√-0-光学分析法导论-1学时

散射（scattering）:是指由传播介质的不均匀性引起的光线 向四周射去的现象。 瑞利散射 分子散射
散射
丁铎尔散射
拉曼散射
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分子散射
瑞利散射 拉曼散射
分子散射:辐射能比辐射波长小得多的分子或分子聚集体之间的 相互作用而产生的散射光. 瑞利散射:是光子与分子间发生“弹性碰撞”时产生的散射光现 象。 散射光的波长与入射光的波长相同，只是改变了运动方向
在空气条件好的情况下，即空气比较洁净，悬浮尘埃较少时，主要 的散射是瑞利散射，散射光中蓝色成份较多。这就是我们所期望看到 的蓝天白云。 而在一些城市里，特别是大气污染较严重的大城市里，由于空气中 充满了线度较大的悬浮尘埃粒子，此时的散射光有很大一部分是丁达 尔散射产生的，呈白色。因此，天空就是白茫茫的。
300~2000条/mm
光栅的分光作用：狭缝的衍射作用形成的 1.平面光栅衍射的色散方程
nλ = d(sinφ±sinφ´)
n—(级数) 0,±1,±2,… φ--为入射角 d --为光栅常数 φ´ --为衍射角 闪耀波长 Φ’ 2.平面光栅衍射的闪耀特性

φ
闪耀角
闪耀光栅：
通过改变a、d、，使 衍射的辐射强苏集中在所 需的波长范围内。
应用波段 UV-Vis
350-(500)max-750nm 据光敏材料而定 ibid 190-1100nm
真空光电管（Vacuum phototube） 光电倍增管（Photomultiplier tube） 硅二极管（Silicon diode） 光二极管阵列（Photodiode array, PDA）
普朗克(Planch)公式
hc E h λ
E -光子的能量 υ -光子的频率 -光子的波长 C -光速 h -Planch常数
J, 焦耳 Hz, 赫兹 cm 2.99791010 cm.s-1 6.625610-34 J.s 焦耳. 秒
3
折射和反射 二、物质与光的相互作用 散射 吸收和发射
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天气很好时，天空是蔚蓝色的， 但是在靠近地面的地方还是有太多 的尘埃，远不如高空那样清澈。
白色的太阳光包含着从红到蓝紫各色的光， 在太阳光经过大气层时，会发生散射，而且 主要是与光波长有关的瑞利散射。种散射是 短波长(蓝光)的成份散射强，被散射掉了， 透射的光中长波长(红光)的成份就较多。透 射光中的红光成份比例是与光线穿过大气层 的行程长短有关的。
灵敏度高； S/N大； 暗电流小； 响应快且在宽的波段内响应恒定。
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二 光电转换器种类及其应用波段 C.）光电转换器种类及应用波段
检测器种类 早期检测器 检测器 人眼(Vis)，相板及照像胶片(UV-Vis) 硒光电池（Photovoltaic cell,光伏管） 光电转换器
(photo transducer)
(Thermal transducer)
电导检测器（Photoconductivity） ； 热电偶（Thermocouple） 辐射热计（Bolometer） 热释电（Pyroelectric transducer） IR
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三、光电倍增管（photomultiplier tube, PMT）
光电倍增管示意图 石 英 套 9 5 7 6 4 2 8
谱线是属于产生电子吸收的集团，其他部分可能因为激光的吸收而被
减弱；（3）从共振拉曼的退偏振度的测量中，可以得到正常拉曼光 谱中得不到的分子对称性的信息。
2、表面增强拉曼散射
当一些分子被吸附到某些粗糙的金属，如金、银或铜的表面时， 它们的拉曼谱线强度会得到极大地增强，这种不寻常的拉曼散射增强
现象被称为表面增强拉曼散射效应 .
上面所说的丁达尔散射和瑞利散射都是弹性散射。
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分子散射的散射规律与大颗粒异质体散射（丁达尔散射） 规律不同，其散射强度是与入射光的波长有关的，即散射强度 与光波波长的四次方成反比，这就是瑞利散射定律。这类散射 也称为瑞利散射。 1 4 I V 4 瑞利散射时，由于蓝光波长较短，其散射强度就比波长较 长的红光强，因此散射光中蓝光的成份较多。 丁达尔散射和瑞利散射的规律不同， 是能不能看到蓝天白云的根本原因。
带光谱
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。 18
§2 光学分析法中的光栅单色器
一.棱镜单色器基本组成
聚焦物镜 f 入射狭缝 准直镜 棱镜单色器 聚焦面 出射狭缝
二. 光栅单色器基本组成
准直镜 聚焦物镜 f 聚焦面
入射狭缝
平面衍射光栅
出射狭缝
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20
21
三. 平面衍射光栅
a
d
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§3 光学分析法中的检测器 一. 光电转换器（Transducer）
1.定义：光电转换器是将光辐射转化为可以测量的电信号的器件。
S = KP + KD= KP
2.理想的光电转换器要求
S:以电压或电流为单位的电响应； K:校正灵敏度；P：辐射功率； KD: 暗电流(可通过线路补偿，使为0)

