光谱学分析范文1
关键词：光谱分析法；概念；化学发展；重要作用
1 光谱分析法概念及优缺点
采用光谱学的基本原理与实验的方法来确定物质的基本结构与化学的组成成分的这一种分析方法我们习惯上称之为光谱分析法。具有各种各样结构的物质都具有自身的特征性光谱，光谱分析法就是采用特征光谱来研究物质的结构或者测定化学主要组成成分的一种方法。光谱分析法主要包括有原子发射光谱法、原子吸收光谱法、紫外和可见吸收光谱法以及红外光谱法等等诸多类型。按照电磁辐射的原理，光谱又可以分成分子光谱与原子光谱。光谱分析的方法开创了化学与分析化学的新的纪元，很多化学元素类型是凭借光谱分析的方法才被人们所发现的。该方法已经广泛地被用于地质、冶金、石油、化工、农业、医药、生物化学以及环境保护等等很多方面。光谱分析法也是近几年来发展比较迅速的痕量分析的一种方法，该种方法具有操作简单、快速、灵敏度高、精密度以及准确度好的特点，而且线形的有效范围很宽，检出限比较低。光谱分析法属于是一种经常被采用的具有灵敏、快速和准确优质特点的近代仪器分析的方法。它与其他分析的方法相比较起来有很多自身优点，分析的速度比较快，原子发射的光谱运用在炼钢炉之前的分析，能够在一到两分钟内，同时分析出二十几种元素的精确的分析结果；同时操作比较简单，有些样品都不用经过任何类型的化学性的处理，就能够直接对其进行光谱的分析，如果结合采用计算机技术的话，有的时候只需要简单地按一下键盘就可以自动进行相关的分析、数据性的处理以及打印出分析的精确结果。在采用毒剂报警或者大气污染相关检测等等方面，运用分子光谱法进行遥测，不需要采集样品，在短短的几秒钟时间内，就可以发出警报或者检测出污染的严重程度；不需要纯样品，只需要利用已知的谱图，就可以进行光谱的定性分析。这是光谱分析法的一个非常突出的特点；能够同时测定出多种元素或者化合物，省去了比较复杂的分离性操作的过程；选择性比较好，能够测定出化学性质相似的元素与化合物。比如测定铌、钽、锆、铪与混合性的稀土氧化物，它们的光谱线能够分开然而不受任何干扰，已经成为了分析这些种类化合物的非常得力的工具；灵敏度比较高，能够利用光谱分析法进行痕量的分析。现在，它的相对灵敏度能够达到千万分之一到十亿分之一；样品损坏比较少，能够用在古物或者刑事侦察等等相关领域当中；伴随着新的技术的广泛采用，进行定量分析的线性的范围变宽了，这样就使得高低含量各异的元素能够同时进行测定。还能够进行微区的分析。光谱定量的分析是建立于进行相对比较的基础之上的，一定要有一整套标准的样品来作为基准，并且要求的标准样品的组成与结构状态应该和被分析的样品要基本上一致，这在很多情况下都是比较困难的。
2 光谱分析法在化学发展中的重要作用
2.1 方法论意义
光谱分析法属于是对物质进行全面认识的一种全新的方法。在对物质进行光谱分析以前，人们主要是通过容量与质量分析的方法来对物质进行分析。然而这两种方式在发现稀有元素和对微量元素的含量进行有效分析等方面都显得无能为力，化学如果想要发展的话，亟待需要进行研究手段与方法的改革。1859年，著名物理学家基尔霍夫与化学家本生进行合作，建立起了第一台把光谱分析作为主要目的的分光镜，这就宣告了光谱分析方法的最终诞生。从此以后，初步上解决了对于化学物质进行细微的微观认识并且进行精确研究的这一难题，从而开创了采用物理的方法来研究化学相关内容的仪器分析的新的时期。
2.2 认识论意义
光谱分析法的最终出现体现了分析领域开始从单纯的经验上升到理论层面的开始，并且以此开创了光谱学。在这之后将近二百多年的时间内，人们对光谱进行深入研究的目的仅仅局限在发现光谱的扩充谱图，但是很少涉及到光谱和物体的结构之间的某些问题，所以能够认为这种对于光谱的相关研究还仅仅处于经验的认识阶段。自从基尔霍夫和本生发明了光谱分析的方法之后，这样就使得研究光谱的动力已经不单单限于来发现新的光谱，并且更加重要的是能够凭借分析光谱的方式来发现新的元素，从而使得光谱学从以往比较盲目的经验认识水平逐渐上升到比较系统的理论层面的研究，从而把认识的水平提高到了理性的新阶段。
2.3 辩证法意义
