第二章--光学分析法导论(2011)

1、 2/20 基于基于能量与待测物质能量与待测物质后所产生的辐射信号与物质组成、结构的关系后所产生的辐射信号与物质组成、结构的关系所建立起来的分析方法。所建立起来的分析方法。射线射线至无线电波所有范围。至无线电波所有范围。发射、吸收、反射、折射、散发射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射等射、干涉、衍射等。在物质组成、结构表征、表面分析研究在物质组成、结构表征、表面分析研究等方面具有等方面具有的地位。的地位。 3/20(1) 能源提供电磁辐射能量；能源提供电磁辐射能量；(2) 能量与被测物之间发生相互作用；能量与被测物之间发生相互作用；(3) 产生信号。产生信号。 4/20u所有光学分析法均包含

2、三个基本过程。所有光学分析法均包含三个基本过程。，混合物无需分离即可分析（不，混合物无需分离即可分析（不同于色谱分析）。同于色谱分析）。u涉及大量光学元器件。涉及大量光学元器件。 5/20 以接近光速传播的能量，如微波以接近光速传播的能量，如微波、可见光、红外光、紫外光、可见光、红外光、紫外光、X射线等。电磁辐射射线等。电磁辐射具有具有。按照按照的观点，电磁辐射是的观点，电磁辐射是在空间传播着的交变电磁场，称之为电磁波；在空间传播着的交变电磁场，称之为电磁波；根据根据，电磁辐射是在空间高，电磁辐射是在空间高速运动的一个个光量子或光子流。速运动的一个个光量子或光子流。 6/201 s内电磁场振荡

3、的次数，单位为内电磁场振荡的次数，单位为Hz或或s-1，与传播介质无关，是不变的特征量。，与传播介质无关，是不变的特征量。电磁波相邻两个同相位点之间的距离电磁波相邻两个同相位点之间的距离，常用的单位有，常用的单位有cm、nm，与传播介质有关。，与传播介质有关。1 cm内波的数目，单位为内波的数目，单位为cm-1。 电磁波可用频率、波长和波数等波参数来表征：电磁波可用频率、波长和波数等波参数来表征： 7/20用每个光子的能量用用每个光子的能量用E来表征，单位为来表征，单位为eV或或J。/chhEh: 普朗克常数，普朗克常数，6.6310-34 JsC: 光速，光速，2.9979108 m/s 8

4、/20 9/20 11/20u原子外层有一个电子时，其能级可由四个量原子外层有一个电子时，其能级可由四个量子数决定：子数决定：u 原子外层有多个电子时，其运动状态用原子外层有多个电子时，其运动状态用 描述。描述。 12/20 最上面的是光谱项符最上面的是光谱项符号；最下面的横线表示基号；最下面的横线表示基态；上面的表示激发态；态；上面的表示激发态；可产生的跃迁用线连接。可产生的跃迁用线连接。 13/20u总角量子数的变化总角量子数的变化L=1；u总自旋量子数的变化总自旋量子数的变化S =0 ，即不同多重性，即不同多重性状态之间的跃迁被禁阻；状态之间的跃迁被禁阻；u内量子数的变化内量子数的变化J

5、=0、1；但是当但是当J=0时，时，J=0的跃迁被禁阻。的跃迁被禁阻。 根据量子力学原理，根据量子力学原理，必须遵循一定的，必须遵循一定的“选择定则选择定则”： 14/20 元素由基态到第一激元素由基态到第一激发态的跃迁最易发生，需发态的跃迁最易发生，需要能量最低，产生的谱线要能量最低，产生的谱线最强，该谱线称为最强，该谱线称为 ，也称为该元素的，也称为该元素的。 15/20u原子光谱为原子光谱为光谱光谱 16/20u分子光谱为分子光谱为光谱光谱 17/20u分子中原子的核能：分子中原子的核能：Enu分子的平移能：分子的平移能：Etu电子运动能：电子运动能：Eeu原子间相对振动能：原子间相对振动能：Evu分子转动能：分子转动能：Eru基团间的内旋能：基团间的内旋能：Ei在一般化学反应中，在一般化学反应中，En不变；不变；Et 、Ei较小；较小； 18/20 19/20由纯由纯引起。引起。是由于分子中基团的是由于分子中基团的引起，也称振转光谱。引起，也称振转光谱。是在紫外或可见光照射下，是在紫外或可见光照射下，至单重激发态，并以无辐射弛豫方式回到第至单重激发态，并以无辐射弛豫方式回到第一单重激发态的最低振动能级，再跃回基态或一单重激发态的最低振动能级，再跃回基态或基态中的其他振动能级所发出的光。基态中的其他振动能级所发出的光。 20/20u能量、波长、频率、波数的定义及相