光谱分析原理.ppt

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1、光谱分析理论基础广东电网公司电力科学研究院钟万里1主要内容前言第一章：光谱分析原理一、看谱分析的基本概念二、光谱的概念三、看谱分析的基础理论四、看谱分析的概况五、看谱分析的分类六、看谱分析过程第二章看谱镜原理一、几何光学的四大定律二、光的衍射和干涉三、三棱镜的色散四、光栅的色散五、光谱仪器的光路结构2前言应用光谱技术鉴别金属材料，在国际上已经有100多年的历史，在我国也已经有50年左右的历史。随着科学技术的进步，光谱技术逐步从只能定性的看谱镜发展到可做定量（半定量）分析的摄谱仪、光量计乃至目前可精确定量的直读光谱仪。理论不断向前推进，仪器水平的提高说明科研和工业生产中有着

2、强大的应用背景。近年来，大量新型的金属材料的研制成功以及在工业企业中的应用，就足以证明上述推论。因为金属材料在生产过程中，除了要控制主要添加元素外，还要控制大量杂质元素。同样，各种重要的金属部件在使用前为避免用错材料，也要进行必要的材质检验。这些质量控制与检验都要求有一定的准确度、快速的分析方法和简单的制样过程等。而目前能满足上述要求而且比较成熟的检测技术就是光谱分析方法了，下面，对这一技术的原理及应用做一个简单的介绍。3第一章、光谱分析原理4一、看谱分析的基本概念光的辐射实际上是电磁辐射，光波是一种电磁波，光谱或波谱是按照频率或波长顺序排列的电磁辐射。电磁辐射包括无线电

3、波(或射频波)、微波、紫外线、可见光、红外线、X射线、γ射线和宇宙射线。由电磁波按频率或波长有序排列的光带（图谱）称为光谱，光谱实际上是电磁波谱。电磁波谱可以按波长分为射频波谱、微波波谱、光学光谱、X射线光谱和γ射线光谱。光学光谱又可分为紫外光谱、近紫外光谱、可见光谱、近红外光谱、红外光谱区和远红外光谱等。我们知道，各种物质的辐射都直接反映物质的结构，就是说各种结构的物质都且有自己的特征光谱。因此，根据物质的特征光谱，可以研究物质的结构和测定物质的化学成分。这种利用特征光谱研究物质结构和测定化学成分的方法，统称为光谱分析。因此我们所说光谱分析是指应用光谱学的原理和实验方法

4、分析物质的化学成分。5基于测量物质的光谱而建立的分析方法称为光谱分析法。根据获得光谱的方式，光谱分析方法一般可分为发射光谱法(包括荧光光谱法)、吸收光谱法和拉曼散射光谱法三种基本类型，发射光谱，是物质在外能(热能、电能、光能、化学能和生物能)作用下，由低能态过渡到高能态(即激发)，然后辐射能量返回低能态(辐射跃迁)所得到的光谱。如果物质的激发是由于吸收光子引起的，所得到的光谱即为荧光光谱。吸收光谱则是物质吸收辐射能，由低能态过渡到高能态，使入射辐射能减小所得到的光谱。拉曼光谱是物质对辐射能选择地散射得到的，它与一般散射(只改变方向)不同，拉曼散射不仅改变相射传播方向，而且

5、还使辐射波长(或频率)发生变化。6看谱分析是是一种原子发射的光谱分析方法，习惯上将原子发射光谱分析简称为光谱分析。用这种分析方法可以确定试样中元素的种类及含量，光谱分析通常有如下过程：在试样电极和辅助电极之间通已电流（直流电弧、交流电弧、火花等），则在两电极之间的间隙中形成电弧或者火花的等离子体（蒸汽云），此等离子体中的分子、原子、离子及电子接受了光源发生器供给的能量后而被激发发光，成为光源，经过分光后形成光谱。光谱中有原子、离子产生的线状光谱，也有分子产生的带状光谱和灼热电极产生的连续光谱。经过分光镜分光而得到的光谱中的谱线按照波长的顺序分开排列，可以用不同的装置接受或

6、者检测光谱。如果采用照相法将光谱记录在感光板上，则叫摄谱法，这种光谱仪叫摄谱仪，如果用光电倍增管接受，将光信号转换为电信号，7并予以检测，则叫光电直读光谱法，这种光谱仪叫光电直读光谱仪。如果用人眼睛来观察辨别光谱，则叫看谱法，着种仪器叫看谱镜。由于人眼对可见光（红、橙、黄、绿、青、蓝、紫色的光）才有视觉，因此看谱分析仅限于可见光谱波段。光谱分析所利用光谱是原子或者离子所发射的线状光谱，各原子或离子都有自己的一系列波长的谱线所组成的特征光谱。从光谱中辨认并确定出各元素的特征谱线中的一些灵敏线，这便是定性分析的基础。各元素特征谱线的强度是样品中该元素含量的函数，依据谱线的强度

7、确定含量，这便是定量分析的基础。8复合光借助于分光元件色散成单色光，按照波长顺序排列成一个谱带，称之为光谱。当物质以不同状态存在的时候，由于其内部结构和受激发的情况不同，产生三种不同类型的光谱。光谱的三种类型：A、线光谱B、带光谱C、连续光谱二、光谱的概念9（1）线光谱——由于在高温下，物质蒸发出来，形成蒸汽云，物质中的原子和离子以气态的形式存在，这时原子间的相互作用力很小，它们接受能量以后，发射谱线完全由单个原子或离子的外层电子轨道能级所决定，它辐射出不连续的明亮线条叫线光谱。每种元素都有它本身特定波长的线光谱。（2）带光谱