夜晚天空光谱辐射测量研究及光谱去噪分析

光谱分析操作规程

1 适用范围 本规程适用于GVM-1014S光谱分析仪光谱分析、 2 测量原理 将加工好的块状样品作为一个电极，与反电极之间激发激光，通过分光元件将激发光分解成光谱。发射光的光谱特征谱线表示所给样式的含量的特性，对选用的内标线和分析线的强度进行光电测量，根据所用标准样品制作的工作曲线，求出样品中分析元素的含量。 3 操作程序 3.1 开关机程序 3.1.1 开机 顺序打开稳压电源开关、光谱仪主开关、温度调节开关、激发光源开关（随做随开）、CRT、打印机、计算机、真空泵电源及手动阀门。 3.1.2 关机 先关计算机，再关CRT，以下顺序与开机顺序相反。 3.2 准备工作（光谱仪稳定四小时后方可进行描迹、标准化、含量分析）。 3.2.1 抽真空（每天需要进行的工作） 开机后计算机自动进入数据处理系统，按“ENTER”键后，即进入工作状态。 3.2.1.1 按“shift+F1”键，显示主菜单画面，用“↑”，“↓”键，将光标移至“maintenance” 3.2.1.2 用“↑”、“↓”键将光标移至“Instrument Status”（仪器状态）项，按“ENTER”键，则显示出其画面。 3.2.1.3 打开真空泵开关五分钟后，打开手动阀门，待“V ACUUM”黄色指针移至左侧绿色区域中央时关闭手动阀门。一分钟后关掉真空泵电源开关，同时确认“AC 100V”、“TEMP”在绿色区域。 3.2.2 描迹（需要时） 3.2.2.1 按“F10”键回到“维护”画面，用“↑”、“↓”键将光标移至“manual scanning”（描迹）项，按“ENTER”键，则显示其他画面。 3.2.2.2 打开氩气总阀，打开激发光源开关，按“F8”键打开负高压开关。 3.2.2.3 放好描迹的试样，按“F1”键开始激发，用手握紧鼓轮逆时针转动20小格，再顺时针转动，每间隔5个小格按“F6”键，CRT上显示出标记。当描出Fe线有峰值的轮廓时，按“F2”键，停止激发。

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

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，

应用指南：日光辐射测量、光谱辐照度和光谱辐射率

应用指南 日光辐射测量: 光谱辐照度和光谱辐射率 在以下的科学领域中，日光辐射测量是非常重要的： 太阳能发电 太阳能发热 生物燃料的日光发酵 日光消毒 建筑暖通空调 气候研究 温室农业 辐射测量涉及电磁辐射的测量，首先要考虑的是辐射的光谱分布，以选择合适的探测器系统。另外一个重要的方面是辐射的空间分布，用来决定正确的光接收系统。 光谱辐照度 辐照度用来衡量某个与光源有特定距离的虚拟表面上的光通量密度（如mW/cm2）。测量必须包含各个方向各个角度上的光辐射。光谱辐照度是描述辐照度按波长分布的函数。 辐照度测量需要一个余弦接收器作为输入光路。其角响应应该只随着平行入射光线的入射角度的余弦值而变化。余弦接收器通常是一漫透射材料制作的半球状光学元件（图1）。 图1 BSR112E 350-1100微型光谱辐照度计 B&WTEK提供两种类型的适用于日光辐照度测量的余弦校正器。一种是采用积分球进行漫反射，积分球上的开口用来做余弦接收器（图2）。另外一种是聚四氟乙烯材料制作的透射型余弦校正器，可与积分球达到相同的宽光谱覆盖范围（图3）。

图2 适用于220-2500nm的 BIS1.5积分球 测量日光光谱辐照度

图4表示的是日光的辐照光谱图。海平面上的大部分日光辐射能量集中在300nm到2500nm的光谱区域。在太阳能领域中，由于要对地面上不同的区域所能接受到的辐射量进行监测，光谱辐照度的测量变得十分重要。 图4 日光辐照度光谱 B&WTEK i-Spec?系列产品有两个宽谱模块BWS005和BWS015，可用于日光辐照度的检测。其中BWS005覆盖光谱范围为400-2200nm。采用特殊设计的二分支光纤和余弦校正器，该光谱仪在进行校正后，可配合Bwspec软件用于直接测量日光辐照光谱。 图５ B&WTEK i-Spec光谱辐照度检测光谱仪 光谱辐照度检测光谱仪可采用校准灯进行校准，通常是1000W的钨卤素灯。余弦校正器被放置在离校准灯特定的距离，而校准灯则在特定电流下恒流工作。

