光学概论.pptx

16:07:2816:07:30光分析法光谱分析法非光谱分析法原子光谱分析法分子光谱分析法原原子子吸吸收收光光谱谱原原子子发发射射光光谱谱原原子子荧荧光光光光谱谱X射射线线荧荧光光光光谱谱折射法圆二色性法X射线衍射法干涉法旋光法紫紫外外光光谱谱法法红红外外光光谱谱法法分分子子荧荧光光光光谱谱法法分分子子磷磷光光光光谱谱法法核核磁磁共共振振波波谱谱法法一、光分析法仪器的分类一、光分析法仪器的分类16:07:30光谱分析法吸收光谱法发射光谱法原子光谱法分子光谱法原子发射原子吸收原子荧光X射线荧光原子吸收紫外可见红外可见核磁共振紫外可见红外可见分子荧光分子磷光核磁共振化学发光原子发射原子荧光分子荧光分子磷光X射线荧光化学发光散射光谱法散射光谱法16:07:30二、分析方法的基本性能指标二、分析方法的基本性能指标1.精密度精密度：用同样的方法所测得的数据间：用同样的方法所测得的数据间相互一致性的程度相互一致性的程度 2.灵敏度：灵敏度：在测定浓度范围中校正曲线的在测定浓度范围中校正曲线的斜率斜率 3.检出限：检出限：指能以适当的置信概率被检出指能以适当的置信概率被检出的组分的最小量或最小浓度。它是由最的组分的最小量或最小浓度。它是由最小检测信号值导出的。小检测信号值导出的。16:07:304.校正曲线的线性范围校正曲线的线性范围：是指从定量测：是指从定量测定的最低浓度扩展到校正曲线偏离线性定的最低浓度扩展到校正曲线偏离线性浓度的范围浓度的范围 5.选择性选择性：指该方法不受试样基体中所：指该方法不受试样基体中所含其它类物质干扰的程度含其它类物质干扰的程度 16:07:30三、仪器分析方法的校正1.工作曲线法工作曲线法：工作曲线法又称为外标法。首工作曲线法又称为外标法。首先用分析物的纯样准确配制一系列已知浓度的先用分析物的纯样准确配制一系列已知浓度的标准试样，测得每一浓度对应的净响应标准试样，测得每一浓度对应的净响应S后，后，以以S对浓度对浓度c或或B作图，得到校正后的响应与分作图，得到校正后的响应与分析物浓度的关系曲线。然后在相同的条件下，析物浓度的关系曲线。然后在相同的条件下测定试样的净响应测定试样的净响应S。通常工作曲线在线性范围内都是线性的通常工作曲线在线性范围内都是线性的 外标法适用范围广，是仪器分析中最基本的定外标法适用范围广，是仪器分析中最基本的定量方法量方法 16:07:302.标准加入法标准加入法 将已知量的标准试样加入到一定量的待测将已知量的标准试样加入到一定量的待测试样中后，测得试样量和标准试样量的总响试样中后，测得试样量和标准试样量的总响应值（或其函数）后，进行定量分析应值（或其函数）后，进行定量分析。常采用标准加入常采用标准加入法来减小或消除法来减小或消除基体效应的影响基体效应的影响 16:07:303.内标法内标法是在试样各含量不同的一系列标准试样中，分别加入固定量的纯物质，即内标物。当测得分析物和内标物对应的响应后，以分析物和内标物的响应比（或其函数）对分析物浓度（或含量）作图，即可得到相应的校正曲线。最后用测得的试样与内标物的响应比（或其函数）在校正曲线上获得对应于试样的浓度（或含量）。不难看出，内标法实际上是外标法的一种改进 16:07:30三、三、光分析法仪器的基本流程光分析法仪器的基本流程 光光谱谱仪仪器器通通常常包包括括五五个个基基本本单元：单元：光源；单色器；样品；检测器；显示与数据处理；16:07:30二、二、光分析法仪器的基本单元光分析法仪器的基本单元 main parts of spectrometry 11.光源光源 依依据据方方法法不不同同，采采用用不不同同的的光光源源：火火焰焰、灯灯、激激光、电火花、电弧等；依据光源性质不同，分为：光、电火花、电弧等；依据光源性质不同，分为：连连续续光光源源：在在较较大大范范围围提提供供连连续续波波长长的的光源，氢灯、氘灯、钨丝灯等；光源，氢灯、氘灯、钨丝灯等；线线光光源源：提提供供特特定定波波长长的的光光源源，金金属属蒸蒸气气灯灯(汞汞灯灯、钠钠蒸蒸气气灯灯)、空空心心阴阴极极灯灯、激激光光等；等；16:07:302.2.