光谱学
光谱学
Spectroscopy
余向阳
E-mail: cesyxy@https://www.360docs.net/doc/4116209087.html, Homepage: https://www.360docs.net/doc/4116209087.html,/yxy
Tel: 84110287
Add: 中山大学激光所421室
中山大学光电材料与技术国家重点实验室
课程性质与安排
课程对象: 2010级光信息、物理学、逸仙班
2010级研究生
课程性质: 光学专业硕士研究生学位课, 其他专业究生选修课本科生专业选修课
课程教材: 讲义+参考文献
助教:关烨锋(guanyefeng@https://www.360docs.net/doc/4116209087.html,, 爪哇堂414)
学时: 本科生--36; 研究生--72(讲课: 36; 文献与研究: 36)学分: 本科生—2; 研究生--4
上课时间: 每周四, 10~11节; 上课地点: 艺206
平时成绩: 本科生: 作业+上课考勤: 占30%
研究生: 作业+上课考勤+
文献综述(3千字，6篇以上的文献), 占30%期未考试: 闭卷笔试, 占70%
光谱学研究的主要内容
光谱学主要研究内容是：物质-电磁波相互作用下的光谱现象、规律及其应用。主要包括：
1) 光谱学基本理论与方法；
2) 各种物质体系(原子、分子、离子晶体-如稀土离
子、固体材料—如半导体材料、复杂分子-如有机与生物大分子)的光谱，而其中原子、分子光谱是整个光谱的基础；
3）计算光谱学、各种光谱技术、光谱学在科学研究中的应用。
课程的主要内容 绪论
电磁场与物质之间的相互作用
原子的能级结构与光谱
双原子分子的能级与光谱
分子的对称性与群论初步
多原子分子的光谱
分子的拉曼光谱
分子的电子光谱
计算光谱学导论
离子光谱导论
固体光谱导论
激光光谱学导论
光谱技术与应用导论
知识背景 光学、激光原理
原子分子物理学
量子力学
电磁学
群论初步
参考文献
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与光谱有关的现象比比皆是：红花绿叶,红灯绿酒,蓝天碧海, ……世界的颜色是缤纷多彩的
光谱--光谱学
--原子光谱学
--分子光谱学
--离子光谱学
—固体光谱学
--大分子体系让我们开始进入
五彩缤纷、富有科学趣味、
……
光谱的世界
光谱学及其应用
光谱学及其应用 摘要：光谱学是光学的一个分支学科，它主要研究各种物质的光谱的产生及其同物质之间的相互作用。光谱是电磁辐射按照波长的有序排列，根据实验条件的不同，各个辐射波长都具有各自的特征强度。通过光谱的研究，人们可以得到原子、分子等的能级结构、能级寿命、电子的组态、分子的几何形状、化学键的性质、反应动力学等多方面物质结构的知识。但是，光谱学技术并不仅是一种科学工具，在化学分析中它也提供了重要的定性与定量的分析方法。 关键词：发展简史；内容；发射；吸收；分析；应用 光谱学的发展简史 光谱学的研究已有一百多年的历史了。1666年，牛顿把通过玻璃棱镜的太阳光分解成了从红光到紫光的各种颜色的光谱，他发现白光是由各种颜色的光组成的。这是可算是最早对光谱的研究。 其后一直到1802年，渥拉斯顿观察到了光谱线，其后在1814年夫琅和费也独立地发现它。牛顿之所以没有能观察到光谱线，是因为他使太阳光通过了圆孔而不是通过狭缝。在1814～1815年之间，夫琅和费公布了太阳光谱中的许多条暗线，并以字母来命名，其中有些命名沿用至今。此后便把这些线称为夫琅和费暗线。 实用光谱学是由基尔霍夫与本生在19世纪60年代发展起来的；他们证明光谱学可以用作定性化学分析的新方法，并利用这种方法发现了几种当时还未知的元素，并且证明了太阳里也存在着多种已知的元素。 从19世纪中叶起，氢原子光谱一直是光谱学研究的重要课题之一。在试图说明氢原子光谱的过程中，所得到的各项成就对量子力学法则的建立起了很大促进作用。这些法则不仅能够应用于氢原子，也能应用于其他原子、分子和凝聚态物质。 氢原子光谱中最强的一条谱线是1853年由瑞典物理学家埃斯特朗探测出来的。此后的20年，在星体的光谱中观测到了更多的氢原子谱线。1885年，从事天文测量的瑞士科学家巴耳末找到一个经验公式来说明已知的氢原子诺线的位置，此后便把这一组线称为巴耳末系。继巴耳末的成就之后，1889年，瑞典光谱学家里德伯发现了许多元素的线状光谱系，其中最为明显的为碱金属原子的光谱系，它们也都能满足一个简单的公式。 尽管氢原子光谱线的波长的表示式十分简单，不过当时对其起因却茫然不知。一直到1913年，玻尔才对它作出了明确的解释。但玻尔理论并不能解释所观测到的原子光谱的各种特征，即使对于氢原子光谱的进一步的解释也遇到了困难。 能够满意地解释光谱线的成因的是20世纪发展起来的量子力学。电子不仅具有轨道角动量，而且还具有自旋角动量。这两种角动量的结合便成功地解释了光谱线的分裂现象。 电子自旋的概念首先是在1925年由乌伦贝克和古兹密特作为假设而引入的，以便解释碱金属原子光谱的测量结果。在狄喇克的相对论性量子力学中，电子自旋(包括质子自旋与中子自旋)的概念有了牢固的理论基础，它成了基本方程的自然结果而不是作为一种特别的假设了。 1896年，塞曼把光源放在磁场中来观察磁场对光三重线，发现这些谱线都是偏振的。现在把这种现象称为塞曼效应。次年，洛伦兹对于这个效应作了满意的解释。 塞曼效应不仅在理论上具有重要意义，而且在应用中也是重要的。在复杂光谱的分类中，塞曼效应是一种很有用的方法，它有效地帮助了人们对于复杂光谱的理解。
光谱学的应用