拉曼位移: 拉曼散射光与瑞利散射光的频率差。 拉曼散射共分为两类型：
1、共振拉曼散射 当一个化合物被入射光激发，激发线的频率处于该化合物的电子
吸收谱带以内时，由于电子跃迁和分子振动的耦合，使某些拉曼谱线
的强度陡然增加，这个效应被成为共振拉曼散射。
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共振拉曼光谱是激发拉曼光谱中较活跃的一个领域，原因在于： （1）拉曼谱线强度显著增加，提高了检测的灵敏度，适合于稀溶液 的研究，这对于浓度小的自由基和生物材料的考察特别有用；（2） 可用于研究生物大分子中的某一部分，因为共振拉曼增强了那些拉曼
多通道转换器
(Multichannel transducer)
电荷转移器件 Charge-transfer device, CTD：
电荷注入器件(Charge-injection device, CID) 电荷耦合器件(Charge-coupled device, CCD)
UV-Vis
电导检测器 热检测器
第三篇《光学分析》
第一章
光学分析法导论
光学分析法是建立在物质发射的电磁辐射 或电磁辐射与物质相互作用的基础上的各种 分析方法的统称。
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§1 概 述 一 电磁波的基本性质
电磁辐射是以接近光速传播的能量，电磁辐射具有波粒二象性
1.电磁波的种类：

10-2 nm
射 线 x 射 线
10 nm
102 nm 104 nm
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C.V.拉曼1928年，印度物理学家C.V.拉曼在气体和液体中观察到散射光频率发
生改变的现象。拉曼散射遵守如下规律：散射光中在每条原始入射谱线(频率为 v0)两侧对称地伴有频率为v0±vi(i＝1，2，3，…）的谱线，长波一侧的谱线称红 伴线或斯托克斯线，短波一侧的谱线称紫伴线或反斯托克斯线；频率差vi 与入射 光频率v0无关，由散射物质的性质决定，每种散射物质都有自己特定的频率差， 其中有些与介质的红外吸收频率相一致。拉曼散射的强度比瑞利散射（可见光的 散射）要弱得多。
A
O
hi
原子吸收光谱
波长 A
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O
分子吸收与发射光谱(带光谱)
E2
分子发射光谱
hi
E1
I
半宽度20~100nm
A(T)
波长/nm
半宽度20~100nm
分子吸收光谱
E0
波长/nm
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分子光谱(带光谱)
有机、无机分子
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。表现形式为带光谱。
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原子吸收与发射光谱
原子光谱主要是由于核外电子(原子外层或内层电子)能级的 变化而产生的辐射或吸收而形成的光谱。它的表现形式为线光谱。 原子发射光谱法（AES） 原子吸收光谱法（AAS） 原子荧光光谱法（AFS） X射线荧光光谱法（XFS）等。
E3 E2 E1 E0
原子发射光谱
半宽度10-2~10-5
ΔE分子 ΔE电子 ΔE振动 ΔE转动 ΔE平动 h(ν电子 ν振动 ν转动 ν平动) hc /( λ电子 λ振动 λ转动 λ平动)
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，分 子发射光谱法，分子吸收光谱法和分子磷光光谱法等。
紫 外 光 红 外 光
0.1 cm 10cm
微 波
hc E h λ
103 cm
105 cm
无 线 电 波
可 见
光
2
２.表征电磁波特性的参数：
可以用波长λ、频率γ、速度c、波数ω、能量等来表示其特性
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。 频率(γ)：指在1秒时间内经过某点的波数(即每秒内振动的次数)。 能量(E)：光子所具有的能量。
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三、光学分析法分类
光学分析法可分为光谱法和非光谱法两大类。
四.光谱法的分类种类
线状光谱 1.按外形分类 带状光谱
原子光谱(线状) 2.按光谱产生的机理分类 分子光谱(带状)
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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。
带状光谱:由几个光带和暗区相间而成的光谱。
线光谱
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丁铎尔散射： 光通过含有许多大质点（其颗粒大小的数量级等于光波的
波长）的介质时产生的散射光。乳浊液、悬浊液、胶体溶 液等所引起的散射均为丁铎尔散射。
丁达尔散射与光波波长无关，当入射光是白光时，看到的散射光也是白光。
丁达尔散射——是弹性散射。
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山中的雾气实际上是悬浮在空气中的小液滴，是一种很理想的散射源。 由于液滴的尺寸比光波波长大得多，主要是丁达尔散射，散射光呈白色。