光谱检测技术

1、光谱分析技术光谱分析技术Page 2基础概述基础概述光谱分析技术光谱分析技术光谱应用介绍光谱应用介绍Page 3一、光谱基础概述一、光谱基础概述单色光、复合光单色光、复合光（1 1）单色光单色光：具有单一波长（或频率）的光称为单色光。：具有单一波长（或频率）的光称为单色光。（2 2）复合光复合光：由不同波长的光组合而成的光称为复合光。：由不同波长的光组合而成的光称为复合光。单色光很难从光源获得，多数光源如太阳、白炽灯和氢灯等发出单色光很难从光源获得，多数光源如太阳、白炽灯和氢灯等发出的光都是复合光，通过适当的手段可以从复合光中获得单色光。的光都是复合光，通过适当的手段可以从复合光中获得单色光。

2、Page 4基于物质光学性质基于物质光学性质( (电磁辐射或物质与辐射作用电磁辐射或物质与辐射作用) )而而建立起来的分析方法称之。建立起来的分析方法称之。 吸收光谱分析、发射光谱分析吸收光谱分析、发射光谱分析光学分析法：光学分析法：在光在光( (或能量或能量) )作用下，通过测定物质产生作用下，通过测定物质产生( (发射、发射、吸收或散射吸收或散射) )光的光的波长波长和和强度强度来进行定性、定量分来进行定性、定量分析的方法。析的方法。光谱分光谱分析法析法非光谱非光谱分析法分析法改变电磁波的传播方向、速度等物理性质进行分析改变电磁波的传播方向、速度等物理性质进行分析的方法，内部能级不变化的方

3、法，内部能级不变化, ,仅电磁辐射性质改变。仅电磁辐射性质改变。 分子光谱分析、原子光谱分析分子光谱分析、原子光谱分析按作用物分按作用物分: :按能级跃迁方向：按能级跃迁方向：按波长不同分：按波长不同分：红外、可见光、紫外光谱法等红外、可见光、紫外光谱法等Page 5光谱产生条件：满足能级方程光谱产生条件：满足能级方程S2S1S0T1吸吸收收发发射射荧荧光光发发射射磷磷光光系间窜越系间窜越内转换内转换振动弛豫振动弛豫能能量量l l 2l l 1l l 3 外转换外转换l l 2T2内转换内转换振动弛豫振动弛豫Page 6二、光谱应用之吸收光谱二、光谱应用之吸收光谱朗伯比尔定律朗伯比尔定律：当光

4、强恒定的单色光通过稀溶液时，溶液中的吸：当光强恒定的单色光通过稀溶液时，溶液中的吸光物质会对该特定波长的光信号进行吸收，从而导致入射光发生光物质会对该特定波长的光信号进行吸收，从而导致入射光发生衰减，衰减后的信号即带有被测物质相关信息，用公式表示为：衰减，衰减后的信号即带有被测物质相关信息，用公式表示为：Page 7Page 8紫外紫外-可见吸收光谱法：可见吸收光谱法：光源光源单色器单色器吸收池吸收池检测器检测器显示系统显示系统0.575光源光源单色器单色器吸收池吸收池检测器检测器显示显示光源光源吸收池吸收池单色器单色器检测器检测器显示系统显示系统Page 91. 1. 光源光源作用作用-提供

5、入射光提供入射光 在整个紫外光区或可见光谱在整个紫外光区或可见光谱区区可以发射可以发射连续光谱连续光谱，具，具有足够的辐射强度、较好的稳定性、较长的使用寿命。有足够的辐射强度、较好的稳定性、较长的使用寿命。可见光区：可见光区：钨灯、卤钨灯钨灯、卤钨灯作作为光源，其辐射波长范围在为光源，其辐射波长范围在32032025002500 nmnm。 紫外区：紫外区：氢、氘灯氢、氘灯，发射，发射200200375 nm375 nm的连续光谱。的连续光谱。Page 10 2.2.单色器单色器 作用：将光源发射的复合光分解成单色光并可从中选出作用：将光源发射的复合光分解成单色光并可从中选出一任波长单色光一任

