磁波谱及分析方法
电磁波谱区域 200 nm
波数 108
(cm-1)
800 nm
电子能谱分析法真空紫外紫外可见近红外中红外远红外微波无线电波 10~200nm 200~400nm 400~800nm 0.8~2.5μm 2.5~50μm 50~300m 0.3~1000mm 1m ~ 1000m 外层电子及价电子能级外层电子及价电子能级分子振动能级分子振动能级分子转动能级分子转动、电子自旋能级核自旋真空紫外吸收光谱法紫外可见吸收光谱法原子吸收、发射、荧光法
频率波长只决定于辐射源，而与介质无关与传播速度V、介质（折射率 n=c/V）有关
第12章光学分析法导论
12-1 电磁辐射的基本特征
3 粒子性及普朗克关系式
☆ 粒子性不连续的能量微粒————光子（光量子）
1 eV=1.6021892×10-19 J 常用每摩尔能量 1 erg=10-7 J=2.3901 ×10-8 Cal =6.2418 ×1011 eV 1 Cal=4.186 J 能量
光谱法
吸收、发射、荧光、拉曼光谱
按电磁辐射的量子跃迁类型格按电磁辐射的能量大小
相关方法简介，见教材
核能级谱，
电子、振动、转动光谱，电子自旋及核自旋谱
电磁波谱区域与相应的光谱分析方法
按电磁辐射的能量大小
光谱区域波长范围跃迁类型光谱分析方法射线 0.001 ~0.1Å 核能级跃迁射线发射法莫斯堡尔法 X射线 0. 1 ~100Å 原子內层电子能级跃迁 X-荧光、衍射法
分子荧光光谱法红外吸收光谱法拉曼光谱法
微波吸收、电子顺磁共振谱核磁共振谱
第12章光学分析法导论 12-2 电磁波与物质的相互作用
（单色光）入射 I0 i1 空气 i2
法线 Ir
反射
n1 =1 r2
折射
玻璃n2 =1.5
折射: 斯涅尔（Snell）折射定律 n2Sinr2 = n1Sini1 反射: 入射角i1 = 反射角i2 ⊥反射的反射率 = Ir / I0= (n2 - n1)2/ (n2 + n1)2 i1＜60°时变化不大
105 104 103 102 101 1 10-1 10-2 10-3
核磁共振
107
106
-射线核跃迁
X– 紫外射线
内层电子跃迁
近近红紫可外见外光
中红远红外外
顺磁共振
红外波段分子
共价电子跃迁
微波波段分子
转动
射频波段磁场中自旋
取向
振动
波长 (m) 10-10 10-9
物质辐射能相互作用为基础
折射非光谱法—— 反射不涉及能级间的跃迁色散只改变传播方向、速度散射相应方法或某些物理性质干涉衍射旋光光谱法——能级跃迁——波长和强度
光学分析法
第12章光学分析法导论
12-3
光学分析法的分类
按电磁辐射的物质对象
分子光谱原子光谱
按电磁辐射的能量传递方式
《光学分析法导论》结束
请预习第13章
散射：瑞利(Rayleigh)散射拉曼(Raman)散射吸收：发射：—— 能级间跃迁高能态（激发态）Ei 吸收发射
强度同波长的四次方成反比频率不改变量子化的频率改变
满足△E=h
h
h
低能态（基态）E0
能级能级的简并跃迁光谱
第12章光学分析法导论
12-2 电磁波与物质的相互作用
第12章光学分析法导论
12-1 电磁辐射的基本特征
2 波动性可用波性质的波参数来描述
“时”域参数———周期 P 频率 “空”域参数———波长波数 “时”域参数与“空”域参数的联系：传播速度 V cm/s V=
真空中传播速度c= (2.997925±0.000001)×1010cm/s 应该注意：频率更能表征辐射的特征
第12章光学分析法导论
12-2 电磁波与物质的相互作用
全反射： Sini2>n1/n2时出现 i2超过某一值时，便发生全反射, 此角称临界角服从反射定律仅出现在折射率较高的介质中。色散：折射率n 随频率而变，复合光的折射角随频率而改变 n ↑ ↑ 正常色散适宜制作透镜 n↓ ↑ 反常色散适宜制作棱镜
第12章光学分析法导论
1 什么叫电磁波？一种以巨大速度通过空间，不需要以任何物质作为传播媒介的 12-1 电磁辐射的基本特征能量形式，称为电磁波。在整个电磁辐射范围内，按波长或频率的大小顺序排列起来，即为电磁波谱电磁波的二重性
第12章光学分析法导论
12-1 电磁辐射的基本特征
波动性可用波性质的波参数来描述周期P （s）频率（s-1=Hz） =1/ P 波长厘米微米纳米埃 cm m nm Å 10-2 m 10-6 m 10-9 m 10-10m 波数（cm-1）称为开瑟(Kayser, K表示)=1/
第
12章
光学分析法导论
第12章光学分析法导论
什么叫光学分析法？
利用电磁辐射为“探针”来探测物质性质 An Introduction to Optical Analysis 、含量和结构的方法。
12-1 12-2 12-3 12-4 电磁辐射的基本特征辐射与物质的相互作用光学分析法的分类光学光谱法的仪器
10-8
10-7
10-6
10-5
10-4
10-3
10-2
10-1
1
101
第12章光学分析法导论
12-1 电磁辐射的基本特征
4 电磁波谱及分析方法
电磁波谱区域与相应的光谱分析方法
光谱区域波长范围跃迁类型光谱分析方法射线 0.001 ~0.1Å 核能级跃迁射线发射法莫斯堡尔法 X射线 0. 1 ~100Å 原子內层电子能级跃迁 X-荧光、衍射法
第12 章光学分析法导论
12-2 电磁波与物质的相互作用
干涉：两个波叠加时，组合波的振幅是组份波的矢量和同相位组合波相长相位差1800组合波相消衍射：干涉现象的结果平行单色光通过狭缝时 , 可在透镜后，屏幕上看到明暗交替的衍射条纹
第12章光学分析法导论
12-2 电磁波与物质的相互作用分子荧光光法红外吸收光谱法拉曼光谱法
微波吸收、电子顺磁共振谱核磁共振谱
第 12章光学分析法导论
12-4
光学光谱法的仪器
三种类型光谱仪器的总体结构特点？光学光谱仪器的部件、特点及光谱的匹配问题？光源、检测器的一般要求、类型及各自的特点？滤光片、单色器的类型及其光学特性的表述？色散率、分辨率的定义及有关概念。
电子能谱分析法
真空紫外紫外可见近红外中红外远红外微波无线电波 10~200nm 200~400nm 400~800nm 0.8~2.5μm 2.5~50μm 50~300m 0.3~1000mm 1m ~ 1000m 外层电子及价电子能级外层电子及价电子能级分子振动能级分子振动能级分子转动能级分子转动、电子自旋能级核自旋真空紫外吸收光谱法紫外可见吸收光谱法原子吸收、发射、荧光法

工科分析化学光学分析法导论随堂讲义

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