自然科学光声光谱技术课件

光声光谱技术制作人梁荣荣光声光谱技术制作人梁荣荣[自然科学]光声光谱技术课件吸收光谱学当一束具有连续波长的光通过一种物质时，光束中的某些成分便会有所减弱，经过物质吸收后剩下的光束由光谱仪展成光谱时，就得到该物质的吸收光谱。几乎所有物质都有其独特的吸收光谱。吸收光谱学当一束具有连续波长的光通过一种物质一般来说，吸收光谱学所研究的是1、物质吸收了哪些波长的光2、吸收的程度如何3、为什么会有吸收注：研究的对象基本上为分子。

一般来说，吸收光谱学所研究的是分子光谱主要有可见吸收光谱：电子跃迁光谱，吸收光波长范围400750nm，主要用于有色物质的定量分析。紫外吸收光谱：电子跃迁光谱，吸收光波长范围200400nm（近紫外区），可用于结构鉴定和定量分析。红外吸收光谱：分子振动光谱，吸收光波长范围2.51000m，用于研究分子的能级结构和分子结构，或进行分子的定性和定量分析等分子光谱主要有可见吸收光谱：电子跃迁光谱，吸收光波长范围40E=E2-E1=h

量子化；选择性吸收1、物质分子内部三种运动形式：1）电子相对于原子核的运动，2）原子核在其平衡位置附近的相对振动3）分子本身绕其重心的转动。分子具有三种不同能级：电子能级、振动能级和转动能级。三种能级都是量子化的，且各自具有相应的能量。分子的内能包括：电子能量Ee、振动能量Ev、转动能量Er

即Ｅ＝Ｅe+Ｅv+Ｅr吸收光谱的产生M+

h

M*基态激发态E1

（△E）E2E=E2-E1=h1、物2、三种不同的能级跃迁：

（1）

转动能级间的能量差ΔΕr：0.005～0.050eV，跃迁产生吸收光谱位于远红外区。远红外光谱或分子转动光谱；（2）振动能级的能量差ΔΕv约为：0.05～１eV，跃迁产生的吸收光谱位于红外区，红外光谱或分子振动光谱（3）电子能级的能量差ΔΕe较大:1～20eV。电子跃迁产生的吸收光谱在紫外—可见光区，紫外—可见光谱或分子的电子光谱2、三种不同的能级跃迁：（1）转动能级间的能量差ΔΕr：吸收光谱的表示方法

用不同的单色光依次照射被测样品，如果某波长的光子能量正好等于被测物分子的某一能级差，则该波长的光被吸收，透过样品后的光强减弱，产生吸收信号。另外一些波长的光不符合吸收条件，不被吸收，光强不变。用吸光度A（吸光系数）或透光率对波长作图得到吸收光谱。A～λ作图，或ε～λ作图；或T～λ作图。吸收光谱的表示方法A～λ作图，或ε～λ作图；或Tmaxmin

A2.对于同种待测溶液，浓度愈大，吸光度也愈大；3.

对于同一物质，不论浓度大小如何，最大吸收峰所对应的波长(最大吸收波长

λmax)不变.并且曲线的形状也完全相同。分析吸收曲线可以看到：1.同一浓度的待测溶液对不同波长的光有不同的吸光度;maxmi检测技术前面已经讨论过在吸收光谱测量中应用的各种检测技术，他们是直接通过检测光谱的本身。20世纪70年代初发展起来的检测物质和研究物质性能的新方法-----光声光谱学，它是光谱技术与量热技术结合的产物。目前光声技术在不断发展，已出现适用于气体分析的二氧化碳激光光源红外光声光谱仪，适用于固体和液体分析的氙灯紫外-可见光声光谱仪，以及傅里叶变换光声光谱仪。光热偏转光谱法、光声拉曼光谱法、光声显微镜、激光热透镜法及热波成像技术都在迅速发展。检测技术前面已经讨论过在吸收光谱测量中应用的各种检测技术，他光声效应：