光谱分析的方法使得揭示物质相互之间的联系有了很大的可能性。由于光谱分析的方法能够深入到物质的内部，这直接反映出了原子结构、组成以及性质，而且准确度比较高，适用的范围比较广。所以，在我们鉴别元素的时候，它大多被用在发现新的元素。这样的话，随着新的元素的不断得被发现从而为揭示出物质的联系提供了很大的可能性。在光谱分析法被发现十年之后的1869年，门捷列夫可以提出元素的周期律，制订出元素的周期表，这在某种意义上能够说是得益于光谱分析法的广泛应用。光谱分析法使得经验的研究与理论的研究实现相互联系。科学的发现一定要以经验事实作为基本依据，但是单单依靠经验不能够达到科学研究的更高的阶段，要凭借理论思维。光谱学起源于对于光谱的经验进行广泛研究，基尔霍夫与本生归纳出了大量的实验结果，把发现的光谱和分析的物质结构和性质相互联系，这才创立了光谱分析的方法。除此之外，基尔霍夫侧重于对理论进行研究，然而本生侧重于对于经验进行研究，两人之间的合作本身就体现出了经验和理论间具有的必然联系，能够说光谱分析的方法搭建起了联系经验和理论之间的桥梁。光谱分析法同时也揭示出了微观世界和宏观世界的相互联系。凭借对光谱进行分析，不单单能够从宏观的物质当中分析出它所包含的微观方面的内容而且还能够把这种微观的内容用宏观的形式来表现出来，反映出了宏观和微观物质相互之间的统一性。光谱分析法很好地沟通了物理学、化学以及天文学之间的相互联系。一方面，光谱分析的方法是由物理学家基尔霍夫与化学家本生两人共同发明的，这也同时说明物理学和化学两类学科相互之间具有着天然的密切联系，值得两个学科的科学家们来共同配合进行研究。另一方面，在地球上存在的物体与天空当中的物体都已经发现了光谱，并且它们当中有很多都是相同的，这也就说明了地球和天空的物体并没有本质上的区别。所以，研究地球的物体性质的物理学和化学与对天体性质进行研究的天文学三者之间都存在着内在的统一性。
参考文献
[1]吴汉福.光谱分析技术的应用[J].六盘水师范高等专科学校学报， 2006.
[2]王桂清，刘敏娜.光谱分析技术的近代进展及其应用[J].综述与专论，2002.
光谱学分析范文2
关键词：红外光谱；分析技术；药品生产；化学生产；控制作用；研究分析
众所周知，药品对于国内的广大人民群众来说是非常重要的，并且根据国内相关的民生新闻来看，近几年国内的药品质量相关的事件发生概率仍然是比较高的，这一类事件的发生轻则使得人民群众产生了一定程度上经济的损失，重则使得人民群众的人身安全受到了严重的威胁，因此，现阶段提升化学药品生产质量已经是迫在眉睫的了。所以，在接下来的文章中就将对近红外光谱分析技术在化学药品生产过程控制应用进行详尽的阐述，并且试图提出一定的具有建设性的意见或者对策，以使得化学药品的质量、生产效率都有一定程度的提升。
一、近红外光谱分析技术的涵义以及其特点
（一）近红外光谱分析技术的涵义所谓的近红外光谱分析技术，其中使用的是一种比较特殊的电磁辐射波，这一辐射波介于可见光与中红外之间，这也是其名称的由来。根据相关的调查结果不难得知，美国的材料检测协会这一组织将近红外光谱分析技术的电磁辐射波定义在780nm-2526nm之间[1]，这也是人类在研究过程中发现的首个非可见的光区，对于后续的研究事业的发展也是非常重要的。在药品的生产过程中采用这一技术能够实现在线分析，从而能够非常快速的得到检测的结果，以此实现药品生产过程中的控制作用，进而使得药物的生产质量实现上升。
（二）近红外光谱分析技术的特点一般来说，常规的药物分析技术只能特定地分析某一种药物成分的含量数据，但是近红外光谱分析技术能够实现对药物生产过程中的多种成分的检测，这使得工作时间得到了节省，同时工作效率能够得到非常巨大的提升，省出来的人力物力以及财力能够购置相关的制药设备，这对于国内制药厂的工作来说是非常巨大的一种提升，可以说这一技术的应用使得制药厂的工作得到了极大的改善[2]。其次，这一技术的应用成本相对来说比较低，因为近红外光谱分析技术能够在光纤上进行使用，进而使得技术应用成本得到了降低。并且在进行应用之后，就能够节省非常多的人力资源，因为这一技术可以实现多条生产线路的样品质量检测工作。另外，近红外光谱分析技术的污染也是比较低的，这一技术的应用符合我国可持续发展的标准。传统药品生产过程的检验工作往往会使用到非常多的化学试剂，进而就会产生了非常多的化学废水，这些废水对于环境的污染情况是非常严重的。而这一技术主要利用的是近红外光，不需要使用繁多的化学试剂，因此对于环境能够形成保护的效果。
