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。

光谱学的内容

根据研究光谱方法的不同，习惯上把光谱学区分为发射光谱学、吸收光谱学与散射光谱学。这些不同种类的

(一).发射光谱学

发射光谱可以区分为三种不同类别的光谱：线状光谱、带状光谱和连续光谱。线状光谱主要产生于原子，带状光谱主要产生于分子，连续光谱则主要产生于白炽的固体或气体放电。

现在观测到的原子发射的光谱线已有百万条了。每种原子都有其独特的光谱，犹如人的指纹一样是各不相同的。根据光谱学的理论，每种原子都有其自身的一系列分立的能态，每一能态都有一定的能量。以氢原子为例，能量的大小可表示为

En=-hc·Rh/n2

式中n取从1到∞的正整数，称为主量子数，从经典的观点来说，n是描写电子围绕原子核运动的轨道的大小的。每一个n值也就决定了一个能级。R H为氢原子的里德伯常数。h为普朗克常数。公式中的负号是因为习惯上把相应于n=∞的能量定为最高值并令它等于零，而相应于n=1的能量则定为最低能量，这个能态称为基态，相应的能级称为基能级。当原子以某种方法从基态被提升到较高的能态上时，原子的内部能量增加了，原子就会把这种多余的能量以光的形式发射出来，于是产生了原子的发射光谱。原子发射出来的光的频率v为，

式中Wn为较高能级的能量，Wi为较低能级的能量。频率经常以厘米倒数(cm-1)来量度；1厘米倒数是在1厘米长度内所包括的波长数目。在细致地描写原子中的电子运动时，除了主量子数n以外，还有另外三个量子数，分别以l、m和s表示。l是描写电子轨道运动角动量的大小的，称为角量子数，它的值取n-1到0之间的正整数。l=0的电子称为s电子，l=1的电子为p电子，l=2的电子为d电子等。量子数m是描写电子的运动轨道在空间的取向的，称为磁量子数,它的值不能大于l但可以为负。对于给定l来说，m=l,l-1,…，-l。s为电子自旋量子数，是描写电子自旋的角动量的，等。它产生出光谱中的多重线。如果原子中产生光谱的电子不只一个时，各个电子的自旋的矢量和S为电子组态的总自旋。量子数S 永远是正数。对于轨道角动量也是如此，它们的和给出原子的总轨道角动量（量子数为L）。L=0时，有关的能态称为S态；L=1时，称为P态；L=2时，称为D态等。多电子原子能级的高低依赖于S,依赖于L，也依赖于S与L之间的相互作用。S与L结合在一起给出原子的总角动量J。量子数J取正值，其范围在L与S之差的最小值和L+S的最大值之间。在光谱学中，常常以符号MLJ来表示原子的能级或者光谱项。其中M=2S+1为光谱的多重性，是表示能级分裂的数目的。例，则M=2，这意味着每个能级（S能级除外）都分裂成两个成分，碱金属原子能级就属于这种情况。对于两个电子的原子而言，S=0或1，这取决于两电子的自旋方向是平行的还是反平行，因之能级的多重性或者为1(能级无分裂)或者为3（每一能级分裂成三个成分）。碱土金属原子的能级就属于这种情况。依次类推。原子在各能级之间的跃迁就产生出光谱线来，从高能级向低能级的跃迁产生发射光谱；反之，产生吸收光谱。根据量子力学的法则，原子在能级之间的跃迁是遵守选择定则的，这些选择定则为ΔL=0，±1；ΔS=0；ΔJ=0)（除了J=0），±1。符号ΔL表示跃迁中的初态与终态的L值之差。ΔS和ΔJ的意义同此。

在分子的发射光谱中，研究的主要内容是二原子分子的发射光谱在分子中，电子围绕着两个或多个原子核运动，像原子一样，每种运动都有其特定的能级。除了电子运动之外，原子核围绕其中心彼此作周期振动;此外，这些原子核作为整体也会围绕某些轴在空间转动。所有这些运动都会显示在分子光谱中，因而分子光谱就变得十分复杂了。

分子中的电子，像原子中的电子一样有四个量子数。但在二原子分子中，电子为两个原子核所共有，因而量子数m就由一个新的量子数λ来代替了。λ表示电子轨道对于分子轴的取向，它可以为正值也可以为负值，但在数值上不能大于l。在二原子分子中，λ同自旋s的结合很相似于原子中的l与s的结合。它们结合在一起的代数和表示电子的总角动量在分子轴上的投影，其数值由Λ表示，Λ=0，1，2，…。相应于Λ的不同的值的电子态分别由大写的希腊字母Σ、∏、Δ、Ф、…表示。分子能态的符号同原子相似为MΛ，M仍等于2S+1。例如H2、N2、HCl等的最低电子态为1Σ，O2的为3Σ，NO的为2∏等。在分子中，电子态的能量比振动态的能量大50～100倍，而振动态的能量比转动态的能量大50～100倍。因此，在分子的电子态之间的跃迁中，总是伴随着振动跃迁和转动跃迁的，因而许多光谱线就密集在一起而形成带状光谱。

从发射光谱的研究中可以得到原子与分子的能级结构的知识，包括有关重要常数的测量。并且原子发射光谱广泛地应用于化学分析中。

（二）.吸收光谱学

当一束具有连续波长的光通过一种物质时，光束中的某些成分便会有所减弱，当经过物质而被吸收的光束由光谱仪展成光谱时，就得到该物质的吸收光谱。几乎所有物质都有其独特的吸收光谱。原子的吸收光谱所给出的有关能级结构的知识同发射光谱所给出的是互为补充的。

一般来说，吸收光谱学所研究的是物质吸收了那些波长的光，吸收的程度如何，为什么会有吸收等问题。研究的对象基本上为分子。

吸收光谱的光谱范围是很广阔的，大约从10纳米到1000 微米。在200 纳米到800 纳米的光谱范围内，可以观测到固体、液体和溶液的吸收，这些吸收有的是连续的，称为一般吸收光谱；有的显示出一个或多个吸收带，称为选择吸收光谱。所有这些光谱都是由于分子的电子态的变化而产生的。

选择吸收光谱在有机化学中有广泛的应用，包括对化合物的鉴定、化学过程的控制、分子结构的确定、定性和定量化学分析等。

分子的红外吸收光谱一般是研究分子的振动光谱与转动光谱的，其中分子振动光谱一直是主要的研究课题。

分子振动光谱的研究表明，许多振动频率基本上是分子内部的某些很小的原子团的振动频率，并且这些频率就是这些原子团的特征，而不管分子的其余的成分如何。这很像可见光区域色基的吸收光谱，这一事实在分子红外吸收光谱的应用中是很重要的。多年来都用来研究多原子分子结构、分子的定量及定性分析等。

