现代光谱分析1课件

1、现代光谱分析上课教师：吴婷课程安排第一章 现代光谱分析概论第二章 原子发射光谱分析(AES）第三章 原子吸收光谱分析 (AAS)第四章 原子荧光光谱分析 (AFS)第五章 分子吸收光谱（UV+IR）第六章 分子荧光光谱分析(MFS）第七章 拉曼光谱分析(Raman spectra)第八章 核磁共振分析（NMR）第九章 质谱分析（MS）现代光谱分析概论第一章光谱 就是按照波长顺序排列的电磁辐射,或者说是一种复合光按波长顺序展开而呈现的光学现象。光谱一般是指可见光范围内的，波长为300800nm的电磁波谱。电磁波谱 (electromagnetic spectrum) 电磁辐射能量的变化，产生电磁

2、波，按电磁波长顺序排列，称为电磁波谱。1.1 光谱光学光谱光谱分析 各种结构的物质都具有自己的特征光谱，光谱分析法就是利用特征光谱 鉴别物质或测定化学成分和相对含量的方法。定性定量1.2 光谱分析不同波长-定性分析E = E = h不同强度-定量分析20040060080010001200140016001800200000.511.522.53Wavelength (nm)Absorbance光谱分析基础根据电磁辐射的本质，光谱分析又可分为分子光谱和原子光谱。根据能量传递形式：发射光谱分析吸收光谱分析荧光光谱分析散射（拉曼）光谱分析光谱分析的类型 可分为原子发射光谱，原子吸收光谱和原子荧光光

3、谱三种，均为线状谱。 是基于原子外层电子的跃迁，波长涉及真空紫外，紫外，可见和近红外光区。问：为什么原子光谱均为线状谱？答：由于原子中的电子能态的量子性，原子的各个能级是不连续的，电子的跃迁也是不连续的，在频谱上就体现为线状。1.3 原子光谱（Atomic Spectrum）基态激发态，外界光能量E恰好等于该基态原子中基态和某一较高能级之间的能级差E，该原子将吸收这一特征波长的光，产生原子吸收光谱激发态基态，电子跃迁到较高能级以后处于激发态，激发态电子返回基态或其它较低能级，并将电子跃迁时所吸收的能量以光的形式释放出去，产生原子发射光谱M (基态) + h M* (激发态)M* (激发态) M

4、 (基态) + h 基本原理：原子的能级与跃迁荧光光谱：某些物质的分子或原子在辐射能的作用下跃迁至激发态，大多数分子或原子与其它粒子碰撞，把激发能转变为热能散发掉；其余的分子或原子以光的形式发射出这部分能量而回到基态，由此产生的光谱称为荧光光谱。荧光光谱实质是一种发射光谱。 由原子产生的荧光光谱称为原子荧光光谱；由分子产生的荧光光谱称为分子荧光光谱。原子发射、吸收与荧光测量示意图分子光谱 分子从一种能态改变到另一种能态时的吸收或发射光谱（可包括从紫外到远红外直至微波谱）。一般为带状谱。分子光谱非常丰富，可分为纯转动光谱、振动 - 转动光谱带和电子光谱带。分子转动 分子绕轴的转动分子振动 分子中

5、原子在平衡位置的振动电子运动 分子内电子的跃迁1.4 分子光谱（Molecular Spectrum）分子光谱分子吸收光谱分子发射光谱拉曼光谱（分子散射）电子光谱振动光谱转动光谱Uv-visIR分子荧光分子磷光化学发光光谱分子光谱的分类紫外可见吸收光谱由于价电子的跃迁而产生。利用物质的分子或离子对紫外和可见光的吸收所产生的紫外可见吸收光谱及吸收程度可以对物质的组成、含量和结构进行分析、测定、推断。红外吸收光谱是由分子不停地作振动和转动运动而产生的利用红外光谱对物质分子进行的分析和鉴定。每种分子都有由其组成和结构决定的独有的红外吸收光谱，据此可以对分子进行结构分析和鉴定分子吸收光谱分子荧光光谱分