二、近红外光谱分析技术在化学药品生产过程中的控制应用
（一）用于药品原材料的评价近红外光谱分析技术可以用于药品原材料的评价工作，在实际的应用过程中，相关的工作人员需要通过光纤纤维使得分析设备与感应器互相连接，这样就能够对药品生产的原材料进行分析工作。也就是说，通过这一技术的使用，能够使得制药单位对于生产的原材料具有足够的了解，进而保证了原材料的质量。而且，在发现原材料出现问题之后就能够第一时间进行解决，由此，药品的质量就能够得到非常巨大的提升了[3]。
光谱学分析范文3
但由于这些遗迹、遗物年代久远，单凭考古工作者的直观观察和传统技术还不足以充分了解，应用现代分析测试技术可以解决考古领域的重要问题，随着各项现代分析测试技术的发展，应用现代科学技术手段对古物的成分、原料及其来源、制作工艺、年代等进行考察、测定和分析等问题在考古中应用已十分广泛。
[关键词]质谱分析法 X射线荧光光谱分析 拉曼光谱 科技考古
中图分类号：TN525.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）23-0398-01
现代分析测试技术在考古中的应用十分普遍，其中金属与非金属材料研究使用的主要分析鉴定技术就包括湿化学分析方法、金相研究方法、矿相分析、扫描电子显微镜、发射光谱分析、原子吸收光谱分析、X射线荧光分析、X射线衍射分析；拉曼光谱、中子活化分析、电子探针显微分析、红外吸收光谱分析、穆斯堡尔谱分析、热分析、同位素质谱分析等。植物、动物遗存与古环境研究使用的主要分析鉴定技术则包括光学显微镜-孢子和花粉分析；扫描电子显微镜-植硅石分析；DNA分析-动物、古人类；质谱仪-测定古人遗骨的元素和同位素组成[1]。本文将简单介绍考古学研究中应用比较广泛的三项现代分析技术原理及应用。
1 质谱分析在考古学研究中的应用
1.1 质谱分析仪的原理
质谱分析法是通过对被测样品离子的质荷比的测定来进行分析的一种分析方法[2]。质谱仪就是使待测化合物分子吸收能量后在离子源的电离室中产生电离，激发生成分子离子，高能量的分子离子，会按自身特有的碎裂规律分裂，变成一系列碎片离子，质谱仪会按质荷比记录这些不同质量的离子和各种离子的数量，成为一张质谱图。将所得质谱图与已知质谱图对照，就可确定待测化合物。
1.2 考古应用
质谱分析仪在考古研究中的应用最普遍的就是研究青铜器的合金成分。如在史学上所称的“青铜时代”研究中，青铜所含有的诸多成分中，铅具有非常重要的指示意义。自然界中铅以204Pb、206Pb、207Pb、208Pb四种同位素的形式而存在，相对丰度分别为1.48%、23.6%、22.6%、52.3%，除204Pb为非放射成因外，其他分别由238U、235U、232Th衰变产生，在研究铅同位素丰度变化时以204Pb作为比较基础，测定其他各同位素与204Pb的比值[3]。通过对铅同位素的分析可以看出，各时期、各地区的青铜器在原料、制作工艺上是有着一定差别的，通过对此类分析测试我们就可以对其进行断代和工艺上的研究。
2 X荧光光谱仪在考古学研究中的应用
2.1 X荧光光谱仪原理
初中化学我们就曾经学过所有物质都是由原子组成的，每一种化学元素，都有其特定的原子能级结构，其核外电子都以各自特有的能量在各自的固定轨道上运行。X荧光光谱仪就是通过X射线照射使内层电子激发，脱离原子能量束缚，变成自由电子，届时，其他的外层电子便会进行所谓跃迁补位，同时以发出X射线的形式放出能量。原子能级结构都是特定的，所以释放的X射线其能量也有一定的规律，我们将它称为X射线[4]。X荧光光谱仪通过测量特征X射线的能量，就可以确定相应元素的种类，通过X射线光子的多少则可以测定各类元素的含量。
2.2 考古应用
X射线荧光光谱分析，可以测定古代遗物中的成分，从而达到各种分析目的，了解当时的人类社会文化。具体来说，包括文物鉴定、文物的断代、文物产地及其矿料来源的分析、创建古代遗存的空间坐标、文物保护的研究应用等方面[5]。X射线荧光光谱分析在文物保护研究中的应用，如可通过对文物材料的成分和结构的分析，参照其质地材料的有利保存环境及条件，对文物遗迹进行保护，对已破坏文物进行一定的保养。再如保存较好的文物的地下埋藏环境研究，可以通过X射线荧光光谱分析其埋藏环境中的土壤、地质、水文环境，从而对文物进行保护。