（三）．散射光谱学

在散射光谱学中，喇曼光谱学是最为普遍的光谱学技术。当光通过物质时，除了光的透射和光的吸收外，还观测到光的散射。在散射光中除了包括原来的入射光的频率外(瑞利散射和廷德耳散射)，还包括一些新的频率。这种产生新频率的散射称为喇曼散射，其光谱

称为喇曼光谱。

喇曼散射的强度是极小的，大约为瑞利散射的千分之一。喇曼频率及强度、偏振等标志着散射物质的性质。从这些资料可以导出物质结构及物质组成成分的知识。这就是喇曼光谱具有广泛应用的原因。

由于喇曼散射非常弱，所以一直到1928年才被印度物理学家喇曼等所发现。他们在用汞灯的单色光来照射某些液体时，在液体的散射光中观测到了频率低于入射光频率的新谱线。在喇曼等人宣布了他们的发现的几个月后，苏联物理学家兰茨见格等也独立地报道了晶体中的这种效应的存在。

喇曼效应起源于分子振动(和点阵振动)与转动，因此从喇曼光谱中可以得到分子振动能级(点阵振动能级)与转动能级结构的知识。

喇曼散射强度是十分微弱的，在激光器出现之前，为了得到一幅完善的光谱，往往很费时间。自从激光器得到发展以后，利用激光器作为激发光源，喇曼光谱学技术发生了很大的变革。激光器输出的激光具有很好的单色性、方向性，且强度很大，因而它们成为获得喇曼光谱的近乎理想的光源，特别是连续波氩离子激光器与氨离子激光器。于是喇曼光谱学的研究又变得非常活跃了，其研究范围也有了很大的扩展。除扩大了所研究的物质的品种以外，在研究燃烧过程、探测环境污染、分析各种材料等方面喇曼光谱技术也已成为很有用的工具。

光谱分析

由于每种原子都有自己的特征谱线，因此可以根据光谱来鉴别物质和确定它的化学组成。这种方法叫做光谱分析。做光谱分析时，可以利用发射光谱，也可以利用吸收光谱。这种方法的优点是非常灵敏而且迅速。某种元素在物质中的含量达10^-10(10的负10次方)克，就可以从光谱中发现它的特征谱线，因而能够把它检查出来。光谱分析在科学技术中有广泛的应用。例如，在检查半导体材料硅和锗是不是达到了高纯度的要求时，就要用到光谱分析。在历史上，光谱分析还帮助人们发现了许多新元素。例如，铷和铯就是从光谱中看到了以前所不知道的特征谱线而被发现的。光谱分析对于研究天体的化学组成也很有用。十九世纪初，在研究太阳光谱时，发现它的连续光谱中有许多暗线（参看彩图9，其中只有一些主要暗线）。最初不知道这些暗线是怎样形成的，后来人们了解了吸收光谱的成因，才知道这是太阳内部发出的强光经过温度比较低的太阳大气层时产生的吸收光谱。仔细分析这些暗线，把它跟各种原子的特征谱线对照，人们就知道了太阳大气层中含有氢、氦、氮、碳、氧、铁、镁、硅、钙、钠等几十种元素。

复色光经过色散系统分光后按波长的大小依次排列的图案，如太阳光经过分光后形成按红橙黄绿蓝靛紫次序连续分布的彩色光谱。有关光谱的结构，发生机制，性质及其在科学研究、生产实践中的应用已经累积了很丰富的知识并且构成了一门很重要的学科～光谱学。光谱学的应用非常广泛，每种原子都有其独特的光谱，犹如人们的“指纹”一样各不相同。它们按一定规律形成若干光谱线系。原子光谱线系的性质与原子结构是紧密相联的，是研究原子结构的重要依据。应用光谱学的原理和实验方法可以进行光谱分析，每一种元素都有它特有的标识谱线，把某种物质所生成的明线光谱和已知元素的标识谱线进行比较

就可以知道这些物质是由哪些元素组成的，用光谱不仅能定性分析物质的化学成分，而且能确定元素含量的多少。光谱分析方法具有极高的灵敏度和准确度。在地质勘探中利用光谱分析就可以检验矿石里所含微量的贵重金属、稀有元素或放射性元素等。用光谱分析速度快，大大提高了工作效率。还可以用光谱分析研究天体的化学成分以及校定长度的标准原器等。

光谱学应用

1.光谱技术在环境监测中的应用

碳的氧化物、硫的氧化物、氮的氧化物和臭氧等是世人关注的大气污染分子,用一些常规谱分析仪器可以监测它们.例如用紫外光度计测定空气中的臭氧浓度,紫外荧光技术测定SO2浓度,化学发光方法分析氮的氧化物以及用气体滤波相关技术测定一氧化碳浓度等.然而,这些仪器的缺点是功能单一,只能做定点测量.为了扩大被测量样品的种类和测量范围,在危险、不易接近或遥远的地方监测污染物,则需要研究和开发其他的光谱技术.20世纪70年代后期,美国、德国、日本、英国、俄国、加拿大和瑞典等用米氏散射、拉曼散射和差分吸收等光谱技术监测污染.米氏散射多用于颗粒物(如漂尘)的浓度探测,拉曼散射多用于近距离的高浓度污染源的探测,而差分吸收技术具有更大的优点,如它的监测灵敏度可达10-9,探测距离可以从几十米到几十公里,并可用于测量多种污染物质.差分光学吸收光谱技术( differential optical absorptionspectroscopy,DOAS)和差分吸收激光雷达(differentialabsorption laser radar,DIAL)在大气环境污染监测中有重要应用.

