光譜分析基礎(chǔ)

光譜分析基礎(chǔ)第一頁，共三十九頁，2022年，8月28日Contents光譜分析及其特點電磁輻射和電磁波譜原子光譜和分子光譜吸收光譜和發(fā)射光譜第二頁，共三十九頁，2022年，8月28日光譜分析的概念

光譜分析法是基于物質(zhì)發(fā)射的電磁輻射及電磁輻射與物質(zhì)的相互作用而建立起來的分析方法。第三頁，共三十九頁，2022年，8月28日三個基本過程（1）能源提供能量；（2）能量與被測物之間的相互作用；（3）產(chǎn)生被檢測信號。第四頁，共三十九頁，2022年，8月28日基本特點（1）所有光分析法均包含三個基本過程；（2）選擇性測量，不涉及混合物分離（不同于色譜分析）；（3）涉及大量光學(xué)元器件。第五頁，共三十九頁，2022年，8月28日電磁輻射及電磁波譜光是電磁輻射的一種，是一種以巨大速度通過空間而不需要任何物質(zhì)作為傳播媒介的光子流，它具有波動性和微粒性。第六頁，共三十九頁，2022年，8月28日電磁輻射的波動性

波長是在波的傳播路線上具有相同振動相位的相鄰兩點之間的線性距離。頻率是每秒內(nèi)的波動次數(shù)，波數(shù)是每厘米長度中波的數(shù)目。第七頁，共三十九頁，2022年，8月28日第八頁，共三十九頁，2022年，8月28日第九頁，共三十九頁，2022年，8月28日問題：生活中的波動現(xiàn)象？第十頁，共三十九頁，2022年，8月28日波動天下波動統(tǒng)治世界

水面波是我們能直接觀察到的最常見的一種波，這是波動傳播機(jī)械能的最直觀和典型的例子。波動是自然界最廣泛存在的一種運(yùn)動形式，也是傳遞能量和信息最基本和最主要的形式。第十一頁，共三十九頁，2022年，8月28日波動天下

水波雖然直觀形象，但它是一種復(fù)雜的波，因為形成水波的力主要是重力(有時還要考慮表面張力)。而機(jī)械波(廣義的聲波)和電磁波卻主要是簡單的波，也就是所謂的簡諧波，也稱正弦或余弦波第十二頁，共三十九頁，2022年，8月28日波動天下我們與外界交換信息的感覺器官主要是耳朵和眼睛，耳朵可以感知聲波，眼睛可以感知電磁波，我們時時刻刻都處在這兩種波的包圍之中，所以在我們認(rèn)識的自然界中，聲波和電磁波占據(jù)了主導(dǎo)地位。第十三頁，共三十九頁，2022年，8月28日波動天下推而廣之，在非自然界領(lǐng)域，也有各種“力”的存在，有力就有運(yùn)動的變化，這種變化常表現(xiàn)為波動的形式。比如，經(jīng)濟(jì)的波動、股市的波動、情緒的波動等等，社會學(xué)上的波動是群體的“合力”作用的結(jié)果。第十四頁，共三十九頁，2022年，8月28日波動是：在某一點產(chǎn)生的振動向周圍傳播的一種現(xiàn)象。介質(zhì)波在行進(jìn)，但并沒有物體隨波一起行進(jìn)第十五頁，共三十九頁，2022年，8月28日電磁輻射及電磁波譜2.電磁輻射的粒子性普朗克認(rèn)為物質(zhì)對輻射能的吸收和發(fā)射是不連續(xù)的，是量子化的。當(dāng)物質(zhì)內(nèi)的分子或原子發(fā)生能級躍遷時，若以輻射能的形式傳遞能量，則輻射能一定等于物質(zhì)的能級變化。第十六頁，共三十九頁，2022年，8月28日第十七頁，共三十九頁，2022年，8月28日電磁輻射及電磁波譜著名的普朗克公式第十八頁，共三十九頁，2022年，8月28日電磁輻射及電磁波譜計算1mol（6.02217×1023個）波長為200nm的光子的能量E？E=h*C/

