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光学分析法导论

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第2章 光学分析法导论
能量→物质 →电磁辐射 电磁辐射 物质 →辐射
光学分析法：是基于能量作用于物质后产生电磁 辐射信号或电磁辐射与物质相互作用后产生辐射 信号的变化而建立起来的一类分析方法。
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无线电
10-4nm
0.001nm 10nm 200nm 400nm 780nm
γ射线 X射线 远紫外 近紫外 可见光 红外
微波区
波长短 能量大 粒子性明显
光学光谱区
波长长 能量小 波动性明显
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例 使分子或原子中的价电子激发跃迁所需 的能量为1~20eV，计算出该能量范围相应的 电磁波的波长范围。
E=1ev
• λ=hc/E
− 34 10 −1
hC 6 .626 × 10 J ⋅ s × 2 .998 × 10 cm ⋅ s λ= = E 1 × 1 .602 × 10 −19 J = 1240 nm
× 10 7
hC 6 . 626 × 10 − 34 × 2 . 998 × 10 10 = × 10 λ = − 19 E 20 × 1 . 602 × 10 = 62 nm
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M* M*
§2 光学分析法的分类
折射、散射、干涉、衍射、偏振和圆二色等 Δ 光致发光 X射线荧光分析法 原子荧光 分子荧光 分子磷光 原子发射光谱法 非辐射发光 光谱法 紫外-可见 吸收光谱法 原子吸收光谱法 红外光谱法 核磁共振波谱法 化学发光法
能量→物质→电磁辐射
化 光 电 热 学 能 能 能 能
主要应用 物质组成研究 结构的研究， 基团的识别， 几何构型的确定， 表面分析； 定量分析等方面
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§1 电磁辐射的基本性质 basic properties of electromagnetic radiation
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ห้องสมุดไป่ตู้
§3 光谱法仪器
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仪器组成部分 Ø光源 Ø单色器 Ø样品容器 Ø检测器 Ø读出装置
能量E 非光谱法 能量E hγ
光 学 M 分 M 析 法
hγ
发射光谱法
散射光谱法
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光谱分析法 光谱分析法
原子光谱分析法 原子光谱分析法
分子光谱分析法 分子光谱分析法
原 子 吸 收 光 谱
原 子 发 射 光 谱
一、 光的波动性
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ü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，单位为s（秒）
ü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
单位: S-1 (Hz)
ν=1/T c= λν µm nm Å
• 电磁辐射是一种以极大的速度通过空间, 而不需要以任何物质作为传播媒介的能量 形式
电磁辐射在真空中的传播速度为 2.99792×10
10
cm s-1
电磁辐射具有波动性和微粒性（波粒二相性）
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原 子 吸 收
原 子 荧 光
X 射 线 荧 光
紫 外 可 见
红 外
分 子 荧 光
分 子 磷 光
核 磁 共 振
化 学 发 光
原子光谱法 光谱分析法
分子光谱法
吸收光谱法 原 子 吸 收 紫 外 可 见 红 外 可 见 核 磁 共 振 原 子 发 射
发射光谱法 原 子 荧 光 分 子 荧 光 分 子 磷 光 X 射 线 荧 光 化 学 发 光
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） 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； （2） 在12.6μm的红外吸收峰。 3. 何谓光的二相性？何谓电磁波谱？ 4. 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。 5. 光谱法的仪器通常由哪几部分组成？它们的作用是什 么？ PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
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7
10-4nm
0.001nm 10nm 200nm 400nm 780nm
γ射线 X射线 远紫外 近紫外 可见光 红外
0.1cm
100cm 104cm
无线电
微波区
光学光谱区
γ射线: 原子核能级的跃迁产生的 X射线:原子或分子内层电子跃迁产生的 紫外和可见光:原子或分子外层电子跃迁产生的 红外光:分子的振动和转动能级的跃迁产生的 微波:分子转动或电子自旋能级的跃迁产生的 无线电波:电子和原子核的自旋能级的跃迁产生的
原 子 荧 光 光 谱
X 射 线 荧 光 光 谱
紫 外 光 谱 法
红 外 光 谱 法
分 子 荧 光 光 谱 法
分 子 磷 光 光 谱 法
核 磁 共 振 波 谱 法
化 学 发 光 法
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原 子 发 射
能量 E = hν h: 6.626×10-34 J•s uE=hν=hc/λ=hcσ c= λν σ =1/λ
λ越大,波动性越明显; E越大, 粒子性越明显
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能量单位换算表
J Cal Erg eV
ü波长λ
λ=c/ ν
c= λν =3×1010 cm·s-1 波长的单位: m cm ü波数σ σ =1/ λ ü波速ν 单位:cm-1 !!!
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二、光的粒子性 • 光可以被看作具有一定能量的粒子流, • 这种粒子称为光子或光量子
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三、电磁波谱 Electromagnetic Spectrum
0.75-2.5µm 2.5-50µm • 把电磁辐射按波长大小顺序排列就得到电磁波谱 50-1000 µm
0.1cm 100cm 104cm
光检测器，热检测器 连续光源，线光源 棱镜，光栅
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例 波长为412.5nm的光，求频率、能量、波数
c 2 . 997 × 10 8 m ⋅ s − 1 ν = = λ 412 . 5 × 10 − 9 = 7 . 265 × 10 14 s − 1
1J 1 0.2390 107 6.241×1018 (焦耳) 1Cal 4.184 1 4.184×107 2.612×1019 (卡) 1erg 10-7 2.390×10-8 1 6.241×1011 (尔格) 1eV 1.602×10-19 3.829×10-20 1.602×10-12 1 (电子伏)
E = hν = 6.626 ×10 −34 J ⋅ s × 7.265 × 1014 = 4.814 ×10
−19
J
−19
4.814 ×10 E= = 3.005ev −19 1.602 ×10
1 1 σ= = = 2.424 ×104 cm−1 −7 λ 412.5 ×10
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光学分析法导论全

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。
仪器分析光学分析法导论

仪器分析光学分析法导论


电磁辐射具有波动性和微粒性（波粒二象性）： （1） 光的波动性： 光的传播如光的折射、衍射、偏振和干扰等现象可以用光的波动性来解释。 描述波动性的重要参数是波长、频率和光速C，它们的关系是 ：
＝C ∕
波动性
波长
频率
c光速＝2.9979×108m·s-1 ＝2.9979×1010cm·s-1
分子荧光分析法 某些物质被紫外光照射激发后，在回到基态的过程中发射出比原激发波长更长的荧光，通过测量荧光强度进行定量分析的方法。
3.原子荧光分析法
原子受高能辐射，其内层电子发生能级跃迁，发射出特征X射线（ X射线荧光），测定其强度可进行定量分析。
6.X射线荧光分析法
利用化学反应提供能量，使待测分子被激发，返回基态时发出一定波长的光，依据其强度与待测物浓度之间的线性关系进行定量分析的方法。
三、光分析法分类 type of optical analysis
光分析法可分为光谱法和非光谱法两大类。 光谱法是以光的吸收，发射和拉曼散射等作用而建立的光谱方法。这类方法比较多，是主要的光分析方法。 １．光谱法 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。 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。 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 ３）散射光谱法：利用物质对光的散射来进行分析的方法。
三、物质和光的作用
2、物质吸收和发光的过程示意图
不发光，发热
发光，波长最短，不发热
发光，波长最长，发热
发光，波长变长，发热
2 章 光学分析法导论

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