自然科學(xué)光聲光譜技術(shù)課件

光聲光譜技術(shù)制作人梁榮榮光聲光譜技術(shù)制作人梁榮榮[自然科學(xué)]光聲光譜技術(shù)課件吸收光譜學(xué)當(dāng)一束具有連續(xù)波長的光通過一種物質(zhì)時，光束中的某些成分便會有所減弱，經(jīng)過物質(zhì)吸收后剩下的光束由光譜儀展成光譜時，就得到該物質(zhì)的吸收光譜。幾乎所有物質(zhì)都有其獨特的吸收光譜。吸收光譜學(xué)當(dāng)一束具有連續(xù)波長的光通過一種物質(zhì)一般來說，吸收光譜學(xué)所研究的是1、物質(zhì)吸收了哪些波長的光2、吸收的程度如何3、為什么會有吸收注：研究的對象基本上為分子。

一般來說，吸收光譜學(xué)所研究的是分子光譜主要有可見吸收光譜：電子躍遷光譜，吸收光波長范圍400750nm，主要用于有色物質(zhì)的定量分析。紫外吸收光譜：電子躍遷光譜，吸收光波長范圍200400nm（近紫外區(qū)），可用于結(jié)構(gòu)鑒定和定量分析。紅外吸收光譜：分子振動光譜，吸收光波長范圍2.51000m，用于研究分子的能級結(jié)構(gòu)和分子結(jié)構(gòu)，或進行分子的定性和定量分析等分子光譜主要有可見吸收光譜：電子躍遷光譜，吸收光波長范圍40E=E2-E1=h

量子化；選擇性吸收1、物質(zhì)分子內(nèi)部三種運動形式：1）電子相對于原子核的運動，2）原子核在其平衡位置附近的相對振動3）分子本身繞其重心的轉(zhuǎn)動。分子具有三種不同能級：電子能級、振動能級和轉(zhuǎn)動能級。三種能級都是量子化的，且各自具有相應(yīng)的能量。分子的內(nèi)能包括：電子能量Ee、振動能量Ev、轉(zhuǎn)動能量Er

即Ｅ＝Ｅe+Ｅv+Ｅr吸收光譜的產(chǎn)生M+

h

M*基態(tài)激發(fā)態(tài)E1

（△E）E2E=E2-E1=h1、物2、三種不同的能級躍遷：

（1）

轉(zhuǎn)動能級間的能量差ΔΕr：0.005～0.050eV，躍遷產(chǎn)生吸收光譜位于遠紅外區(qū)。遠紅外光譜或分子轉(zhuǎn)動光譜；（2）振動能級的能量差ΔΕv約為：0.05～１eV，躍遷產(chǎn)生的吸收光譜位于紅外區(qū)，紅外光譜或分子振動光譜（3）電子能級的能量差ΔΕe較大:1～20eV。電子躍遷產(chǎn)生的吸收光譜在紫外—可見光區(qū)，紫外—可見光譜或分子的電子光譜2、三種不同的能級躍遷：（1）轉(zhuǎn)動能級間的能量差ΔΕr：吸收光譜的表示方法

用不同的單色光依次照射被測樣品，如果某波長的光子能量正好等于被測物分子的某一能級差，則該波長的光被吸收，透過樣品后的光強減弱，產(chǎn)生吸收信號。另外一些波長的光不符合吸收條件，不被吸收，光強不變。用吸光度A（吸光系數(shù)）或透光率對波長作圖得到吸收光譜。A～λ作圖，或ε～λ作圖；或T～λ作圖。吸收光譜的表示方法A～λ作圖，或ε～λ作圖；或Tmaxmin

A2.對于同種待測溶液，濃度愈大，吸光度也愈大；3.

對于同一物質(zhì)，不論濃度大小如何，最大吸收峰所對應(yīng)的波長(最大吸收波長

λmax)不變.并且曲線的形狀也完全相同。分析吸收曲線可以看到：1.同一濃度的待測溶液對不同波長的光有不同的吸光度;maxmi檢測技術(shù)前面已經(jīng)討論過在吸收光譜測量中應(yīng)用的各種檢測技術(shù)，他們是直接通過檢測光譜的本身。20世紀70年代初發(fā)展起來的檢測物質(zhì)和研究物質(zhì)性能的新方法-----光聲光譜學(xué)，它是光譜技術(shù)與量熱技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。目前光聲技術(shù)在不斷發(fā)展，已出現(xiàn)適用于氣體分析的二氧化碳激光光源紅外光聲光譜儀，適用于固體和液體分析的氙燈紫外-可見光聲光譜儀，以及傅里葉變換光聲光譜儀。光熱偏轉(zhuǎn)光譜法、光聲拉曼光譜法、光聲顯微鏡、激光熱透鏡法及熱波成像技術(shù)都在迅速發(fā)展。檢測技術(shù)前面已經(jīng)討論過在吸收光譜測量中應(yīng)用的各種檢測技術(shù)，他光聲效應(yīng)：

