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(diǎn)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(diǎn)（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(diǎn)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?yàn)樾纬伤ǖ牧χ饕侵亓?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(diǎn)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(diǎn)。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?xiàng)l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?yàn)榉派渚€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