用一束强度可调制的单色光照射到密封于光声池中的样品上，样品吸收光能，并以释放热能的方式退激，释放的热能使样品和周围介质按光的调制频率产生周期性加热，从而导致介质产生周期性压力波动，这种压力波动可用灵敏的微音器或压电陶瓷传声器检测，并通过放大得到光声信号，这就是光声效应。光声效应：光声光谱学就是一种以光声效应为基础的新型光谱分析检测技术。其特点在于：不直接测量光谱的本身，而是通过检测物质在吸收辐射后热激发的声波来获取光谱信息。概念光声光谱学就是一种以光声效应为基础的新型光谱分析检测技术。概适用范围由于光声光谱测量的是样品吸收光能的大小，因而反射光、散射光等对测量干扰很小，故光声光谱适于测量高散射样品、不透光样品、吸收光强与入射光强比值很小的弱吸收样品和低浓度样品等，而且样品无论是晶体、粉末、胶体等均可测量，这是普通光谱做不到的。光声效应与调制频率有关，改变调制频率可获得样品表面不同深度的信息，所以它是提供表面不同深度结构信息的无损探测方法。适用范围由于光声光谱测量的是样品吸收光能的大光声光谱仪的基本原理将一束连续波光束在经调制器调制以后成了断续的光束，在照射进样品以后，样品吸收了光能后产生出光声波，该声波经声敏原件接受后由放大器放大后送到锁相放大器，经锁相放大器处理后便在记录仪上记录下反映物质对光吸收的光声光谱。光声光谱仪的基本原理将一束连续波光束在光声光谱仪的基本结构图光声光谱仪的基本结构图实验器材

光声光谱仪具有很高的检测灵敏度，一般可以达到10-9~10-11量级，检测对象也从气相介质发展到液相及固体介质。

光声光谱仪的主要部件包括：1、光源2、调制器3、光声池4、声敏元件5、信号处理系统。

下面就将介绍各个部件及其选择条件实验器材光声光谱仪具有很高的检测灵敏度1、光源的选择要求用可调谐激光或线调谐激光，提供在近红外到中红外光谱区。除要求有较高的光谱强度外，还要有较宽的调谐范围和较窄的光谱线宽。除用激光光源外，有时也用光谱灯电源，如氙灯。需要先用滤光片或单色仪进行分光，然后由斩波器调制后照射光声池，适合进行各种现场检测需要。1、光源的选择要求用可调谐激光或线调谐激光，提供在近红外到中光声光谱仪中常用的激光器光声光谱仪中常用的激光器3、光声池（核心部件）光声池是光声光谱仪中的核心部件，它既是气体样品的容器，又装置了微音器或其他装置检测激光作用下产生的光波。光声池通常分为共振型与非共振型两类。2、调制器

一般可采用单色仪和斩波器组合实现波长调制。3、光声池（核心部件）光声池是光声光共振型与非共振型光声池共振型与非共振型光声池4、声敏元件其作用是将光声信号转换为电信号。对于气体样品常用微音器作为声敏元件，对于液体及固体介质常采用压敏元件。5、信号处理系统普遍采用具有低噪声特性的锁相放大系统4、声敏元件几种典型的光声光谱仪长程光声腔光声光谱仪已知微声器所记录的信号V与参与吸收的分子数N成正比

吸收的分子数N与光程长度成正比因此，记录信号V与光程长度L成正比。根据此原理，我们研究出了长程光声腔光谱仪几种典型的光声光谱仪长程光声腔光声光谱仪吸收的分子数N与光光源为钛宝石激光器，用计算机控制在680~900nm波长范围进行扫描。斩波器的调制频率为4~4KHZ控制在680~900nm改进型汉洛特池的高灵敏长程光声光谱仪光源为钛宝石激光器，用计算机控制在680~902、激光器腔内光声池光声光谱仪与激光器腔内吸收光谱技术一样，激光器腔内光声池光声光谱技术是获得高灵敏检测的另一种措施。腔内除激光放电管以外还有光声池。由反射镜和反射光栅构成激光器的谐振腔。腔内光束既是激光器振荡谱线又是被测样品的激发光束。2、激光器腔内光声池光声光谱仪与激光器腔内吸收光谱技术一样，3、皮秒光声光谱仪皮秒闪光光解是现阶段常用的直接观测光解过程中产生的瞬态中间体技术。光源分为泵浦光和探测光，他们都是从同一束激光经分束来的。实验中设将YAG激光的三倍频激光（335nm）用作泵浦光，两倍频激光（530nm）为探测光。探测光相对于泵浦光有一定的时间延时。3、皮秒光声光谱仪皮秒闪光光解是现阶段常用的直接观测光解过程4、非激光光源光谱仪

