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光谱理解仪器

  

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  光谱分析仪器 1 光谱分析仪器原理:光谱分析技术 概述 分类 重要的光谱分析技术原理、类型、特点 光谱分析定量原理、方法 2 光谱分析仪器 ---检验医学应用的光谱仪器 在医学检验中的地位 ? 最重要的一类 ? 应用最早的一类 ? 应用最广泛的一类 3 光谱分析仪器 ---重要的光谱分析技术 医学检验常用的光谱分析仪应用的光谱分析技术 紫外可见分光光度计 荧光分光光度计 原子吸收分光光度计 原子发射光谱仪 利用物质分子吸收光谱分析技术 利用物质分子荧光光谱分析技术 利用物质原子吸收光谱分析技术 利用物质原子发射光谱分析技术 4 光谱分析技术 ---概论 光谱分析技术的重要理论原理 ? 光谱分析技术基础理论------光学 ? 几何光学----显微镜的原理 ? 光的波动性理论 波动光学 ---单色器的原理:衍射、 干涉 hc ? 光的吸收、发射理论 量子理论 ---- E ? h? ? ? 光谱产生基本原理 5 光谱分析技术 ---概论 物体的颜色、互补色 ?物体的颜色---由物质的性质和形态决定 ?互补色----两种颜色的光按照一定比例混合在一起 呈白色,这两种颜色称互补色 绿 蓝绿 黄绿 黄 绿蓝 蓝 紫 白光 橙 红 紫红 6 光谱分析技术---概念 光谱、光谱曲线、光谱分析 ? 光谱( Spectral ):复合光经过色散系统分光后,单色光按 波长大小而依次排列的图 ? 用波长做横坐标,光强度作纵坐标,画出的曲线称光谱的光谱 曲线 ? 光谱分析(Spectral Analysis)分析光谱中光的波长组成及 其各种波长光的能量强度 7 光谱分析技术---分类 光谱分析技术中常见光谱名称 ? 连续光谱与离散光谱(波长分布类型) ? 吸收光谱与发射光谱(分析技术) ? 分子光谱与原子光谱(分析技术) ? 紫外光谱、可见光谱以及红 外光谱(分析技术) 8 光谱分析技术---吸收光谱分析技术 吸收光谱概念、产生原理 ?物质吸收连续光谱中某些波长的光产生的光谱称作 吸收光谱,包括分子吸收光谱和原子吸收光谱。 S3 S2 h? E3 E2 1.0 0.8 0.6 S1 S0 E1 E0 A 0.4 0.2 0.0 c (KMnO 4 )=3.7x10-4 250 350 450 λ /nm 550 650 9 光谱分析技术 ---吸收光谱分析技术 分子和原子吸收光谱产生原理及区别 原 子 吸 收 光 谱 ---线 分 子 吸 收 光 谱 A 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 c (KMnO 4 )=3.7x10-4 250 350 450 λ /nm 550 650 ---连 续 光 谱 10 光谱分析技术---吸收光谱分析技术 吸收曲线(吸光谱) ?在各种物质对不同波长光的吸收程度不同,如果用 各种不同波长的光分别通过某种被测物质,分别测定 该物质对不同波长光的吸收程度,以波长为横坐标, 吸收程度为纵坐标作图所得曲线称该物质的吸收曲线 光谱分析技术 ---发射光谱分析技术 发射光谱概念、原子发射产生原理 在外来的能量激发下,物质原子外层电子或分子价电子从基 态跃迁到高能态再回复跃迁到基态而发射光子,由这个过程 产生的光谱称发射光谱。 原子发射 S3 E S2 S1 S0 E3 E2 E1 E0 h? h? ? E2 ? E0 hc ?E ? E2 ? E0 ? h? ? ? 12 光谱分析技术 ---发射光谱分析技术 分子发射(荧光)概念、产生原理、光谱特征 ?物质经一种波长的光 激发后,所发出的比这 种激发光的波长较长的 可见光叫荧光 ?分子发射(荧光)光 谱最大特征具有两个光 谱----激发光谱和荧光 光谱 13 光谱分析技术---发射光谱分析技术 分子发射光谱的两个光谱曲线、激发光谱曲线 固定测量波长(选最大发射波长), 化合物发射的荧光(磷光)强度与照射光 波长的关系曲线 (图中曲线 光谱分析技术---发射光谱分析技术 分子发射光谱的两个光谱曲线、荧光光谱 固定激发光波长选最大激发波 长, 化合物发射的荧光(或磷光 强度)与发射光波长关系曲线 光谱分析技术---发射光谱分析技术 发光光谱激发方式 ?