第十二章光学分析法导论
An Introduction to Optical Analysis
第十二章 光学分析法导论
An Introduction to Optical Analysis
什么叫 光学分析法？
12-1 电磁辐射的基本特征
12-2 辐射与物质的相互作用
12-3 光学分析法的分类
12-4 光学光谱法的仪器第十二章 光学分析法导论
12-1 电磁辐射的基本特征
1 什么叫 电磁波？
电磁波的二重性
2 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?
10-2 m 10-6 m 10-9 m 10-10m
波数 （ cm-1） 称为开瑟 (Kayser,K表示 )=1/?
第十二章 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频率 只决定于辐射源，而与介质无关波长 与传播速度 V,介质（折射率 n=c/V） 有关第十二章 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 ）
能量 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
☆ 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)× 10-27尔格?秒 (erg?s)
第十二章 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光谱区域 波长范围 跃迁类型 光谱分析方法
射线 0.001 ~0.1? 核能级跃迁? 射线发射 法 莫斯堡尔 法
X射线 0,1 ~100? 原子內 层电子能级跃迁 X-荧光,衍射法电子能谱分析法真空紫外 10~200nm 真空紫外吸收 光谱法紫外 200~400nm 外层电子及价电子能级 紫外可见吸收 光谱法可见 400~800nm 外层电子及价电子能级 原子吸收,发射,荧光 法分 子荧光 光谱法近红外 0.8~2.5μm 分子振动能级 红外吸收 光谱 法中红外 2.5~50μm 分子振动能级 拉曼 光谱 法远红外 50~300?m 分子转动能级微波 0.3~1000mm 分子转动,电子自旋能级 微波吸收,电子顺磁共振谱无线电波 1m ~ 1000m 核自旋 核磁共振谱
（ 单色光 ） 入射 法线 反射
I0 Ir
i1 i2
空气 n1 =1
玻璃 n2 =1.5
r2
折射折射,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?变化不大第十二章 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 棱镜第十二章 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十二章 光学分析法导论
12-2 电磁波与物质的 相互作用散射,瑞利 (Rayleigh)散射 强度同波长的二次方成反比频率不改变拉曼 (Raman)散射 量子化的频率改变吸收：
发射,—— 能级间跃迁 满足 △ E=h?
高能态 （ 激发态 ） Ei
吸收 发射 能级
h? h? 能级的简并低能态 （ 基态 ） E0 跃迁光谱第十二章 光学分析法导论
12-2 电磁波与物质的 相互作用物质?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 相应方法光学分析法 或某些物理性质 干涉衍射旋光光谱法 ——能级跃迁 ——波长和强度第十二章 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 核能级谱,
电子,振动,转动光谱,电子自旋及核自旋谱按电磁辐射的能量大小 见前图相关方法简介,见教材第十二章 光学分析法导论
12-3 光学分析法的分类
1,三种类型光谱仪器的总体结构特点？
2,光学光谱仪器的部件,特点及光谱的匹配问题？
3,光源、检测器的一般要求,类型及各自的特点？
4,滤光片、单色器的类型及其光学特性的表述？
5,色散率、分辨率的定义及有关概念。
第十二章 光学分析法导论
12-4 光学光谱法的仪器
,光学分析法导论,
结束请预习第十三章
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第十二章 光学分析法导论
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什么叫 光学分析法？
12-1 电磁辐射的基本特征
12-2 辐射与物质的相互作用
12-3 光学分析法的分类
12-4 光学光谱法的仪器第十二章 光学分析法导论
12-1 电磁辐射的基本特征
1 什么叫 电磁波？
电磁波的二重性
2 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?
10-2 m 10-6 m 10-9 m 10-10m
波数 （ cm-1） 称为开瑟 (Kayser,K表示 )=1/?
第十二章 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频率 只决定于辐射源，而与介质无关波长 与传播速度 V,介质（折射率 n=c/V） 有关第十二章 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 ）
能量 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
☆ 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)× 10-27尔格?秒 (erg?s)
第十二章 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光谱区域 波长范围 跃迁类型 光谱分析方法
射线 0.001 ~0.1? 核能级跃迁? 射线发射 法 莫斯堡尔 法
X射线 0,1 ~100? 原子內 层电子能级跃迁 X-荧光,衍射法电子能谱分析法真空紫外 10~200nm 真空紫外吸收 光谱法紫外 200~400nm 外层电子及价电子能级 紫外可见吸收 光谱法可见 400~800nm 外层电子及价电子能级 原子吸收,发射,荧光 法分 子荧光 光谱法近红外 0.8~2.5μm 分子振动能级 红外吸收 光谱 法中红外 2.5~50μm 分子振动能级 拉曼 光谱 法远红外 50~300?m 分子转动能级微波 0.3~1000mm 分子转动,电子自旋能级 微波吸收,电子顺磁共振谱无线电波 1m ~ 1000m 核自旋 核磁共振谱
（ 单色光 ） 入射 法线 反射
I0 Ir
i1 i2
空气 n1 =1
玻璃 n2 =1.5
r2
折射折射,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?变化不大第十二章 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 棱镜第十二章 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十二章 光学分析法导论
12-2 电磁波与物质的 相互作用散射,瑞利 (Rayleigh)散射 强度同波长的二次方成反比频率不改变拉曼 (Raman)散射 量子化的频率改变吸收：
发射,—— 能级间跃迁 满足 △ E=h?
高能态 （ 激发态 ） Ei
吸收 发射 能级
h? h? 能级的简并低能态 （ 基态 ） E0 跃迁光谱第十二章 光学分析法导论
12-2 电磁波与物质的 相互作用物质?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 相应方法光学分析法 或某些物理性质 干涉衍射旋光光谱法 ——能级跃迁 ——波长和强度第十二章 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 核能级谱,
电子,振动,转动光谱,电子自旋及核自旋谱按电磁辐射的能量大小 见前图相关方法简介,见教材第十二章 光学分析法导论
12-3 光学分析法的分类
1,三种类型光谱仪器的总体结构特点？
2,光学光谱仪器的部件,特点及光谱的匹配问题？
3,光源、检测器的一般要求,类型及各自的特点？
4,滤光片、单色器的类型及其光学特性的表述？
5,色散率、分辨率的定义及有关概念。
第十二章 光学分析法导论
12-4 光学光谱法的仪器
,光学分析法导论,
结束请预习第十三章