3 拉曼光谱在考古学研究中的应用
3.1 拉曼光谱分析的原理
我们知道当一束频率为V0的单色光射到待测物时，待测物的分子必将使入射光发生散射。部分的光只改变方向而频率不变，而另一部分光（指散射强度为10-6～10-10的光）光的传播方向和频率都会发生变化，区别于激发光的频率，这种散射我们称为拉曼散射。拉曼散射是由于分子极化率的改变而产生的。只与分子本身有关，因而散射光与入射光之间频率的差V即拉曼位移有一定的特殊性，这是拉曼光谱可以作为分子结构定性分析的依据[6]。
3.2 考古应用
拉曼光谱技术以其信息丰富，制样简单，水的干扰小等独特的优点，并且对物体没有破坏，需要的样品极其微小（可达1μm），具有指纹性、快速性、灵敏性、简单性等特点，所以拉曼光谱技术已广泛应用于文物的鉴定的研究[7]。例如，对古颜料的分析，无论是存在颜料较厚、保存不完整、较潮湿等不利条件，都可以通过拉曼光谱对其进行分析，只需把所研究的颜料的拉曼光谱与各种单色颜料（需要考虑各种单色颜料的反射率）的拉曼光谱相对照分析，就可以了解当时绘画时的情况，进而了解当时的历史，艺术水平及技术水平。在古陶器的断代分析方面，拉曼光谱技术能对古陶瓷进行定性分析，可用来分析文物中陶瓷的成分，进而对其进行断代。在古玉石、古青铜器的保存环境分析应用上，通过拉曼光谱对古物表层腐蚀程度和腐蚀产物的研究，可以了解古物的年代、经历的环境等信息。
4 结语
现代分析测试技术在考古学方面的应用，给考古学的研究与发展带来了重大的突破。使得文物考古更科学、更准确、更可靠。随着更多的现代分析测试技术在考古学方面的应用，考古学研究将进入一个更加科学、更加规范的“科技考古的时代”。
参考文献
[1] 陈铁梅.科技考古学.北京：北京大学出版社，2008.
[2] 全国分析检测人员能力培训委员会.中国标准出版社编.液相色谱-质谱分析技术标准汇编.北京市：中国标准出版社，2013.
[3] 路苍云.科技考古中所用到的现代仪器及分析方法.文物科技，2010，3： 26～29.
[4] 罗立强，詹秀春，李国会编著.X射线荧光光谱仪.北京市：化学工业出版社，2008.
[5] 崔强，张文元，李燕飞，范宇权，苏伯民.文物保护与考古中能量色散型X荧光光谱仪的应用.敦煌研究.2008，6（112）：104～108.
光谱学分析范文4
关键词：光谱检测；土壤；重金属；研究方向
中图分类号：TG13 文献标识码：A
1 重金属光谱检测法
1.1 原子吸收光谱法。原子吸收光谱法（AAS），是通过检测待测样品原子蒸气辐射出来的特有光波来进行定量分析，原理是光源辐射出波长一定的入射光，入射光在经过原子化器中时有部分被原子蒸气所吸收，未被吸收的光经过分光系统以及监测系统测得相关数据，即吸光度。通过吸光度和待测元素的院子浓度的线性关系，可以求得待测物质中相关元素的含量。这种方法有点突出，即拥有较高的灵敏度、较快的分析速度、广泛的测量范围、简单的仪器组成以及方便的操作方法，能够对微量和痕量重金属作出快速分析。
1.2 原子荧光光谱法。原子荧光光谱法（AFS），是一种通过测定原子在激发状态下所发出的荧光强度，对原子进行定量分析的光谱分析方法。使用原子荧光光谱法测定土壤中相关重金属原子以及其他元素的方法较多，如氢化物发生-原子荧光光谱法、程序控温石墨消解-原子荧光光谱法、双道原子荧光光度计法等等。
1.3 电感耦合等离子体发射光谱法。电感耦合等离子体发射光谱（ICP-AES）是通过判断样品中相关原子或者离子被激发所产生的特征辐射，从而进行相关分析。依次使用盐酸、硝酸、氢氟酸、高氯酸对土壤样品进行消解，采用电感耦合等离子体原子光谱法对其进行元素分析。经过国家一级土壤标准物质分析发现经过优化的电感耦合等离子体发射光谱法拥有较高的精密性。
1.4 激光诱导击穿光谱法。激光诱导击穿光谱技术（LIBS）为一种常见的激光烧蚀光谱分析技术。该技术能够实现快速和实时的样本分析，在相关物质的定性和定量分析中被广泛采用。激光诱导击穿光谱主要用于检测质量分数高于10-6的元素。国内的研究人员曾利用激光诱导击穿光谱法对表面氧化钢中铬镍铜铝等元素、高炉流道中的组分和温度、铝合金中铜铁硅、彩绘文物、不锈钢等进行分析，这种方法同样可以运用到土壤样品中重金属元素的定量和定性分析。