(1).差分吸收雷达臭氧探测；

(2).差分吸收激光雷达城市大气污染监测；

(3).差分吸收激光雷达监测火山。

2.生物组织光谱学技术

利用光学方法进行生物组织机能和结构的定量分析已成为生物医学工程领域中的一种强有力的手段。尤其是无损光谱学技术已引起人们的极大重视并努力研究。它可以通过光在组织中传播的特性求出被福射组织内的光空间分布,并且借此确定治疗中的生理效应,如激光手术、光动力治疗等。对于大脑、乳腺、肌肉及其它组织,根据组织漫反射光或漫透射光信号来探测组织之氧化代谢的、生理的或结构的状态,可为临床提供方便可靠的生理参数指标。

在红光和近红外光谱区(600~1300nm),生物组织的某些不同的成分对于光的吸收和散射有着不同的特性,而且在不同的生理状态下,组织光学参数也大不相同,如组织正常、癌变或局部缺血状态下的吸收是不同的。通常,在600nm与1300nm之间“光窗”范围内,组织对光的吸收最小,即在临床监测的组织部位上存在着可测量的漫反射光或漫透射光,这样就使得基于定量和波长分析的无损光谱学测量技术成为可能,并结合现代激光技术而发展。

目前,用于生物组织的光谱学技术主要有三种:其一是连续波光谱学技术、它是利用近红外频段的连续光,基于朗伯一比尔定律,由检测光强无损估计组织氧化代谢能力,如血红蛋白(HB)浓度变化和血红蛋白氧化吸收;其二是时间分辨光谱学技术,光在传播过程中发生散射现象而使光子传播路径长度不同,由时辨方法监测光总路径长度来定量组织吸收变化,通过

一脉冲入射光,光子总路径长度分布可直接通过测量作为时间函数的光强而得到;其三是频率分辨光谱学技术,高频调控的正弦入射光经过组织传播后由吸收和散射延迟了光子行程时间,引起相位上的变化,此相位移与平均光路径长度有关。用总光路径长度作为组织氧合函数可精确定量HB浓度。时间和频率分辨技术都是基于漫射近似理论。

连续波光谱学技术(CWS,Continu-ouswavespeetroseopy)；时间分辨光谱学(TRS,Time 一resolveds PeetroseoPy)；频率分辨光谱学技术(FRS,Freqeuney一resolvedspeetroseopy)在医学领域有重要作用。

连续波光谱学技术(CWS,Continu-ouswavespeetroseopy)

CWS技术出现早,技术要求相对简单,使用方便。目前,美国宾州大学研制的Runman系统打技术较为成熟,具有代表性。

时间分辨光谱学(TRS,Time一re-solvedsPeetroseoPy)

随着皮秒脉冲光源和快速检测器的发展,最近,Chance及其合作者提出了使用时间分辨光谱学技术监测光路径长度分布来确定组织吸收或散射变化。由探头检测入射脉冲光经过几纳秒传播后的光强,描述了检测前光子路径长度分布。在均匀散射组织体中,这种光路径长度分布对于近红外波长测量提供了血红蛋白吸收能力。当吸收增加时,分布缩短,反之,吸收减小,分布增宽。用漫射近似法可以从路径长度分布测量确定组织光特性,而且,双波长或多波长TRS可以用来定量血红蛋白饱和度。

频率分辨光谱学技术(FRS,Freqe-uney一resolvedspeetroseopy)

正弦调制的入射光通过组织后,因散射和吸收使光子传播时间增加,时间延迟引起相位移,此相位移与光子有效平均路径长度分布有关,即相位移变化代表了光平均路径长度分布的变化。

时间和频率分辨光谱学技术比CwS技术更具有潜在优点:首先,TRS和FRS技术用单波长和双波长定量组织氧合状态具有稳健性和简单性,这种技术不受波及绝对信号值的组织边界条件影响;其次,通过调节时间和频率范围,即使是有限的组织体也能实现绝对测量;另外,检测光的某些特性(如相位或调制)要比光强度更敏感于组织特性变化。液状态是一个动力学过程,用CWS测定肌肉运动中的变化趋势,对研究运动训练、血管病和遗传病是非常有效可行的手段。通过对不同的针灸位置、深度和时间下CWS的检测,可使针灸最佳地改进组织局部微循环和细胞能量代谢,更好地调节生理机能和医治疾病。另外,CWS对泌尿系统疾病的诊断和煤气中毒抢救时的血氧分析等都是极为有用的工具。TSR和FRS的光子迁移可作为诊断探子,即使较大组织体光子迁移时间不过10一ZOns,生理信号在时间域的波动或快速代谢过程可瞬时分辨出。如大脑皮层的不同神经区中与瞬间认识相关的血量分布的改变,导致漫反射信号付立叶变换低频部分的变化。使用TRS和FRS可分析组织氧合能力并能提高信号比和缩短动态分析时间。通过对肿瘤氧合作用的特征分析,对于临床上的辐射治疗非常有用。另外,组织状态微小变化会使组织光散射产生很大的可检测的变化,因此,通过时辨光子迁移测量散射光变化可确定组织微结构变化(如早老性痴呆)。

3.DNA模板原位光还原Ag/Au核壳纳米粒子的光谱学研究

随着纳米材料的发展,具有较好等离子体共振的金银复合金属材料,逐渐成为人们研究的重点。贵金属复合材料在表面增强拉曼光谱的测量领域,具有较强的"热点效应",成为一种较好的SERS基底材料。金和银本身就是很好的等离子体共振效果,适合作为表面增强拉

曼光谱增强的基底材料,但是金银核壳式结构具有更好的增强效果。合成金银二金属复合材料的方法有很多种,据文献报道,银纳米线在含有氯金酸盐的水溶液中,可以通过化学置换法的合成金银二金属复合材料; Lu et al报道一种聚法合成金银二金属复合材料,这种方法可以调节外壳的厚度和粗糙度;以种子法来合成双金核壳式结构;以及金银核壳式纳米球的合成方法等等,这些都是合成双金属复合纳米材料的方法。

生物分子作为模板,在纳米材料领域已得到广泛应用,尤其是以DNA、蛋白质为主,生物大分子对合成新型的纳米结构具有重要的价值。在众多纳米材料合成的方法中,光降解还原法是-?种有效的常用方法,可以用于合成银、金、铂、铜等纳米材料。以DNA为模板,利ffl 紫外光降解法来合成银纳米材料,已有相关报道1381。同样在紫外线的激发下,在DNA骨架上也可以合成DNA-Au纳米材料。

光波导(OWG)已是用于无化学和生物分丫检测的一门新而强大的技术。光波导分光光谱技术利用渗透出波导表面的消逝场,能够对固定在表面的分子进行光谱分析。该技术可以对分析物在固/液界面的吸附动力学、数量、方向等诸多的信息进行测量。由于光波导有-,.越的性能,已广泛应川于化学和生物传感器以及电信号传导方面。文献报道的有关光波导使用,主要是将光波导应用在集成光学传感器制作与检测气体、化学和生物分子吸收或干涉测量中。在光波导中表面折射率变化上、、/力和双折射模式上已做了深入研究,这是光波导技术走向实际应用的主要推动力。但对于某些应用来说双折射模式在光波导中是一个是缺点,这是需耍加以控制的。

