光谱检测技术

1、光谱检测技术光谱检测技术第一页，共24页。Page 2基础概述光谱分析技术光谱应用介绍第二页，共24页。Page 3一、光谱基础概述单色光、复合光（1）单色光：具有单一波长（或频率）的光称为单色光。（2）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。第三页，共24页。Page 4基于物质光学性质(电磁辐射或物质与辐射作用)而建立起来的分析方法称之。 吸收光谱分析、发射光谱分析光学分析法：在光(或能量)作用下，通过测定物质产生(发射、吸收或散射)光的波长和强度来进行定性、定量分析的方法

2、。光谱分析法非光谱分析法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,仅电磁辐射性质改变。 分子光谱分析、原子光谱分析按作用物分:按能级跃迁方向：按波长不同分：红外、可见光、紫外光谱法等第四页，共24页。Page 5光谱产生条件：满足能级方程S2S1S0T1吸收发射荧光发射磷光系间窜越内转换振动弛豫能量l 2l 1l 3 外转换l 2T2内转换振动弛豫第五页，共24页。Page 6二、光谱应用之吸收光谱朗伯比尔定律：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：第六

3、页，共24页。Page 7第七页，共24页。Page 8紫外-可见吸收光谱法：光源单色器吸收池检测器显示系统0.575光源单色器吸收池检测器显示光源吸收池单色器检测器显示系统第八页，共24页。Page 91. 1. 光源光源作用-提供入射光 在整个紫外光区或可见光谱区可以发射连续光谱，具有足够的辐射强度、较好的稳定性、较长的使用寿命。可见光区：钨灯、卤钨灯作为光源，其辐射波长范围在3202500 nm。 紫外区：氢、氘灯，发射200375 nm的连续光谱。第九页，共24页。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一任波长单色光。 入射狭缝：光源的光

4、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； 色散元件：将复合光分解成单色光；棱镜或光栅； 聚焦装置：透镜或凹面反射镜，将分光后所得单色光聚焦至出射狭缝； 出射狭缝。第十页，共24页。Page 11480、880色散元件480、880采用凹面光栅分光，省去了准直透镜和会聚透镜，分光理论公式： 与0在法线同侧时，上式取+号3, 2, 1, 0sinsin0jjdl与0在法线异侧时，上式取-号第十一页，共24页。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）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，可见区一般用玻璃池。（紫外

5、高透过率的光学塑料也可以）4.检测器 利用光电效应将透过吸收池的光信号变成可测的电信号，常用的有光电池、光电管或光电倍增管、CCD。5. 结果显示记录系统 检流计、数字显示、微机进行仪器自动控制和结果处理第十二页，共24页。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，吸收较大的原则控制适当的吸光度范围：A=0.20.8，T=20%65%第十三页，共24页。Page 14参比溶液（空白溶液）的选择参比溶液（空白溶液）的选择 用于调节100%T，若选择不适当，对测量读数的影响较大。主要是消除溶液中其他组分对光的吸收等带来的影响。1. 溶剂参比液：当试液、试剂、显色剂均无色时

6、，用溶剂(通常是蒸馏水、去离子水)作参比液； 3. 试剂参比液：如果显色剂或其他试剂略有吸收，可用不含待测组分的试剂溶液作参比溶液。 2. 试样参比液：如果试样中的其他组分也有吸收， 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。 4. 平等操作参比液：用不含待测组分的溶液，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。第十四页，共24页。Page 15红外吸收光谱法： 两种类型：色散型 干涉型（傅立叶变换红外光谱仪）1、仪器类型与结构第十五页，共24页。Page 162、傅里叶变换红外光谱仪结构框图干涉仪光源样品室检测器显示器绘图仪计算机干涉图光谱图FTS第十六页

7、，共24页。Page 173、红外光谱仪主要部件(1) 光源 能斯特灯：发光强度大；寿命0.5-1年； 硅碳棒：不需预热；两端需用水冷却；(2) 单色器 光栅；傅立叶变换红外光谱仪不需要分光；(3) 检测器 傅立叶变换红外光谱仪采用热释电(TGS)和碲镉汞(MCT)检测器；第十七页，共24页。Page 18二、光谱应用之发射光谱荧光、磷光是辐射跃迁的一种，是物质从激发态失活到多重性相同的低能状态时所释放的辐射。分子发光分析包括荧光、磷光、化学发光、生物发光和散射光谱等。第十八页，共24页。Page 1919激发谱 固定发射波长，扫描出的化合物的发射光强(荧光/磷光) 与入射光波长的关系曲线。主

8、要光谱参量发射谱 固定激发波长,扫描出的化合物的发射光强(荧光/磷光) 与发射光波长的关系曲线。吸收谱 化合物的吸收光强与入射光波长的关系曲线 。 第十九页，共24页。Page 20产生发射光谱的必要条件：激发波长一定要小于发射波长第二十页，共24页。Page 21发射光谱应用误差因素自吸收现象：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；内滤光作用：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；溶剂对荧光的影响：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，则荧光峰位和强度都会发生较大的变化； 温度对荧光强度的影响：温度上升使荧光强

9、度下降；第二十一页，共24页。Page 22第一单色器或滤光片记录仪第二单色器或滤光片荧光光源激发样品池测定原理：由光源发射的光经第一单色器得到所需的激发光波长，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。为了消除入射光和散射光的影响，荧光的测量通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的干扰，如由激发所产生的反射光、Raman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第二单色器。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）第二十二页，共24页。（1）激发光源 在紫外-可见区范围，通常的光源是氙灯和高压汞灯。（3）单色器 光栅，滤光片（4）检测器 由光电管和光电倍曾管作检测器，并与激发光成直