用一束強度可調(diào)制的單色光照射到密封于光聲池中的樣品上，樣品吸收光能，并以釋放熱能的方式退激，釋放的熱能使樣品和周圍介質(zhì)按光的調(diào)制頻率產(chǎn)生周期性加熱，從而導(dǎo)致介質(zhì)產(chǎn)生周期性壓力波動，這種壓力波動可用靈敏的微音器或壓電陶瓷傳聲器檢測，并通過放大得到光聲信號，這就是光聲效應(yīng)。光聲效應(yīng)：光聲光譜學(xué)就是一種以光聲效應(yīng)為基礎(chǔ)的新型光譜分析檢測技術(shù)。其特點在于：不直接測量光譜的本身，而是通過檢測物質(zhì)在吸收輻射后熱激發(fā)的聲波來獲取光譜信息。概念光聲光譜學(xué)就是一種以光聲效應(yīng)為基礎(chǔ)的新型光譜分析檢測技術(shù)。概適用范圍由于光聲光譜測量的是樣品吸收光能的大小，因而反射光、散射光等對測量干擾很小，故光聲光譜適于測量高散射樣品、不透光樣品、吸收光強與入射光強比值很小的弱吸收樣品和低濃度樣品等，而且樣品無論是晶體、粉末、膠體等均可測量，這是普通光譜做不到的。光聲效應(yīng)與調(diào)制頻率有關(guān)，改變調(diào)制頻率可獲得樣品表面不同深度的信息，所以它是提供表面不同深度結(jié)構(gòu)信息的無損探測方法。適用范圍由于光聲光譜測量的是樣品吸收光能的大光聲光譜儀的基本原理將一束連續(xù)波光束在經(jīng)調(diào)制器調(diào)制以后成了斷續(xù)的光束，在照射進樣品以后，樣品吸收了光能后產(chǎn)生出光聲波，該聲波經(jīng)聲敏原件接受后由放大器放大后送到鎖相放大器，經(jīng)鎖相放大器處理后便在記錄儀上記錄下反映物質(zhì)對光吸收的光聲光譜。光聲光譜儀的基本原理將一束連續(xù)波光束在光聲光譜儀的基本結(jié)構(gòu)圖光聲光譜儀的基本結(jié)構(gòu)圖實驗器材

光聲光譜儀具有很高的檢測靈敏度，一般可以達到10-9~10-11量級，檢測對象也從氣相介質(zhì)發(fā)展到液相及固體介質(zhì)。

光聲光譜儀的主要部件包括：1、光源2、調(diào)制器3、光聲池4、聲敏元件5、信號處理系統(tǒng)。

下面就將介紹各個部件及其選擇條件實驗器材光聲光譜儀具有很高的檢測靈敏度1、光源的選擇要求用可調(diào)諧激光或線調(diào)諧激光，提供在近紅外到中紅外光譜區(qū)。除要求有較高的光譜強度外，還要有較寬的調(diào)諧范圍和較窄的光譜線寬。除用激光光源外，有時也用光譜燈電源，如氙燈。需要先用濾光片或單色儀進行分光，然后由斬波器調(diào)制后照射光聲池，適合進行各種現(xiàn)場檢測需要。1、光源的選擇要求用可調(diào)諧激光或線調(diào)諧激光，提供在近紅外到中光聲光譜儀中常用的激光器光聲光譜儀中常用的激光器3、光聲池（核心部件）光聲池是光聲光譜儀中的核心部件，它既是氣體樣品的容器，又裝置了微音器或其他裝置檢測激光作用下產(chǎn)生的光波。光聲池通常分為共振型與非共振型兩類。2、調(diào)制器

一般可采用單色儀和斬波器組合實現(xiàn)波長調(diào)制。3、光聲池（核心部件）光聲池是光聲光共振型與非共振型光聲池共振型與非共振型光聲池4、聲敏元件其作用是將光聲信號轉(zhuǎn)換為電信號。對于氣體樣品常用微音器作為聲敏元件，對于液體及固體介質(zhì)常采用壓敏元件。5、信號處理系統(tǒng)普遍采用具有低噪聲特性的鎖相放大系統(tǒng)4、聲敏元件幾種典型的光聲光譜儀長程光聲腔光聲光譜儀已知微聲器所記錄的信號V與參與吸收的分子數(shù)N成正比

