光谱分析法引论

光谱分析法引论第一页，共三十四页，2022年，8月28日物质分为两大类无质量的客观存在，象电场，磁场，以及由电场和磁场组成的电磁波。实物场

有实际质量的物体，包括天体，地球，各种物品，也包括需借助于仪器才能看的见的微观物体，电子，原子，中子等。2.1概述第二页，共三十四页，2022年，8月28日1.由电场和磁场组成2.电场和磁场相互垂直且垂直于其传播方向3.传播速度在真空中为光速2.2.1基本了解2.2电磁辐射第三页，共三十四页，2022年，8月28日2.2.2基本性质

电磁波的波粒二象性(1)

c－真空中光速2.99792458×108m/s ~3.0×108m/sλ－波长，单位：m,cm,mm,m,nm,Å

1m=10-6m,1nm=10-9m,1Å=10-10mν－频率，单位：赫芝（周）Hz次/秒

n－折射率，真空中为1光的传播速度:波动性第四页，共三十四页，2022年，8月28日电磁波的波粒二象性(2)

h－普朗克(Planck)常数6.626×10-34J·s

－频率

E－光量子具有的能量单位：J(焦耳)，eV(电子伏特)

1eV=1.602×10－19J微粒性光量子，具有能量。第五页，共三十四页，2022年，8月28日电磁波的波粒二象性

(3)结论:一定波长的光具有一定的能量，波长越长(频率越低)，光量子的能量越低。单色光：具有相同能量(相同波长)的光。混合光：具有不同能量(不同波长)的光复合在一起。例如,白光。波粒二象性真空中:第六页，共三十四页，2022年，8月28日2.2.3电磁波谱第七页，共三十四页，2022年，8月28日400nm780nm紫外光区10nmα射线γ射线0.01nm0.0005nm红外光区300um微波无线电波30m核能级跃迁内层电子能级跃迁原子和分子外层电子能级跃迁分子振动、转动能级跃迁分子转动能级跃迁核自旋磁能级跃迁第八页，共三十四页，2022年，8月28日

核能级跃迁

γ射线内层电子跃迁

α射线能谱远紫外原子近紫外分子紫400nm外层蓝电子青跃迁绿可见光光学区电磁波谱黄（光学橙光谱）红780nm分子振动近红外分子振动中红外分子转动远红外分子转动微波波谱核自旋无线电波第九页，共三十四页，2022年，8月28日跃迁基态激发态（E基态）“碰撞”(E激发）

E=hυ=hc/λ=E激发-E基态

2.3光与物质相互作用光能够被物质吸收和发射第十页，共三十四页，2022年，8月28日CuCu光能够被物质吸收第十一页，共三十四页，2022年，8月28日通过透明介质时——光的透射；通过不均匀介质时——光的散射；从一种透明介质进入另一种透明介质——光的折射光不能够被物质吸收第十二页，共三十四页，2022年，8月28日光子2.4.1光谱产生的原理E0=0E1=23跃迁基态激发态只有当光子的能量等于ΔE时才能被吸收即E

光子=ΔEE=hc/λ第十三页，共三十四页，2022年，8月28日分子能级分子有三种运动方式·分子沿某一轴转动

·化学键振动·形成化学键的电子云形状变化

对应有三种能级转动能级(Rotationenergylevel)

振动能级(Vibrationenergylevel)电子能级(Electronenergylevel)（以分子结构为例说明）第十四页，共三十四页，2022年，8月28日电子能级振动能级转动能级