光谱学的应用 摘要：当物质受到光（电磁波）的照射，会发生光的吸收、反射或透射等现象，此时有些物 质自身也会发光（或荧光）。光的这些现象与物质的成分、结构理化特性等有着密切的关系，分析这些关系的学科成为光谱学（即光谱分析）。而与传统工艺相比，由于其测试简单，测试速度快，测试范围可以不断拓展等优点已被广泛应用于石化、农业、食品、工业控制、医学等多个领域。 关键字：受到光的照射、自身会发光、密切联系、光谱学、应用 正文：复合光经过色散系统分光后，按波长（或频率）的大小依次排列的图案称为光谱。光谱的产生是由于物质的分子、原子或离子受到外部能量的作用后，其内部的运动状态会发生变化，即能级变化。变化的能量以电磁辐射的形式释放或吸收，因此，光谱可分为发射光谱和吸收光谱两大类。光谱法是以辐射能和物质组成和结构之间的内在联系及表现形式——光谱的测量为基础。 光谱法的特征性质和仪器方法如下： （1）辐射的发射：原子发射光谱法、原子荧光光谱法、X射线荧光光谱法、分子荧光光谱法、分子磷光光谱法、化学发光法、电子能浦法、俄歇电子能 谱法； （2）辐射的吸收：原子吸收光谱法、紫外——可见分光光度法、红外光谱法、X射线吸收光谱法、核磁共振谱法、电子自旋共振波谱法、光声光谱法；（3）辐射的散射：拉曼光谱法； 随着光谱学的不断发展，越来越多的光谱技术以及仪器被应用与实际的生产中。例如高光谱成像技术和实用近红外光谱分析技术。 一：高光谱成像技术是基于非常多窄短波的影像数据技术，其在遥感探测领域有非常突出的应用，是当前遥感领域的前沿技术之一。 高光谱成像技术的定义是在多光谱成像的基础上，在光谱覆盖范围内的数十或数百条光谱波段对目标物体连续成像。在获得物体空间特征成像的同时，也获得被测物体的光谱信息。优势在于采集到的图像信息量丰富，识别度较高和数据描述模型多。由于物体的反射光谱具有“指纹”效应，不同物不同光谱，同物一定同谱的原理来分辨不同的物质信息。而根据成像光谱仪的扫描方式不同，其工作原理也不尽相同, 作为光学成像仪成像的一个例子, 这里简述一下焦平面探测器推扫成像原理。 1：系统工作原理 焦平面探测器推扫成像原理。地面物体的反射光通过物镜成像在狭缝平面, 狭缝作为光栏使穿轨方向地面物体条带的像通过, 挡掉其他部分光。地面目标物的辐射能通过指向镜, 由物镜收集并通过狭缝增强准直照射到色散元件上,经色散元件在垂直条带方向按光谱色散, 用会聚镜会聚成像在传感器使用的二维CCD 面阵列探测元件被分布在光谱仪的焦平面上。焦平面的水平方向平行于狭缝, 称空间维, 每一行水平光敏元上是地物条带一个光谱波段的像; 焦平面的垂直方向是色散方向, 称光谱维, 每一列光敏元上是地物条带一个空间采样视场( 像元) 光谱色散的像。这样, 面阵探测器每帧图像数据就是一个穿轨方向地物条带的光谱数据, 加上航天器的运动, 以一定速率连续记录光谱图像, 就得到地面二维图像及图像中各像元的光谱数据, 即图像立方体。 2：光谱成像仪数据获取系统构成 光谱成像仪由光学系统、信号前端处理盒、数据采集记录系统三部分组成
光谱分析 实验报告
实验报告 课程名称： 材料科学基础实验 指导老师： 乔旭升 成绩： 实验名称： 光谱分析 实验类型： 同组学生姓名： 一、实验目的和要求（必填） 三、主要仪器设备（必填） 五、实验数据记录和处理 七、讨论、心得 二、实验内容和原理（必填） 四、操作方法和实验步骤 六、实验结果与分析（必填）一、实验目的 通过本实验了解紫光/可见光光度计、傅里叶变换红外光谱仪（FTIR ）和荧光光谱仪的基本原理、主要用途和实际操作过程。掌握玻璃透光率、薄膜吸收光谱、固体粉末红外光谱和固体发光材料荧光光谱的测试方法。学习分析影响测试结果的主要因素。 二、实验原理 电磁波可与多种物质相互作用。如果这种作用导致能量从电磁波转移至物质，就称为吸收。当光波与某一受体作用时，光子和接受体之间就存在碰撞。光子的能量可被传递给接受体而被吸收，由此产生吸收光谱。通常紫外和可见光的能量接近于某两个电子能级地能量差，故紫外与可见光吸收光谱起源于价电子在电子能级之间的跃迁，又称为电子光谱。 当一束平行单色光照射到非散射的均匀介质时，光的一部分将被介质所反射，一部分被介质吸收，一部分透过介质。如果入射光强度为I0.反射光强度为Ir ，吸收光强度为Ia ，透过光强度为It ，则有I0=Ir+Ia+It 投射光强度与入射光强度之比称为透光率 T=It/I0 当一束具有连续波长的红外光照射某化合物时，其分子要吸收一部分光能转变为分子的震动能量或转动能量。此时若将其透过的光用单色器进行色散，就可得到一带暗条的谱带。以红外光的波长或波数为横坐标，以吸收率或者透过率百分数为纵坐标，把该谱带记录下来，就可得到该化合物的红外吸收光谱图。不同的化合物均有标准特征谱，将实验所得的光谱与标准谱对照，就可进行分子结构的基础研究和化合组成的分析。可由吸收峰的位置和形状来推知被测物的结构，按照特征峰的强度来测定混合物中各组分的含量。 当分子吸收来自光辐射的能量后，其本身就由处于稳定的基态跃迁至不稳定的激发态： M+h ν→。激发态是不稳定的，寿命极短，激发态分子会迅速以向周围散热或再发射电磁波（荧光或磷光）的方式回到基态： →M+荧光（或磷光）。任何能产生荧光（或磷光）的物质都具有两个特征光谱：激发光谱和发射光谱。 激发光谱：荧光（或磷光）为光致发光，因此必须选择合适的激发光波长，这可通过激发
近红外光谱分析及其应用简介
