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1、光谱分析基础光谱分析基础第一页，讲稿共三十九页哦Contents光谱分析及其特点光谱分析及其特点电磁辐射和电磁波谱电磁辐射和电磁波谱原子光谱和分子光谱原子光谱和分子光谱吸收光谱和发射光谱吸收光谱和发射光谱第二页，讲稿共三十九页哦光谱分析的概念光谱分析的概念 光谱分析法光谱分析法是基于物质发射的电磁辐射及是基于物质发射的电磁辐射及电磁辐射与物质的相互作用而建立起来的分电磁辐射与物质的相互作用而建立起来的分析方法。析方法。第三页，讲稿共三十九页哦三个基本过程三个基本过程（1 1）能源提供能量；）能源提供能量；（2 2）能量与被测物之间的相互作用；）能量与被测物之间的相互作用；（3 3）产生被检测信
2、号。）产生被检测信号。第四页，讲稿共三十九页哦基本特点基本特点（1）所有光分析法均包含三个基本过程；）所有光分析法均包含三个基本过程；（2）选择性测量，不涉及混合物分离（不同）选择性测量，不涉及混合物分离（不同于色谱分析）；于色谱分析）；（3）涉及大量光学元器件。）涉及大量光学元器件。第五页，讲稿共三十九页哦电磁辐射及电磁波谱电磁辐射及电磁波谱 光是电磁辐射的一种，是一种以巨大速度通过光是电磁辐射的一种，是一种以巨大速度通过空间而不需要任何物质作为传播媒介的光子流，空间而不需要任何物质作为传播媒介的光子流，它具有它具有波动性波动性和和微粒性微粒性。第六页，讲稿共三十九页哦电磁辐射的波动性电磁辐
3、射的波动性波长是在波的传播路线上具有相同振动相位的相邻两点之间的线性距离。频率是每秒内的波动次数，波数是每厘米长度中波的数目。第七页，讲稿共三十九页哦第八页，讲稿共三十九页哦第九页，讲稿共三十九页哦问题：生活中的波动现象？第十页，讲稿共三十九页哦波动天下波动天下波动统治世界水面波是我们能直接观察到的最常见的一种波，这是波动传播机械能的最直观和典型的例子。波动是自然界最广泛存在的一种运动形式，也是传递能量和信息最基本和最主要的形式。第十一页，讲稿共三十九页哦波动天下波动天下水波虽然直观形象，但它是一种复杂的波，因为形成水波的力主要是重力(有时还要考虑表面张力)。而机械波(广义的声波)和电磁波却主
4、要是简单的波，也就是所谓的简谐波，也称正弦或余弦波第十二页，讲稿共三十九页哦波动天下波动天下我们与外界交换信息的感觉器官主要是耳朵和眼睛，耳朵可以感知声波，眼睛可以感知电磁波，我们时时刻刻都处在这两种波的包围之中，所以在我们认识的自然界中，声波和电磁波占据了主导地位。第十三页，讲稿共三十九页哦波动天下波动天下推而广之，在非自然界领域，也有各种“力”的存在，有力就有运动的变化，这种变化常表现为波动的形式。比如，经济的波动、股市的波动、情绪的波动等等，社会学上的波动是群体的“合力”作用的结果。第十四页，讲稿共三十九页哦波动是：在某一点产生的振动向周围传播的一种现象。介质波在行进，但并没有物体随波一
5、起行进第十五页，讲稿共三十九页哦电磁辐射及电磁波谱电磁辐射及电磁波谱2.2.电磁辐射的粒子性电磁辐射的粒子性 普朗克认为物质对辐射能的吸收和发射是不连续的，普朗克认为物质对辐射能的吸收和发射是不连续的，是量子化的。当物质内的分子或原子发生能级跃迁时，是量子化的。当物质内的分子或原子发生能级跃迁时，若以辐射能的形式传递能量，则辐射能一定等于物质若以辐射能的形式传递能量，则辐射能一定等于物质的能级变化。的能级变化。第十六页，讲稿共三十九页哦第十七页，讲稿共三十九页哦电磁辐射及电磁波谱电磁辐射及电磁波谱著名的普朗克公式著名的普朗克公式第十八页，讲稿共三十九页哦电磁辐射及电磁波谱计算1mol（6.02
