光谱分析一基本理论.ppt

第一章 光谱分析 基本理论,一、 光分析的范畴 凡是利用辐射能与待测物质相互作用后产生的辐射信号或引起信号的变化所采用的分析方法称为光分析。光分析又分为光谱分析和非光谱分析。,1,一、 光分析的范畴 光谱分析 凡是以光吸收、发射和散射等作用而建立起来的光分析方法，称为光谱分析。它是根据待测物质与辐射能发生作用时，测量由物质内部量子化能级之间的跃迁产生的发射、吸收、散射等辐射能的变化，如测量光的波长或强度的变化而进行分析的方法。常见的光谱分析方法有原子吸收光谱、原子发射光谱、紫外-可见吸收光谱、红外吸收光谱、荧光发射光谱、化学发光光谱、生物发光光谱等。,第一章 光谱分析 基本理论,2,非光谱分析 凡是不以光的波长为特征信号的分析方法都属于非光谱分析的范畴。理论上讲，非光谱分析不涉及物质内部能级能量的跃迁，只是在能量的传播过程中辐射能传播方向和速度发生的变化。是通过测量电磁辐射的某些基本性质（如反射、折射、干涉、衍射、偏振等性质）的变化而进行分析的方法。常用的有折射法、干涉法、散射法、旋光法、X射线衍射法。,1、光谱产生的过程,二、原理,物质基态E0,物质激发态E1,吸收光谱,发射光谱,吸能,放能,光谱产生过程的示意图,第一章 光谱分析 基本理论,3,2、光谱的分类 根据光的基本性质和它在传递能量过程所发生的变化和引起波长或传播方向的差异,可以将光谱分为3大类。 （1）发射光谱 构成物质的分子、原子或离子，经辐射能照射吸收了能量，由基态能级转变成激发态能级后，处理激发态的物质内部能量比原来能量多，处于不稳定状态，需在把吸收多余的能量释放出去，再回到基态。因此，在该物质由激发态回到基态的过程中，系统内以光的形式释放多余的能量，并产生相对应波长的光谱，这种光谱称之为发射光谱。发射光谱又分为以下几种：,二、原理,第一章 光谱分析 基本理论,4,2、光谱的分类 线光谱 是由原子或离子被激发产生的光谱，称原子光谱或离子光谱。线光谱的特性是由不连续的明暗相间的线条所组成的光谱。 带光谱 是分子被激发产生的光谱，也称分子光谱。它是由数个光带与暗区相间组成的宽带光谱。 连续光谱 常见的阳光或灯光所发的光谱。它是在一定的波区由长波长和短波长连续不断，按波长顺序排列组成光谱。,第一章 光谱分析 基本理论,二、原理,5,（2）吸收光谱 构成物质的分子,原子或离子等在辐射能的照射下，在系统内吸收外界能量的过程中，所对应吸收的波长产生光谱,称为吸收光谱。分为两种： 原子吸收光谱 原子受光照射后吸收的能量产生的光谱。它是由不连续的明暗相间的线条所组成的光谱。 分子吸收光谱 分子受光谱照射后吸收能量产生的光谱。 它是由数个光带与暗区相间所组成的吸收光谱。,第一章 光谱分析 基本理论,二、原理,6,（3）散射光谱 构成物质的分子、原子或离子，经辐射能照射后，系统内散射出来的能量产生相对应波长的光谱。它主要分布在红外区，属于分子散射光谱。,第一章 光谱分析 基本理论,二、原理,7,1、光谱分析仪器的基本构造 用于研究光的吸收、发射和散射的强度和波长的关系的仪器，均称之为光谱仪或分光光度计。如图：,三、光谱分析仪器,光源,单色器,样品室,光电检测器,显示器,第一章 光谱分析 基本理论,8,双光束分光光度计的结构图,9,2、光谱分析仪器的系统 （1）光源 必须有足够的输出功率和良好的稳定性。光源有连续光源和线光源等，一般连续光源主要用于分子吸收光谱的测定，线光源主要用于分子发射光谱、原子吸收光谱和红外光谱的分析。,三、光谱分析仪器,第一章 光谱分析 基本理论,10,连续光源 指在很大的波长范围内发射辐射能的强度变化很小，而且发射的光谱是连续的。主要有三种： 紫外光源 能产生连续光谱的紫外灯提供光源，常用的紫外灯有氢灯和氘灯。氢灯发射连续光谱的波长在190-360nm之间；氘灯发射的波长在180-500nm之间。氘灯辐射的能量的强度比氢灯大3-5倍，使用寿命也比氢灯长。目前大多使用氘灯。 可见光源 能产生连续光谱的可见光灯提供光源，主要有碘钨灯、 钠灯和氙灯等。 红外光源 能产生连续光谱的红外灯提供光源,三、光谱分析仪器 2、光谱分析仪器的系统,氙灯示意图,第一章 基本理论,11,2、光谱分析仪器的系统 线光源 金属蒸气灯 在透明的石英玻璃或光学玻璃管里充有低压气体元素，称为金属蒸气灯。如空心阴极灯。,三、光谱分析仪器,第一章 光谱分析 基本理论,12,（2）单色器 在辐射能的照射下，能够将连续复合光源分解成单一波长的单色光或者具有一定宽度谱带的分光器，由分光器、入射狭缝和出射狭缝等色散元件组成。分光光度计的单色器主要有棱镜和光栅。,三、光谱分析仪器,光栅单色器工作原理示意图,第一章 光谱分析 基本理论,13,三、光谱分析仪器,棱镜单色器的工作原理示意图,第一章 光谱分析 基本理论,14,（3）狭缝 是单色器的重要组成部分，直接关系到仪器的分辨率，它的作用是将来自单色器的散射光分切割成单色光，类似于照相机的光圈，用来采集光的面积。,三、光谱分析仪器,第一章 光谱分析 基本理论,15,（4）比色池 亦称比色杯。它是由透明的材料制成的，石英池用于紫外-可见区的测量，玻璃池只用于可见区。 （5）检测器 简易分光光度计上使用光电