近红外光谱分析及其应用简介 1、近红外光谱分析及其在国际、国内分析领域的定位 近红外光谱分析是将近红外谱区（800-2500nm）的光谱测量技术、化学计量学技术、计算机技术与基础测试技术交叉结合的现代分析技术，主要用于复杂样品的直接快速分析。近红外分析复杂样品时，通常首先需要将样品的近红外光谱与样品的结构、组成或性质等测量参数（用标准或认可的参比方法测得的），采用化学计量学技术加以关联，建立待测量的校正模型；然后通过对未知样品光谱的测定并应用已经建立的校正模型，来快速预测样品待测量。 近红外光谱分析技术自上世纪60年代开始首先在农业领域应用，随着化学计量学与计算机技术的发展，80年代以来逐步受到光谱分析学家的重视，该项技术逐渐成熟，90年代国际匹茨堡会议与我国的BCEIA等重要分析专业会议均先后把近红外光谱分析与紫外、红外光谱分析等技术并列，作为一种独立的分析方法；2000年PITTCON 会议上近红外光谱方法是所有光谱法中最受重视的一类方法，这种分析方法已经成为ICC（International Association for Cereal Science and Technology国际谷物科技协会）、AOAC(American Association of Official Analytical Chemists美国公职化学家协会)、AACC（American Association of Cereal Chemists美国谷物化学家协会）等行业协会的标准；各发达国家药典如USP(United States Pharmacopoeia美国药典)均收入了近红外光谱方法；我国2005年版的药典也将该方法收入。在应用方面近红外光谱分析技术已扩展到石油化工、医药、生物化学、烟草、纺织品等领域。发达国家已经将近红外方法做为质量控制、品质分析和在线分析等快速、无损分析的主要手段。 我国对近红外光谱技术的研究及应用起步较晚，上世纪70年代开始，进行了近红外光谱分析的基础与应用研究，到了90年代，石化、农业、烟草等领域开始大量应用近红外光谱分析技术，但主要是依靠国外大型分析仪器生产商的进口仪器。目前国内能够提供完整近红外光
氯化钠的光谱分析实验报告
近代物理实验实验报告 实验课题：氯化钠的光谱分析 班级：物理学061 姓名：任军培 学号：06180130 指导老师：楼莹老师 2008年9月26日
摘要： 简单介绍了X射线的本质及产生的机理，获得x射线必须的条件，继而从理论上知x射线仪的主要结构。介绍了X射线衍射的要求，先介绍了描述X射线衍射条件的劳厄方程和布拉格方程，之后重点介绍了劳厄法和劳厄相的处理，劳厄法可用来分析晶体的结构，但它的主要用途是在于帮助我们研究晶体的宏观对称性。最后，简单说明了实验中要注意的事项。 引言： X射线是波长介于紫外线和γ射线间的电磁辐射。由德国物理学家W.K.伦琴于1895年发现，故又称伦琴射线。波长小于0.1埃的称超硬X射线，在0.1～1埃范围内的称硬X射线，1～10埃范围内的称软X射线。实验室中X射线由X 射线管产生，X射线管是具有阴极和阳极的真空管，阴极用钨丝制成，通电后可发射热电子，阳极（就称靶极）用高熔点金属制成（一般用钨，用于晶体结构分析的X射线管还可用铁、铜、镍等材料）。用几万伏至几十万伏的高压加速电子，电子束轰击靶极，X射线从靶极发出。电子轰击靶极时会产生高温，故靶极必须用水冷却，有时还将靶极设计成转动式的。 X射线谱由连续谱和标识谱两部分组成，标识谱重叠在连续谱背景上，连续谱是由于高速电子受靶极阻挡而产生的轫致辐射，其短波极限λ0 由加速电压V决定：λ 0 = hc /( ev )为普朗克常数， e 为电子电量， c 为真空中的光速。标识谱是由一系列线状谱组成，它们是因靶元素内层电子的跃迁而产生，每种元素各有一套特定的标识谱，反映了原子壳层结构的特征。同步辐射源可产生高强度的连续谱X射线，现已成为重要的X射线源。 关键词：氯化钠、X射线、布拉格公式、固定晶体法、晶体结构 正文： I.x射线的本质 （1）是波长很短的电磁波 0.01~100nm 电磁波谱： γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、无线电波→λ↑ x-ray 介于紫外线和γ射线之间。 对于用来晶体分析的x-ray，其λ= 0.5~2.5 （2）具有波粒二象性 波动性主要表现为以一定频率、波长在空间传播；微粒性主要表现为以光子形式辐射和吸收时具有一定的质量、能量和动量。 解释与其传播过程有关的干涉、衍射现象时，将其看成是一种具有一定波长、振动频率和传播速度的波；考虑其与其它物质相互作用时，将其看成是一种具有一定能量、动量、质量的微粒子流——x光子流。
仪器分析红外光谱实验
仪器分析实验报告 实验名称：红外光谱分析（IR）实验学院：化学工程学院 专业：化学工程与工艺 班级：化工112 姓名：王文标学号11402010233 指导教师：张宗勇 日期：2014.4.29
一、 实验目的 1、掌握溴化钾压片法制备固体样品的方法； 2、学习并掌握美国尼高立IR-6700型红外光谱仪的使用方法； 3、初步学会对红外吸收光谱图的解析。 二、实验原理 红外光是一种波长介于可见光区和微波区之间的电磁波谱。波长在0.75～1000μm 。通常又把这个波段分成三个区域，即近红外区：波长在0.75～2.5μm （波数在13300～4000cm -1），又称泛频区；中红外区：波长在 2.5～50μm （波数在4000～200cm -1），又称振动区；远红外区：波长在50～1000μm （波数在200～10cm -1），又称转动区。其中中红外区是研究、应用最多的区域。 红外区的光谱除用波长λ表征外，更常用波数σ表征。波数是波长的倒数，表示单位厘米波长内所含波的数目。其关系式为： )(10)(4 1 cm cm λσ=- 作为红外光谱的特点，首先是应用面广，提供信息多且具有特征性，故把红外光谱通称为“分子指纹”。它最广泛的应用还在于对物质的化学组成进行分析。