-----双光束分光光度计4、非激光光源光谱仪

-----双光束分光光度计一、基本部件光源单色器样品室检测器显示光源

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：钨灯作为光源，其辐射波长范围在320～2500nm。

紫外区：氢、氘灯。发射185～400nm的连续光谱。一、基本部件光源单色器样品室检测器显示光源可见光区1为选好的测定波长，一般为待测物质的max2为选好的参比波长，一般为待测物质的min测得的是样品在两种波长1和2处的吸光度之差A，A为扣除了背景吸收的吸光度A=A1-A2=（K1-K2）CL优点：（1）大大提高了测定准确度，可完全扣除背景（2）可用于微量组分的测定（3）可用于混浊液和多组分混合物的定量测定1为选好的测定波长，一般为待测物质的max[自然科学]光声光谱技术课件双光束分光光度计的特点（1）自动记录，快速全波段扫描。（2）可消除光源不稳定、检测器灵敏度变化等因素的影响。

(3)灵敏度高、准确度高、选择性好、操作方便、分析速度快、应用范围广双光束分光光度计的特点（1）自动记录，快速全波段扫谢谢观看THANKSHI-HOOPOWERPOINTTEMPLATE谢谢观看THANKSHI-HOOPOWERPOINTTE光声光谱技术制作人梁荣荣光声光谱技术制作人梁荣荣[自然科学]光声光谱技术课件吸收光谱学当一束具有连续波长的光通过一种物质时，光束中的某些成分便会有所减弱，经过物质吸收后剩下的光束由光谱仪展成光谱时，就得到该物质的吸收光谱。几乎所有物质都有其独特的吸收光谱。吸收光谱学当一束具有连续波长的光通过一种物质一般来说，吸收光谱学所研究的是1、物质吸收了哪些波长的光2、吸收的程度如何3、为什么会有吸收注：研究的对象基本上为分子。

一般来说，吸收光谱学所研究的是分子光谱主要有可见吸收光谱：电子跃迁光谱，吸收光波长范围400750nm，主要用于有色物质的定量分析。紫外吸收光谱：电子跃迁光谱，吸收光波长范围200400nm（近紫外区），可用于结构鉴定和定量分析。红外吸收光谱：分子振动光谱，吸收光波长范围2.51000m，用于研究分子的能级结构和分子结构，或进行分子的定性和定量分析等分子光谱主要有可见吸收光谱：电子跃迁光谱，吸收光波长范围40E=E2-E1=h

量子化；选择性吸收1、物质分子内部三种运动形式：1）电子相对于原子核的运动，2）原子核在其平衡位置附近的相对振动3）分子本身绕其重心的转动。分子具有三种不同能级：电子能级、振动能级和转动能级。三种能级都是量子化的，且各自具有相应的能量。分子的内能包括：电子能量Ee、振动能量Ev、转动能量Er

即Ｅ＝Ｅe+Ｅv+Ｅr吸收光谱的产生M+

h

M*基态激发态E1

（△E）E2E=E2-E1=h1、物2、三种不同的能级跃迁：

（1）

转动能级间的能量差ΔΕr：0.005～0.050eV，跃迁产生吸收光谱位于远红外区。远红外光谱或分子转动光谱；（2）振动能级的能量差ΔΕv约为：0.05～１eV，跃迁产生的吸收光谱位于红外区，红外光谱或分子振动光谱（3）电子能级的能量差ΔΕe较大:1～20eV。电子跃迁产生的吸收光谱在紫外—可见光区，紫外—可见光谱或分子的电子光谱2、三种不同的能级跃迁：（1）转动能级间的能量差ΔΕr：吸收光谱的表示方法

用不同的单色光依次照射被测样品，如果某波长的光子能量正好等于被测物分子的某一能级差，则该波长的光被吸收，透过样品后的光强减弱，产生吸收信号。另外一些波长的光不符合吸收条件，不被吸收，光强不变。用吸光度A（吸光系数）或透光率对波长作图得到吸收光谱。A～λ作图，或ε～λ作图；或T～λ作图。吸收光谱的表示方法A～λ作图，或ε～λ作图；或Tmaxmin

A2.对于同种待测溶液，浓度愈大，吸光度也愈大；3.