分光辐射计原理与应用

分光辐射计的基础与原理 分光光度法：测定物体反射的光谱功率分布或物体本身的反射光度特性，然后根据光谱测量数据可计算出物体在各种标准光源和标准照明体下的三刺激值。 分光光度法是测试物体色彩最精确方法，广泛用于科研与校正的颜色测试中。这种方法又可分为两种类型：光谱扫描；同时探测全波段光谱。 (1)光谱扫描法：利用分光色散系统对被测光谱进行机械扫描，逐点测出各个波长对应的辐 射能量，由此达到光谱功率分布的测量。特点：精度很高，但测量速度较慢。(2) 同时探测全波段光谱法： (a) 多光路探测技术：多光路同时性只在红外波段实现，在可见光区只能部分实现。（比较少用）(b) 多通道探测技术：即平行探测法。优点：快速、高效，大大降低对测量对象和照明光源的时间稳定性要求，应用快速存取和分组处理，在时间分辨和光谱分辨两者之间实现有益的兼顾。目前，国际上作为产品真正用于自动配色的颜色测量系统都是采用多通道技术。Jeti 解决方案 Jeti 致力于提供经济、易用的 光谱仪设备。Jeti 实际上使用同时探测全波段光谱法进行测试的，为客户提供快速，准确的光谱与亮度色度分析。右图是其设备内部结构图，内部集成一个光纤光谱仪。光线通过镜头耦合到光 纤里，通过光纤传输到光谱仪，探测器对光进行光谱分析，最后把数据传输到电脑里面得到光谱、亮度与色度的各项参数。 光谱扫描法

分光辐射计用途 由于分光辐射计的高精度，高可重复性，高灵活性，可用于以下领域： 同色异谱，分光辐射计的光谱检测能有效发挥其光谱 辐射的优异性能。 设备具有1.8°的视角。因为CIE1931规定的配色函 数规定2°~4°。软件MoDiCal允许使用 10°的配色函数规范，基于CIE 170-1:2006以及 Schanda/ Csuty (2008)修正案，这些都可在测试中实现。 电影院投影的检测与校正：电影院环境不一样，如屏 幕反射率，安全灯光等影响。使用Jeti specbos系列 产品能准确检测出投影屏幕的色彩，可根据结果对投 影进行校正。对于3D显示投影，specbos也能使用。 可见光光谱辐射计。 内含易于使用的全套辐射计、质量控制应用的比色分析和取样选择的软件。

紫外辐照计的介绍

紫外辐照计的介绍 紫外辐照计，顾名思义测量紫外线的仪器。由于紫外线用途不同，波长也就不同，所以不同的波长需要不同的探头接收器。 紫外辐射的波长范围约10~400nm的光辐射，其中10~200nm的真空紫外波段被大气吸收，对人类没有影响。有影响的主要是200~400nm的紫外辐射。林上这款LS125紫外辐照计的主机，可支持7种紫外线测试探头，能智能判断出探头的型号。探头采用的是数字探头，不仅小还能实时监控数据变化。插拔式的设计（卡扣式）测量的数据在LCD 上“保持”，并可可保存9组测量数据。 紫外辐照计提供了7种探头，不同探头应用领域不一样： （1）P254探头响应的光谱是：230nm-280nm;λp = 254nm 大功率杀菌灯强度检测，又称为短波灭菌紫外线。用于疾控中心，医院，食药局。 （2）P254-WP防水探头响应的光谱是：230nm-280nm;λp = 254nm 防水深度1米，可用于污水处理杀菌灯强度检测。 （3）P297探头响应的光谱是：280nm-320nm;适用于297nm,308nm,311nm等波长的UVB 光源强度检测。一般作为理疗灯应用在皮肤病治疗方面。 （4）P365L探头响应的光谱是：260nm-400nm;λp =365nm 通用于UVA光源强度检测，小量程。适用于紫外老化实验箱检测等。 （5）P420L探头响应的光谱是：340nm-420nm;λp= 395nm 通用UVA+UVV光源强度检测，小量程。用于LED功率检测。 （6）E365探头响应的光谱是：320nm-400nm;λp =365nm 可测功率跟能量，大量程。如高压汞灯固化检测，光刻曝光等。