用红外光谱法可以根据光谱中吸收峰的位置和形状来推断未知物的结构，依照特征吸收峰的强度来测定混合物中各组分的含量。其次，它不受样品相态的限制，无论是固态、液态以及气态都能直接测定，甚至对一些表面涂层和不溶、不熔融的弹性体（如橡胶）也可直接获得其光谱。它也不受熔点、沸点和蒸气压的限制，样品用量少且可回收，是属于非破坏分析。而作为红外光谱的测定工具-红外光谱仪，与其他近代分析仪器（如核磁共振波谱仪、质谱仪等）比较，构造简单，操作方便，价格便宜，最常用于工业及实验研究领域，如医药鉴别，人造皮革中异氰酸酯基确定等等。因此，它已成为现代结构化学、分析化学最常用和不可缺少的工具。 根据红外光谱与分子结构的关系，谱图中每一个特征吸收谱带都对应于某化合物的质点或基团振动的形式。因此，特征吸收谱带的数目、位置、形状及强度取决于分子中各基团（化学键）的振动形式和所处的化学环境。只要掌握了各种基团的振动频率（基团频率）及其位移规律，即可利用基团振动频率与分子结构的关系，来确定吸收谱带的归属，确定分子中所含的基团或键，并进而由其特征振动频率的位移、谱带强度和形状的改变，来推定分子结构。 红外光谱仪可分为色散型和干涉型。色散型红外光谱仪又有棱镜分光型和光栅分光型，干涉型为傅立叶变换红外光谱仪（FTIR ），最主要的区别是FTIR 没
光谱学的发展
光谱学的发展 光谱学是光学的一个分支学科，它研究各种物质的光谱的产生及其同物质之间相互作用。光谱是电磁辐射按照波长的有序排列；根据实验条件的不同，各个辐射波长都具有各自的特征强度。通过光谱的研究，人们可以得到原子、分子等的能级结构、能级寿命、电子的组态、分子的几何形状、化学键的性质、反应动力学等多方面物质结构的知识。光谱学的历史应从牛顿的色散实验开始，由于牛顿的精湛技术，使人们对白光的认识和对颜色的认识大大深入了。1752年，英国的梅耳维尔（Thomas Melvill，1726～1753）报告了他对多种物质产生的火焰光谱进行的研究，发现了包括纳谱线在内的一些谱线。19世纪初，赫歇尔（William Herschel，1738～1822）和里特（Johann Wilhelm Ritter，1776～1810）先后发现了在人的视觉范围之外的射线，即红外线和紫外线。1814年夫琅和费（Franhofer Joseph von，1787～1826）观察到了光谱线；但是，光谱学技术并不仅是一种科学工具，在化学分析中它也提供了重要的定性与定量的分析方法。实用光谱学是由基尔霍夫（Kirchhof Gottlieb Sigimund Constantin，1764～1833）与本生（Bunsen Rebent Wilhelm Ebethard，1811～1899）在19世纪60年代发展起来的；他们证明光谱学可以用作定性化学分析的新方法，还利用这种方法发现了几种当时还为人所不知的元素，并且证明了在太阳里存在着多种已知的元素。 1、光谱线的最初观察 1752年，梅耳维尔第一个观察到发光气体的光谱线。自从牛顿对光谱的研究以来，他的研究标志着向前迈进了第一步。梅耳维尔观察了钾碱、明矾、硝石和食盐被连续地放进酒精灯时所产生的光谱，并且发现，当明矾或钾碱放进酒精火焰中时，发射出了数量不相同的各种光线，……并且从它到邻近的较弱的颜色的光的过渡不是逐渐的而是直接的；这明亮的黄光就是“钠线”。后来，伦敦有一位医生在烛光火焰底部观察到蓝光的明亮光谱带；1856年，圣安德鲁斯的威廉·斯旺（Swan William）又一次观察到它，现在称之为“斯旺光谱”（Swan spectrum）。1802年，英国物理学家沃拉斯顿（Wollaston William Hyde，1766～1828）首次观察到太阳光谱中的7条暗线，其中最重要的5条光谱线被他认为是光谱的纯粹单色的自然界标或分界线，他本来得到了开创重要的谱线研究的机会，但他未能准确地解释它。这项工作只能等待更年轻的德国物理学家夫琅和费去完成。 夫琅和费（Fresnel Augustin Jean，1788～1827）1787年3月6日生于斯特劳宾（Straubing），父亲是玻璃工匠，幼年当学徒，后来自学了数学和光学。1806年他在巴伐利亚的贝内迪克特博伊伦的光学工场当了工匠，1818年任经理，1823年担任慕尼黑科学院物理陈列馆馆长和慕尼黑大学教授，后来德国埃朗根大学和英国、丹麦都赠予他荣誉称号。夫琅和费集工艺家与理论家的才干于一身，把丰富的实践经验与理论结合起来，对光学和光谱学做出了重要贡献。他用几何光学理论设计和制造了消色差透镜以取代过去盲目试验的方法，还首创用牛顿环方法检查光学表面加工精度及透镜形状。他所制造的大型折射望远镜等光学仪器，负有盛名。这些成就，使当时光学技术的权威由英国转移到德国，推动了精密光学工业的发展。 夫琅和费开始并不知道沃拉斯顿的发现，在他的光学著 作中，他把理论知识和实际技巧结合得非常好。特别是由于他 的准确计算各种透镜的方法的发明，他把实用光学引向了一条 全新的道路，并且他把消色差望远镜提到了当时意想不到的完 善程度。1814年，夫琅和费为了测定玻璃折射率和色散，以 作为制造消色差透镜的基础，对太阳光谱进行了仔细的观测。 在努力于测定玻璃对特殊颜色的折射率以便设计更为精密的 消色差透镜时，夫琅和费偶然地发现了一种灯光光谱的橙黄色 图7-14夫琅和费的分光仪 的双线，现在称之为钠线。在所有的火光中，他都看到这条精 细的、明亮的双线“精确地在同一地方出现，因此对于测定折 射率十分有用。他把一束来自狭缝的光线照射在有相当距离的放在经纬望远镜前面的最小偏差位置上 130
激光应用及光谱学 Laser Spectroscopy