1.5 X射线荧光光谱法。X射线荧光光谱（XRF），是一种使用X射线对样品中成分和含量的定性和定量分析的技术。中国科学院环境光学与技术重点实验室和安徽光学精密器械研究所的研究人员在实验条件下，使用NITON XLt793型便携式X射线荧光光谱重金属分析仪对土壤中的铅元素展开分析，测定不同铅浓度征谱线的变化情况，并找出光谱强度与浓度呈线性关系的铅浓度范围，建立了相关的定标曲线。
1.6 表面增强拉曼光谱法。表面增强拉曼光谱（SERS）利用增强因子将常规拉曼光谱信号增强，降低常规拉曼光谱散射截面低所带来的不利影响。表面增强拉曼光谱法应用的领域较广，可以用于测各种食品和药品中的添加剂成分的检测、牛奶中三聚氰胺的检测、水产品中孔雀石绿的检测。在科学研究中具有重要意义，如被用于研究铁吡啶类缓冲剂和自组装DNA同钴邻菲Luo啉配合物离子作用的研究。
2 土壤重金属光谱检测国内外研究现状
2.1 国外研究现状。国外对于土壤重金属光谱检测技术的研究较多，如利用反射光谱对矿区土壤的重金属污染进行评估，使用LIBS探讨土壤中相关技术元素的检测限和分析方法，使用电感耦合等离子体发射光谱技术对经过处理的土壤进行重金属含量和形态的分析。同时研究的方向不断多元化，如探讨利用智能软件技术结合LIBS对土壤镉元素进行分析，利用特殊的X射线荧光光谱对有机垃圾引发土壤重金属污染的情况的分析。
国外研究人员使用近红外光谱能够定量分析废气中所含的金银矿的土壤重金属，以及重金属分布图描绘。使用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定重金属在土壤中的形态进行分析。结合计算机智能软件技术LIBS定性和定量技术，研究土壤中的铬，利用反射光谱对开采后的矿区土壤重金属污染进行评估。应用LIBS测量系统测量土壤约，钾，镁的检测极限，分别为12、9、9、7mg/kg。通过研究在土壤中的大部分金属的检测极限为10-100ppm，国外研究人员通过土壤重金属的等离子体温度的测试结果，对定量分析的检测和分析的应用进行了讨论。部分研究者使用原子吸收光谱法能够检测土耳其的色雷斯地区的表层土壤中的某些元素和锌的重金属含量。
2.2 国内研究现状。国内对于重金属光谱检验的研究较晚，但是发展速度比较快。国内进行的重金属光谱检验主要有以下几个方面：利用原子吸收分光光度分析法对经过多种酸进行消解的土壤样本分析，准确测定了其中的铜、铅等成分的测定；通过表面增强拉曼光谱法，以巯基苯甲酸为标记并作为自我组装修饰分子，利用扫描电镜实现对重金属离子的分析等。国内研究人员通过全分解的方法进行消解土壤样品，并且结合了原子吸收分光光度法和标准加入法测定土壤中的锌、铜、镐、铅、铬、镍的含量。部分研究人员对巯基苯甲酸为拉曼标记和自组修饰分子，采用了扫描电镜表征纳米粒子的组装以及以表面增强拉曼光谱检测表面标记分子的信号，以此实现重金属离子的检测。还有研究人员基于LIBS的方法通过对土壤中的中金属进行实时检测并对实验数据进行了分析，旨在探讨激光诱导离解光谱技术的定量化反演方法的应用。
3 对重金属光谱检验的讨论
对土壤重金属光谱的检验的关键技术问题在于土壤重金属的消解，因为土壤中的重金属多以化合物的形式存在，其检验需要进行前期处理，这也是检测结果精确定的决定因素之一。传统的消解方法多为湿法消解或者干法灰化，部分人员针对土壤重金属测定中不同的消解方法作了对比和研究，得出密闭容器消解法优于点热饭法和干灰化法。在x射线荧光光谱检测中，基体效应的校正和本底的扣除则是它的关键问题。有些人对能量色散x射线荧光光谱背景扣除方法进行了探讨，采用的是波峰法和小波峰法对实际的谱线进行了处理，并且取得了很不错的效果。还有部分人员将神经网络的基本参数算法应用在了x射线荧光定量的分析之中，并且与理论系数相比之下，nnfp的算法提高了非线性基体效应的校正能力以及预测的准确度。
结语
由于社会经济的高速发展，产生大量的工业和生活垃圾是在所难免的，然而这些垃圾对我们的土地造成严重污染，其中重金属的污染危害最为严重。因此，建立一整套重金属检测技术体系意义重大，而光谱检测技术在这方面的发展潜力为人们所看好。
参考文献
[1]王本伟，胡文友，黄标，等.便携式X荧光光谱（PXRF）测定法在农田土壤重金属分析中的应用[J].矿物岩石地球化学通报，2012（5）.