6、2171023个）波长为200nm的光子的能量E？E=h*C/=(6.62610-342.99810106.0221023)/20010-7=5.98105J第十九页，讲稿共三十九页哦电磁辐射及电磁波谱从 射线一直到无线电波都是电磁辐射，光是电磁辐射的一部分，他们在性质上是完全相同的，区别在于波长或频率不同，即光子具有的能量不同。第二十页，讲稿共三十九页哦光谱光谱光学光谱包含着遥远天体丰富的物理信息，这些光线就如同生物体的“DNA”，标识着天体的组成成分及与我们的距离。第二十一页，讲稿共三十九页哦光谱光谱早在1666年，牛顿用三棱镜分解日光，发现白光是由不同颜色的光混合而成，透镜对不同颜色的光
7、有不同的折射，而由此产生的这些彩虹般的色序就是“光谱”。“光谱”就像是每个天体的“户口本”一样，包含了天体化学组成、速度在内的所有物理、化学信息。第二十二页，讲稿共三十九页哦光谱光谱被国际天文学界誉为“光谱之王”的望远镜LAMOST，TheLargeSkyAreaMultiObjectFiberSpectroscopicTelescope，大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜，作为目前国际上天体光谱获取率最高的望远镜，由中国自主研发，历经12年建造，于2008年10月正式运行。第二十三页，讲稿共三十九页哦第二十四页，讲稿共三十九页哦第二十五页，讲稿共三十九页哦光谱光谱既能看得广又能看得细这个难题
8、被中国天文学家解开了。他们巧妙地让望远镜的一部分镜子“躺下”，就将大视场与大口径的优势结合了起来。在LAMOST的半圆穹顶中藏着的，就是“躺下”的那一部分MA反射改正镜。第二十六页，讲稿共三十九页哦光谱光谱MA镜采用施密特式设计，天生就具有大视场的特点。而且，这块5.7米4.4米的大镜子，是由24块六角形平面子镜拼接而成的。只说每面镜子的背后都装有34个电机，每个电机都可以遥控，使镜子产生细微的变形它们不仅用于消除安装、重力等导致的误差变形，更主要的作用是可以校正球面主镜MB的球差也就是广角镜头的鱼眼效应第二十七页，讲稿共三十九页哦第二十八页，讲稿共三十九页哦光谱之王的任务光谱之王的任务普遍巡
9、天。所谓“普遍巡天”，也就是对天体进行“户口普查”。利用天体的光谱，确定天体的化学组成、温度、密度、磁场和运动速度、运动轨迹等物理条件。宇宙大尺度结构研究。宇宙的结构、星系的形成和演化。暗能量研究。2003年形成一个以暗能量、暗物质为主的暴涨宇宙模型。第二十九页，讲稿共三十九页哦第三十页，讲稿共三十九页哦无所不在的放射线无所不在的放射线放射线=危险？检查身体癌症放疗器械消毒制造半导体烟雾传感器第三十一页，讲稿共三十九页哦无所不在的放射线无所不在的放射线放射线的照射可能使人体受到损伤，因为放射线能损害细胞的DNA等身体中重要生命物质。放射源：人为和自然大气、大地岩石、食物、宇宙目前低照射量对身体
10、影响还不清楚第三十二页，讲稿共三十九页哦原子光谱和分子光谱 原子光谱原子光谱 是原子核外电子在不同能级间跃迁而产生的光是原子核外电子在不同能级间跃迁而产生的光谱。是由一条条明锐的彼此分立的谱线组成的谱。是由一条条明锐的彼此分立的谱线组成的线状光谱。线状光谱。第三十三页，讲稿共三十九页哦原子光谱和分子光谱分子光谱分子光谱是在辐射能作用下，因分子内能级间的跃迁而产生是在辐射能作用下，因分子内能级间的跃迁而产生的光谱。的光谱。分子光谱比原子光谱复杂的多E=Ee+Ev+Er+En+Et+Ei分子中原子的核能：分子中原子的核能：En 分子的平移能：分子的平移能：Et电子运动能：电子运动能：Ee 原子间相对振动能：原子间相对振动能：Ev分子转动能：分子转动能：Er 基团间的内旋能：基团间的内旋能：Ei第三十四页，讲稿共三十九页哦原子光谱和分子光谱第三十五页，讲稿共三十九页哦吸收光谱和发射光谱E E2 2E E0 0E E1 1E E3 3原子发射光谱原子发射光谱原子吸收光谱原子吸收光谱第三十六页，讲稿共三十九页哦光谱分析仪器光谱分析仪器基本结构：1.光源2.分光系统3.样品池4.检测器5.记录系统第三十七页，讲稿共三十九页哦 复习和自学：复习和自学：1.电磁波谱电磁波谱2.吸收光谱和发射光谱3.荧光光谱第三十八页，讲稿共三十九页哦第三十九页，讲稿共三十九页哦