Department of Electronic and Electrical Engineering EE986 Assignment and Professional Studies Group Project Interim Report Name: Kuo Sun Zhe Zhang Nan Zhou
Content Abstract (2) 1. Introduction (3) 2. Background (3) 2.1 Principle of LASER (3) 2.1.1 Deconstructing the LASER (3) 2.1.2 Underlying physics of LASER (4) 2.1.3 LASER Oscillation (4) 2.2 Principle of TDLS (5) 2.2.1 TDLS with Direct Detection (6) 2.2.2 TDLS with Wavelength Modulation Spectroscopy (6) 2.3 Fundamentals of Cavity Ring-down Spectroscopy (7) 2.3.1 Basic CRDS Set-Up (8) 2.3.2 Principle of CRDS (8) 2.3.3 Technical Characteristics of CRDS (9) 2.4 Principle of photoacoustic spectroscopy (9) 2.4.1 Foundational Principle (9) 2.4.2 Physical Process (10) 2.4.3 Advantages of Photoacoustic Spectroscopy (10) 3. Industrial Application (11) 3.1 Industry applications of TDLS (11) 3.2 Cavity Ring-Down Spectroscopy for Combustion Studies (12) 3.2.1 Experimental Set-up (12) 3.2.2 Methodology for CRD Flame Experiment (12) 4. Further work (14) 5. References (15) Abstract Modern spectroscopy which has the advantages of immunity to electromagnetic interference, resistance to chemical corrosion, high sensitivity, large bandwidth, and remote operation has become the preferred option for industrial gas monitoring. This paper presents the basic principle of laser operation which involved to the spectroscopy discuss in the next section. Then the paper discusses the fundamental of three different types of spectroscopy--Tunable Diode Laser Spectroscopy, Cavity Ring-down Spectroscopy and Photo acoustic Spectroscopy. Furthermore, the applications in industrial of the spectroscopy mentioned before are given to provide a further explanation. Finally, the future work is shown to make the project plan clear.
光谱分析实验讲义
实验一火焰原子发射光谱法测定水样中的钠 一、实验目的 1. 了解火焰原子发射光谱仪的使用方法。 2. 学习利用火焰原子发射光谱测定水样中Na+含量的方法。 二、基本原理 原子发射光谱分析（atomic emission spectrosmetry, AES），是根据处于激发态的待测元素原子回到基态时发射的特征谱线对待测元素进行分析的方法。当试样在等离子体光源中被激发，待测元素会发射出特征波长的辐射，经过分光，并按波长顺序记录下来，根据特征波长谱线的存在情况可以进行定性分析，测量其强度可以进行定量分析。 原子吸收分光光度法测定的是占原子总数99％以上的基态原子，而原子发射光谱测定的是占原子总数不到1％的激发态原子，所以前者的灵敏度和准确度比后者高的多。但原子吸收光谱法适合分析微量、痕量元素，因此，火焰原子发射光谱法可以分析浓度高的样品。 三、仪器与试剂 1. GGX-9型原子吸收分光光度计（使用发射光谱检测功能）。 2. 空气压缩机（应备有除水、除油、除尘装置）。 3. 乙炔钢瓶。燃气流量：0.9~1.2 l/min 4. 容量瓶(50 mL，100 mL，l000 mL)，移液管(5 mL)，烧杯(100 mL，250 mL)。 5. 氯化钠（光谱纯）。 6. 浓硝酸（分析纯）。 四、实验步骤 1. 钠的标准溶液配制 （1）标准储备液配制 钠标准贮备液：称取光谱纯氯化钠11.7000 g (准确到0.0001 g)，用60 mL硝酸溶液溶解，用去离子水准确稀释至1000 mL，摇匀。此溶液浓度为2 mg／mL（以Na计）。 （2）标准溶液配制 取Na标准贮备液（2 mg/mL）20 mL，移入100 mL容量瓶中，用去离子水稀释至刻度，摇匀备用，此溶液Na含量为400 μg/mL。 2. 工作曲线的绘制 分别移取钠的标准溶液0.00 mL，1.00 mL，3.00 mL，4.00 mL，5.00 mL于50 mL容量瓶中，用蒸馏水稀释至刻度，摇匀。以零号溶液为空白，乙炔压力为20 kPa的贫燃火焰，在589.0 nm的波长位置分别测量以上标准溶液的吸光度值。将测得的发射光强度值对纳溶液的质量浓度作图，绘出工作曲线。 3. 未知样的分析 水样采集后尽快通过0.45 μm滤膜过滤，取50mL在电炉上加热蒸至近干，然后立即加
