10 光学分析法导论 PPT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。

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

半宽度20~100nm
分子吸收光谱
E0
波长/nm
C. 荧光发射
光致发光
E3
原子荧光----线光谱
h E2
分子荧光----带光谱
E2
E1
hi
E0
hi
E1
hi
E0
三.光学分析法
1.电磁波谱与现代仪器分析方法
波谱区 -射线 X-射线 远紫外光 近紫外光
可见光
波长 跃迁类型
5~140 pm
核能级
10-
10~200n
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
2.光学分析法的分类
核磁共振波谱法:射频原子核自旋吸收
光 谱 法：以光的波长与强度为特征信号的仪器分析方法 吸收光谱法、发射光谱法、散射光谱法
非光谱法：以光辐射的某些性质变化特征信号的仪器分析方法
折射法、旋光法、圆二色法、比浊法、衍射法
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
3.稀饭
面对胃炎吃什么食物好的问题，粥类食物是 广大患者最佳的选择，一直以来我国就有用粥来 治疗各种胃病的传统。粥有营养、易消化。
粥在熬煮的时候会将米粒分解成双糖或单 糖，这些物质很容易刺激胃酸分泌从而导 致出现胃烧心、胃酸的情况，因此并不是 所有人都适合通过喝粥来养胃的。因此专 家建议，在喝粥的时候最好是能尽量的多 咀嚼，这样才能真正的达到养胃的作用。

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。

不同的物质基态与激发态的能量差不同，因此，对光能 的选择性吸为鉴定物质提供了理论基础。
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根据物质对光吸收的性质，分为原子吸收、分子吸收、 磁场诱导吸收。
原子吸收：单原子粒子的吸收，由价电子产生跃迁引起。 内层电子的跃迁吸收峰可能在X射线区才出现；
分子吸收：复杂，分子的总能量由转动、振动、和电子能 量三者加和，电子能级中包括几个振动能级，振动能级中由 包括多个转动能级。由于能级分布特征，分子吸收光谱呈现 较宽波长范围的吸收带。
2
折射 θ2 i2
sini1 n2 v1
sin2 n1 v2
θ1
对于入射光为复色光的情况，由于各波长不同的光的折射率 不一样，折射角因此不一样，从而会发生色散现象，棱镜的16
分光作用就是基于此。
光的反射 光射到两个不同折射率的介质的界面时，还会发生光
发射种类：
1）热辐射 固体加热到白炽状态，就会发射出连续光谱来，这类辐
射属于黑体辐射，它产生于固体中被热能激发的分子或者原 子的振动。随着温度的升高，各能量向短波方向移动。热辐 射通常作为红外、紫外和可见光谱的光源。
氘灯 碳弧
104
相 对 103 能 量 102
钨灯Nernst灯
6000 K 4000 K 3000 K
合成波的频率与原来的两个波相同，但是振幅不同。当 两个波合成相位相差180◦ ，发生相消干涉。
Y
2
1
Y
2
时间
1 时间
正弦波的叠加示意图 5
（2）微粒性
电磁波的粒子性是指光辐射由具有一定能量的光子组 成，这个观点可以通过光电效应来验证。光子的能量与辐射 的频率成正比，关系式为：
E＝hν＝hc/λ h为普朗克常数，6.6210-34J·s。能量E的单位是焦耳（J）或 者电子伏特（eV），1 eV＝1.610-19 J。

广泛用于分析有机物、 生化物、药物等的浓 度和反应程度。
可以通过吸收峰的位 置和强度来推断样品 的成分。
应用实例
啤酒酿造中的应用
通过分光光度法测定麦芽糖 和苦味酸的含量，以控制啤 酒的口感。
环境水质检测
通过荧光光谱法和紫外/可见 吸收光谱法检测水中的有机 污染物和重金属。
药物分析
利用比色法测定药物成分的 含量，保证药品的质量和安 全性。
特点
操作简单快捷，结果直观 可靠。
荧光光谱法
1
原理
激发样品后，测量样品发出的荧光信号，通过荧光强度来判断样品的成分和性质。
2
应用
常用于分析有机物、药物、环境污染物等的存在与浓度。
3
特点
灵敏度高，测量速度快，样品准备简单。紫外/可见吸收光谱法来自1 原理2 应用
3 特点
测量物质对紫外或可 见光的吸收程度，推 断样品的成分和浓度。
《仪器分析》第十章光学 分析法导论
《仪器分析》第十章光学分析法导论
仪器分析第十章概述
本章介绍了仪器分析中的光学分析法，它是一种基于光学原理的分析技术。 通过利用光的特性，可以快速准确地分析物质的成分和性质。
光学分析法定义
光学分析法是一种利用光的特性进行分析的技术。它基于光的吸收、散射、发射等现象，通过测 量样品与光的相互作用来推断样品的组成和特性。
光学仪器分类
分光光度法
使用不同波长的光来测量样品的吸光度， 从而得到样品的浓度或反应程度。
荧光光谱法
利用物质在受到激发后发出的荧光信号， 来判断物质的存在与浓度。
比色法
通过比较样品和标准溶液的颜色差异，来 测量样品中某种物质的含量。
紫外/可见吸收光谱法

子 子子 射
发
吸荧
线 荧
射 收光 光
原子光谱法
吸收光谱法
原 子 吸
紫 外 可
红 外
核 磁 共
收见 振
光谱分析法
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紫 外 可
红 外
分 子 荧
分 子 磷
核 磁 共
化 学 发
见 光光振光
分子光谱法
发射光谱法
原原分分 X 化
子 发
子 荧
子 荧
子 磷
射 线 荧
学 发
射光光光 光 光
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1.原子发射光谱法
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
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2.2 光学分析法的分类
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原 原原 X
旋 光 法
原 原子 子光 光谱 谱分 分析 析法 法
原 子 吸 收 光 谱
原 子 发 射 光 谱
原 子 荧 光 光 谱
X 射 线 荧 光 光 谱
分 分子 子光 光谱 谱分 分析 析法 法
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
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第2章 光学分析法引论
2.1 电磁辐射的性质 2.2 光学分析法的分类 2.3 光谱法仪器 2.4 原子光谱和分子光谱
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光学分析法——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。

构成：狭缝、准直镜、棱镜或光栅、会聚透镜。
入射狭缝 准直镜
准直镜
棱镜
f
物镜
出射狭缝 焦面
物镜
f
入射狭缝
光栅
出射狭缝
其中最主要的分光原件为棱镜和光栅。
3. 吸收池（Sample container，Cell，Cuvette）
除发射光谱外，其它所有光谱分析都需要吸收池。 盛放试样的吸收池由光透明材料制成。
能量
响应
分析系统
荧光X射线光谱 高能X射线
h
原子核 内层电子轨道
外层电子轨道
原子光谱的产生过程
电能 热能 光能
原子发射光谱 原子荧光光谱 原子吸收光谱
h
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10-4A。
带状光谱(Band spectra)：由小分子振动-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)；
金属蒸汽灯 空心阴极灯
Hg 灯
254-734nm
Na 灯
589.0nm，589.6nm
空心阴极灯
也称元素灯
高强度空心光器
Ar 离子激光器
发 射 光 谱 光 直流电弧
源
交流电弧
火花
693.4nm 632.8nm 515.4nm，488.0nm
电能
ICP
对光源的要求：强度大（分析灵敏度高）、稳定（分析重现性好）。
及荧光光谱
子
红外吸收 拉曼散射光谱
0.78-300 m
1.3104-33 分子振动-转 动