界面上的分了吸附特性研究在生命科学领域、临床诊断、食品安全和环境监测等方面具有非常重要的价值,多年来被广泛的关注。借助各种研究手段,主要研究的表面吸附分子,如:蛋白质、DNA、有害气体等在金属、半导体、以及氧化物表面上的吸附动力学过程。随着光学技术的不断发展与成熟,光波导传感技术在生物分子探测上的应用日益受到人们的关注。这种光谱学测量方法具有很高的灵敏性,具有抗电磁干扰、操作简便等优点。

分子在固体表面的吸附作用受多种因素的影响,例如:氢键作用、范德华力、疏水作用、静电作用等。分子在固体表面的固定是这些因素的综合作用,为了使光波导片表面能够吸附带有负电荷的DNA分子,我们将光波导表面硅浣化处理,使其表面带有正电荷基团,这样就可以通过静电引力的作用将DNA固定在固体光波导表面。

以DNA为模板合成银纳米材料,再以银纳米材料为模板,利用光照还原来合成DNA-Ag/Au纳米复合材料还是一个挑战。本次实验,将在太阳光的激发下,来合成DNA-Ag/Au 纳米复合结构。利用太阳光不仅能有减低成本,还能够保护大自然环境。实验的过程非常简便可分两步,第一歩,以DNA为模板合成银纳米材料;第二步,以形成的银纳米材料为种子,合成DNA-Ag/Au复合结构。金包银复合材料的形成过程中既有形成的银纳米材料通过置换反应形成的把AuCL4-置换成的All,也有以DNA为模板在太阳光中的紫外线激发下,所形成的金纳米材料。

4.激光光谱学在燃烧诊断中的应用

煤炭、石油、天然气及其他燃料在把温暖、光明和力量带给人类的同时,也严重地污染着大气、影响着全球的气候变化甚至一个国家的政治和经济的发展。因此,燃烧过程的诊断和控制构成了燃烧科学的重要内容。现在,每当人们提到燃烧科学时,总是将经济效益、安全和环境保护等问题放在一起加以考虑。前两个间题可以通过优化燃烧设备设计、改进燃料配方、采取节能措施以及光学成像的方法来解决,而最后一个问题则是要靠提高燃烧诊断水平和控制燃烧过程的精密技术来解决。研究人员认为:传统的测量科学限制了燃烧诊断科学的发展,而激光的出现和激光光谱学技术则极大地推动了燃烧诊断科学的发展。以激光为基础的燃烧诊断可以测量燃烧过程所包含的成分、浓度、浓度分布、燃烧物质的流量、速度和温度及其分布等。在测量过程中可以做到多波长、多样品和多参数测量。燃烧的激光光谱诊断是一种非破坏性和无障碍的测量,它既具有极高的空间分辨能力、时间分辨能力和

光谱分辨能力,又具有较高的探测灵敏度。把激光光谱技术和先进的计算机科学相结合既可以监视燃烧过程,也可以对燃烧过程进行理论模拟研究。自发拉曼散射(SRS)、激光诱导荧光(LIF)、相干反斯托克斯拉曼散射(CARs)以及简并的四波混频(DFWM)等光谱技术在燃烧诊断中有重要应用。

SRS技术

拉曼散射是研究分子结构的重要方法,利用它可以确定多原子分子,特别是有机化合物的固有频率。如果分子的固有频率是已知的,那么利用拉曼散射可以进行成分分析和分子结构研究。在自发拉曼光谱中,拉曼信号的强弱线性地决定于激光强度和样品的浓度。然而,由于分子的拉曼散射截面非常小,拉曼信号就十分微弱。因此,自发拉曼散射常用于火焰中主要成分的研究(如燃料、氧化物、主要消耗气体和空气中的NZ等)。对燃烧过程中的不十分耀眼的火焰研究来说,这种技术十分有用。拉曼散射技术在燃烧诊断中也有它的局限性,这主要是由于拉曼散射信一号太弱和容易受到荧光的干扰所致。

LIF技术

在用激光激励分子时,分一子因吸收一个光子而到达较高的激发态。当它从激发态回到基态时,就会产生自发辐射而发射荧光,这就是激光诱导荧光(LIF)。激光诱导荧光牵涉到的是分子的真实的激发态,相比较而言,它是一个更加灵敏的光谱技术,其探测灵敏度可以达到10-9。在燃烧过程中,有些要测量的成分是瞬态的中间产物,含量非常小。LIF技术恰恰适合探测这种类型的样品。利用荧光激发光谱可以研究分子的激发和结构;利用分子的荧光色散光谱可以研究分子的动力学过程。

人们可以通过分析分子样品的激发光谱来推导其基态的玻尔兹曼温度;如果人们可以估计在激发条件下原子或分子的布居分布,就可以利用所观察到的荧光光谱再推一导气体的温度。另外,还可以通过观测分子对激光激发的瞬态和稳态的响应来研究能量转移和化学过程。

CARS技术

大能量、高峰值功率的可调谐脉冲激光器的发展,使得以非线性混频过程为基础的相干反斯托克斯拉曼散射(CARs)技术能够十分有效地用于分子光谱学研究。

与自发拉曼散射相比,CARS光谱有如下优点:①CARS光谱发射强度高,其信号类似于低强度的激光辐射,效率可达10-2,因而是一种高灵敏度的实验方法;②CARS信号是一个非常清晰的光束,不需要单色仪的分光就可以比较容易地单独地测量,并能够得到比较高的收集效率;③CARS信号光束的波长是在入射光的短波方向,而荧光的波长一般在入射光的长波方向,用一个干涉滤光片就可以消除荧光干扰,极大地减少了荧光干扰。

现在,CARS技术已被广泛地应用于燃烧诊断,包括简单的燃烧环境或者复杂的燃烧环境。用这种技术可以逐点测量燃烧温度,也可以测量主要样品的浓度等。

DFWM技术

20世纪80年代,非线性光学得到了突飞猛进的发展,而相位复共扼光学是非线性光学的一个新分支。相位复共扼光学采用非线性光学方法对电磁场进行实时空间和时间信息处理。相位复共扼光学意指对光波的相位信息进行空间和时间上的处理。当它通过光波与物质的非线性相互作用来实现时,就称为非线性光学相位复共扼。它在数学上等价于对复空间振幅进行复共扼运算, 因此相位复共扼波等价于时间反演波。

参考文献

[1]王振亚.应用激光光谱学的发展现状.光电子技术与信息,1996,9(6):1

[2] H. Ko, S. Singamaneni and V. V. Tsukruk, Nanostructured surfaces andassemblies as SERS Media [J]. Small, 2008, 4, 1576-1599.