光谱学分析范文5
关键词：光谱分析，光的衍射，光的干涉，光栅
1.前言
光谱分析是利用原子和离子发出光的成分的不同，利用光学器件得到光谱图。光谱图形代表了含有这种元素的原子或离子发出的光，也就可以判定含有这种物质。。光谱分析是一种快速、准确判断物体所含成分及含成分多少的有效方法。在工程实践中的应用广泛。随着光电技术、计算机技术的发展，利用光谱分析确定物质成分和含量更加的方便，应用领域也更广泛。
2.光谱分析的原理
物质（原子、分子或离子）受到电能、热能、激光、电子或其他基本粒于的作用，在从激发级回到低能级或基态财，往往以光的形式释放多余的能量，这种现象就是光的发射。发射光的频率有能级的能量差值确定：
发射光谱按照其形状可分为：线光谱、带光谱和连续光谱。线光谱是彼此分离的、有特定波长的辐射；带光潜是由许多紧靠着的谱线组成的，它是包括了一定波长范围的谱线所形成的谱带。
利用棱镜或光栅的分光作用就可以把不同元素分子发出的光投向不同的位置，从而形成光的谱线。由于不同的元素发出的光的成分不同，形成的光的谱线也就不同。利用元素的发光光谱的比较，就可以准确地判断是否含有某种元素。光谱的相对强度就代表了元素的含量。光栅是常用的分光器件。
衍射光栅是一种应用非常广泛、非常重要的光学元件，通常讲的衍射光栅都是基于夫
朗和费多缝衍射效应进行工作的。所谓光栅就是由大量相同间隔的透光狭缝构成的光学元件。随着光栅理论和技术的发展，光栅的衍射单元已不再只是通常意义下的狭缝。广义上可以把光栅定义为：凡是能使入射光的振幅或相位或两者同时产生周期性空间调制的光学元件。
由光栅的分光原理可知，光栅衍射的零级主极大，没有色散作用，不能用于分光、光栅分光必须利用高级主极大。由多缝衔射的强度分布已知，多缝衍射的零级主极大占有很大的一部分光能量，因此可用于分光的高级主极大的光的能量较少，大部分能量将被浪费。所以，在实际应用中必须改变通常光栅的衍射光强度分布，使光强度集中到有用的那一光谱级上去。平面衍射光栅之所以零级主极大占有很大的一部分光能量，是由于缝之间的干涉零级主极大与每个缝的单缝衍射主极大重合。而这种重合起因干于涉和衍射的光程差均由同一折射射角决定。要想将这两个极大方向分开，必须使衍射和干涉的光程差分别由不同的国素决定。
解决的办法是在平面玻璃上刻出锯齿形细槽构成的透射式闪耀光栅或在金属平板表面刻出锯齿槽构成的反射式闪耀光栅，就可以通过折射和反射的方法，将干涉零级与衍射中央主极大位置分开。在这种结构中，光栅干涉主极大方向是以光栅面法线方向为其零级方向，而衍射的中央主极大方向则是由刻槽面法线方向等其他因素决定的。现在的光木仪器中大量使用的是反射式光栅。尤其是闪耀光栅。
4应用
在实际应用中利用光谱分析的仪器是光谱仪。主要用于研究物质的辐射，光与物质的相互作用、物质结构、物质含量分析等方面。
应用一：冶炼行业中的元素含量的分析
利用光谱仪做物质化学组成，具有分析速度快、准确度高，样品用量少等特点。它可一次测多种元素，广泛应用于冶金工业、机械工业、地矿系统及高纯材料分析中。炉前分析要求快速准确测定才能在冶炼过程起到有效地控制材料成分。有效地监控了材料成分,就可以保证产品的质量，降低产品的废品率。
应用二：发动机油液分析，进行故障分析
发动机运行过程中状态的变化和油液特性的变化、物质构成变化的相关系非常大。对油液的监控就是对运行设备物理参数、化学参数、机械参数、运行参数、工作参数等数据进行了监测,从而判断设备所处的状态。随着科学技术的进步,设备在向着大型化、复杂化、自动化、高精度、高生产率的方向发展,设备的意外失效和损坏都会引起巨大的经济损失,甚至会产生灾难性的后果。因此对设备的状态监测变得越来越重要。油液分析是一项对机械设备使用的油液的物理、化学性能以及油液中所含磨屑杂物等进行分析的技术,是当今设备状态监测的重要方法之一。利用光谱分析可以准确地分析判断油液的物质组成含量的变化，从而确及早发现故障隐患。。。
在工程实际中，进一步的探索和实践，光谱分析的方法、类似的利用物质成分含量分析的方法的用途会进一步扩大。
[参考文献]
[1] 石顺样等,《物理光学与应用光学》，西安西安电子科技大学出版社,2000.08；
[2] 秦 臣,光电直读光谱法在曲轴箱炉前分析的应用, 《装备制造技术》2006,第1期;
[3] 王 坚,张英堂, 油液分析技术及其在状态监测中的应用,《润滑与密封》2002,第4期.