吸收的分子數(shù)N與光程長度成正比因此，記錄信號V與光程長度L成正比。根據(jù)此原理，我們研究出了長程光聲腔光譜儀幾種典型的光聲光譜儀長程光聲腔光聲光譜儀吸收的分子數(shù)N與光光源為鈦寶石激光器，用計算機控制在680~900nm波長范圍進行掃描。斬波器的調(diào)制頻率為4~4KHZ控制在680~900nm改進型漢洛特池的高靈敏長程光聲光譜儀光源為鈦寶石激光器，用計算機控制在680~902、激光器腔內(nèi)光聲池光聲光譜儀與激光器腔內(nèi)吸收光譜技術(shù)一樣，激光器腔內(nèi)光聲池光聲光譜技術(shù)是獲得高靈敏檢測的另一種措施。腔內(nèi)除激光放電管以外還有光聲池。由反射鏡和反射光柵構(gòu)成激光器的諧振腔。腔內(nèi)光束既是激光器振蕩譜線又是被測樣品的激發(fā)光束。2、激光器腔內(nèi)光聲池光聲光譜儀與激光器腔內(nèi)吸收光譜技術(shù)一樣，3、皮秒光聲光譜儀皮秒閃光光解是現(xiàn)階段常用的直接觀測光解過程中產(chǎn)生的瞬態(tài)中間體技術(shù)。光源分為泵浦光和探測光，他們都是從同一束激光經(jīng)分束來的。實驗中設(shè)將YAG激光的三倍頻激光（335nm）用作泵浦光，兩倍頻激光（530nm）為探測光。探測光相對于泵浦光有一定的時間延時。3、皮秒光聲光譜儀皮秒閃光光解是現(xiàn)階段常用的直接觀測光解過程4、非激光光源光譜儀

-----雙光束分光光度計4、非激光光源光譜儀

-----雙光束分光光度計一、基本部件光源單色器樣品室檢測器顯示光源

在整個紫外光區(qū)或可見光譜區(qū)可以發(fā)射連續(xù)光譜，具有足夠的輻射強度、較好的穩(wěn)定性、較長的使用壽命。

可見光區(qū)：鎢燈作為光源，其輻射波長范圍在320～2500nm。

紫外區(qū)：氫、氘燈。發(fā)射185～400nm的連續(xù)光譜。一、基本部件光源單色器樣品室檢測器顯示光源可見光區(qū)1為選好的測定波長，一般為待測物質(zhì)的max2為選好的參比波長，一般為待測物質(zhì)的min測得的是樣品在兩種波長1和2處的吸光度之差A(yù)，A為扣除了背景吸收的吸光度A=A1-A2=（K1-K2）CL優(yōu)點：（1）大大提高了測定準(zhǔn)確度，可完全扣除背景（2）可用于微量組分的測定（3）可用于混濁液和多組分混合物的定量測定1為選好的測定波長，一般為待測物質(zhì)的max[自然科學(xué)]光聲光譜技術(shù)課件雙光束分光光度計的特點（1）自動記錄，快速全波段掃描。（2）可消除光源不穩(wěn)定、檢測器靈敏度變化等因素的影響。

(3)靈敏度高、準(zhǔn)確度高、選擇性好、操作方便、分析速度快、應(yīng)用范圍廣雙光束分光光度計的特點（1）自動記錄，快速全波段掃謝謝觀看THANKSHI-HOOPOWERPOINTTEMPLATE謝謝觀看THANKSHI-HOOPOWERPOINTTE光聲光譜技術(shù)制作人梁榮榮光聲光譜技術(shù)制作人梁榮榮[自然科學(xué)]光聲光譜技術(shù)課件吸收光譜學(xué)當(dāng)一束具有連續(xù)波長的光通過一種物質(zhì)時，光束中的某些成分便會有所減弱，經(jīng)過物質(zhì)吸收后剩下的光束由光譜儀展成光譜時，就得到該物質(zhì)的吸收光譜。幾乎所有物質(zhì)都有其獨特的吸收光譜。吸收光譜學(xué)當(dāng)一束具有連續(xù)波長的光通過一種物質(zhì)一般來說，吸收光譜學(xué)所研究的是1、物質(zhì)吸收了哪些波長的光2、吸收的程度如何3、為什么會有吸收注：研究的對象基本上為分子。