光谱学
光谱学 Spectroscopy 余向阳 E-mail: cesyxy@https://www.360docs.net/doc/4116209087.html, Homepage: https://www.360docs.net/doc/4116209087.html,/yxy Tel: 84110287 Add: 中山大学激光所421室 中山大学光电材料与技术国家重点实验室
课程性质与安排 课程对象: 2010级光信息、物理学、逸仙班 2010级研究生 课程性质: 光学专业硕士研究生学位课, 其他专业究生选修课本科生专业选修课 课程教材: 讲义+参考文献 助教:关烨锋(guanyefeng@https://www.360docs.net/doc/4116209087.html,, 爪哇堂414) 学时: 本科生--36; 研究生--72(讲课: 36; 文献与研究: 36)学分: 本科生—2; 研究生--4 上课时间: 每周四, 10~11节; 上课地点: 艺206 平时成绩: 本科生: 作业+上课考勤: 占30% 研究生: 作业+上课考勤+ 文献综述(3千字，6篇以上的文献), 占30%期未考试: 闭卷笔试, 占70%
光谱学研究的主要内容 光谱学主要研究内容是：物质-电磁波相互作用下的光谱现象、规律及其应用。主要包括： 1) 光谱学基本理论与方法； 2) 各种物质体系(原子、分子、离子晶体-如稀土离 子、固体材料—如半导体材料、复杂分子-如有机与生物大分子)的光谱，而其中原子、分子光谱是整个光谱的基础； 3）计算光谱学、各种光谱技术、光谱学在科学研究中的应用。
课程的主要内容 绪论 电磁场与物质之间的相互作用 原子的能级结构与光谱 双原子分子的能级与光谱 分子的对称性与群论初步 多原子分子的光谱 分子的拉曼光谱 分子的电子光谱 计算光谱学导论 离子光谱导论 固体光谱导论 激光光谱学导论 光谱技术与应用导论
红外吸收光谱分析及其应用
红外吸收光谱分析及其应用 20世纪50年代初期，红外光谱仪问世，揭开了有机物结构鉴定的新篇章。到了50年代末期，已经积累了大量的红外光谱数据，到70年代中期，红外光谱法成为了有机结构鉴定的重要方法。红外光谱测定的优点： 1、任何气态、液态、固态样品都可以进行红外光谱的测定，这是核磁、质谱、紫外等仪器所不及的。 2、每种化合物均有红外吸收，又有机化合物的红外光谱可以获得丰富的信息。 3、常规红外光谱仪价格低廉，易于购置。 4、样品用量小。 红外吸收光谱分析也叫红外分光光度法，十一研究物质分子对红外辐射的吸收特性二建立起来的一种定性（包括结构分析）、定量分析法。根据试样的红外吸收光谱进行定性、定量分析和确定分子结构等分析的方法，称为红外吸收光谱法。 原理：当分子中某个基团的振动频率和红外光的振动频率一致时，分子就吸收红外光的能量，从原来的基态振动能级跃迁到能量较高的振动能级。物质对红外光的吸收曲线称为红外吸收光谱（IR）。 分子吸收红外光必须满足如下两个条件： 1.红外光的能量应恰好能满足振动能级跃迁所需要的能量，当红外光的频率与分子中某基团的振动频率相同时，红外光的能量才恩能够被吸收。 2.分子必须有偶极矩的变化。 与UV（紫外光谱）相比，IR的特点：IR频率范围小、吸收峰数目多、吸收曲线复杂、吸收强度弱。IR峰出现的频率位置由振动能级差决定；吸收峰的个数与分组振动自由度的数目有关；吸收峰的强度则主要取决于振动过程中偶极矩变化的大小和能级跃迁的几率。 红外吸收光谱具有高度的特征性，除光学异构外，没有两种化合物的红外光谱是完全相同的。红外光谱中往往具体要几组相关峰可以互相佐证而增强了定性和结构分析的可靠性，因此在官能团定性方面，是紫外、核磁、质谱等结构分析方法所不及的。红外光谱法可测定链、位置、顺反、晶型等异构体，而质谱法对异构体的鉴别则无能为力；红外光谱测定的样品范围广，无机、有机、高分子等
光谱分析报告 实验报告材料
实 课程名称： 材料科学基础实验 指导老师： 乔旭升 成绩： 实验名称： 光谱分析 实验类型： 同组学生姓名： 一、实验目的和要求（必填） 三、主要仪器设备（必填） 五、实验数据记录和处理 七、讨论、心得 二、实验内容和原理（必填） 四、操作方法和实验步骤 六、实验结果与分析（必填）一、实验目的 通过本实验了解紫光/可见光光度计、傅里叶变换红外光谱仪（FTIR ）和荧光光谱仪的基本原理、主要用途和实际操作过程。掌握玻璃透光率、薄膜吸收光谱、固体粉末红外光谱和固体发光材料荧光光谱的测试方法。学习分析影响测试结果的主要因素。 二、实验原理 电磁波可与多种物质相互作用。如果这种作用导致能量从电磁波转移至物质，就称为吸收。当光波与某一受体作用时，光子和接受体之间就存在碰撞。光子的能量可被传递给接受体而被吸收，由此产生吸收光谱。通常紫外和可见光的能量接近于某两个电子能级地能量差，故紫外与可见光吸收光谱起源于价电子在电子能级之间的跃迁，又称为电子光谱。 当一束平行单色光照射到非散射的均匀介质时，光的一部分将被介质所反射，一部分被介质吸收，一部分透过介质。