成都地区太阳紫外辐射光谱的观测与分析

第28卷,第4期 光谱学与光谱分析Vol 128,No 14,pp8752878 2008年4月 Spectroscopy and Spectral Analysis April ,2008　 成都地区太阳紫外辐射光谱的观测与分析 孙　鹏,何　捷3,赵晓艳,左浩毅,杨经国 四川大学物理系,四川成都　610064 摘　要　利用紫外CCD 光学多道分析器,对成都地区2006年3月至7月UVA 和UVB 波段太阳紫外辐射 光谱进行了观测,对这一地区紫外辐射的基本特征进行了统计分析。分析表明:太阳紫外辐射在一天内早晚小,中午大,一年中6月份达到最强,与太阳天顶角的变化密切相关;UVB 辐射积分通量远小于UVA 辐射积分通量,其比值一般小于0104,在天气晴好时下午大于上午;雾能导致UVB 辐射积分通量与UVA 辐射积分通量的比值增大,其原因是雾对UVA 辐射衰减强于对UVB 辐射衰减;云对太阳紫外辐射存在异常吸收。 关键词　太阳紫外光谱;CCD 光学多道分析器;UVA ;UVB 中图分类号:P18213 文献标识码:A 文章编号:100020593(2008)0420875204 　收稿日期:2006212201,修订日期:2007203206 　基金项目:国家自然科学基金项目(60478044,10475058)资助 　作者简介:孙　鹏,1982年生,四川大学物理学院在读研究生 e 2mail :peng3219@https://www.wendangku.net/doc/bf9933492.html, 3通讯联系人 e 2mail :schjdxx163@1631com 引　言 尽管太阳紫外辐射在太阳总辐射中只占很小的比例(紫 外波段辐射能量约占太阳辐射总能量的8%),但因其对生物学、医学及环境科学方面具有重要影响,因此受到人们的广泛关注[1]。 到达地表的太阳紫外辐射要受到臭氧层吸收,光化学反应,气溶胶粒子及云滴粒子散射,空气分子散射,以及测站纬度和太阳天顶角等因素的影响 [2] 。大气臭氧层吸收了太阳 紫外辐射的70%～80%[3],构成了对地球生态系统的一个天然保护层。随着大气污染的进一步加剧,大气中氟氯化烃(CFC S )、氮氧化物(N 2O )等化学物质含量的显著升高,使平流层的臭氧(O 3)层逐年变薄,导致到达地面的太阳紫外辐射不断增强。这将对动物、植物以及人类本身造成许多不良的影响,使人类的生存环境面临巨大威胁[4]。太阳紫外辐射的过度照射会对人的健康产生不利影响,使人容易患白内障、皮肤癌等疾病,并使人的免疫系统受到干扰,导致一系列传染病和免疫系统疾病的发生[5]。因此,有必要对太阳紫外辐射进行有效的观测,研究太阳紫外辐射的特征和传输规律,制定出切实可靠的应对方法。成都地区地处西南腹地,云雾多晴天少,紫外辐射的观测有一定难度。 目前,太阳紫外辐射探测主要是采用滤色片式的分波段总量测量,其缺陷是不能对太阳紫外辐射各光谱段进行精确 测量,难以分析和判断各光谱段对环境和人体的影响。冯志庆、李福田[6]、刁丽军[7]等人使用光栅光谱仪分光、光电倍增管接收,测量了太阳紫外辐射光谱。使用光电倍增管接收方法及光栅扫描,难以实现光谱的实时探测。赵晓艳等成功地使用紫外CCD 光学多道分析器观测了成都地区2005年冬季的太阳紫外辐射光谱[8]。为获得成都地区紫外辐射详细信息,研究这一地区紫外辐射的基本规律,本工作使用自制紫外光学多道分析器对成都地区2006年3月至7月太阳紫外辐射光谱进行了长期系统的测量,同时将所测结果与紫外辐射表测量结果进行对比分析,获得了有意义的研究结果。 1　实验装置 紫外CCD 光学多道分析器基本结构如图1所示。入射太阳光由可变光阑L 调节入射光强,经石英凸透镜P 会聚,由紫外光纤导入光栅多色仪,经光栅分光后光谱图像被紫外 CCD 探测器(CCD ,EG &G RETICON RL2048D KQ )转换为相应的电信号,在专用驱动电源(CCD driver )支持下,信号经放大,采样保持,模数变换,进入专用微机(MPC )[9]。自编的Visual C ++专用应用软件用于系统控制,实现太阳紫外辐射光谱的采集分析。所研制的紫外CCD 光学多道分析器应用于太阳紫外光谱采集时,一次采集紫外光谱范围:280

脉冲光辐射源光谱辐射测量方法(标准状态：现行)

I C S17.180.20 K70 中华人民共和国国家标准 G B/T28208 2011 脉冲光辐射源光谱辐射测量方法 S p e c t r o r a d i o m e t r y o f p u l s e do p t i c a l r a d i a t i o n s o u r c e s (C I E105 1993,MO D) 2011-12-30发布2012-09-01实施中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局

目次 …………………………………………………………………………………………………………前言Ⅲ…………………………………………………………………………………………………………引言Ⅳ1范围1………………………………………………………………………………………………………2规范性引用文件1…………………………………………………………………………………………3术语和定义1………………………………………………………………………………………………4测量方法2…………………………………………………………………………………………………5测量设备2…………………………………………………………………………………………………5.1阵列型光谱辐射计系统的基本要素2 ………………………………………………………………5.2光谱辐射计的其他性能要求5 ………………………………………………………………………6测量不确定度来源5………………………………………………………………………………………6.1杂散辐射5 ……………………………………………………………………………………………6.2波长定标5 ……………………………………………………………………………………………6.3偏振误差6 ……………………………………………………………………………………………6.4非线性6 ………………………………………………………………………………………………6.5暗电流6 ………………………………………………………………………………………………7测量结果的表述6………………………………………………………………………………………… ………………………………附录A(资料性附录)本标准与C I E105 1993的章节编号对照情况7附录B(资料性附录)本标准与C I E105 1993的技术性差异及其原因8 …………………………… ……………………………………………………附录C(资料性附录)脉冲光源对测量系统的要求9 ………………………………………………………………………附录D(资料性附录)阵列探测器10附录E(资料性附录)测量结果的图像表示12 …………………………………………………………… ……………………………………………………附录F(资料性附录)脉冲L E D光源的实测方法13