光致发光 ?热致发光 ?电致发光 ?化学发光 分子荧光 原子发射光谱 CL、ECL 16 光谱分析仪---与光谱技术的关系 光谱分析技术类型与光谱分析仪的关系 分子吸收法: 紫外可见分光光度计、红外摄谱仪 分子光谱 分子发射法: 光谱技术 荧光分光光度计 原子吸收法:原子吸收分光光度计 原子光谱 原子发射法:原子发射光谱仪(火焰光度计、ICP) 17 光谱分析技术---定量分析原理 朗伯-比尔(Lambert—Beer) 定律 I T ? ? 10?kbc I0 I0 I 1 A ? ? lg T ? ? lg ? lg ? lg ? kbc I0 I T I0 I I0:入射光强度 b:液层厚度 T:透光度 k:吸光系数 C:溶液浓度 I:透射光强度 A:吸光度 b 18 光谱分析技术---定量分析原理 朗伯-比尔定律 吸光系数单位 I0 I 1 A ? ? lg T ? ? lg ? lg ? lg ? kbc I0 I T k:吸光系数 dL·-1· -1 g cm 摩尔吸光系数(ε) L· -1· -1 mol cm I0 I b 19 光谱分析技术---定量分析原理 朗伯-比尔定律的适用条件 1. 单色光(入射光是单色光;) 2. 吸光质点形式不变吸收发生在均匀的介质中; 3. 稀溶液吸收过程中,吸收物质互相不发生作用 浓度增大,分子之间作用增强. 20 光谱分析技术---定量分析原理 朗伯-比尔定律的应用 ?浓度计算方法 ?1、标准比较法 CU=AU*CS/AS ?2、标准曲线法 Y=Ax+b A 0.80 Ax 0.60 * I0 I 0.40 0.20 0.00 cx 0 1.0 2.0 21 b 3.0 4.0 c(mg/m 光谱分析技术---定量分析原理 发射光谱分析与散射比浊定量计算 ?发射(散射)光强度不 遵从朗伯-比尔定律 I 0.80 0.60 0.40 0.20 ? 发射(散射)光强 度在一定条件下与 物质浓度成正比 Ix * I0 I 0.00 cx 0 1.0 2.0 3.0 4.0 c(mg/mL) 22 光谱分析仪器---医学检验常用光谱分析仪 医学检验常用光谱分析仪器 23 医学检验常用光谱分析仪---分类 光谱分析仪类型及常用光谱分析仪 分子吸收光谱仪:紫外可见分光光度计 分子光谱仪 分子发射光谱仪:荧光分光光度计 光谱分析仪 原子吸收光谱仪:原子吸收分光光度计 原子光谱仪 原子发射光谱仪:火焰光度计 24 光谱分析仪器的光学系统 光谱分析仪器光学系统的重要组成结构 (1)、光 源 (2)、单色器(或滤光片) (3)、样品单元 (4)、检测器 25 光谱分析仪器的光学系统---光 必须有光源的光谱分析仪 源 吸收光谱仪、用光做激发能量的发射光谱仪 氙灯 氢灯 钨灯 26 光谱分析仪器的光学系统---光 源 常用光源的适用光谱范围及适用的仪器 钨灯、卤钨灯 氢灯和氘灯 氙灯 汞灯 空心阴极灯 ----连续光谱 320—2500nm ----连续光谱 185—375nm ----紫外可见区连续光谱 ---- 254—734nm离散线光谱 ----单波长线光谱 紫外可见分光 光度计 荧光分光光度计 原子吸收分光 光度计 27 光谱分析仪器的光学系统---滤光片 原理及类型 带通滤光片 1)吸收滤光片 截止滤光片 2)干涉滤光片 3)复合滤光片 28 光谱分析仪器的光学系统---滤光片 带通滤光片 属于吸收滤光片 透光曲线 有效带宽(半峰宽度) 带通滤光片吸收曲线上透光 度等于最大透光度一半的波 长范围 530-430=100nm 29 光谱分析仪器的光学系统---单色器 概念及组成 单色器(Monochromator):能将来自光源的复合光分选出 所需波长的的单色光光束的一种装置,是许多光谱分析仪器 的一个核心结构。 ? 1、入光狭缝 ? 2、出光狭缝 ? 3、色散元件 ? 4、准直镜 ? 5、附属机械装置 30 光谱分析仪器的光学系统---单色器 ? 1、入光狭缝 ? 2、出光狭缝 31 光谱分析仪器的光学系统---单色器 ? 