=(6.626×10-34×2.998×1010×6.022×1023)/200×10-7

=5.98×105J第十九頁，共三十九頁，2022年，8月28日電磁輻射及電磁波譜

從射線一直到無線電波都是電磁輻射，光是電磁輻射的一部分，他們在性質(zhì)上是完全相同的，區(qū)別在于波長或頻率不同，即光子具有的能量不同。第二十頁，共三十九頁，2022年，8月28日光譜光學(xué)光譜包含著遙遠(yuǎn)天體豐富的物理信息，這些光線就如同生物體的“DNA”，標(biāo)識著天體的組成成分及與我們的距離。第二十一頁，共三十九頁，2022年，8月28日光譜早在1666年，牛頓用三棱鏡分解日光，發(fā)現(xiàn)白光是由不同顏色的光混合而成，透鏡對不同顏色的光有不同的折射，而由此產(chǎn)生的這些彩虹般的色序就是“光譜”?！肮庾V”就像是每個天體的“戶口本”一樣，包含了天體化學(xué)組成、速度在內(nèi)的所有物理、化學(xué)信息。第二十二頁，共三十九頁，2022年，8月28日光譜被國際天文學(xué)界譽(yù)為“光譜之王”的望遠(yuǎn)鏡——LAMOST，TheLargeSkyAreaMultiObjectFiberSpectroscopicTelescope，大天區(qū)面積多目標(biāo)光纖光譜天文望遠(yuǎn)鏡，作為目前國際上天體光譜獲取率最高的望遠(yuǎn)鏡，由中國自主研發(fā)，歷經(jīng)12年建造，于2008年10月正式運(yùn)行。第二十三頁，共三十九頁，2022年，8月28日第二十四頁，共三十九頁，2022年，8月28日第二十五頁，共三十九頁，2022年，8月28日光譜既能看得廣又能看得細(xì)這個難題被中國天文學(xué)家解開了。他們巧妙地讓望遠(yuǎn)鏡的一部分鏡子“躺下”，就將大視場與大口徑的優(yōu)勢結(jié)合了起來。在LAMOST的半圓穹頂中藏著的，就是“躺下”的那一部分——MA反射改正鏡。第二十六頁，共三十九頁，2022年，8月28日光譜MA鏡采用施密特式設(shè)計，天生就具有大視場的特點。而且，這塊5.7米×4.4米的大鏡子，是由24塊六角形平面子鏡拼接而成的。只說每面鏡子的背后都裝有34個電機(jī)，每個電機(jī)都可以遙控，使鏡子產(chǎn)生細(xì)微的變形——它們不僅用于消除安裝、重力等導(dǎo)致的誤差變形，更主要的作用是可以校正球面主鏡MB的球差——也就是廣角鏡頭的魚眼效應(yīng)第二十七頁，共三十九頁，2022年，8月28日第二十八頁，共三十九頁，2022年，8月28日光譜之王的任務(wù)

普遍巡天。所謂“普遍巡天”，也就是對天體進(jìn)行“戶口普查”。利用天體的光譜，確定天體的化學(xué)組成、溫度、密度、磁場和運(yùn)動速度、運(yùn)動軌跡等物理條件。宇宙大尺度結(jié)構(gòu)研究。宇宙的結(jié)構(gòu)、星系的形成和演化。暗能量研究。2003年形成一個以暗能量、暗物質(zhì)為主的暴漲宇宙模型。第二十九頁，共三十九頁，2022年，8月28日第三十頁，共三十九頁，2022年，8月28日無所不在的放射線放射線=危險？檢查身體癌癥放療器械消毒制造半導(dǎo)體煙霧傳感器第三十一頁，共三十九頁，2022年，8月28日無所不在的放射線放射線的照射可能使人體受到損傷，因為放射線能損害細(xì)胞的DNA等身體中重要生命物質(zhì)。放射源：人為和自然大氣、大地巖石、食物、宇宙目前低照射量對身體影響還不清楚第三十二頁，共三十九頁，2022年，8月28日原子光譜和分子光譜

原子光譜是原子核外電子在不同能級間躍遷而產(chǎn)生的光譜。是由一條條明銳的彼此分立的譜線組成的線狀光譜。第三十三頁，共三十九頁，2022年，8月28日原子光譜和分子光譜

分子光譜是在輻射能作用下，因分子內(nèi)能級間的躍遷而產(chǎn)生的光譜。分子光譜比原子光譜復(fù)雜的多E=Ee+Ev+Er+En+Et+Ei分子中原子的核能：En分子的平移能：Et電子運(yùn)動能：Ee原子間相對振動能：Ev分子轉(zhuǎn)動能：Er基團(tuán)間的內(nèi)旋能：Ei第三十四頁，共三十九頁，2022年，8月28日原子光譜和分子光譜第三十五頁，共三十九頁，2022年，8月28日吸收光譜和發(fā)射光譜E2E0E1E3原子發(fā)射光譜原子吸收光譜第三十六頁，共三十九頁，2022年，8月28日光譜分析儀器