光谱辐射度计实验指导

光谱辐射度计实验 辐射度学、光度学及色度学（以下简称“三度学”）是现代光电信息转换、传输、存储、显示、测量与计量技术的基础，正如“应用光学”和“波动光学”构成光学技术的基础那样，“三度学”已成为现代光学／光电信息工程的基础。光谱辐射度计则是“三度学”中常用的一种检测仪器。 光谱辐射度计可以测定主动发光物体（光源）或被动发光物体（反射）的相对光谱能量分布（光的辐射强度与波长的关系曲线），以及“三度学”中的关有参数，如光谱辐射能量（或强度）、亮度、照度、色坐标、色温、主波长、色纯度、显色指数，……，等等。因而被广泛应用于物质的成分分析、材料的结构研究、光电检测、照明工程、建筑、纺织、印染、造纸、印刷、化工、家电、食品等行业（领域）。可以说，凡涉及到光与色的地方，都可能用到光谱辐射度计。 一、实验目的 （1）掌握光谱辐射度计测量光谱参数的原理； （2）了解PR-655型光谱辐射度计的原理与使用。 二、实验原理 PR‐655光谱辐射度计通过物镜或者其他光学配件有效收集光学辐射信号（光信号）。光信号通过反射镜上的孔径光阑到达衍射光栅（参见图2）。光栅把光按波长展开，就像棱镜把白色的光转换成彩虹一样。一个宽带光，例如太阳光是由很多不同波长的光组成的。当衍射光栅暴露在这种类型的光下，它将从多角度反射光线产生一个分散的光谱就像一道彩虹。类似地，如果光栅接触了一种单一光源，比如一束激光，那么只有激光的特定波长的光会被反射。 图1 PR‐655简化方框图

图2 PR‐655光谱辐射度计 图3 PR‐655光谱测量范围 PR‐655测量波长范围是380 nm～780nm（即电磁波的可见光谱段）（参见图3）。衍射光谱到达CCD探测器。PR—655探测器是由128个单元组成，每个探测器单元均代表不同的颜色。测量时，辐射光通过自适应灵敏度算法在某个特定的时间内被取样测量。自动适配感应器自动地根据光信号的强弱确定合适曝光时间。光测量后，探测器用同样积分时间再次测量探测器的暗电流，然后从每个探测器单元的光测量结果中减去暗电流的光信号贡献值。 仪器出厂时已通过相应的校准系数校准光谱数据。校正系数包括波长精确度修正、光谱分布修正和光度修正。波长校准采用的是具有特征光谱的氦灯光源。线光源提供了已知的光谱发射谱线通过光栅分光后投射到多探测器上再通过软件显示。用于波长校准的氦谱线包括388.6nm，447.1 nm，471.3 nm，587.6 nm，667.8 nm，706.5 nm 和728.13 nm，接下来，可用光谱校准系数校准这些数据。这些校准系数确保被测目标光谱能量分布（SPD）和由此计算出的数据（比如CIE 色度值）经过了正确的溯源。最后，校准系数（光度系数）确保光度测试结果的准确性，如亮度或照度。 校正后的光谱数据用来计算光度和色度值包括亮度，CIE 1931 x,y 和1976 u’,v’的色坐标。相关色温和主波长。以下是一些基本的光度色度参数计算公式：

光谱分析用样品简介

直读光谱样品分类简介 一、标准样品（Standard Sample）： 光谱定量分析是一种相对分析方法，必须使用含量经过精确标定的样品来制作校准曲线（Calibration Curve）或工作曲线（Work Curve），以确定分析样品（Unknown Sample）的含量，这种含量经过精确标定的样品一直被光谱分析工作者称为“标准样品”，简称为“标样”（或“标钢”），其正规名称是“标准（参考）物质”（Conference Materials），又简称为“标物”。光谱定量分析的标准样品都是成套的，用于金属样品光电光谱分析的标准样品一般是块状或棒状，其基本要求是：分析元素分布均匀，化学成份可靠；组织结构、尺寸、加工方法等要与分析样品基本一致，不能有偏析、裂纹、夹杂等缺陷，并经过均匀度检查符合要求；一套标准样品分析元素含量要有一定梯度，含量范围比要求分析的含量范围稍宽。各国的“标准物质”的研制都是严格管理的，获得国家权威部门认可的标准物质一般是公开销售的。标准物质的详细知识和行情可到“中国标准物质网”咨询。为了同下面要讲的几类标样相区别，分析工作者常把建立校准曲线的标准样品常称为“校准标样”（Calibration Standards or Calibration Samples）或“工作曲线标样”。 二、标准化样品(Standardization Sample)： 用“持久曲线法”进行光谱定量分析，仪器参数漂移不可避免要引起工作曲线漂移，需要通过“标准化”（Standardization）来调整。标准化样品就是标准化操作中所用的特殊样品,有的资料里又有“校正标样”（Setting-up Samples）、再校准标样（Recalibration Samples）等名称。其基本要求是：组成和结构均匀稳定，目标元素的含量有特定要求，但不必有准确的标定值。用于低端的标准化样品的光强值尽可能接近相应元素校准曲线的低端值，用于高端的标准化样品的光强值尽可能在相应元素校准曲线的中高端范围。标准样品可以用作标准化样品，但要为尽可能多的元素选取数目尽可能少的标准化样品是个难题。标准化样品应该在作校准曲线的同时测光以确定初始数值，若要使用仪器“随机”所带的校准曲线，必然需要仪器商提供相应的标准化样品。标准化样品是可以更换的，但必须在旧的标准化样品用完之前试验确定新的标准化样品的测光值。