第十五页，共三十四页，2022年，8月28日分子光谱分子吸收光谱分子转动能级跃迁产生的光谱为转动光谱——所需能量最小0.05ev，微波或远红外照射分子振动能级跃迁产生的光谱为转动光谱，又叫红外吸收光谱*——所需能量0.05~1ev，用红外光照射。——振-转光谱。电子能级跃迁产生的光谱为电子光谱，又叫紫外可见吸收光谱*——所需能量1~20ev，用紫外、可见光照射。——电-振-转光谱。第十六页，共三十四页，2022年，8月28日ΔEe=1ev~20ev0.06um<λe<1.25um紫外可见光区ΔE转=0.005ev~0.05ev24.8um<λ转<248um远红外区ΔE振=0.05ev~1ev1.25um<λ振<25um红外光区第十七页，共三十四页，2022年，8月28日光谱种类原子光谱：吸收、发射、荧光线状光谱黑体辐射：白炽灯、液、固灼热发光连续光谱分子光谱：紫外、可见、红外等吸收光谱带状光谱I第十八页，共三十四页，2022年，8月28日光学分析法光谱法分子光谱法UV/Vis,IR,MFS,MPS非光谱法（折射法，浊度法，旋光法）原子光谱法AAS,AES,AFS（不以光的波长为特征讯号，通过测量电磁辐射的某些基本性质的变化的分析方法。）（以光的吸收、发射等作用而建立的分析方法，通过检测光谱的波长和强度来进行定性和定量的方法。）2.4光学分析法分类光学分析法:以能量作用于被测物质后，检测其产生的辐射信号或辐射性质所引起的变化的分析方法。第十九页，共三十四页，2022年，8月28日紫外-可见分光光度法（UV-Vis）红外光谱法（IR）分子荧光光谱法（MFS）分子磷光光谱法（MPS）等本章主要介绍光谱法光谱法（基于产生光谱的物质基础）

原子光谱法:

分子光谱法:原子发射光谱法（AES）原子吸收光谱法（AAS）原子荧光光谱法（AFS）X射线荧光光谱法（XFS）等由原子外层或内层电子能级的变化产生的，表现形式为线光谱。由分子中电子能级、振动和转动能级的变化产生，表现形式为带光谱。第二十页，共三十四页，2022年，8月28日光谱法（基于产生光谱的方式不同）发射光谱法:吸收光谱法：物质通过电、热或光致激发等激发过程获得能量，变为激发态原子或分子M*，当从激发态过渡到低能态或基态时产生发射光谱。通过测量物质的发射光谱的波长和强度进行定性和定量分析的方法叫做发射光谱分析法。当物质所吸收的电磁辐射能与该物质的原子核、原子或分子的两个能级间跃迁所需的能量满足△E=hv的关系时，将产生吸收光谱。通过测量物质的吸收光谱的波长和强度进行定性和定量分析的方法叫做吸收光谱分析法。第二十一页，共三十四页，2022年，8月28日

光谱仪（或分光光度计）一般包括五个基本单元：光源、单色器、样品容器、检测器和读出器件。

光源单色器样品池检测器读出器件2.5光谱分析仪器第二十二页，共三十四页，2022年，8月28日光源提供能量，使样品产生光谱。（1）紫外光源

主要采用氢灯和或氘灯。光谱范围为160~375nm。（2）可见光源

可见光区最常见的光源是钨丝灯。光谱波长范围为320~2500nm。（3）红外光源

用电加热到温度在1500~2000K之间的惰性固体（硅碳棒），光强最大的区域在6000~5000cm-1第二十三页，共三十四页，2022年，8月28日单色器的主要作用是将复合光分解成单色光或有一定宽度的谱带。单色器由入射狭缝和出射狭缝、准直镜以及色散元件，如棱镜或光栅等组成。单色器第二十四页，共三十四页，2022年，8月28日分光元件（1）

棱镜：依据不同波长光通过棱镜时有不同的折射率而将不同波长的光分开。玻璃：350～3200nm石英：185～4000nm单色器入射狭缝准直透镜棱镜聚焦透镜出射狭缝白光红紫λ1λ2第二十五页，共三十四页，2022年，8月28日光栅：在镀铝的玻璃表面刻有数量很大的等宽等间距条痕。

－平面透射光栅－反射光栅（广泛使用）原理：利用光通过光栅时发生衍射和干涉现象而分光。分光元件（2） 反射光栅：紫外、可见：600、1200、2400条/mm

红外20~30条/mm第二十六页，共三十四页，2022年，8月28日IRISAdvantage中阶梯光栅分光系统（实物图）第二十七页，共三十四页，2022年，8月28日样品池在紫外光区工作时，采用石英材料；可见光区，则用硅酸盐玻璃；红外光区，则可根据不同的波长范围选用不同材料的晶体制成吸收池的窗口。一般由光透明的材料制成。第二十八页，共三十四页，2022年，8月28日光信号转换成电信号检测器光电转换器第二十九页，共三十四页，2022年，8月28日硒光电池（Barrier-layerphotocell）适用于300-800nm,在500-600nm范围最灵敏。Se阴极Au，Ag半导体h阳极第三十页，共三十四页，2022年，8月28日光电管(phototube)h（片）红敏管625-1000nm蓝敏管200-625nm第