仪器分析-光谱分析导论精讲课件

1、第 2 章 光谱分析法导论一、光分析法及其特点二、电磁辐射的基本性质三、光谱的产生原理四、光谱分析法的分类五、各种光谱分析法简介六、光谱分析法的进展an introduction to spectrometry2022/10/17第 2 章 光谱分析法导论一、光分析法及其特点an in 一、光分析法及其特点 optical analysis and its characteristics 光分析法：基于电磁辐射能量与待测物质相互作用后所产生的辐射信号与物质组成及结构关系所建立起来的分析方法。 主要分为：光谱分析法和非光谱分析法两大类相互作用方式：发射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射等； 电

2、磁辐射范围：射线无线电波所有范围；2022/10/17 一、光分析法及其特点 optical a光谱法基于物质与辐射能作用时，分子发生能级跃迁而产生的发射、吸收或散射等波长或强度变化而进行分析的方法； 本书重点讲授内容 非光谱法不涉及能级跃迁，物质与辐射作用时，仅改变传播方向等物理性质变化而进行分析的方法。2022/10/172022/10/15 光分析法的三个基本过程：（1）光源提供能量；（2）能量与被测物之间的相互作用；（3）产生信号。 光分析法的基本特点：（1）所有光分析法均包含三个基本过程；（2）选择性测量，不涉及混合物分离（不同于色谱分析）；（3）涉及大量光学元器件。2022/10/

3、17 光分析法的三个基本过程：（1）光源提供能量；光分析法的基本各种光谱分析仪器的四个基本组成部分： 1. 信号发生系统； 2. 色散系统； 3. 检测系统； 4. 信号处理系统光分析法主要应用：物质组成和结构的研究、基团的识别、几何构型的确定、表面分析、定量分析等方面。 与其他方法相比具有不可替代的地位。2022/10/17各种光谱分析仪器的四个基本组成部分：光分析法主要应用：物质组二、电磁辐射的基本性质 basic properties of electromagnetic radiation 电磁辐射（电磁波）：以接近光速（真空中为光速）传播的能量； c = =/ E = hf = h

4、c / =hc 越长，E越小，f、 越低 c：光速； f：频率； ：波长；：波数 ； E ：能量； h：普朗克常数 电磁辐射具有粒子性和波动性；2022/10/17二、电磁辐射的基本性质 basic properties辐射能的特性： (1) 吸收 物质选择性吸收特定频率的辐射能，并从低能级跃迁到高能级； (2) 发射 将吸收的能量以光的形式释放出； (3) 散射 丁达尔散射和分子散射； (4) 折射 折射是光在两种介质中的传播速度不同； (5) 反射 (6) 干涉 干涉现象； (7) 衍射 光绕过物体而弯曲地向他后面传播的现象； (8) 偏振 只在一个固定方向有振动的光称为平面偏振光。202

5、2/10/17辐射能的特性： (1) 吸收 物质选择性吸收特定频率的2022/10/172022/10/15 分子平动整个分子的平动，连续，不产生光谱 分子转动分子围绕质量中心的转动 分子振动整个分子内原子之间的相对运动 电子运动分子中电子相对运动每一种运动形式都有一定的能量，用E转、E振、E电表示每一种能量都是量子化的，是不连续的 三、光谱的产生原理E总 = E0 + E平+ E转+ E振+ E电E总 ：化合物分子的总能量E0：零点能，不随分子运动而改变的能量组成物质的各种微粒，具有各种形式的运动。2022/10/17 分子平动整个分子的平动，连续，不产生光谱每一种运动形式能级跃迁示意图电子

6、基态电子激发态转动能级跃迁振动能级跃迁电子能级跃迁2022/10/17能级跃迁示意图电子基态电子激发态转动能级跃迁振动能级跃迁电子电子能级上有许多振动能级，而振动能级上有许多能量不同的转动能级通常情况下，物质的分子处于基态，各种能级都处于基态，当它受到光照或其它能量激发时，引起分子能级的跃迁。基态 激发态，按波长大小排列起来称为吸收光谱激发态 基态以光辐射形式释放出来，把释放的光辐射按波长排列下来称为发射光谱吸收或发射的光子的能量 E光 = h = E2-E1=E= E转+ E振+ E电 E转E振 E电2022/10/17电子能级上有许多振动能级，而振动能级上有许多能量不同的转动能 四、光谱分

7、析法分类 type of spectrometry 1. 原子光谱（线性光谱）：最常见的三种 基于原子外层电子跃迁：原子发射光谱（AES）；原子吸收光谱（AAS） ；原子荧光光谱（AFS） 基于原子内层电子跃迁： X射线荧光光谱（XFS） 基于原子核与射线作用：穆斯堡谱按产生光谱的物质类型：原子、分子、固体光谱按产生光谱方式：发射、吸收、散射光谱按光谱的性质和形状：线状、带状、连续光谱2022/10/17 四、光谱分析法分类 type of spectr基态原子吸收热、电、光能激发态原子发射特征谱线基态或较低能态气态原子吸收光激发态原子原子荧光基态或较低能态3. 原子荧光光谱（AFS）1. 原