现代仪器分析第二章习题及答案

第二章光学分析法导论 一、选择题 1．电磁辐射的粒子性主要表现在哪些方面（） A．能量B．频率C．波长D．波数 2．当辐射从一种介质传播到另一种介质时，下列哪种参量不变（） A．波长B．速度C．频率D．方向 3．电磁辐射的二象性是指（） A．电磁辐射是由电矢量和磁矢量组成B．电磁辐射具有波动性和电磁性 C．电磁辐射具有微粒性和光电效应D．电磁辐射具有波动性和粒子性 4．可见光区、紫外区、红外光区、无线电波四个电磁波区域中，能量最大和最小的区域分别为（） A．紫外区和无线电波区B．可见光区和无线电波区 C．紫外区和红外区D．波数越大 5．有机化合物成键电子的能级间隔越小，受激跃迁时吸收电磁辐射的（） A．能量越大B．频率越高C．波长越长D．波数越大 6．波长为0.0100nm的电磁辐射的能量是（） A．0.124B．12.4eV C．124eV D．1240 eV 7．受激物质从高能态回到低能态时，如果以光辐射形式辐射多余的能量，这种现象称为（）A．光的吸收B．光的发射C．光的散射D．光的衍射 8．利用光栅的（）作用，可以进行色散分光。 A．散射B．衍射和干涉C．折射D．发射 9．棱镜是利用其（）来分光的。 A．散射作用B．衍射作用C．折射作用D．旋光作用 10．光谱分析仪通常由以下（）四个基本部分组成。 A．光源、样品池、检测器、计算机 B．信息发生系统、色散系统、检测系统、信息处理系统 C．激发源、样品池、光电二级管、显示系统 D．光源、棱镜、光栅、光电池 二、填空题

1．不同波长的光具有不同的能量，波长越长，频率、波数越（），能量越（）；反之，波长越短，能量越（）。 2．在光谱分析中，常常采用色散元件获得（）来作为分析手段。 3．物质对光的折射率随着光的频率变化而变化，这中现象称为（）。 4．吸收光谱按其产生的本质分为（）、（）、（）等。 5．由于原子没有振动和转动能级，因此原子光谱的产生主要是（）所致。 6．当光与物质作用时，某些频率的光被物质选择性的吸收并使其强度减弱的现象，称为（），此时，物质中的分子或原子由（）状态跃迁到（）的状态。 7．原子内层电子跃迁的能量相当于（）光，原子外层电子跃迁的能量相当于（）和（）。 三、简答题 1．什么是光学分析法？ 2．何谓光谱分析法和非光谱分析法？ 3．简述光学分析法的分类。 4．简述光学光谱仪器的基本组成。 5．简述瑞利散射和拉曼散射的不同。 答案 一、选择题 ＡＣＤＡＣＤBＢＣＢ 二、填空题 1．越小小高 2．单色光 3．色散 4．分子吸收光谱原子吸收光谱核磁共振波普 5．电子能级跃迁 6．光的吸收能级较低能量较高 ７．x紫外线可见光 三、简答题

常规样品的红外光谱分析解析

常规样品的红外光谱分析 PB07206298龚智良 实验目的 1.初步掌握两种基本样品制备技术及傅立叶变换光谱仪器的简单操作; 2.通过图谱解析及标准谱图的检索,了解由红外光谱鉴定未知物的一般过程。 实验原理 红外光谱:红外光谱是分子的振动转动光谱,也是一种分子吸收光谱。当样品受到频率连续变化的红外光照射时,分子吸收了某些频率的辐射,并由其振动或转动引起的偶极矩的净变化,产生分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁,使相应于这些区域的光透射强度减弱。记录红外光的百分透射比或波长关系曲线,就得到红外光谱。从分子的特征吸收可以鉴定化合物和分子结构,进行定性和定量分析。红外光谱尤其在物质定性分析中应用广泛,它操作简便,分析速度快,样品用量少且不破坏样品,能提供丰富的结构信息,因此红外光谱法往往是物质定性分析中优先考虑的手段。 能产生红外吸收的分子为红外活性分子,如CO?分子;不能产生红外吸收的分子为非红外活性分子,如O?分子。 中红外区为基本振动区:4000-400cm-1研究应用最多。 红外吸收的波数与相应振动的力常数关系密切。双原子分子的基本频率计算公式为 ??? ??=12? 其中?为约化质量 μ=m??m?