[3]R. Klein and E. Voges, Integrated-optic ammonia sensor [J]. Sensor ActualB-Chem,

1993,11.221-225.

[4]https://www.wendangku.net/doc/0a14671708.html,serFocus World,1999,(11):36

[5]WeibringP,Edner H,Svanberg Set al.Appl.Phys.B,1998,67:419

[6] BourdonA.Photonics Spectra,1997,(3):104

[7]胡欢陵,王志恩,吴永华等.大气科学,1998,22(5):701

[8]王振亚.激光光谱学的应用:I分子团簇研究·光电子技术与信息,1997,10(i):57

[9]王振亚.激光光谱学的应用:III 燃烧诊断,1997,6.37-41

[10]刘心东,混沌及其在生物医学工程中的应用,国外医学生物医学工程分册1993;16(2):63- 70.

[11]Babloyantz A,Destexhe A.Is the normal heart a periodic oseillator? Biol Cybern1988,58:203.

[12]Yamamoto Y.et a1. Operation Everest H ;An introduction of deterministic chaos in human

heart rate variability at simulated extreme altitude. Biol Cybern 1993. 69: 201 一212.

[13]国外医学生物医学工程分册.1995,18,6.316-323.

[14]ChaneeB,etal.ProeNatiAedSei1993;90:3770-3734.

各种光谱原理解读

紫外吸收光谱 UV 分析原理：吸收紫外光能量，引起分子中电子能级的跃迁 谱图的表示方法：相对吸收光能量随吸收光波长的变化 提供的信息：吸收峰的位置、强度和形状，提供分子中不同电子结构的信息 荧光光谱法 FS 分析原理：被电磁辐射激发后，从最低单线激发态回到单线基态，发射荧光 谱图的表示方法：发射的荧光能量随光波长的变化 提供的信息：荧光效率和寿命，提供分子中不同电子结构的信息 红外吸收光谱法 IR 分析原理：吸收红外光能量，引起具有偶极矩变化的分子的振动、转动能级跃迁 谱图的表示方法：相对透射光能量随透射光频率变化 提供的信息：峰的位置、强度和形状，提供功能团或化学键的特征振动频率 拉曼光谱法 Ram 分析原理：吸收光能后，引起具有极化率变化的分子振动，产生拉曼散射 谱图的表示方法：散射光能量随拉曼位移的变化 提供的信息：峰的位置、强度和形状，提供功能团或化学键的特征振动频率 核磁共振波谱法 NMR 分析原理：在外磁场中，具有核磁矩的原子核，吸收射频能量，产生核自旋能级的跃迁 谱图的表示方法：吸收光能量随化学位移的变化 提供的信息：峰的化学位移、强度、裂分数和偶合常数，提供核的数目、所处化学环境和几何构型的信息 电子顺磁共振波谱法 ESR 分析原理：在外磁场中，分子中未成对电子吸收射频能量，产生电子自旋能级跃迁 谱图的表示方法：吸收光能量或微分能量随磁场强度变化 提供的信息：谱线位置、强度、裂分数目和超精细分裂常数，提供未成对电子密度、分子键特性及几何构型信息 质谱分析法 MS 分析原理：分子在真空中被电子轰击，形成离子，通过电磁场按不同m/e分离 谱图的表示方法：以棒图形式表示离子的相对峰度随m/e的变化 提供的信息：分子离子及碎片离子的质量数及其相对峰度，提供分子量，元素组成及结构的信息 气相色谱法 GC 分析原理：样品中各组分在流动相和固定相之间，由于分配系数不同而分离 谱图的表示方法：柱后流出物浓度随保留值的变化 提供的信息：峰的保留值与组分热力学参数有关，是定性依据；峰面积与组分含量有关 反气相色谱法 IGC

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

光谱成像技术的分类

光谱成像技术的分类 光谱成像技术，有时又称成像光谱技术，融合了光谱技术和成像技术，交叉涵盖了光谱学、光学、计算机技术、电子技术和精密机械等多种学科，能够同时获得目标的两维空间信息和一维光谱信息。 光谱成像技术发展到今天，出现的光谱成像仪的种类和数量己经具有较大规模，因而可以从光谱分辨率、信息获取方式（扫描方式）、分光原理和重构理论等不同的视角对光谱成像技术进行分类。 1基于光谱分辨率分类 光谱成像技术针对光谱分辨能力的不同，可分为多光谱(Multi-spectral)，高光谱(Hyper- spectral)以及超光谱(Ultra-spectral)。多光谱的谱段数一般只有几十个，高光谱的谱段数可达到几百个，而超光谱一般指谱段数上千个。它们的区别如表1所示。 表1多、高、超光谱的比较 分类分辨 率 通道数光谱典型例子 多光谱（Multi-spectral）10-1λ 量级 5—30ETM+ ASTER 高光谱（Hyper-spectral）10-2λ 量级 100— 200 AVIRIS 超光谱（Ultra-spectral）10-3λ 量级 1000— 10000 GIFTS

2 基于信息获取方式分类 光谱成像仪需要对三维“数据立方”进行探测，而现今的探测器最多能进行二维探测。要想获得完整的三维数据，理论上至少需增加一维的空间扫描或光谱扫描。光谱成像技术获取图谱信息的主要方式有：挥扫式(Whiskbroom )、推扫式(Pushbroom)、凝视式(Staring)以及快照式(Snapshot)。 挥扫式成像光谱仪的光谱成像系统只对空间中某点进行光谱探测，通过沿轨和穿轨两个方向扫描获取完整的二维空间信息，其信息获取方式如图1a所示。AVIRIS就是通过挥扫成像[1]。 推扫式光谱成像系统探测空间中一维线视场(图1b中的X方向)的光谱，通过沿轨方向(Y方向)扫描实现二维空间信息的获取，芬兰国立技术研究中心实验室研制的AISA就是典型的推扫式成像光谱仪[2]。 凝视式光谱成像系统可对固定窗口目标成像，采用滤光的方式分离并获取不同波段的图像信息，再将不同波段的图像堆叠成“数据立方”。如图1c中所示，该类成像光谱仪实际上是采用光谱维扫描的方式实现图谱“数据立方”的获取。 图1 典型的光谱成像过程：a挥扫式；b推扫式；c凝视式；d快照式 快照式是一种新兴的图谱信息获取方式，它不需扫描便可获取三维图谱信息。快照式光谱成像技术实现方式主要有三种：一种是视场分割三维成像的方式，利用玻璃堆进视场分割，再利用分光器件将三维信息展开到二维平面进行面探测