3、色散元件 ? 将复合光中不 同波长(颜色) 的光在空间上 分开的装置 32 光谱分析仪器的光学系统---单色器 色散元件类型及光谱排列特征 B、光栅 线性光谱 A、棱镜 非线 光谱分析仪器的光学系统---单色器 光栅类型 光栅原理分 透射光栅 凹面反射光栅 反射光栅 平面反射光栅 机刻光栅 全息光栅 属于原级光栅 属于复制光栅 ?光栅 光栅制造方法分 34 光谱分析仪器的光学系统---单色器 4、准直镜 ? 汇聚光线 光谱分析仪器的光学系统---样品单元 类型及作用 样品检测状态 ?溶液 ?气态原子 样品单元名称 比色皿、样品池 原子化器 样品单元作用 透光并盛放样品 样品原子化及原子气化 36 光谱分析仪器的光学系统---检测器 几种常用检测器 检测器 光电管 光电倍增管 光电二极管阵列 工 作 原 理 外光电效应 外光电效应与多级二次发射体相结合 外光电效应,由一行光敏区和二行读出寄存器构成 光电池 电荷耦合器件 内光电效应 模拟集成电路芯片 37 光谱分析仪器的光学系统---检测器 38 常用光谱分析仪---分子光谱仪 分子光谱特点、仪器原理分类、常用仪器 连续带状光谱 常用分子吸收光谱仪: 常用分子发射光谱仪: 紫外可见分光光度计 荧光分光光度计 39 常用分子吸收光谱分析仪---紫外-可见分光光度计 概念 ?分光光度计:能从含有连续波长的混合光 中分离出任意波长单色光透过样品产生吸 收,并能测量样品吸收后透过的单色光强 度的仪器。 ?紫外-可见分光光度计:工作波段在 200nm~800nm的分光光度计。其中: ? 200nm~400nm为紫外光区。 ? 400nm~800nm为可见光区。 ? 定量分析原理 朗伯-比尔定律 40 常用分子吸收光谱分析仪---紫外-可见分光光度计 仪器基本结构 (1)、光 源 (2)、单色器 (4)、检测器 (3)、样品单元 0.434 光源 单色器 吸收池 检测器 显示器 41 常用分子吸收光谱分析仪---紫外-可见分光光度计 仪器基本结构----常用光源 钨灯、卤钨灯----连续光谱 320—2500nm (最常用) 氢灯和氘灯 ----连续光谱 185—375nm 氙灯 ----紫外可见区连续光谱(光谱能量分布最理想) 42 常用分子吸收光谱分析仪---紫外-可见分光光度计 仪器基本结构----不适用的光源 汞灯 空心阴极灯 ---- 254—734nm离散线光谱 ----单波长线 常用分子吸收光谱分析仪---紫外-可见分光光度计 单色器 ? ? ? ? ? 1、入光狭缝 2、出光狭缝 3、色散元件 4、准直镜 5、附属机械 装置 44 常用分子吸收光谱分析仪---紫外-可见分光光度计 仪器基本结构----样品单元 名称:比色皿、比色杯、样品池、样品杯、吸收池 ? 材料:光学玻璃(紫外区不能用)、石英或塑料 ? 要求:透光性极好、同一套吸收池的厚度、透光面的 透射、反射、折射应严格保持一致。 45 常用分子吸收光谱分析仪---紫外-可见分光光度计 仪器基本结构----检测器 光电池 光电管 早期仪器使用较多 使用最普遍 光电倍增管 灵敏度高的仪器 光电二极管(阵列) 新型仪器 46 常用分子吸收光谱分析仪---紫外-可见分光光度计 ? 仪器类型 紫 外 可 见 分 光 光 度 计 按光学系统分类 单波长单光束分光光度计 单波长分光光度计 单波长双光束分光光度计 双波长分光光度计 - 47 常用分子吸收光谱分析仪---紫外-可见分光光度计 单波长单光束分光光度计 光源 单色器 吸收池 检测器 显示0.434 48 常用分子吸收光谱分析仪---紫外-可见分光光度计 单波长双光束分光光度计 比值 T/T0 光源 单色器 光束分裂器 吸收池 检测器 显示 系统 49 常用分子吸收光谱分析仪---紫外-可见分光光度计 单波长双光束分光光度计 50 常用分子吸收光谱分析仪---紫外-可见分光光度计 双波长分光光度计 51 常用分子吸收光谱分析仪---紫外-可见分光光度计 双波长分光光度计原理 A ΔA=Aλ1-Aλ2 ΔA=kbC X Y ?1 ?2 ? 52 常用分子吸收光谱分析仪---紫外-可见分光光度计 影响分光光度法准确性的因素 ? ? ? ? ? 