对于同一物质，不论浓度大小如何，最大吸收峰所对应的波长(最大吸收波长

λmax)不变.并且曲线的形状也完全相同。分析吸收曲线可以看到：1.同一浓度的待测溶液对不同波长的光有不同的吸光度;maxmi检测技术前面已经讨论过在吸收光谱测量中应用的各种检测技术，他们是直接通过检测光谱的本身。20世纪70年代初发展起来的检测物质和研究物质性能的新方法-----光声光谱学，它是光谱技术与量热技术结合的产物。目前光声技术在不断发展，已出现适用于气体分析的二氧化碳激光光源红外光声光谱仪，适用于固体和液体分析的氙灯紫外-可见光声光谱仪，以及傅里叶变换光声光谱仪。光热偏转光谱法、光声拉曼光谱法、光声显微镜、激光热透镜法及热波成像技术都在迅速发展。检测技术前面已经讨论过在吸收光谱测量中应用的各种检测技术，他光声效应：

用一束强度可调制的单色光照射到密封于光声池中的样品上，样品吸收光能，并以释放热能的方式退激，释放的热能使样品和周围介质按光的调制频率产生周期性加热，从而导致介质产生周期性压力波动，这种压力波动可用灵敏的微音器或压电陶瓷传声器检测，并通过放大得到光声信号，这就是光声效应。光声效应：光声光谱学就是一种以光声效应为基础的新型光谱分析检测技术。其特点在于：不直接测量光谱的本身，而是通过检测物质在吸收辐射后热激发的声波来获取光谱信息。概念光声光谱学就是一种以光声效应为基础的新型光谱分析检测技术。概适用范围由于光声光谱测量的是样品吸收光能的大小，因而反射光、散射光等对测量干扰很小，故光声光谱适于测量高散射样品、不透光样品、吸收光强与入射光强比值很小的弱吸收样品和低浓度样品等，而且样品无论是晶体、粉末、胶体等均可测量，这是普通光谱做不到的。光声效应与调制频率有关，改变调制频率可获得样品表面不同深度的信息，所以它是提供表面不同深度结构信息的无损探测方法。适用范围由于光声光谱测量的是样品吸收光能的大光声光谱仪的基本原理将一束连续波光束在经调制器调制以后成了断续的光束，在照射进样品以后，样品吸收了光能后产生出光声波，该声波经声敏原件接受后由放大器放大后送到锁相放大器，经锁相放大器处理后便在记录仪上记录下反映物质对光吸收的光声光谱。光声光谱仪的基本原理将一束连续波光束在光声光谱仪的基本结构图光声光谱仪的基本结构图实验器材

光声光谱仪具有很高的检测灵敏度，一般可以达到10-9~10-11量级，检测对象也从气相介质发展到液相及固体介质。

光声光谱仪的主要部件包括：1、光源2、调制器3、光声池4、声敏元件5、信号处理系统。

下面就将介绍各个部件及其选择条件实验器材光声光谱仪具有很高的检测灵敏度1、光源的选择要求用可调谐激光或线调谐激光，提供在近红外到中红外光谱区。除要求有较高的光谱强度外，还要有较宽的调谐范围和较窄的光谱线宽。除用激光光源外，有时也用光谱灯电源，如氙灯。需要先用滤光片或单色仪进行分光，然后由斩波器调制后照射光声池，适合进行各种现场检测需要。1、光源的选择要求用可调谐激光或线调谐激光，提供在近红外到中光声光谱仪中常用的激光器光声光谱仪中常用的激光器3、光声池（核心部件）光声池是光声光谱仪中的核心部件，它既是气体样品的容器，又装置了微音器或其他装置检测激光作用下产生的光波。光声池通常分为共振型与非共振型两类。2、调制器

一般可采用单色仪和斩波器组合实现波长调制。3、光声池（核心部件）光声池是光声光共振型与非共振型光声池共振型与非共振型光声池4、声敏元件其作用是将光声信号转换为电信号。对于气体样品常用微音器作为声敏元件，对于液体及固体介质常采用压敏元件。5、信号处理系统普遍采用具有低噪声特性的锁相放大系统4、声敏元件几种典型的光声光谱仪长程光声腔光声光谱仪已知微声器所记录的信号V与参与吸收的分子数N成正比

吸收的分子数N与光程长度成正比因此，记录信号V与光程长度L成正比。根据此原理，我们研究出了长程光声腔光谱仪几种典型的光声光谱仪长程光声腔光声光谱仪吸收的分子数N与光光源为钛宝石激光器，用计算机控制在680~900nm波长范围进行扫描。斩波器的调制频率为4~4KHZ控制在680~900nm改进型汉洛特池的高灵敏长程光声光谱仪光源为钛宝石激光器，用计算机控制在680~902、激光器腔内光声池光声光谱仪与激光器腔内吸收光谱技术一样，激光器腔内光声池光声光谱技术是获得高灵敏检测的另一种措施。腔内除激光放电管以外还有光声池。由反射镜和反射光栅构成激光器的谐振腔。腔内光束既是激光器振荡谱线又是被测样品的激发光束。2、激