第二章光学绪论

二、光学分析法及分类一、电磁辐射基本性质三、光学分析法简介四、光学分析进展第二章光学绪论一、电磁辐射及电磁波电磁辐射（电磁波，光）：以巨大速度通过空间、不需要任何物质作为传播媒介的一种能量形式，它是检测物质内在微观信息的最佳信使。电磁辐射的性质：有波、粒二像性；

能量交换为单光子形式，

满足量子跃迁能量公式：(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)散射丁铎尔散射和分子散射；(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辐射特性：电磁波谱：电磁辐射按波长顺序排列就称光谱

γ射线→X射线→紫外光→可见光→红外光→微波→无线电波波长长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、吸收或散射的波长或强度进行分析的方法；光谱法非光谱法定义内部能级发生变化类别原子吸收与发射光谱法（原子外层电子能级跃迁）分子吸收与发射光谱法（分子外层电子能级跃迁）内部能级不发生变化定义类别能量交换方向分：吸收、发射产生光谱粒子不同：原子（线状）

分子（带状）折射法、旋光法、比浊法、χ射线、衍射法二、光学分析法及分类不涉及能级跃迁，物质与辐射作用时，仅改变传播方向等物理性质；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性法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射线荧光化学发光原子光谱核外电子运动状态

主量子数n、角量子数l、磁量子数m、自旋量子数s

电子组态：能量最低原理、Pauli不相容原理、Hund规则光谱项

n,总轨道角量子数L,总自旋量子数S,内量子数J（光谱支项）L:（l1+l2),（l1+l2-1),……,l1-l2(针对双价电子而言）

S:N/2,N/2-1,……,1/2,0（外层价电子自旋量子数的矢量和）J:总轨道角量子数L和总自旋量子数S耦合(L+S),(L+S-1),(L+S-2),……,L-SL≥SJ有2S+1数值可取；L≥SJ可取2L+1数值

(2S+1)个能级原子光谱产生光谱多重线的原因，用M表示，称为谱线的多重性；内量子数J原子光谱原子的能级通常用光谱项符号表示：n2S+1LJ

n：主量子数；M：谱线多重性符号；

L：总角量子数；

J

：内量子数电子能级跃迁的选择定则一条谱线是原子的外层电子在两个能级之间的跃迁产生的，可用两个光谱项符号表示着种跃迁或跃迁谱线：电子能级跃迁的“选择定则”

（1）主量子数的变化Δn为整数，包括零；（2）总角量子数的变化ΔL=±1；（3）内量子数的变化ΔJ=0，

±1；但是当J=0时，ΔJ=0的跃迁被禁阻；（4）总自旋量子数的变化ΔS=0

，即不同多重性状态之间的跃迁被禁阻；能级图

元素的光谱线系常用能级图来表示。最上面的是光谱项符号；最下面的横线表示基态；上面的表示激发态；可以产生的跃迁用线连接；线系：由各种高能级跃迁到同一低能级时发射的一系列光谱线；分子光谱分子光谱图原子光谱图分子中的能量E=Ee+Ev

+Er

+En+Et+Ei分子中原子的核能：En分子的平移能：Et电子运动能：Ee原子间相对振动能：Ev分子转动能：Er基团间的内旋能：Ei在一般化学反应中，En不变；Et、Ei较小；

E=Ee+Ev

+Er

分子产生跃迁所吸收能量的辐射频率：

ν=ΔEe/h+ΔEv/h+ΔEr/h双原子分子能级图分子中价电子位于自旋成对的单重基态S0分子轨道上，当电子被激发到高能级上时，若激发态与基态中的电子自旋方向相反，称为单重激发态，以S1、S2、······表示；反之，称为三重激发态，以T1、T2、······表示；单重态分子具有抗磁性；三重态分子具有顺磁性；跃迁致单重激发态的几率大，寿命长；跃迁类型与分子光谱分子光谱复杂，电子跃迁时带有振动和转动能级跃迁；分子的紫外-可见吸收光谱是由纯电子跃迁引起的，故又称电子光谱，谱带比较宽；分子的红外吸收光谱是由于分子中基团的振动和转动能级跃迁引起的，故也称振转光谱；

分子的荧光光谱是在紫外或可见光照射下，电子跃迁至单重激发态，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，再跃回基态或基态中的其他振动能级所发出的光；分子的磷光是指处于第一最低单重激发态的分子以无辐射弛豫方式回到第一最低三重激发态，再跃迁回到基态所发出的光；光学仪器的基本流程

光谱仪器通常包括五个基本单元：光源；单色器；样品池；检测器；显示与数据处理；三、光学分析法简介基本过程能源提供能量能量与被测物之间的相互作用产生信号所有光分析法均包含三个基本过程选择性测量，不涉及混合物分离（不同于色谱

分析）涉及大量光学元器件基本特点各种光分析法简介1.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。各种光分析法简介3.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.分子荧光分析法

某些物质被紫外光照射激发后，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.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。7.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。5.分子磷光分析法

处于第一最低单重激发态分子以无辐射弛豫方式进入第一三重激发态，再跃迁返回基态发出磷光。测定磷光强度进行定量分析的方法。各种光分析法简介

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。9.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。10.核磁共振波谱分析法

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。8.紫外吸收光谱分析法各种光分析法简介11.顺磁共振波谱分析法

在外磁场的作用下，电子的自旋磁矩与磁场相互作用而裂分为磁量子数不同的磁能级，吸收微波辐射后产生能级跃迁，根据吸收光谱可进行结构分析。12.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。13.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