如果入射光强度为I0.反射光强度为Ir ，吸收光强度为Ia ，透过光强度为It ，则有I0=Ir+Ia+It 投射光强度与入射光强度之比称为透光率 T=It/I0 当一束具有连续波长的红外光照射某化合物时，其分子要吸收一部分光能转变为分子的震动能量或转动能量。此时若将其透过的光用单色器进行色散，就可得到一带暗条的谱带。以红外光的波长或波数为横坐标，以吸收率或者透过率百分数为纵坐标，把该谱带记录下来，就可得到该化合物的红外吸收光谱图。不同的化合物均有标准特征谱，将实验所得的光谱与标准谱对照，就可进行分子结构的基础研究和化合组成的分析。可由吸收峰的位置和形状来推知被测物的结构，按照特征峰的强度来测定混合物中各组分的含量。 当分子吸收来自光辐射的能量后，其本身就由处于稳定的基态跃迁至不稳定的激发态： M+h ν→。激发态是不稳定的，寿命极短，激发态分子会迅速以向周围散热或再发射电磁 波（荧光或磷光）的方式回到基态： →M+荧光（或磷光）。任何能产生荧光（或磷光）的物质都具有两个特征光谱：激发光谱和发射光谱。 激发光谱：荧光（或磷光）为光致发光，因此必须选择合适的激发光波长，这可通过激发
红外光谱分析(IR)实验
仪器分析实验 实验名称：红外光谱分析（IR）实验 学院：化学工程学院 专业：化学工程与工艺 班级： 姓名： 学号：序号：12 指导教师： 日期：2012年5月31日
一、实验目的 1、掌握溴化钾压片法制备固体样品的方法； 2、学习并掌握美国尼高立IR-6700型红外光谱仪的使用方法； 3、初步学会对红外吸收光谱图的解析。 二、实验原理 红外光是一种波长介于可见光区和微波区之间的电磁波谱。波长在0.75～ 1000μm 。通常又把这个波段分成三个区域，即近红外区：波长在0.75～2.5μm （波数在13300～4000cm -1），又称泛频区；中红外区：波长在2.5～50μm （波数在4000～ 200cm -1），又称振动区；远红外区：波长在50～1000μm （波数在200～10cm -1），又称转动区。其中中红外区是研究、应用最多的区域。 红外区的光谱除用波长λ表征外，更常用波数σ表征。波数是波长的倒数，表示单位厘米波长内所含波的数目。其关系式为： )(10)(4 1 cm cm λσ=- 作为红外光谱的特点，首先是应用面广，提供信息多且具有特征性，故把红外光谱通称为“分子指纹”。它最广泛的应用还在于对物质的化学组成进行分析。用红外光谱法可以根据光谱中吸收峰的位置和形状来推断未知物的结构，依照特征吸收峰的强度来测定混合物中各组分的含量。其次，它不受样品相态的限制，无论是固态、液态以及气态都能直接测定，甚至对一些表面涂层和不溶、不熔融的弹性体（如橡胶）也可直接获得其光谱。它也不受熔点、沸点和蒸气压的限制，样品用量少且可回收，是属于非破坏分析。而作为红外光谱的测定工具-红外光谱仪，与其他近代分析仪器（如核磁共振波谱仪、质谱仪等）比较，构造简单，操作方便，价格便宜，最常用于工业及实验研究领域，如医药鉴别，人造皮革中异氰酸酯基确定等等。因此，它已成为现代结构化学、分析化学最常用和不可缺少的工具。 根据红外光谱与分子结构的关系，谱图中每一个特征吸收谱带都对应于某化合物的质点或基团振动的形式。因此，特征吸收谱带的数目、位置、形状及强度取决于分子中各基团（化学键）的振动形式和所处的化学环境。只要掌握了各种基团的振动频率（基团频率）及其位移规律，即可利用基团振动频率与分子结构的关系，来确定吸收谱带的归属，确定分子中所含的基团或键，并进而由其特征振动频率的位移、谱带强度和形状的改变，来推定分子结构。 红外光谱仪可分为色散型和干涉型。色散型红外光谱仪又有棱镜分光型和光栅分光 型，干涉型为傅立叶变换红外光谱仪（FTIR ），最主要的区别是FTIR 没有色散元件。本实验所演示的是傅立叶变换红外光谱仪（FTIR ）。所得的红外谱图的横坐标是波数
光谱定性分析物理实验报告
竭诚为您提供优质文档/双击可除光谱定性分析物理实验报告 篇一：红外光谱分析实验报告 一、【实验题目】 红外光谱分析实验 二、【实验目的】 1.了解傅立叶变换红外光谱仪的基本构造及工作原理 2.掌握红外光谱分析的基础实验技术 3.学会用傅立叶变换红外光谱仪进行样品测试 4.掌握几种常用的红外光谱解析方法 三、【实验要求】 利用所学过的红外光谱知识对碳酸钙、聚乙烯醇、丙三醇、乙醇的定性分析制定出合理的样品制备方法；并对其谱图给出基本的解析。 四、【实验原理】 红外光是一种波长介于可见光区和微波区之间的电磁波谱。波长在0.78～300μm。通常又把这个波段分成三个区域，即近红外区：波长在0.78～2.5μm（波数在12820～
4000cm-1），又称泛频区；中红外区：波长在2.5～25μm（波数在4000～400cm-1），又称基频区；远红外区：波长在25～300μm（波数在400～33cm-1），又称转动区。其中中红外区是研究、应用最多的区域。 红外区的光谱除用波长λ表征外，更常用波数（wavenumber）σ表征。波数是波长的倒数，表示单位厘米波长内所含波的数目。其关系式为： 作为红外光谱的特点，首先是应用面广，提供信息多且具有特征性，故把红外光谱通称为"分子指纹"。它最广泛的应用还在于对物质的化学组成进行分析。用红外光谱法可以根据光谱中吸收峰的位置和形状来推断未知物的结构，依照特征吸收峰的强度来测定混合物中各组分的含量。其次，它不受样品相态的限制，无论是固态、液态以及气态都能直接测定，甚至对一些表面涂层和不溶、不熔融的弹性体（如橡胶）也可直接获得其光谱。它也不受熔点、沸点和蒸气压的限制，样品用量少且可回收，是属于非破坏分析。而作为红外光谱的测定工具-红外光谱仪，与其他近代分析仪器（如核磁共振波谱仪、质谱仪等）比较，构造简单，操作方便，价格便宜。因此，它已成为现代结构化学、分析化学最常用和不可缺少的工具。根据红外光谱与分子结构的关系，谱图中每一个特征吸收谱带都对应于某化合物的质点或基团振 动的形式。因此，特征吸收谱带的数目、位置、形状及强度