6、波长单色光。 入射狭缝：光源的光由此进入单色器；入射狭缝：光源的光由此进入单色器； 准光装置：透镜或反射镜使入射光成为平行光束；准光装置：透镜或反射镜使入射光成为平行光束； 色散元件：将复合光分解成单色光；棱镜或光栅色散元件：将复合光分解成单色光；棱镜或光栅； 聚焦装置：透镜或凹聚焦装置：透镜或凹面反射镜，将分光后所面反射镜，将分光后所得单色光聚焦至出射狭得单色光聚焦至出射狭缝；缝； 出射狭缝。出射狭缝。Page 11480480、880880色散元件色散元件480480、880880采用采用凹面光栅分光凹面光栅分光，省去了准直透镜和会聚透镜，分光理论公式：，省去了准直透镜和会聚透镜，分光理论

7、公式： 与与0 0在法线同侧时，在法线同侧时，上式取上式取+ +号号3, 2, 1, 0sinsin0jjdl与与0 0在法线异侧时，在法线异侧时，上式取上式取- -号号Page 123.3.样品室样品室 样品室放置各种类型的吸收池（比色皿）样品室放置各种类型的吸收池（比色皿）和相应的池架附件。吸收池主要有石英池和玻和相应的池架附件。吸收池主要有石英池和玻璃池两种。在紫外区须采用石英池，可见区一璃池两种。在紫外区须采用石英池，可见区一般用玻璃池。（紫外高透过率的光学塑料也可般用玻璃池。（紫外高透过率的光学塑料也可以）以）4.4.检测器检测器 利用光电效应将透过吸收池的光信号变成利用光电效应将透

8、过吸收池的光信号变成可测的电信号，常用的有光电池、光电管或光可测的电信号，常用的有光电池、光电管或光电倍增管、电倍增管、CCDCCD。5. 5. 结果显示记录系统结果显示记录系统 检流计、数字显示、微机进行仪器自动控检流计、数字显示、微机进行仪器自动控制和结果处理制和结果处理Page 13测量条件的选择测量条件的选择选择适当的波长：干扰最小，吸收较大选择适当的波长：干扰最小，吸收较大的原则的原则控制适当的吸光度范围：控制适当的吸光度范围：A=0.20.8A=0.20.8，T=20%65%T=20%65%Page 14参比溶液（空白溶液）的选择参比溶液（空白溶液）的选择 用于用于调节调节100%

9、T100%T，若选择不适当，对测量读数的影响较大。若选择不适当，对测量读数的影响较大。主要是主要是消除溶液中其他组分对光的吸收等带来的影响消除溶液中其他组分对光的吸收等带来的影响。1. 1. 溶剂参比液溶剂参比液：当：当试液、试剂、显色剂试液、试剂、显色剂均无色时，用溶剂均无色时，用溶剂( (通通常是常是蒸馏水、去离子水蒸馏水、去离子水) )作参比液；作参比液； 3. 3. 试剂参比液试剂参比液：如果：如果显色剂或其他试剂略有吸收显色剂或其他试剂略有吸收，可用，可用不含待不含待测组分测组分的试剂溶液作参比溶液。的试剂溶液作参比溶液。 2 2. . 试样参比液试样参比液：如果试样中的：如果试样中

10、的其他组分也有吸收其他组分也有吸收， 但不与显色但不与显色剂反应，则当显色剂无吸收时，可用试样溶液作参比溶液。剂反应，则当显色剂无吸收时，可用试样溶液作参比溶液。 4. 4. 平等操作参比液：平等操作参比液：用用不含待测组分不含待测组分的溶液，在相同条件下与的溶液，在相同条件下与待测试样同时进行处理，此为平行操作参比溶液。待测试样同时进行处理，此为平行操作参比溶液。Page 15红外吸收光谱法：红外吸收光谱法： 两种类型：色散型两种类型：色散型 干涉型（傅立叶变换红外光谱仪）干涉型（傅立叶变换红外光谱仪）1、仪器类型与结构Page 162、傅里叶变换红外光谱仪结构框图干涉仪干涉仪光源光源样品室

11、样品室检测器检测器显示器显示器绘图仪绘图仪计算机计算机干涉图干涉图光谱图光谱图FTSPage 173、红外光谱仪主要部件(1) (1) 光源光源 能斯特灯：发光强度大；寿命能斯特灯：发光强度大；寿命0.5-10.5-1年；年； 硅碳棒：不需预热；两端需用水冷却；硅碳棒：不需预热；两端需用水冷却；(2) (2) 单色器单色器 光栅；傅立叶变换红外光谱仪不需要分光；光栅；傅立叶变换红外光谱仪不需要分光；(3) (3) 检测器检测器 傅立叶变换红外光谱仪采用热释电傅立叶变换红外光谱仪采用热释电( (TGS)TGS)和碲镉汞和碲镉汞( (MCT)MCT)检测器；检测器；Page 18二、光谱应用之发射

