光电检测技术教学课件作者胡涛第10章节课件

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1、第十章光谱技术光谱检测技术概述光谱学●研究物质和电磁波相互作用的科学。激光光谱学●对在激光器发明之后，使用激光作为光源来进行的原子、分子的发射光谱、吸收光谱以及非线性效应所做研究的通称。光谱学的发展进程：11666年伟大的科学家牛顿用棱镜发现了光的色散现象。21814年著名的物理学家夫琅和费用棱镜光谱仪观察到太阳谱线，逐渐进入光谱学发展的盛期。3到20世纪初，传统光谱学已经十分成熟并在冶金、电子、化工、医药、食品等工业部门都成为相当重要的分析手段。460年代高强度、高单色性激光的出现给光谱学这门学科注入了新的活力，激光光源的优

2、越性得到了充分的发展。傅里叶变换红外光谱技术红外光谱基本原理●当一束具有连续波长的红外光通过物质，物质分子中某个基团的振动频率或转动频率和红外光的频率一样时，分子就吸收能量由原来的基态振(转)动能级跃迁到能量较高的振(转)动能级，分子吸收红外辐射后发生振动和转动能级的跃迁，该处波长的光就被物质吸收。红外光谱法●根据分子内部原子间的相对振动和分子转动等信息来确定物质分子结构和鉴别化合物的分析方法。红外光谱图●将分子吸收红外光的情况用仪器记录下来，就得到红外光谱图。波长(λ)或波数(σ)为横坐标，—表示吸收峰的位置透光率(T%)或

3、者吸光度(A)为纵坐标，—表示吸收强度。傅里叶变换红外光谱技术红外吸收光谱产生的条件：宽松的工作环境重视产品品位电磁波能量与分子两能级差相等。红外光与分子之间有偶合作用。分子振动时其偶极矩必须发生变化。保证了红外光的能量能传递给分子。红外活性振动只有偶极矩发生变化的振动才能引起可观测的红外吸收红外非活性振动偶极矩等于零的分子振动不能产生红外吸收傅里叶变换红外光谱技术分子的振动形式分类：伸缩振动弯曲振动原子沿键轴方向的往复运动，振动过程中键长发生变化。分为对称伸缩振动Vs和反对称伸缩振动Vas原子垂直于化学键方向的振动。分为面内

4、弯曲振动(δ)和面外弯曲振动(γ)组成分子的各种基团都有自己特定的红外特征吸收峰，官能团的吸收振动具体出现在哪一波数，与基团在分子中所处的环境有关。引起基团频率位移的因素：分子所处的物理状态和化学环境如分子中取代基的电性效应及机械效应外部因素内部因素傅里叶变换红外光谱技术基本分区红外光谱通常将红外光谱分为三个区域：近红外区(0.78~3μm)、中红外区(3~50μm)和远红外区(50~1000μm)。近红外区由分子的倍频、合频产生的中红外区属于分子的基频振动光谱远红外区属于分子的转动光谱和某些基团的振动光谱。红外谱图按吸收峰的

5、来源，可以将3~50μm的红外光谱图分为特征频率区（3~7.7μm）以及指纹区（7.7~50μm）两个区域。特征频率区由基团的伸缩振动产生，具有很强的特征性，用于鉴定官能团指纹区该区峰多而复杂，没有强的特征性，用于区别结构类似的化合物傅里叶变换红外光谱技术基本分类红外光谱可分为发射光谱和吸收光谱两类。发射光谱●主要决定于物体的温度和化学组成。●由于测试比较困难，红外发射光谱只是一种正在发展的新的实验技术，如激光诱导荧光。吸收光谱●每种分子都有由其组成和结构决定的独有的红外吸收光谱，是一种分子光谱，属于带状光谱。而原子是线状光谱

6、。●由分子不停地作振动和转动运动而产生的。——分子振动是指分子中各原子在平衡位置附近作相对运动，多原子分子可组成多种振动图形。傅里叶变换红外光谱技术v1v2●分子中各原子以同一频率、同一相位在平衡位置附近作简谐振动。简正振动：——含n个原子的分子应有3n-6个简正振动方式。如果是线性分子，只有3n-5个简正振动方式。以非线性三原子分子为例，简正振动方式有三种：v3伸缩振动伸缩振动变角振动——只是化学键的伸长和缩短。——只是化学键的伸长和缩短。——改变了分子中化学键间的夹角傅里叶变换红外光谱技术相关仪器棱镜和光栅光谱仪●属于色散

7、型光谱仪；●它的单色器为棱镜或光栅，属单通道测量，即每次只测量一个窄波段的光谱元。●转动棱镜或光栅，逐点改变其方位后，可测得光源的光谱分布。新型红外光谱仪●以多通道测量为特点，即在一次测量中，探测器就可同时测出光源中各个光谱元的信息。例哈德曼变换光谱仪。●与光栅光谱仪相比，哈德曼变换光谱仪的信噪比要高些。傅里叶变换红外光谱技术傅里叶变换红外光谱仪●当动镜移动时，经过干涉仪的两束相干光间的光程差就改变，探测器所测得的光强也随之变化，从而得到干涉图。●是非色散型的，核心部分是一台双光束干涉仪，常用的是迈克耳孙干涉仪。●运算可得到入

8、射光的光谱B(v)：傅里叶变换光谱仪的主要优点是：多通道测量使信噪比提高12没有入射和出射狭缝限制，因而光通量高，提高了仪器的灵敏度以氦、氖激光波长为标准，波数值的精确度可达0.01厘米3增加动镜移动距离就可使分辨本领提高45工作波段可从可见区延伸到毫米区，使远红外光谱的测定