光谱学分析范文6
关键词：生物工程专业分析；教学内容；教学方法
“生物工程专业分析”是生物工程专业大学生必须学习和掌握的一门专业工具课，也是一门实践性很强的专业基础课，并且是学生将来从事科学研究或生产技术工作必须掌握和具备的技能。湖北工业大学生物工程专业为国家特色和湖北省品牌专业，如何根据湖北工业大学生物工程专业特色合理构筑理论和实践知识结构，为学生今后继续深造或走上工作岗位奠定坚实的基础是本课程的重难点。笔者对“生物工程专业分析”的理论与实践教学体系、教学手段与方法等方面进行了一些改革尝试，希望能与同行老师进行有益的交流探讨，提高教学质量。
一、精选教学内容，构建合理的课程体系
生物工程专业分析内容繁杂，包括各种分析方法和分析仪器的原理及应用。根据生物工程专业分析课程特点及我校多年教学科研经验，将生物工程专业分析大纲分为13个章节：第一章，生物工程专业分析概述，包括物理化学分析及仪器分析方法的概述，样品的采集、制备、保存和预处理，样品分析的误差与数据处理等内容，讲解力求深入浅出，联系实际，以激发学生的学习兴趣。第二章，物理检测法，包括密度与相对密度法、折光法与旋光法原理介绍，讲解旋光检测法时利用动画效果能使学生更快更直接地理解旋光检测原理。第三章，水分的测定方法，包括干燥法、蒸馏法、卡尔费休法，讲解时注意比较三种方法的适用范围。第四章，酸类物质的测定，内容包括总酸度的测定、挥发酸的测定、pH的测定，其中有机酸的分离与测定做简单讲解引导学生自学。第五章，碳水化合物的测定，重点讲解还原糖的测定，比较碱性铜盐法、高锰酸钾滴定法、萨氏法三种方法原理及适用范围的异同。总糖、淀粉、纤维、果胶物质的测定做简单讲解。第六章，蛋白质与氨基酸的测定，本章重点讲解凯氏定氮法的原理及应用，介绍蛋白质快速测定法（双缩脲法、紫外分光光度法、染料结合法、水杨酸比色法）的原理，简单介绍氨基酸分离与测定的原理。第七章，脂类的测定，内容包括索氏提取法、酸水解法、氯仿—甲醇提取法、罗紫-哥特里法、巴布科克法和盖勃法，讲解时注意比较各种方法的适用范围及应用原理[1，2]。第八章，紫外吸收光谱分析法，重点讲解紫外吸收光谱基本原理，介绍紫外可见分光光度计与紫外吸收光谱的应用。第九章，原子吸收光谱分析法，内容包括原子吸收光谱分析基本原理，原子吸收分光光度仪，原子吸收光谱定量分析方法，原子吸收光谱操作条件选择与应用。第十章，红外吸收光谱分析法，内容包括红外光谱基本原理，红外光谱与分子结构，红外光谱仪，红外图谱解析，激光拉曼光谱，其中红外图谱解析及激光拉曼光谱做简单介绍引导学生自学。第十一章，质谱分析法，本章重点讲解质谱分析法的基本原理与质谱仪，介绍离子峰的主要类型与有机分子裂解类型，引导学生自学质谱图与结构解析，色谱与质谱联用技术。第十二章，气相色谱分析法，内容包括气相色谱的基本原理，气相色谱固定相及其选择，气相色谱检测器，分离与操作条件选择，气相色谱分析法的应用与毛细管色谱法，重点讲解气相色谱原理及应用，毛细管色谱法引导学生自学。第十三章，高效液相色谱法，内容包括高效液相色谱的原理及特点，主要分离类型，固定相与流动相，影响分离的因素与操作条件选择，离子色谱法，超临界流体色谱，其中离子色谱法与超临界流体色谱做简单介绍[3]。通过这些内容的学习，使学生系统掌握生物工程分析中各种分析方法的原理及应用。某种成分的检测往往有多种方法，因此分析方法的选择是本课程贯穿始终的内容，教学中应注意比较各种方法的异同，通过大量实例让学生掌握各种分析方法的应用[4]。
二、充分利用多媒体教学
大部分高校目前虽已广泛采用多媒体教学，但教师们多利用多媒体展示图片与文字。在生物工程专业分析课件中，可充分利用动画教学。如在讲解旋光法的原理时，利用动画教学，可以形象直观地展示偏振光的产生以及光活性物质使偏振光发生偏转的现象。与小型分析仪器（pH计、折光仪、旋光仪等）相比大型分析仪器（质谱分析仪、原子吸收分析仪、红外分析仪、气相色谱分析仪、液相色谱分析仪等）的工作原理理解起来更为抽象，充分利用动画效果可使抽象的原理形象化。如质谱分析法中，利用四级杆质谱仪原理的动画效果能使学生直观感受到质谱仪的工作原理；原子吸收分析法中，管式石墨炉原子化器、火焰原子化器、空心阴极灯、雾化器、原子吸收分光光度计的工作原理均可由动画效果展示；气相色谱分析法中，传质阻力项、两项分配、氢火焰离子化检测器、热导检测器、色谱分离、色谱流出曲线、分子扩散、涡流扩散的原理可利用动画效果展示等。笔者发现在理论讲解中融入动画效果会让学生经历豁然开朗的顿悟体验，使学生能更深入理解各种分析仪器的工作原理。