12、光谱二、光谱应用之发射光谱荧光、磷光荧光、磷光是是辐射跃迁辐射跃迁的一种，是物质从的一种，是物质从激发态激发态失活到失活到多重性多重性相同的低能状态时所释放的辐射。相同的低能状态时所释放的辐射。分子发光分析包括分子发光分析包括荧光、磷光荧光、磷光、化学发光、生物发光和、化学发光、生物发光和散射光谱等。散射光谱等。Page 1919激发谱激发谱 固定固定发射发射波长波长，扫描出的化合物的，扫描出的化合物的发射光强发射光强( (荧光荧光/ /磷光磷光) ) 与与入射光波长入射光波长的关系曲线。的关系曲线。主要光谱参量主要光谱参量发射谱发射谱 固定固定激发激发波长波长, ,扫描出的化合物的扫描出的化

13、合物的发射光强发射光强( (荧光荧光/ /磷磷光光) ) 与与发射光波长发射光波长的关系曲线。的关系曲线。吸收谱吸收谱 化合物的化合物的吸收光强吸收光强与与入射光波长入射光波长的关系曲线的关系曲线 。 Page 20产生发射光谱的必要条件：产生发射光谱的必要条件：激发波长一定要小于发射波长激发波长一定要小于发射波长200260320380440500560620荧荧光光激激发发光光谱谱荧荧光光发发射射光光谱谱磷磷光光光光谱谱室室温温下下菲菲的的乙乙醇醇溶溶液液荧荧（磷磷）光光光光谱谱Page 21发射光谱应用误差因素发射光谱应用误差因素自吸收现象自吸收现象：化合物的荧光发射光谱的短波长端与其：

14、化合物的荧光发射光谱的短波长端与其吸收光谱的长波长端重叠，产生自吸收；吸收光谱的长波长端重叠，产生自吸收；内滤光作用内滤光作用：溶液中含有能吸收激发光或荧光物质：溶液中含有能吸收激发光或荧光物质发射的荧光，导致光谱强度降低；发射的荧光，导致光谱强度降低；溶剂对荧光的影响溶剂对荧光的影响：如果溶剂和荧光物质形成了化合物：如果溶剂和荧光物质形成了化合物，或溶剂使荧光物质的电离状态改变，则荧光峰位和强，或溶剂使荧光物质的电离状态改变，则荧光峰位和强度都会发生较大的变化；度都会发生较大的变化； 温度对荧光强度的影响温度对荧光强度的影响：温度上升使荧光强度下降；：温度上升使荧光强度下降；Page 22第

15、一单色器第一单色器或滤光片或滤光片记录仪第二单色器第二单色器或滤光片或滤光片荧光荧光光源光源激发激发样品池样品池测定原理：由光源发射的光经第一单色器得到所需的激发光波长，测定原理：由光源发射的光经第一单色器得到所需的激发光波长，通过样品池后，一部分光能被荧光物质所吸收，荧光物质被激发通过样品池后，一部分光能被荧光物质所吸收，荧光物质被激发后，发射荧光。后，发射荧光。为了消除为了消除入射光入射光和和散射光散射光的影响，荧光的测量通的影响，荧光的测量通常在与激发光成直角的方向上进行常在与激发光成直角的方向上进行。为消除可能共存的其它光线。为消除可能共存的其它光线的干扰，如由激发所产生的反射光、的干

16、扰，如由激发所产生的反射光、RamanRaman光以及为将溶液中杂质光以及为将溶液中杂质滤去，以获得所需的荧光，在样品池和检测器之间设置了滤去，以获得所需的荧光，在样品池和检测器之间设置了第二单第二单色器色器。荧光作用于检测器上，得到响应的电信号。荧光作用于检测器上，得到响应的电信号。（荧光分析仪器基本部件示意图）（荧光分析仪器基本部件示意图）（1 1）激发光源）激发光源 在紫外在紫外- -可见区范围，通常的光源是氙灯和高压汞灯。可见区范围，通常的光源是氙灯和高压汞灯。（3 3）单色器）单色器 光栅，滤光片光栅，滤光片（4 4）检测器）检测器 由光电管和光电倍曾管作检测器，并与激发光成直角。由光电管和光电倍曾管作检测器，并与激