6、析是利用某些物质分子受光照射时所发生的荧光的特性和强度，进行物质的定性分析或定量分析的方法。突出优点是灵敏度高，测定下限比一般分光光度法低二到四数量级。但应用不如分光光度法广泛。分子荧光光谱当光照射物质发生散射时，除有频率不变的瑞利散射，还有一种频率发生改变的拉曼散射。拉曼光谱是一种散射光谱。拉曼光谱分析法是基于印度科学家C.V.拉曼（Raman）所发现的拉曼散射效应，对与入射光频率不同的散射光谱进行分析以得到分子振动、转动方面信息，并应用于分子结构研究的一种分析方法。拉曼光谱分析（Raman spectra）Thermo Fisher ARL 3460/4460直读光谱仪 美国Thermo

7、ElementalIRIS 100 全谱直读等离子体发射光谱仪 1.5 光谱仪器ZEEnit700火焰和石墨炉原子吸收光谱仪PE公司AAnalytst 800英国Renishaw：inVia+Reflex 光谱仪器获得了前一百年未曾有过的突破性发展。对光谱分析仪器有了更高、更新的要求 （更高分辨率、更高灵敏度、更快分析速度、更少试样量、更小仪器体积、更牢固无故障结构、遥感遥测）现代科技的新发展成果为新颖光谱仪器事业的持续发展提供了理论和物质基础（如新探测原理、新数学手段、新计算机软硬件、新器件、新工艺）1.6 光谱分析的现状光谱技术和光谱仪器持续向高科技知识密集化方向发展： 数字化、智能化、网

8、络化光谱分析检测技术和光谱仪器，目前已成为光谱技术和光谱仪器持续发展的主要方向，如“化学成像”，多维信息化光谱仪器等。传统“光-机-电一体化”光谱仪器已经退居二线。1.7 光谱分析的发展趋势全方位发展大型精密研究级光谱仪器与现场、在线测控实用级光谱仪器或系统并重。 光谱仪器小型化成为目前和今后的发展潮流：便携式紫外可见分光光度计。专用化、家用和个人用光谱仪器的研发、生产和应用热潮会急剧提升：血糖检测仪、尿液分析仪，饮用水质分析仪、危险气体监测仪、药效监测仪。光谱仪器的应用面继续拓宽 发展了种种直接与人相关的光谱仪器，例如EG&G公司推出的Spex SkinSkan光纤荧光光谱仪。便携式仪器要求

9、具有更高的分辨率、高信噪比、更好的强度准确性和波长准确性，更小的外界干扰影响，更优良的仪器稳定性，在仪器的软件上，要求能够进行导数、去卷积等计算，能够计算光谱间相似度，能够进行模式识别分析，能够进行多元校正分析，支持用户自建谱库并进行检索。在下列仪器均有体现： 便携近红外光谱仪便携式中红外光谱仪便携式拉曼分析仪便携式 X 荧光光谱仪 便携式光谱仪器的技术进展 便携式近红外光谱仪近红外光穿透能力强，可以测量液体和固体样品，可测光程较长, 光谱测量精度容易控制, 适合于定量分析。因此，便携式近红外光谱仪在现场质量检测领域中的应用最多。最早商品化的便携近红外分析仪产品来自Zeltex，包括汽油辛烷值

10、测量、柴油十六烷值测量、谷物测量、绞肉分析、食品分析等。手持式设计紧凑，集测量、模型、电池、触键、结果显示和打印等功能于一身，使用非常方便。便携近红外光谱仪Brimrose公司Luminar 5030 手持近红外分析仪AXSUN公司的便携近红外分析仪可以用于地毯分类便携式中红外光谱仪Ahura Scientific公司开发的便携式傅立叶变换红外光谱仪使用ATR 金刚石探头,光谱范围4000-650cm-1,分辨率4cm-1,尺寸19.8cm11.2cm5.3cm，总重1.3公斤，充电一次可用2.5小时。内置8000多张标准谱图库和软件，主要用于反恐、法医、化学武器和危险品鉴别。Bruker Mobile-IRAFC Environics ID 100Ahura ScientificTruDefender便携式拉曼光谱仪PerkinElmer Raman IdentiCheck高性能中阶梯光栅光谱仪，4cm-1分辨率，1秒钟之内获得全波段光谱（3500-230cm-1）5米长光缆上安装nose-piece触发式探头，确保样品位于最佳聚焦点，避免不必要的荧光或自然光的进入可通过电力网或电