单色器单色器 单单色色器器：获得光谱高纯度辐射束的装置，而辐射束的波长可在很宽范围内任意改变；主要部件主要部件：（1）进口狭缝；（2准直装置(透镜或反射镜)：使辐射束成为平行光线；（3）色散装置(棱镜、光栅)：使不同波长的辐射以不同的角度进行传播；16:07:30棱镜棱镜 原理：棱镜对不同波长的光具有不同的折射率，波长长的光，折射率小；波长短的光，折射率大。平行光经过棱镜后按波长顺序排列成为单色光；经聚焦后在焦面上的不同位置上成像，获得按波长展开的光谱；棱镜分离后的光谱属于非均排光谱非均排光谱。16:07:31光栅光栅 透射光栅，反射光栅；透射光栅，反射光栅；光栅光谱的产生是多狭缝干涉与单狭缝衍射共同作用的结果16:07:31光栅的特性光栅的特性光栅公式：d(sin+sin)=K、分别为入射角和反射角；整数K为光谱级次；d为光栅常数16:07:31光栅的光栅的线色散率线色散率 f 为会聚透镜的焦距。得到的光谱为匀排光谱 等强度的两条谱线（I，II）中，一条（II）的衍射最大强度落在另一条的第一最小强度上时，两衍射图样中间的光强约为中央最大的80%，在这种情况下，两谱线中央最大距离即是光学仪器能分辨的最小距离（可分离的最小波长间隔）；16:07:31光栅的光栅的分辨率分辨率R 光栅的分辨率R 等于光谱级次（n）与光栅刻痕条数（N）的乘积：光栅越宽、单位刻痕数越多、R 越大。宽度50mm，N=1200条/mm，一级光谱的分辨率：R=1501200=610416:07:31光栅的闪耀特性：光栅的闪耀特性：将反射光栅的线槽加工成适当形状能使有效强度集中在特定的衍射角上。图所示反射光栅是由与光栅表面成角的小斜面构成(小阶梯光栅，闪耀光栅)，角叫做闪耀角。选择适宜的闪耀角，可以使90%的有效能量集中在单独一级的衍射上。16:07:31Kb(k)=2dsini当入射光沿槽面法线入射时当入射光沿槽面法线入射时当入射光沿光栅法线入射时当入射光沿光栅法线入射时Kb(k)=dsin2i光栅适用的最佳波长范围光栅适用的最佳波长范围16:07:31问题问题棱镜和光栅的分光原理有何不同，它们产生的光谱特征有何不同？光栅光谱为什么有重叠现象？如何消除？(滤光片)影响光栅的色散率（线色散率）有哪些因素？(焦距f,光谱级次K,光栅常数d和衍射角)线色散率的单位是什么？影响光栅和棱镜的分辨有哪些因素？16:07:31光谱通带光谱通带(P71)(P71)单色器的进口狭缝起着单色器光学系统虚光源的作用。复合光经色散元件分开后，在出口曲面上形成相当于每条光谱线的像，即光谱。转动色散元件可使不同波长的光谱线依次通过。分辨率大小不仅与色散元件的性能有关，也取决于成像的大小，因此希望采用较窄的进口狭缝。分辨率用来衡量单色器能分开波长的最小间隔的能力；最小间隔的大小用光谱通带表示：W=D SD为线色散率的倒数；s为狭缝宽度；16:07:31 在原子发射光谱分析中，定性分析时，减小狭缝宽度，使相邻谱线的分辨率提高；定量分析时，增大狭缝宽度，可使光强增加。16:07:313.3.试样装置试样装置 光源与试样相互作用的场所（1）吸收池）吸收池 紫外-可见分光光度法：石英比色皿 荧光分析法：红外分光光度法：将试样与溴化钾压制成透明片（2）特殊装置）特殊装置 原子吸收分光光度法：雾化器中雾化，在火焰中，元素由离子态原子；原子发射光谱分析：试样喷入火焰；详细内容在相关章节中介绍。16:07:324.4.检测器检测器（1）光检测器）光检测器 主要有以下几种：硒光电池、光电二极管、光电倍增管、硅二极管阵列检测器、半导体检测器；（2）热检测器）热检测器 主要有：真空热电偶检测器：红外光谱仪中常用的一种；热释电检测器：5.5.信号、与数据处理系统信号、与数据处理系统 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；