三、总结讨论式教学
生物工程专业分析课程涉及各种分析方法及仪器的原理与使用，如还原糖含量测定碱性铜盐法分为直接滴定法、高锰酸钾法、萨氏法，这三种方法的异同如果由老师总结好直接在课件中呈现给学生，学生不一定印象深刻。但是以作业的形式布置给同学们，让学生自己总结，能收到更好的教学效果。在讲解样品分析的误差与数据处理内容时，关于格鲁布斯法、Q值检测法可结合实例讲述，辅以具体案例让学生亲自计算。相对密度测定方法中，关于校正值的加减讲解完原理后以实例让学生现学现用加深印象。水蒸气蒸馏法测总挥发酸原理，有些学生听完老师讲解后不能完全理解，可让学生下课后自行查找资料，等下次课时提问并让学生回答，最后老师再进行总结。引导学生对每节课的重点内容进行归纳总结。这样安排不仅可以督促同学们查阅更多资料将不清楚的知识点弄明白，也锻炼了学生的表达沟通能力。
四、生物工程专业分析课程网站建设
积极建立生物工程专业分析课程网站，课程网站内容包括教学大纲、理论及实验教学课件、资料习题、下载专区、友情链接等模块。学生在上课前下载教学课件预习，可有效提高学习效率。资料与习题模块提供了与课程相关资料与习题下载，学生通过学习课外资料可拓宽知识面，习题下载不仅节省了课堂教学时间而且习题训练能巩固课堂知识、加深学生对课堂知识的理解。友情链接模块提供了国内外其他高校生物工程专业分析精品课程，国内外生物学知名网站、期刊链接，学生可根据自身需要浏览各大网站拓宽视野。
五、加强实践教学环节
生物工程专业分析实验教学环节与理论教学相呼应安排八个实验，分别是：实验一，甘露醇注射液中甘露醇含量的测定，味精成品纯度的测定；实验二，白酒总酸度及pH的测定；实验三，利用直接滴定法测定还原糖的含量；实验四，考马斯亮蓝法测定蛋白质含量；实验五，红外光谱分析法测定有机化合物的结构；实验六，白酒芳香成分气相色谱分析；实验七，黄曲霉毒素降解率检测；实验八，利用原子吸收色谱测定铜离子浓度。这八个实验分别涉及折光计与旋光计、pH计、直接滴定法、紫外分光光度计、红外色谱分析法、气相色谱法、液相色谱法、原子吸收色谱法的应用。生物工程专业分析实验基本囊括了生物工程专业主要分析方法及仪器的使用，通过实验教学环节使学生理解与掌握主要分析方法及大型分析仪器的工作原理及应用。生物工程专业分析实验课程的教学目的是让学生掌握合理设计实验、操作仪器、科学分析实验结果的方法，因此实验教学应鼓励学生独立设计完成实验，实验课前不要将实验讲义直接呈现给学生，而应让学生在预习实验报告中亲自设计实验方案，实验课上老师讲解实验方案时学生可收获更多。实验过程中为学生们创造独立操作空间，不干涉学生的实验安排及操作，对实验中的各种问题仅作引导与答疑，尽可能让学生自己发现问题、解决问题，培养学生勤于思考积极动手的习惯。实验课后认真批改实验报告并及时将实验中的各种问题反馈给学生。鼓励学生走进实验室，跟随导师做课题研究，参与导师课题，让学生学以致用，不仅巩固了教学效果，也锻炼了学生的实践动手能力。
六、考核方法的改革
生物工程专业分析课程学习，以笔试作为主要考核方式不能真实反映学生对教学内容掌握程度。课堂表现、实验表现及作业完成情况都应作为最终成绩的一部分，本课程成绩组成为：平时成绩20%，卷面成绩50%，实验成绩30%，通过合理的考核方式，使学生重视课堂表现与实践环节。对于跟随导师做课题并取得成绩（发表文章、申请专利等）的学生，给予一定精神及物质上的奖励。
七、结语
湖北工业大学在生物工程专业分析课程教学内容优化，教学方法改进，实践教学能力培养，课程网站建设、考核方式改进等方面做了一些教学改革的尝试，加深了学生对专业知识的理解，培养了学生良好的思考与动手能力，并得到了学生的好评。但是课程教学改革是一项系统工程，任重而道远，必须不断探索实践创新总结，才能将生物工程专业分析教学开展得更有生气，为国家培养更多的高层次应用型人才。
参考文献：
[1]董文宾.生物工程分析[M].北京：化学工业出版社，2009.
[2]王永华.食品分析[M].北京：中国轻工出版社，2010.
[3]朱明华.仪器分析[M].北京：高等教育出版社，2008.
