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环境监测方法原理习题课(光学分析部分)
CATALOGUE
目录
光学基础知识
光学分析技术
光学仪器与设备
环境监测中的光学应用
实验操作与数据分析
光学分析方法在环境监测中的优缺点及发展趋势
光学基础知识
01
光既具有波动性,如干涉、衍射等现象,又具有粒子性,如光电效应等。
光的波粒二象性
光的传播速度
光的反射和折射
光在真空中的传播速度最快,约为3×10^8m/s,在介质中传播速度会减慢。
光在两种不同介质交界面处会发生反射和折射现象,遵循反射定律和折射定律。
03
02
01
光的干涉
两束或多束相干光波在空间某些区域相遇时,相互叠加形成加强或减弱的现象。如双缝干涉、薄膜干涉等。
光的衍射
光波遇到障碍物或小孔时,会偏离直线传播路径,产生弯曲的现象。如单缝衍射、圆孔衍射等。
干涉与衍射的区别与联系
干涉是相干光波的叠加,衍射是光波遇到障碍物后的绕射现象。二者都是波动性的表现,但产生条件不同。
光波在传播过程中,只沿着某个特定方向振动的现象。偏振光可分为线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光等。
光的偏振
光通过不均匀介质时,由于介质中微粒的作用,使得光向各个方向传播的现象。如瑞利散射、米氏散射等。
光的散射
偏振光在光学仪器、显示技术等领域有广泛应用;散射现象则在大气光学、生物医学等领域有重要应用。
偏振与散射的应用
光学分析技术
02
原子发射光谱法
根据各种元素的原子或离子在热激发或电激发下发射特征的电磁辐射,而进行元素的定性与定量分析的方法。
原子吸收光谱法
基于气态原子外层电子对紫外光和可见光范围的相对应原子共振辐射线的吸收强度来定量被测元素含量为基础的分析方法。
原子荧光光谱法
介于原子发射光谱(AES)和原子吸收光谱(AAS)之间的光谱分析技术。
紫外可见分光光度法
根据物质分子对波长为200〜760nm这一范围的电磁波的吸收特性所建立起来的一种定性、定量和结构分析方法。
表面增强拉曼散射效应
当一些分子被吸附到某些粗糙的金属(如银、金、铜等)表面时,它们的拉曼散射强度会得到极大的增强,这种不寻常的拉曼散射增强现象被称为表面增强拉曼散射(Surface-EnhancedRamanScattering,简称SERS)效应。
SERS活性基底
为了获得较强的SERS信号,需要制备具有一定纳米结构的金属基底,这些基底被称为SERS活性基底。
SERS应用
SERS技术具有高灵敏度、高选择性、无损检测等优点,因此在环境监测、生物医学、食品安全等领域得到了广泛应用。
光学仪器与设备
03
原理
分光光度计是一种基于物质对光的吸收、透射或反射特性进行测量的光学仪器。它通过分光系统将光源发出的复合光分解为单色光,然后通过检测系统测量单色光通过样品后的光强变化,从而得到样品的吸光度、透射比等光学参数。
应用
分光光度计广泛应用于环境监测、化学分析、生物医学等领域,用于测量各种物质的浓度、含量等。
荧光分光光度计是一种基于物质荧光特性进行测量的光学仪器。当某些物质受到特定波长的光激发时,会发出比激发光波长更长的荧光。荧光分光光度计通过激发光源发出特定波长的激发光,使样品产生荧光,然后通过检测系统测量荧光的强度和波长,从而得到样品的荧光光谱和荧光强度等信息。
原理
荧光分光光度计在环境监测中主要用于测量水样中的有机物、重金属离子等污染物的含量。此外,在生物医学、材料科学等领域也有广泛应用。
应用
原子吸收分光光度计是一种基于原子吸收光谱法进行测量的光学仪器。当特定波长的光通过原子蒸气时,如果光的频率与原子中电子的跃迁频率相匹配,那么光会被原子吸收。原子吸收分光光度计通过光源发出特定波长的光,然后通过原子化器将样品转化为原子蒸气,最后通过检测系统测量光通过原子蒸气后的光强变化,从而得到样品的吸光度等信息。
原理
原子吸收分光光度计在环境监测中主要用于测量水样和空气样中的金属元素含量,如铜、锌、铅等。此外,在化学分析、食品检测等领域也有广泛应用。
应用
环境监测中的光学应用
04
1
2
3
利用光学技术,通过测量大气中气体、颗粒物等组分的吸收、散射、发射等光学特性,来反演大气污染物的种类和浓度。
大气光学监测原理
包括差分吸收光谱法、激光雷达法、太阳光度计法等,这些方法具有高精度、高时空分辨率等优点。
大气光学监测方法
可用于大气污染物的实时监测、污染源解析、空气质量预报等领域。
大气光学监测应用
03
土壤光学监测应用
可用于土壤污染调查、土壤重金属检测、土壤肥力评价等领域。
01
土壤光学监测原理
利用光学技术,通过测量土壤中的反射光谱、荧光光谱等光学特性,来反演土壤中的污染物种类和含量。
02
土壤光学监测方法
包括反射光谱法、荧光光谱法、拉曼光谱法等,这些方法具有无损、快速、高精度等优点。
实验操作与数据分析
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