m?+m? 对于多原子分子,其振动可以分解为许多简单的基本振动,即简正振动。一般将振动形式分为两类:伸缩振动和变形振动。 各种振动都具有各自的特征吸收。 仪器结构和测试技术 Fourier变换红外光谱仪(FTIR仪:能够同时测定所有频率的信息,得到光强随时间变化的谱图,称时域图,这样可以大大缩短扫描时间。由于不采用传统的色散元件,其分辨率和波数精度都较好。傅立叶变换红外谱仪主要由光源(硅碳棒、高压汞灯、Michellson干涉仪、检测器、计算机和记录仪组成。测试样品时,由于样品对某些频率的红外光吸收,从而得到不同样品的干涉图。红外光是复合光,检测器接收到的信号是所有频率的干涉图的加合。 对试样的要求:试样应该为纯物质,纯度大于98%,以便于和纯化合物进行比较;样品中不能含游离水;试样的浓度和测试厚度应选择适当,以使大多数吸收峰的透射比处于10%-80%。 制样方法:对于液体样品有液膜法、液体吸收池法;对于固体样品有压片法、糊状法;对于特殊的样品还有薄膜法(包括熔融法和热压成膜法、溶液制膜法;对于气态样品一般都灌注于气体池中进行测试。 除了常规的测试技术外,红外光谱测试还有衰减全发射和偏振红外光谱等特殊的测试技术。 实验步骤、现象及讨论 固体样品制备:使用KBr压片法。用一个玛瑙研钵将少量KBr晶体充分研磨后加入其量5%左右的待测固体样品,混合研磨直至均匀,并使其颗粒大小比所检测的光波长更小(约2μm以下。在一个具有抛光面的金属模具上方一个圆形纸环,用刮勺将研磨好的粉末移至环中,盖上另一块模具,放入油压机中进行压片。KBr压片形成

光谱仪,光谱响应,辐射量,辐照度,辐射亮度,辐射率,光栅,辐射计

光谱仪简介 光谱仪( Spectroscope)是将成分复杂的光分解为光谱线的科学仪器，由棱镜或衍射光栅等构成，利用光谱仪可测量物体表面反射的光线，。阳光中的七色光是肉眼能分的部分(可见光)，但若通过光谱仪将阳光分解，按波长排列，可见光只占光谱中很小的范围，其余都是肉眼无法分辨的光谱，如红外线、微波、紫外线、X射线等等。通过光谱仪对光信息的抓取、以照相底片显影，或电脑化自动显示数值仪器显示和分析，从而测知物品中含有何种元素。这种技术被广泛地应用于空气污染、水污染、食品卫生、金属工业等的检测中。 将复色光分离成光谱的光学仪器。光谱仪有多种类型，除在可见光波段使用的光谱仪外，还有红外光谱仪和紫外光谱仪。按色散元件的不同可分为棱镜光谱仪、光栅光谱仪和干涉光谱仪等。按探测方法分，有直接用眼观察的分光镜，用感光片记录的摄谱仪，以及用光电或热电元件探测光谱的分光光度计等。单色仪是通过狭缝只输出单色谱线的光谱仪器，常与其他分析仪器配合使用。 图片 图中所示是三棱镜摄谱仪的基本结构。狭缝S与棱镜的主截面垂直，放置在透镜L的物方焦面内，感光片放置在透镜L的像方焦面内。用光源照明狭缝S，S的像成在感光片上成为光谱线，由于棱镜的色散作用，不同波长的谱线彼此分开，就得入射光的光谱。棱镜摄谱仪能观察的光谱范围决定于棱镜等光学元件对光谱的吸收。普通光学玻璃只适用于可见光波段，用石英可扩展到紫外区，在红外区一般使用氯化钠、溴化钾和氟化钙等晶体。目前普遍使用的反射式光栅光谱仪的光谱范围取决于光栅条纹的设计，可以具有较宽的光谱范围。 表征光谱仪基本特性的参量有光谱范围、色散率、带宽和分辨本领等。基于干涉原理设计的光谱仪（如法布里-珀罗干涉仪、傅立叶变换光谱仪）具有很高的色散率和分辨本领，常用于光谱精细结构的分析。 单色仪 科技名词定义 中文名称： 单色仪 英文名称： monochromator

直读光谱需用到的四类样品

光电光谱分析中的四类“标样 1、标准样品（Standard Sample）：光谱定量分析是一种相对分析方法，必须使用含量经过精确标定的样品来制作校准曲线（Calibration Curve）或工作曲线（Work Curve），以确定分析样品（Unknown Sample）的含量，这种含量经过精确标定的样品一直被光谱分析工作者称为“标准样品”，简称为“标样”（或“标钢”），其正规名称是“标准（参考）物质”（Conference Materials），又简称为“标物”。光谱定量分析的标准样品都是成套的，用于金属样品光电光谱分析的标准样品一般是块状或棒状，其基本要求是：分析元素分布均匀，化学成份可靠；组织结构、尺寸、加工方法等要与分析样品基本一致，不能有偏析、裂纹、夹杂等缺陷，并经过均匀度检查符合要求；一套标准样品分析元素含量要有一定梯度，含量范围比要求分析的含量范围稍宽。各国的“标准物质”的研制都是严格管理的，获得国家权威部门认可的标准物质一般是公开销售的。标准物质的详细知识和行情可到“中国标准物质网”咨询。为了同下面要讲的几类标样相区别，分析工作者常把建立校准曲线的标准样品常称为“校准标样”（Calibration Standards or Calibration Samples）或“工作曲线标样”。 2、标准化样品(Standardization Sample)：用“持久曲线法”进行光谱定量分析，仪器参数漂移不可避免要引起工作曲线漂移，需要通过“标准化”（Standardization）来调整。标准化样品就是标准化操作中所用的特殊样品,有的资料里又有“校正标样”（Setting-up Sampl es）、再校准标样（Recalibration Samples）等名称。其基本要求是：组成和结构均匀稳定，目标元素的含量有特定要求，但不必有准确的标定值。用于低端的标准化样品的光强值尽可能接近相应元素校准曲线的低端值，用于高端的标准化样品的光强值尽可能在相应元素校准曲线的中高端范围。标准样品可以用作标准化样品，但要为尽可能多的元素选取数目尽可能少的标准化样品是个难题。标准化样品应该在作校准曲线的同时测光以确定初始数值，若要使用仪器“随机”所带的校准曲线，必然需要仪器商提供相应的标准化样品。标准化样品是可以更换的，但必须在旧的标准化样品用完之前试验确定新的标准化样品的测光值。