光谱基础知识解读

太阳光光谱 紫外线谱带：波长280-400nm之间，其特点是穿透性强，可使人体皮肤黑色素沉积，颜色加深，过度的紫外线曝晒会导致皮肤癌，可导致地毯、窗帘、织物及家具油漆褪色。 可见光谱带：波长380~780nm之间，其特点是肉眼可以看见的唯一光谱，可见光波段进一步可以分为不同的颜色（赤橙黄绿蓝靛紫七色），对人体没有直接伤害。 红外光谱带：波长700~2400nm之间，其特点是我们可以直接感受到阳光“不可见”的热量，所含能量最大，所以热量也高。 各波段的远近红外线构成了太阳能的53%，紫外线占3%，可见光占44%。 元素光谱简介 如果物质是以单原子的形式而存在，关键看该原子的电子激发能了。如果在可见光的某个范围内，并且吸收某一部分光线，那它就显剩下的部分的光线的颜色。如该原子的电子激发能非常低，可以吸收任意的光线，该原子就是黑色的，如果该原子的电子激发能非常高。不能吸收任何光线，它就是白色的。如果它能吸收短波部分的光线，那它就是红色或黄色的。 具体的元素光谱：红色代表硫元素，蓝色代表氧元素，而绿色代表氢元素。 元素燃烧发出的光谱 燃烧所发出的光色根据不同的元素发出不同的光谱，每一种元素燃烧时都发出多条光谱，这种光通过三梭镜或光栅后会在屏障上显现出多条亮线，也就是说只发出有限的几种频率的光，这就是这种元素的光谱。其中会有一条或几条最亮的线，这几条最亮的线决定了在人眼中所看到的颜色。 观察光谱的方法 连续光谱的光线在通过含某种元素的气体时在光谱带上会出现多条暗线，这些暗线刚好与这种元素的光谱线位置相同，强度刚好相反，（光谱线越强的位置暗线越明显）这就是元素的吸收光谱。天文学家就是利用吸收光谱来查明遥远的恒星大气和星云中所含的元素，观察恒星红移或蓝移也要利用吸收光谱。 观察固态或液态物质的原子光谱，可以把它们放到煤气灯的火焰或电弧中去烧，使它们气化后发光，就可以从分光镜中看到它们的明线光谱 原子决定明线光谱 实验证明，原子不同，发射的明线光谱也不同，每种元素的原子都有一定的明线光谱．彩图7就是几种元素的明线光谱．每种原子只能发出具有本身特征的某些波长的光，因此，明线光谱的谱线叫做原子的特征谱线．利用原子的特征谱线可以鉴别物质和研究原子的结构。 吸收光谱 吸收光谱高温物体发出的白光（其中包含连续分布的一切波长的光）通过物质时，

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

(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

激光与光谱技术

激光与光谱技术 一、激光产生原理 20世纪四个重要发明：原子能，半导体，计算机，激光 激光（Laser, Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 雷射）：由受激而辐射的光放大 1、激光器的产生 20世纪初 迄今为止，光学已经有两千余年的历史，但在激光产生之前，人们使用的光源主要是炽热物体的热辐射和气体放电管，机理是自发发射，这是一个随机过程，相干性不好，两个光源甚至同一个光源的两点发出的光也不能形成干涉条纹。19世纪末赫兹发明了无线电波，20世纪初出现电子管后电磁波可由电子振荡器产生，可以产生单一频率持续时间任意长的完整正弦波，有很好的相干性，但波长只可以缩短至毫米波，因为放大器和选频用的谐振腔在电子学中无法实现。 激光的基 础1917

1917: Albert Einstein calculated the conditions necessary for this stimulated emission to occur. 关于光与物质相互作用的问题早在1917年爱因斯坦就作过研究，他在解释普朗克黑体辐射公式时明确指出只有自发发射和吸收两个过程是不够的，并由此提出“受激辐射”的概念，这也是激光的基础！ 粒子数反转的状态 Townes et.al 20世纪50年代 提出用平行平面镜作为光的谐振腔实现光反馈 产生激光的理论与实验Schawlow, Townes,et.al 1958 1960：首台ruby激光器（可见光）研制成功 He-Ne激光器； 1962：半导体激光器； 1963：可调谐燃料激光器 This was using Ammonia gas and produced amplified Microwave r adiation instead of visible light (called a MASER微波发射器) in 1954. For this they shared the 1964 Nobel prize for Physics. Maser: 微波段; Laser: 3000埃-1000000埃 对于热平衡物质，下能级的布居数大于上能级的布居数，所以要想光被放大就需要设法使布居数反转，20世纪50年代汤斯等人对氨分子束能级实现了布居数反转并于1954年研制成功了利用受激发射放大产生微波振荡的微波发射器。进一步要推向更短的光频段必须找到可以实现光放大的工作物质和产生光振荡的谐振腔。1958年美国肖洛、汤斯等人几乎同时提出了用平行平面镜作为光的谐振腔，用镜面反射实现光反馈的产生激光的理论与实验。紧接着，1960年梅曼用红宝石制成第一台可见光激光器，同年制成氦氖激光器；1962年产生了半导体激光器；1963年产生了可调谐染料激光器。由于激光具有极好的单色性、高亮度和良好的方向性，所以自激光出现以来得到了迅速的发展和广泛应用，引起了科学技术的重大变化。

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.

光谱学课程总结

《光谱学与光谱技术》课程总结 第一章 氢原子光谱的基础 1. 氢原子的旧量子理论是由玻尔创立的，玻尔并成功地解释了氢原子光谱。 2. 在光谱学中波数定义为波长的倒数，即 。 3光谱图强度曲线中横坐标可用波长表示，也可用波数表示，还可用频率表示。 4. 当原子被激发到电离限之下时其光谱线为分立谱；当原子被激发到接近或高 于电离限的位置时其光谱线为连续谱。原子光谱是原子的结构的体现。 5. 针对H 原子的Pfund 系光谱, 22115R n ν??=- ??? H ， R H =109677.6cm -1 为已知常数。请计算该线系的最长波长和最短波长。 221115R n νλ??==- ???H n =6, 22115R n ??- ??? H 最小，λ最大 n →∞，221115R n νλ??= =- ???H 最大，λ最短 6. 激光作为光谱学研究的光源有优势 （1）单色性好：普通光源发射的光包含各种不相同的频率，含有多种颜色；而激光发射的光频宽极窄, 是最好的单色光源。 （2）相干性好：由于激光是受激辐射的光放大，具有很好的相干性；而普通光 源的光由自发辐射产生是非相干光。 （3）方向性好:激光束的发散角很小,几乎是一平行的光线，便于调整光路；而普 通光源发出的光是发散的，不便于调整光路。 （4）高亮度:激光的亮度可比普通光源高出1012-1019倍，便于做各种实验。 7. 使H 原子解除简并的两种效应及其异同。 部分解除简并是由相对论（速度）效应和LS 耦合（自旋与轨道作用）作用共同 导致的，要想完全解除简并, 则需加磁场（与原子磁矩相互作用产生附加能导致 1λ