一般來說，吸收光譜學(xué)所研究的是分子光譜主要有可見吸收光譜：電子躍遷光譜，吸收光波長范圍400750nm，主要用于有色物質(zhì)的定量分析。紫外吸收光譜：電子躍遷光譜，吸收光波長范圍200400nm（近紫外區(qū)），可用于結(jié)構(gòu)鑒定和定量分析。紅外吸收光譜：分子振動光譜，吸收光波長范圍2.51000m，用于研究分子的能級結(jié)構(gòu)和分子結(jié)構(gòu)，或進行分子的定性和定量分析等分子光譜主要有可見吸收光譜：電子躍遷光譜，吸收光波長范圍40E=E2-E1=h

量子化；選擇性吸收1、物質(zhì)分子內(nèi)部三種運動形式：1）電子相對于原子核的運動，2）原子核在其平衡位置附近的相對振動3）分子本身繞其重心的轉(zhuǎn)動。分子具有三種不同能級：電子能級、振動能級和轉(zhuǎn)動能級。三種能級都是量子化的，且各自具有相應(yīng)的能量。分子的內(nèi)能包括：電子能量Ee、振動能量Ev、轉(zhuǎn)動能量Er

即Ｅ＝Ｅe+Ｅv+Ｅr吸收光譜的產(chǎn)生M+

h

M*基態(tài)激發(fā)態(tài)E1

（△E）E2E=E2-E1=h1、物2、三種不同的能級躍遷：

（1）

轉(zhuǎn)動能級間的能量差ΔΕr：0.005～0.050eV，躍遷產(chǎn)生吸收光譜位于遠紅外區(qū)。遠紅外光譜或分子轉(zhuǎn)動光譜；（2）振動能級的能量差ΔΕv約為：0.05～１eV，躍遷產(chǎn)生的吸收光譜位于紅外區(qū)，紅外光譜或分子振動光譜（3）電子能級的能量差ΔΕe較大:1～20eV。電子躍遷產(chǎn)生的吸收光譜在紫外—可見光區(qū)，紫外—可見光譜或分子的電子光譜2、三種不同的能級躍遷：（1）轉(zhuǎn)動能級間的能量差ΔΕr：吸收光譜的表示方法

用不同的單色光依次照射被測樣品，如果某波長的光子能量正好等于被測物分子的某一能級差，則該波長的光被吸收，透過樣品后的光強減弱，產(chǎn)生吸收信號。另外一些波長的光不符合吸收條件，不被吸收，光強不變。用吸光度A（吸光系數(shù)）或透光率對波長作圖得到吸收光譜。A～λ作圖，或ε～λ作圖；或T～λ作圖。吸收光譜的表示方法A～λ作圖，或ε～λ作圖；或Tmaxmin

A2.對于同種待測溶液，濃度愈大，吸光度也愈大；3.

對于同一物質(zhì)，不論濃度大小如何，最大吸收峰所對應(yīng)的波長(最大吸收波長

λmax)不變.并且曲線的形狀也完全相同。分析吸收曲線可以看到：1.同一濃度的待測溶液對不同波長的光有不同的吸光度;maxmi檢測技術(shù)前面已經(jīng)討論過在吸收光譜測量中應(yīng)用的各種檢測技術(shù)，他們是直接通過檢測光譜的本身。20世紀70年代初發(fā)展起來的檢測物質(zhì)和研究物質(zhì)性能的新方法-----光聲光譜學(xué)，它是光譜技術(shù)與量熱技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。目前光聲技術(shù)在不斷發(fā)展，已出現(xiàn)適用于氣體分析的二氧化碳激光光源紅外光聲光譜儀，適用于固體和液體分析的氙燈紫外-可見光聲光譜儀，以及傅里葉變換光聲光譜儀。光熱偏轉(zhuǎn)光譜法、光聲拉曼光譜法、光聲顯微鏡、激光熱透鏡法及熱波成像技術(shù)都在迅速發(fā)展。檢測技術(shù)前面已經(jīng)討論過在吸收光譜測量中應(yīng)用的各種檢測技術(shù)，他光聲效應(yīng)：