轫致辐射等色线光谱分析

电子 光子图1. 逆光电效应示意图 轫致辐射等色光谱分析 Bremsstrahlung Isochromate Spectroscopy (BIS) 写作者：※顺 ※会亚 指导者：※※老师 摘要：轫致辐射的等色光谱分析(BIS)是测量样本费米能级以上非占据态态密度的重要技术，本篇文章主要介绍了BIS 的基本原理、实验装置，并介绍了BIS 在系统表面态能量的确定、体能带结构的阐明、表面吸附分子相互作用的应用，同时介绍XPS/BIS 相结合应用于过渡金属以及锕系金属的光谱测量。 关键词：BIS ；非占据态；XPS ；能带结构 一、引言 Bremsstrahlung ，它来源于德语，“brems”是“brake”刹车的意思，“strahlung”是“radiation ”辐射的意思[1]。根据经典电动力学，带电粒子作加速或减速运动时必然伴随电磁辐射，这种辐射就叫做轫致辐射，也叫刹车辐射。 当高速电子束入射在特定材料上面时，可以探测到光子的出射，这个过程就称为逆光电效应，这个分析技术叫逆光电效应光谱分析，英文叫Inverse PhotoElectron Spectroscopy (IPES)。简 单的就是电子进，光子出的过程，如图 1。由于逆光电效应有多种形式，因此 对于IPES ，要对出射的不同能量的光 子都要进行分析，而轫致辐射只是其中 的一种，相应BIS 只对其中特定能量的 光子进行分析。 早在1915年，Duane 和Hunt 第一次在金属钨上进行了轫致辐射研究[2]发现了辐射谱的短波长极限，称Duane-Hunt 极限（光子的最大能量不超过入射电子的能量，此光子的波长最小），并记录了较窄带的X 射线轫致辐射强度与阳极电压关系，他们分析得出辐射强度在高于阈值电压后呈近似线性增长。1942年，Ohlin 用更高的分辨率重复了Duane 和Hunt 的实验[3]，在W ，Cu ，Ag ，以及MoS 2的Duane-Hunt 极限处，发现了宽的能级结构，他认为这些结构代表了这些阳极材料的特征。1946年，Nijboer 用费米能级以上的空态（unfilled ）能级密度解释了Ohlin 的测量结果。让后的几年里没有取得太显著的进展，到了1958年，Ulmer 等人指出了同色光谱同样也解释了样品中电子能量有特征的损耗。到了

光谱分析报告 实验报告材料

实 课程名称： 材料科学基础实验 指导老师： 乔旭升 成绩： 实验名称： 光谱分析 实验类型： 同组学生姓名： 一、实验目的和要求（必填） 三、主要仪器设备（必填） 五、实验数据记录和处理 七、讨论、心得 二、实验内容和原理（必填） 四、操作方法和实验步骤 六、实验结果与分析（必填）一、实验目的 通过本实验了解紫光/可见光光度计、傅里叶变换红外光谱仪（FTIR ）和荧光光谱仪的基本原理、主要用途和实际操作过程。掌握玻璃透光率、薄膜吸收光谱、固体粉末红外光谱和固体发光材料荧光光谱的测试方法。学习分析影响测试结果的主要因素。 二、实验原理 电磁波可与多种物质相互作用。如果这种作用导致能量从电磁波转移至物质，就称为吸收。当光波与某一受体作用时，光子和接受体之间就存在碰撞。光子的能量可被传递给接受体而被吸收，由此产生吸收光谱。通常紫外和可见光的能量接近于某两个电子能级地能量差，故紫外与可见光吸收光谱起源于价电子在电子能级之间的跃迁，又称为电子光谱。 当一束平行单色光照射到非散射的均匀介质时，光的一部分将被介质所反射，一部分被介质吸收，一部分透过介质。如果入射光强度为I0.反射光强度为Ir ，吸收光强度为Ia ，透过光强度为It ，则有I0=Ir+Ia+It 投射光强度与入射光强度之比称为透光率 T=It/I0 当一束具有连续波长的红外光照射某化合物时，其分子要吸收一部分光能转变为分子的震动能量或转动能量。此时若将其透过的光用单色器进行色散，就可得到一带暗条的谱带。以红外光的波长或波数为横坐标，以吸收率或者透过率百分数为纵坐标，把该谱带记录下来，就可得到该化合物的红外吸收光谱图。不同的化合物均有标准特征谱，将实验所得的光谱与标准谱对照，就可进行分子结构的基础研究和化合组成的分析。可由吸收峰的位置和形状来推知被测物的结构，按照特征峰的强度来测定混合物中各组分的含量。 当分子吸收来自光辐射的能量后，其本身就由处于稳定的基态跃迁至不稳定的激发态： M+h ν→。激发态是不稳定的，寿命极短，激发态分子会迅速以向周围散热或再发射电磁 波（荧光或磷光）的方式回到基态： →M+荧光（或磷光）。任何能产生荧光（或磷光）的物质都具有两个特征光谱：激发光谱和发射光谱。 激发光谱：荧光（或磷光）为光致发光，因此必须选择合适的激发光波长，这可通过激发