各种光谱分析的原理解读

各种仪器分析的基本原理及谱图表示方法！！！来源：张月娟的日志 紫外吸收光谱 UV 分析原理：吸收紫外光能量，引起分子中电子能级的跃迁 谱图的表示方法：相对吸收光能量随吸收光波长的变化 提供的信息：吸收峰的位置、强度和形状，提供分子中不同电子结构的信息 荧光光谱法 FS 分析原理：被电磁辐射激发后，从最低单线激发态回到单线基态，发射荧光 谱图的表示方法：发射的荧光能量随光波长的变化 提供的信息：荧光效率和寿命，提供分子中不同电子结构的信息 红外吸收光谱法 IR 分析原理：吸收红外光能量，引起具有偶极矩变化的分子的振动、转动能级跃迁谱图的表示方法：相对透射光能量随透射光频率变化 提供的信息：峰的位置、强度和形状，提供功能团或化学键的特征振动频率 拉曼光谱法 Ram 分析原理：吸收光能后，引起具有极化率变化的分子振动，产生拉曼散射 谱图的表示方法：散射光能量随拉曼位移的变化 提供的信息：峰的位置、强度和形状，提供功能团或化学键的特征振动频率 核磁共振波谱法 NMR 分析原理：在外磁场中，具有核磁矩的原子核，吸收射频能量，产生核自旋能级的跃迁 谱图的表示方法：吸收光能量随化学位移的变化 提供的信息：峰的化学位移、强度、裂分数和偶合常数，提供核的数目、所处化学环境和几何构型的信息电子顺磁共振波谱法 ESR 分析原理：在外磁场中，分子中未成对电子吸收射频能量，产生电子自旋能级跃迁 谱图的表示方法：吸收光能量或微分能量随磁场强度变化 提供的信息：谱线位置、强度、裂分数目和超精细分裂常数，提供未成对电子密度、分子键特性及几何构型信息质谱分析法 MS 分析原理：分子在真空中被电子轰击，形成离子，通过电磁场按不同m/e分离谱图的表示方法：以棒图形式表示离子的相对峰度随m/e的变化 提供的信息：分子离子及碎片离子的质量数及其相对峰度，提供分子量，元素组成及结构的信息气相色谱法 GC 分析原理：样品中各组分在流动相和固定相之间，由于分配系数不同而分离 谱图的表示方法：柱后流出物浓度随保留值的变化

红外光谱分析技术及其应用

红外光谱分析技术及其应用（作者： _________ 单位：___________ 邮编： ___________ ） 作者：范雪芳徐淼侯晓涛王帅李洪宇张丽华 【摘要】红外光谱（IR）分析技术是一门发展迅猛的高新技术，与传统分析技术相比，红外光谱分析技术具有分析速度快，样品用量少，无破坏无污染等特点。红外光谱测定的是物质中分子的吸收光谱，不同的物质会有其特征指纹的特性，利用红外指纹图谱技术对中成药进行质量鉴定与分析，借助计算机和模式识别等技术，以综合的、宏观的、非线性的分析理念和质量控制模式来评价中药的真伪优劣 【关键词】红外光谱；红外指纹图谱技术 【Abstract ] Infrared spectrum （IR） is a fast developing newly tech no logy. Comparedwith traditi onal an alysis tech no logy, IR possesses characters of fast analysis, little sample, no breach and no pollution. IR measures the absorption spectrum of molecule, and different substances have different fingerprint patter ns. Thus, IR tech no logy can be applied to detect and an alyze the quality of traditi onal Chin ese drug. Using the computer, pattern recognition and so on, we can estimate if

原子光谱解读

光谱『spectrum』 光波是由原子内部运动的电子产生的．各种物质的原子内部电子的运动情况不同，所以它们发射的光波也不同．研究不同物质的发光和吸收光的情况，有重要的理论和实际意义，已成为一门专门的学科——光谱学．下面简单介绍一些关于光谱的知识． 分光镜观察光谱要用分光镜，这里我们先讲一下分光镜的构造原理．图6-18是分光镜的构造原理示意图．它是由平行光管A、三棱镜P和望远镜筒B组成的．平行光管A的前方有一个宽度可以调节的狭缝S，它位于透镜L1的焦平面①处．从狭缝射入的光线经透镜L1折射后，变成平行光线射到三棱镜P上．不同颜色的光经过三棱镜沿不同的折射方向射出，并在透镜L2后方的焦平面MN上分别会聚成不同颜色的像（谱线）．通过望远镜筒B的目镜L3，就看到了放大的光谱像．如果在MN那里放上照相底片，就可以摄下光谱的像．具有这种装置的光谱仪器叫做摄谱仪． 发射光谱物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱．发射光谱有两种类型：连续光谱和明线光谱． 连续分布的包含有从红光到紫光各种色光的光谱叫做连续光谱（彩图6）．炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续光谱．例如电灯丝发出的光、炽热的钢水发出的光都形成连续光谱． 只含有一些不连续的亮线的光谱叫做明线光谱（彩图7）．明线光谱中的亮线叫做谱线，各条谱线对应于不同波长的光．稀薄气体或金属的蒸气的发射光谱是明线光谱．明线光谱是由游离状态的原子发射的，所以也叫原子光谱．观察气体的原子光谱，可以使用光谱管（图6-19），它是一支中间比较细的封闭的玻璃管，里面装有低压气体，管的两端有两个电极．把两个电极接到高压电源上，管里稀薄气体发生辉光放电，产生一定颜色的光． 观察固态或液态物质的原子光谱，可以把它们放到煤气灯的火焰或电弧中去烧，使它们气化后发光，就可以从分光镜中看到它们的明线光谱． 实验证明，原子不同，发射的明线光谱也不同，每种元素的原子都有一定的明线光谱．彩图7就是几种元素的明线光谱．每种原子只能发出具有本身特征的某些波长的光，因此，明线光谱的谱线叫做原子的特征谱线．利用原子的特征谱线可以鉴别物质和研究原子的结构． 吸收光谱高温物体发出的白光（其中包含连续分布的一切波长的光）通过物质时，某些波长的光被物质吸收后产生的光谱，叫做吸收光谱。例如，让弧光灯发出的白光通过温度较低的钠气（在酒精灯的灯心上放一些食盐，食盐受热分解就会产生钠气），然后用分光镜来观察，就会看到在连续光谱的背景中有两条挨得很近的暗线（见彩图8．分光镜的分辨本领不够高时，只能看见一条暗线）．这就是