(整理)光谱分析技术及应用
光谱分析技术及应用 一、光谱分析的分类 1、原子吸收光谱法——也叫湿法分析。它是以待测元素的特征光波，通过样品的蒸发，被蒸发中的待测元素的基态原子所吸收，由辐射强度的减弱程度，来测定该元素的存在与否和含量多少；通常是采用火焰或无火焰（也叫等离子）方法，把被测元素转化为基态原子。根据吸收光波能量的多少测定元素的含量。 通常原子吸收光谱法是进行仪器定量分析的湿法分析。 2、原子发射光谱法——利用外部能量激发光子发光产生光谱。 看谱分析法就是原始的、也是最经典的利用原子发射光谱的分析方法。看谱分析法在我国工业生产上的使用是在上世纪50年代，58年北京永定机械厂制造了第一台仿苏联技术的看谱仪，随后天津光学仪器厂成为我国大量生产棱镜分光的看谱镜基地。 上世纪80年代起，德国、英国、美国等国家，开始研制采用CCD （Charge Coupled Device电荷耦合器件）技术作为光谱接收器件的直读式定量光谱仪，德国以实验室用大型直读定量光谱仪为主；英国阿朗公司、美国尼通公司以便携式金属分析仪为主打市场。近年来，德国、芬兰等国家研制生产便携式、直读定量光谱仪，分析精度在一定条件下可以替代实验室直读式定量光谱仪。 二、看谱分析的特点 1、操作简便，分析速度快。 2、适合现场操作。
3、无损检测（现场操作情况下无须破坏样品）。 4、检测成本低。是便携式金属分析仪的1/30左右，是便携式直读定量光谱仪的1/40。 5、有一定的灵敏度和准确度。 三、看谱分析的方法： 定性分析方法，所谓定性就是判定分析的元素是否存在的分析。严格的讲定性分析是根据某元素的特征灵敏线的出现与否，来确定该元素是否存在的分析方法。 那么，什么叫灵敏线呢？ 某元素在某几个区域出现的几条与其它元素不同的特征线；或称“在较低含量情况下出现的谱线”，或者说是在某一范围内出现的谱线，叫做灵敏线。 半定量方法就是近似的估计元素含量的方法。 利用谱线进行比较，即通过 亮度比较含量，就是与铁基线进 行比较，含量与亮度的对数成正 比关系。（用来进行比较的铁基线 的亮度应不变。）lgI（谱线强度） 四、看谱分析的一般步骤 1、分析前的准备
光谱学新书导读
光谱学外文新书导读 方晖（南开大学信息技术科学学院教授、博士后） 光谱学是物理学中的光学的一个分支，研究的是光与构成物质的原子和分子之间的相互作用，主要探讨的是利用各种光谱信息来获取原子和分子的内部结构及其各种运动状态。近代光谱学的发展是和量子力学、原子物理学的建立密不可分的，例如普朗克常数就是在黑体辐射光谱研究中提出的，而对氢原子光谱的研究则直接导致了玻尔原子模型以及薛定谔方程的提出。之后，随着量子力学原理逐渐应用到以分子研究为中心的量子化学中来，光谱学研究的重心也逐渐向分子光谱学转移。特别是在激光器发明之后，人们籍此新的光源可以获得强度更高和光谱分辨率、时间分辨率更高的各种分子光谱，激光光谱学迎来了现代光谱学的蓬勃发展时期。目前，各种新的光谱技术不断涌现，各种光谱仪器设备的更新层出不穷，光谱学研究已经远远超出了当初传统的物理、化学范畴，而是在几乎各个科学技术研究领域都起着越来越重要的作用，例如尤其是在材料科学、生命科学、医学中，光谱研究已成为一种不可或缺的研究手段。 南开大学外国教材中心和理科馆历来注重光谱学方面英文书籍的购置、收集和整理，到目前为止已具有较为丰富的馆藏。考虑到可能的同学及教师读者或者是在为光谱学课程寻找补充材料或者为具体的光谱科研寻找相关资料，我特将这些藏书分为了以下7类：（1）原子光谱学；（2）原子到分子光谱学；（3）分子光谱学；（4）激光光谱学；（5）独立的光谱学分支；（6）具体的光谱学应用；（7）光谱仪器。其中（1）、（2）、（3）和（4）中的藏书可以分别为研习原子光谱、分子光谱、激光光谱课程时参阅，而（5）、（6）、（7）中的某些藏书也许正是目前从事光谱学科研的同学和教师所需要的。 （1）到（7）每个类之中的书籍都按照出版年份做了排列，其中1990年后出版的所有馆藏基本上都罗列出来。而对于其他较早出版的，列出了其中的大部分仍然具有较高的参考价值（这里我参考了网络搜索结果做出了判断，可能不免有所遗漏，欢迎大家补充）。希望这样的收集方式不仅有利于读者能快速找到最为合适的参考书，同时也能方便广大读者更容易地向外国教材中心建议所需购置、补充的新书。 以下，我对（1）到（4）各类中1990年后出版的书做一个简要介绍，供大家参考。 在（1）原子光谱学中：Zenonas Rudzikas的书据作者称为惟一的一本用非相对论以及相对论理论成功描述了复杂多电子原子和离子的能级结构和跃迁几率的书，这本书对原子光谱理论给出了详尽的描述，但内容过于艰深，似不适宜作为教科书；而Igor Sobelman的书从内容的安排上由简到繁，深入浅出，在最后的章节里考虑了原子光谱的相对论修正，其另外一个特色是提供了各种原子的包括偶极矩和四极矩以及跃迁几率和有效截面等参数的详细的数据表格；Bernhard Welz的书是一本经再版的畅销书，有评论称作者在原子吸收光谱的基本理论和实际应用上寻找到了一个很好的平衡，而且这本书列出的详细的文献也具有较高的参考价值。 在（2）原子到分子光谱学中：Vimal Kumar Jain的书首先描述了单价电子和双价电子原子的原子光谱理论，介绍了核磁共振和穆斯堡尔谱，接着描述了双原子分子的转动、振动、电子，以及拉曼光谱，这本书的一个主要特色是有问题