单色性不纯的影响 杂散光的影响 吸收池的影响 电压、检测器负高压波动的影响 其它因素的影响 53 常用分子吸收光谱分析仪---紫外-可见分光光度计 影响分光光度法准确性的因素 (一)单色性不纯的影响 ? 单色器的类型和质量不好 ? 狭缝宽度不当 54 常用分子吸收光谱分析仪---紫外-可见分光光度计 影响分光光度法准确性的因素 (二)杂散光的影响: ? 有两种杂散光: 1)杂散光的波长与测量波长相同 它可能不通过样品就射到光检测器上 2)从单色器出口狭缝发出的包含少量的与 仪器所表示的波长不相等的光 55 常用分子吸收光谱分析仪---紫外-可见分光光度计 影响分光光度法准确性的因素 (三)吸收池 ? 吸收池的质量不好 ? 吸收池使用保管不善--透光面被污染上油污、指纹、 沉淀,吸收池与光路不垂直等 ? 吸收池不配套 56 常用分子吸收光谱分析仪---紫外-可见分光光度计 影响分光光度法准确性的因素 (四)电压、检测器负高压波动的影响 ? 电源电压波动---光源光强波动 ? 电源电压波动---检测器噪声增大 57 常用分子吸收光谱分析仪---紫外-可见分光光度计 影响分光光度法准确性的因素 (五)其它因素的影响 ? 吸光度读数刻度误差、仪器安装环境(如振 动、温度变化)、化学因素(如荧光、溶剂 效应等)等也可影响捡测结果的准确度。 58 常用分子吸收光谱分析仪---紫外-可见分光光度计 紫外-可见分光光度计性能评价指标 ?波长准确度和波长重复性等八个指标见P72 59 常用分子光谱仪---分子发射光谱仪 分子发射光谱仪类型 ?发光激发类型 ?光激发发光 荧光分光光度计 ?化学激发发光 --- 免疫检验仪器----化学发光免疫分析仪 包括CL和ECL 60 常用分子发射光谱仪--荧光分光光度计 分子荧光特点 激发光谱和荧光光谱 ? 任何发射荧光的物质都具有两个特征 光谱,即激发光谱和荧光光谱 61 常用分子发射光谱仪--荧光分光光度计 仪器原理和结构 (1)、光源 (2)、激发单色器 (3)、样品池 (4)、发射单色器 (5)、检测器 62 常用分子发射光谱仪--荧光分光光度计 仪器原理和结构--光源 ? 激发光源一般要求比吸收测量中的光源有 更大的发射强度;适用波长范围宽 ? 荧光光度计中常用高压汞灯和氙弧灯 应用最广泛的一种光 源,淡化水_百度百科,可发射250~800nm 很强的连续光源 63 常用分子发射光谱仪--荧光分光光度计 仪器原理和结构--单色器 (1)、激发单色器 (2)、发射单色器 64 常用分子发射光谱仪--荧光分光光度计 仪器原理和结构--样品池 石英材料 四面透光型的10mm的样品 杯 三角柱型样品杯 65 常用原子吸收光谱分析仪---原子吸收分光光度计 ? 原子吸收光谱法(AAS) ?基本原理:从空心阴极灯或光源中发射 出元素的共振线作入射光,在原子化器 中待测元素的基态原子蒸汽对其产生共 振吸收,通过测定吸收后的光量大小, 可求出待测元素的含量。 66 常用原子吸收光谱分析仪---原子吸收分光光度计 光学系统组成 子吸收光谱仪分光系统示意图 67 常用原子吸收光谱分析仪---原子吸收分光光度计 用途和优缺点 ?用途:测量元素(人体微量元素) 优点:灵敏度高,选择性高,不同元素在一起不 会相互干扰 缺点:每一种元素需要一种空心阴极灯、适用元素 范围有限 68 常用原子光谱分析仪---原子发射光谱仪 概念 ?原子发射光谱法:使样品中元素原子由基 态激发到第一激发态,元素原子回到基态 时发射出元素特有谱线,根据样品发射谱 线对其中元素进行定性定量分析的方法。 69 常用原子光谱分析仪---原子发射光谱仪 原子发射光谱仪类型 ?激发类型 ?热致发光 ?电致发光 火焰光度计 ICP 交流(直流)电弧原子摄谱仪 70 常用原子发射光谱分析仪---火焰光度计 ? 6400A 火焰光度计 适于测量的元素: 钾、钠、锂、铯 71 光谱分析仪器_物理_自然科学_专业资料。光谱分析仪器 1 光谱分析仪器原理:光谱分析技术 概述 分类 重要的光谱分析技术原理、类型、特点 光谱分析定量原理、方法 2 光谱分析仪器 ---检验医学应用的光谱仪器 在医学检验中的地

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