光谱分析练习题(1)

光学分析导论复习提纲 重点：掌握光的本质和特性，光学分析方法的定义和分类，物质与光子相互作用的选择性。 1、光的本质是电磁波，具有波粒二象性 在近代分析化学中，凡是基于物质发射的电磁辐射或电磁辐射与物质相互作用为基础而建立起来的一类分析方法，均称为光分析法，任何光分析法均包含有三个主要过程： (1) 能源提供能量。 (2) 能量与被测物质互相作用。 (3) 产生被检测的讯号。 按能源不同，光分析法可分为红外、紫外、x光及化学发光等光谱法；按被作用物质来分，它又可分为原子及分子光谱等；若以产生被检测讯号的辐射能的基本性质来划分，则有吸收、发射、散射、反射、折射、干涉、衍射、偏振等。 2、光分析法可分为非光谱法与光谱法两大类 非光谱法是指那些不以光的波长为特征讯号，仅通过测量电磁辐射的某些基本性质(反射、折射、干涉、衍射和偏振等)的变化的分析方法。这类方法主要有：折射法、浊度法、旋光色散法、圆二色性法、x射线衍射法和偏振法等。 光谱法是指物质与电磁波发生了能量交换，主要是以光的吸收、发射等作用而建立的分析方法，通过检测光谱的特征波长和强度来进行定性和定量分析，各种光谱法种类很多，应用甚广，是现代分析化学的重要组成部分。

3、物质对辐射吸收的选择性 辐射被物质所吸收的辐射能必须满足两点要求：第一．辐射的电场和物质的电荷之间必须发生相互作用。第二，引入的辐射能恰等于基元体系的量子化能级。 每一个基元体系，无论是核、离子、原子或分子，都具有不连续的量子化能级，所以物质只能吸收与两个能级差相等的能量，如果引入的辐射能太少或太多，就不会被吸收。被吸收的光子的能量或频率可以通过普朗克公式求得： hν=△E＝E2-E1 式中，E2和E1分别为物质最终和初始的能量。上式清楚地表明了物质对辐射吸收的选择性。 在理解上述原理的基础上，掌握以下几个名词：1）光的波粒二象性；2）光谱分析法；3）非光谱分析法；4）吸收光谱；5）原子光谱；6）分子光谱；7）原子光谱。8）能级量子化 4、光谱分析设备的组成部件 发射、吸收、荧光的光谱分析，它们的仪器构造虽有不同，但组成光谱仪的基本部件大体相同。 基本部件可分为五个部分：辐射能源、单色器、试样容器、检测器和信号处理器(读出装置)。 填空题练习： 1．电磁辐射是一种高速度通过空间传播的光量子流。它既有性质又有性质。电磁辐射按波长顺序排列称为。 2．物质的原子、离子得到能量，使其由低能态或基态激发至高

光谱测量

图1原子自发辐射发射光子 光谱仪和光谱的观察 光谱是光源所发射的辐射强度随波长（频率）的分布，它反映了光源的构成物质和其它的一些特性。我们今天所掌握的有关原子和分子结构方面的知识绝大部分都来自光谱的研究。在电磁辐射和物质相互作用时能观察到吸收或发射光谱，它们从多方面提供了原子和分子结构和它们与周围环境相互作用的信息。因此，光谱的观察在科学研究和生产生活中有着十分重要的意义。 【实验目的】 1． 掌握光栅光谱仪的工作原理和使用方法，学习识谱和谱线测量等基本技术。 2． 通过光谱测量了解一些常用光源的光谱特性。 3． 通过所测得的氢（氘）原子光谱在可见和近紫外区的波长验证巴尔莫公式并准确测 出氢（氘）的里德堡常数。 4．*测出氢、氘同位素位移，求出质子与电子的质量比。 【原理】 1．典型光源光谱发光原理 （1）热辐射光源(白炽灯) 这一类光源特点是物体在发射辐射过程中不改变内能，只要通过加热来维持它的温度，辐射就可继续不断地进行下去．这类光源包括我们常用的白炽灯、卤素灯、钨带灯和直流碳弧灯等一些常用光源。它们光谱是覆盖了很大波长范围连续光谱，谱线的中心频率和形状与物体温度有关，而与物质特性无关，温度越高，辐射的频率也越高。 （2）发光二极管 通过n 型半导体的电子和p 型半导体在结间的偶合发出光子，发光频率与电子跃迁能级有关。如果，跃迁的上能级为E 2、下能 级为E 1，则发出光子的频率v 满足 其中h =6.626?10-34Js 为普朗克常数，发光二极 管跃迁的上下能级都是范围较宽的能带结构， 因此，其谱线宽度一般也较宽。分子和晶体也 有这种带状的能级结构，谱线也有一定的宽度。 （3）光谱灯 光谱灯工作物质一般为气体或金属蒸汽，通过 1 2E E hv -=