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

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

光谱技术的简介、应用与发展

光谱技术的简介、应用与发展 光波是由原子内部中运动的电子产生的。由于每种物质的原子内部电子的运动情况都不同，所以它们发射的光波也不同。研究不同物质的发光以及吸收光的情况，有很重要的理论和实际意义，现在已成为一门专业的学科光谱学。 发射光谱物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱。发射光谱有两种类型，连续光谱和明线光谱。 连续分布的包含有从红光到紫光各种色光的光谱叫做连续光谱。炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续光谱。例如电灯丝发出的光、炽热的钢水发出的光都形成连续光谱。只含有一些不连续的亮线的光谱叫做明线光谱。明线光谱中的亮线叫做谱线，各条谱线对应于不同波长的光。稀薄气体或金属的蒸气的发射光谱是明线光谱。明线光谱是由游离状态的原子发射的，所以也叫原子光谱。观察气体的原子光谱，可以使用光谱管，它是一支中间比较细的封闭的玻璃管，里面装有低压气体，管的两端有两个电极。把两个电极接到高压电源上，管里稀薄气体发生辉光放电，产生一定颜色的光。 观察固态或液态物质的原子光谱，可以把它们放到煤气灯的火焰或电弧中去烧，使它们气化后发光，就可以从分光镜中看到它们的明线光谱。 实验证明，原子不同，发射的明线光谱也不同，每种元素的原子都有一定的明线光谱。每种原子只能发出具有本身特征的某些波长的光，因此，明线光谱的谱线叫做原子的特征谱线。利用原子的特征谱线可以鉴别物质和研究原子的结构。 吸收光谱高温物体发出的白光（其中包含连续分布的一切波长的光）通过物质时，某些波长的光被物质吸收后产生的光谱，叫做吸收光谱。例如，让弧光灯发出的白光通过温度较低的钠气（在酒精灯的灯心上放一些食盐，食盐受热分解就会产生钠气），然后用分光镜来观察，就会看到在连续光谱的背景中有两条挨得很近的暗线，这就是钠原子的吸收光谱。值得注意的是，各种原子的吸收光谱中的每一条暗线都跟该种原子的发射光谱中的一条明线相对应．这表明，低温气体原子吸收的光，恰好就是这种原子在高温时发出的光。因此，吸收光谱中的谱线（暗线），也是原子的特征谱线，只是通常在吸收光谱中看到的特征谱

光谱分析技术及相关仪器解析

第四章光谱分析技术及相关仪器首页基本要求重点难点讲授学时内容提要1 基本要求 1.1掌握 1.1.1掌握光谱分析的基本原理和紫外-可见分光光度计的基本结构和功能。 1.1.2掌握荧光分析的基本原理和荧光光谱仪的组成。 1.1.3掌握原子吸收分光光度计和原子发射光谱仪的基本原理和结构。 1.2 熟悉 1.2.1熟悉常用紫外-可见分光光度计的调试、使用及维护。 1.2.2熟悉荧光光谱仪的调试、使用及维护。 1.2.3熟悉原子吸收分光光度计的性能。 1.3 了解 1.3.1 了解紫外-可见分光光度计的常见故障和进展。 1.3.2了解荧光光谱仪的应用方向。 1.3.3了解原子光谱分析仪的应用方向。 2 重点难点 2.1重点 紫外-可见分光光度计的基本原理、基本结构、分类、调试及使用。 荧光光谱仪的基本原理、基本结构、分类、调试及使用。 原子吸收分光光度计的基本原理、基本结构及使用。 2.2 难点 2.2.1 光谱的产生和分类 2.2.2 光吸收定律 2.2.3 紫外-可见分光光度计的基本原理和性能评价。 2.2.4 荧光光谱仪的基本原理和基本结构。 2.2.5 原子吸收分光光度计和原子发射光谱仪的异同。

3 讲授学时 建议8学时～12学时 4 内容提要 4.1光谱分析技术的基础理论与光谱技术的分类 4.1.1 光谱分析技术的基础理论 1.光是由光量子组成的，具有二重性，即不连续的微粒和连续的波动性。波长和频率是光的特征。 2. 光照射到物质时，可发生折射、反射和透射。根据物质结构和含量的不同，可以得当不同的吸收光谱和发射光谱。 3. 物质的吸收光谱取决于物质的结构，包括分子吸收光谱和原子吸收光谱。分子吸收光谱包括电子、振动和转动这三种光谱。原子吸收光谱通常是线状光谱，只包括外层电子跃迁吸收的能量，位于光谱的紫外区和可见光区。 4．物质的发射光谱有三种：线状光谱、带状光谱及连续光谱。线状光谱由原子或离子被激发而发射；带状光谱由分子被激发而发射；连续光谱由炙热的固体或液体所发射。线光谱是元素的固有特征，每种元素有其特有的不变的线光谱。 4.1.2 光谱技术的分类 利用被测定组分中的分子所产生的吸收光谱进行测定的分析方法，即分子吸收法，包括可见与紫外分光光度法、红外光谱法；利用被测定组分中的分子所产生的发射光谱进行测定的分析方法，称为分子发射法，常见的有分子荧光光度法。利用被测定组分中的原子吸收光谱进行测定的分析方法，即原子吸收法；利用被测定组分中的原子发射光谱进行测定的分析方法，称为原子发射法，包括发射光谱分析法、原子荧光法、X射线原子荧光法、质子荧光法等。 4.2 紫外-可见分光光度计 4.2.1 紫外-可见分光光度计的基本结构 紫外-可见分光光度计的基本结构由光源、单色器、样品池、检测器和放大显示系统等五部分组成。光源是提供入射光的装置，包括热辐射灯（钨灯、卤钨灯等），气体放电灯（氢灯、氘灯及氙灯等），金属弧灯（各种汞灯）等多种。单色器是将来自光源的复合光分解为单色光并分离出所需波段光束的装置，其性能直接影响射出光的纯度，从而影响测定的灵敏度、选择性及校正曲线的线性范围。吸收池是用来盛放被测溶液的器件，同时也决定着透光液层厚度，可用塑料、玻璃、石英或熔凝石英制成。检测器是把光信号转换为电信号的装置，常用的有光电管、光电倍增管、光电二极管阵列、光电池、电荷耦合器