用一束強度可調(diào)制的單色光照射到密封于光聲池中的樣品上，樣品吸收光能，并以釋放熱能的方式退激，釋放的熱能使樣品和周圍介質(zhì)按光的調(diào)制頻率產(chǎn)生周期性加熱，從而導(dǎo)致介質(zhì)產(chǎn)生周期性壓力波動，這種壓力波動可用靈敏的微音器或壓電陶瓷傳聲器檢測，并通過放大得到光聲信號，這就是光聲效應(yīng)。光聲效應(yīng)：光聲光譜學(xué)就是一種以光聲效應(yīng)為基礎(chǔ)的新型光譜分析檢測技術(shù)。其特點在于：不直接測量光譜的本身，而是通過檢測物質(zhì)在吸收輻射后熱激發(fā)的聲波來獲取光譜信息。概念光聲光譜學(xué)就是一種以光聲效應(yīng)為基礎(chǔ)的新型光譜分析檢測技術(shù)。概適用范圍由于光聲光譜測量的是樣品吸收光能的大小，因而反射光、散射光等對測量干擾很小，故光聲光譜適于測量高散射樣品、不透光樣品、吸收光強與入射光強比值很小的弱吸收樣品和低濃度樣品等，而且樣品無論是晶體、粉末、膠體等均可測量，這是普通光譜做不到的。光聲效應(yīng)與調(diào)制頻率有關(guān)，改變調(diào)制頻率可獲得樣品表面不同深度的信息，所以它是提供表面不同深度結(jié)構(gòu)信息的無損探測方法。適用范圍由于光聲光譜測量的是樣品吸收光能的大光聲光譜儀的基本原理將一束連續(xù)波光束在經(jīng)調(diào)制器調(diào)制以后成了斷續(xù)的光束，在照射進樣品以后，樣品吸收了光能后產(chǎn)生出光聲波，該聲波經(jīng)聲敏原件接受后由放大器放大后送到鎖相放大器，經(jīng)鎖相放大器處理后便在記錄儀上記錄下反映物質(zhì)對光吸收的光聲光譜。光聲光譜儀的基本原理將一束連續(xù)波光束在光聲光譜儀的基本結(jié)構(gòu)圖光聲光譜儀的基本結(jié)構(gòu)圖實驗器材

光聲光譜儀具有很高的檢測靈敏度，一般可以達到10-9~10-11量級，檢測對象也從氣相介質(zhì)發(fā)展到液相及固體介質(zhì)。

光聲光譜儀的主要部件包括：1、光源2、調(diào)制器3、光聲池4、聲敏元件5、信號處理系統(tǒng)。

下面就將介紹各個部件及其選擇條件實驗器材光聲光譜儀具有很高的檢測靈敏度1、光源的選擇要求用可調(diào)諧激光或線調(diào)諧激光，提供在近紅外到中紅外光譜區(qū)。除要求有較高的光譜強度外，還要有較寬的調(diào)諧范圍和較窄的光譜線寬。除用激光光源外，有時也用光譜燈電源，如氙燈。需要先用濾光片或單色儀進行分光，然后由斬波器調(diào)制后照射光聲池，適合進行各種現(xiàn)場檢測需要。1、光源的選擇要求用可調(diào)諧激光或線調(diào)諧激光，提供在近紅外到中光聲光譜儀中常用的激光器光聲光譜儀中常用的激光器3、光聲池（核心部件）光聲池是光聲光譜儀中的核心部件，它既是氣體樣品的容器，又裝置了微音器或其他裝置檢測激光作用下產(chǎn)生的光波。光聲池通常分為共振型與非共振型兩類。2、調(diào)制器

一般可采用單色儀和斬波器組合實現(xiàn)波長調(diào)制。3、光聲池（核心部件）光聲池是光聲光共振型與非共振型光聲池共振型與非共振型光聲池4、聲敏元件其作用是將光聲信號轉(zhuǎn)換為電信號。對于氣體樣品常用微音器作為聲敏元件，對于液體及固體介質(zhì)常采用壓敏元件。5、信號處理系統(tǒng)普遍采用具有低噪聲特性的鎖相放大系統(tǒng)4、聲敏元件幾種典型的光聲光譜儀長程光聲腔光聲光譜儀已知微聲器所記錄的信號V與參與吸收的分子數(shù)N成正比

吸收的分子數(shù)N與光程長度成正比因此，記錄信號V與光程長度L成正比。根據(jù)此原理，我們研究出了長程光聲腔光譜儀幾種典型的光聲光譜儀長程光聲腔光聲光譜儀吸收的分子數(shù)N與光光源為鈦寶石激光器，用計算機控制在680~900nm波長范圍進行掃描。斬波器的調(diào)制頻率為4~4KHZ控制在680~900nm改進型漢洛特池的高靈敏長程光聲光譜儀光源為鈦寶石激光器，用計算機控制在680~902、激光器腔內(nèi)光聲池光聲光譜儀與激光器腔內(nèi)吸收光譜技術(shù)一樣，激光器腔內(nèi)光聲池光聲光譜技術(shù)是獲得高靈敏檢測的另一種措施。腔內(nèi)除激光放電管以外還有光聲池。由反射鏡和反射光柵構(gòu)成激光器的諧振腔。腔內(nèi)光束既是激光器振蕩譜線又是被測樣品的激發(fā)光束。2、激