8、子发射光谱（AES）2. 原子吸收光谱（AAS）三种光分析法测量过程示意图基态原子选择吸收一定频率的光激发态原子2022/10/17基态原子吸收热、电、光能激发态原子发射特征谱线基态或较低能态2022/10/172022/10/15 2. 分子光谱（带状光谱）： 基于分子中转动能级、振-转能级、电子-振-转能级跃迁； 紫外光谱法（UV）； 红外光谱法（IR）； 分子荧光光谱法（MFS）； 分子磷光光谱法（MPS）； 核磁共振与顺磁共振波谱（NMR）； 2022/10/17 2. 分子光谱（带状光谱）： 基于分子中转动分子转动能级跃迁产生的光谱为转动光谱所需能量 0.05 ev，微波或远红外波段

9、。分子振动能级跃迁产生的光谱为振动光谱所需能量 0.051 ev，中红外波段。电子能级跃迁产生的光谱为电子光谱所需能量 120 ev，紫外、可见光波段。分子吸收光谱2022/10/17分子转动能级跃迁产生的光谱为转动光谱所需能量 0.0波长长，能量小，波动性波长短，能量大，粒子性252022/10/17波长长，能量小，波动性波长短，能量大，粒子性252022/1光分析法光谱分析法非光谱分析法原子光谱分析法分子光谱分析法原子吸收光谱原子发射光谱原子荧光光谱X射线荧光光谱折射法圆二色散法X射线衍射法干涉法旋光法紫外光谱法红外光谱法分子荧光光谱法分子磷光光谱法核磁共振波谱法小 结：2022/10/1

10、7光分析法光谱分析法非光谱分析法原子光谱分析法分子光谱分析法原光谱分析法吸收光谱法发射光谱法原子光谱法分子光谱法原子发射原子吸收原子荧光X射线荧光原子吸收紫外可见红外可见核磁共振紫外可见红外可见分子荧光分子磷光核磁共振化学发光原子发射原子荧光分子荧光分子磷光X射线荧光化学发光2022/10/17光谱分析法吸收光谱法发射光谱法原子光谱法分子光谱法原原原X原五、各种光谱分析法简介 a brief introduction of spectrometry1.原子发射光谱分析法 以火焰、电弧、等离子炬等作为光源，使气态原子的外层电子受激发射出特征光谱进行定量分析的方法。2.原子吸收光谱分析法 利用特殊

11、光源发射出待测元素的共振线，并将溶液中离子转变成气态原子后，测定气态原子对共振线吸收而进行的定量分析方法。2022/10/17五、各种光谱分析法简介 a brief introduct3.原子荧光分析法 气态原子吸收特征波长的辐射后，外层电子从基态或低能态跃迁到高能态，在10-8s后跃回基态或低能态时，发射出与吸收波长相同或不同的荧光辐射，在与光源成90度的方向上，测定荧光强度进行定量分析的方法。 4. X射线荧光分析法 原子受高能辐射，其内层电子发生能级跃迁，发射出特征X射线（ X射线荧光），测定其强度可进行定量分析。2022/10/173.原子荧光分析法 气态原子吸收特征波长的辐射5.分子

12、荧光分析法 某些物质被光照射激发后，在回到基态的过程中发射出比原激发波长更长的荧光，通过测量荧光强度进行定量分析的方法。6. 化学发光分析法 利用化学反应提供能量，使待测分子被激发，返回基态时发出一定波长的光，依据其强度与待测物浓度之间的线性关系进行定量分析的方法。 2022/10/175.分子荧光分析法2022/10/15 利用溶液中分子吸收紫外和可见光产生跃迁所记录的吸收光谱图，可进行化合物结构分析，根据最大吸收波长强度变化可进行定量分析。 7. 紫外可见吸收光谱分析法8.红外吸收光谱分析法 利用分子中基团吸收红外光产生的振动-转动吸收光谱进行定量和有机化合物结构分析的方法。 9.核磁共振

13、波谱分析法 在外磁场的作用下，核自旋磁矩与磁场相互作用而裂分为能量不同的核磁能级，吸收射频辐射后产生能级跃迁，根据吸收光谱可进行有机化合物结构分析 。2022/10/17 利用溶液中分子吸收紫外和可见光产生跃迁所10.旋光法 溶液的旋光性与分子的非对称结构有密切关系，可利用旋光法研究某些天然产物及配合物的立体化学问题，旋光计测定糖的含量。 11.衍射法 X射线衍射：研究晶体结构，不同晶体具有不同衍射图。 电子衍射：电子衍射是透射电子显微镜的基础，研究物质的内部组织结构。2022/10/1710.旋光法 11.衍射法2022/10/15六、光谱分析方法的进展 development of spectrometry 1. 采用新光源，提高灵敏度 级联光源：电感耦合等离子体-辉光放电； 激光蒸发-微波等离子体 2. 联用技术 电感耦合高频等离子体（ICP）质谱 激光质谱：灵敏度达10-20 g 3.