光谱分析法概论

光谱分析法概论

袁建梅E-mail:yyjm@163.comTel器分析与化学分析的区别

一、分析的方法不同

化学分析:利用化学反应和它的计量关系来确定被测物质的组成和含量的一类分析方法。测定时需使用化学试剂、天平和一些玻璃器皿。

仪器分析:基于物质的物理或物理化学性质而建立起来的分析方法。这类方法通常是测量光、电、磁、声、热等物理量而得到分析结果，而测量这些物理量，一般要使用比较复杂或特殊的仪器设备，故称为“仪器分析”。仪器分析除了可用于定性和定量分析外，还可用于结构、价态、状态分析，微区和薄层分析，微量及超痕量分析等，是分析化学发展的方向。

二、仪器分析（与化学分析比较）的特点1.灵敏度高，检出限量可降低。2.选择性好。很多的仪器分析方法可以通过选择或调整测定的条件，使共存的组分测定时，相互间不产生干扰。3.操作简便，分析速度快，容易实现自动化。4.相对误差较大。化学分析一般可用于常量和高含量成分分析，准确度较高，误差小于千分之几。多数仪器分析相对误差较大，一般为5%，不适用于常量和高含量成分分析。5.仪器分析需要价格比较昂贵的专用仪器。三、仪器分析与化学分析的关系

仪器分析方法是在化学分析的基础上发展起来的。2.随着科学技术的发展，化学分析方法也逐步实现仪器化和自动化以及使用复杂的仪器设备。3.化学方法和仪器方法是相辅相成的。在使用时应根据具体情况，取长补短，互相配合。

四、学习掌握的目标不同1.化学分析要求掌握其基本的原理和测定方法，建立起严格的“量”的概念；正确掌握有关的科学实验技能，具备必要的分析问题和解决问题的能力。

2.学习仪器分析要求掌握的现代分析技术，牢固掌握各类仪器分析方法的基本原理以及仪器的各重要组成部分，对各仪器分析方法的应用对象及分析过程要有基本的了解。可以根据样品性质、分析对象选择最为合适的分析仪器及分析方法。

课前预习，认真听课，做好笔记，课后复习归纳总结，独立完成作业；掌握基本理论和实验技能，而且要注意把理论知识同实践紧密结合起来；树立准确的量概念，培养严肃认真、实事求是的科学态度；注意前后知识的衔接和关联，孤立地学习知识是没有用的。仪器分析学习方法参考书：仪器分析赵藻藩等（武汉大学）分析化学（第四版）（下册）孙毓庆主编分析化学邹学贤主编参考资料（学术期刊）：国内1.分析化学2.高等学校化学学报3.光谱学与光谱分析4.色谱国外1.AnalyticalChemistry2.Analyst光谱分析法概论

袁建梅E-mail:yyjm@163.comTel、电磁辐射与电磁波谱光是一种电磁辐射，是一种以巨大速度通过空间而不需要任何物质作为传播媒介的光量子流。光具有波动性和微粒性。波动性微粒性普朗克常数h＝6.6262×10-34J·s第一节电磁辐射及其与物质的相互作用辐射区段波长范围光谱类型跃迁类型γ射线X射线远紫外光近紫外光可见光近红外光中红外光远红外光微波无线电波0.005~0.14nm0.01~10nm10~200nm200~400nm400~800nm0.8~2.5μm2.5~50μm50~1000μm0.1~100cm1~1000mγ射线光谱X射线光谱真空紫外光谱紫外光谱可见光谱红外光谱红外光谱红外光谱微波光谱核磁共振光谱核能级内层电子能级内层电子能级价电子或成键电子能级同上振动能级振动能级和转动能级转动能级转动能级和自旋能级磁场诱导核自旋能级电磁波谱：电磁辐射按波长顺序排列。二、电磁辐射与物质的相互作用吸收：原子、分子或离子吸收光子的能量（等于基态和激发态能量之差），从基态跃迁至激发态的过程。发射：物质从激发态跃迁回至基态，并以光的形式释放出能量的过程。瑞利散射：光子与物质分子发生弹性碰撞，不发生能量交换，运动方向改变。拉曼散射：光子与物质分子发生非弹性碰撞，发生能量交换，运动方向改变。折射和反射：光从介质1照射到介质2的界面时，一部分光在界面上改变方向返回介质1，称为光的反射；另一部分光则改变方向，以一定的折射角度进入介质2，此现象称为光的折射。干涉：在一定条件下光波会相互作用，当其叠加时，将产生一个其强度视各波的相位而定的加强或减弱的合成波。衍射：光波绕过障碍物或通过狭缝时，以约180°的角度向外辐射，波前进的方向发生弯曲。第二节光学分析法的分类光学分析法(opticalanalysis)：基于物质发射的电磁辐射或物质与辐射相互作用后所产生的辐射信号或发生的信号变化来测定物质的性质、含量和结构的仪器分析方法。三个主要过程：①能源提供能量；②能量与被测物质相互作用；③产生检测讯号。一、光谱法与非光谱法光谱法(spectroscopicanalysis)：利用物质的光谱进行定性定量和结构分析的方法。光谱(spectrum)：当物质与辐射能相互作用时，物质内部发生能级跃迁，记录由能级跃迁所产生的辐射能强度随波长（或相应单位）的变化，所得的图谱称为光谱。非光谱法：不涉及物质内部能级的跃迁，即不以光的波长为特征讯号，仅通过测量电磁辐射的某些基本性质（反射、折射、干涉、衍射和偏振）的变化的分析方法。二、原子光谱法和分子光谱法原子光谱法(atomicspectroscopy)：以测量气态原子或离子外层或内层电子能级跃迁所产生的原子光谱为基础的分析方法。分子光谱法(molecularspectroscopy):以测量分子转动能级、分子中原子的振动能级和分子电子能级所产生的分子光谱为基础的定性、定量和物质结构分析方法。注意：原子光谱→线状光谱；分子光谱→带状光谱原子光谱：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带状光谱分子光谱：紫外、可见、红外等吸收光谱I能级示意图V3V2V1V0V0V1V2V3V4激发态E1基态E0J1

J2J3转动跃迁振动跃迁电子跃迁结论：ΔEe>ΔEv>ΔEfΔEe(1~20eV)

ΔEv

(0.05~1eV)

ΔEf((0.005~0.05eV)E＝

ΔE＝E1-E0ΔE=hv=hc/

J0吸收光谱基态光激发态吸收光谱法：利用物质的吸收光谱进行定性定量及结构分析的方法。三、吸收光谱法与发射光谱法发射光谱基态光激发态发射光谱法：利用物质的发射光谱进行定性定量的方法。光分析法光谱分析法非光谱分析法折射法圆二色光谱法X射线衍射法干涉法旋光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射线荧光化学发光第三节光谱分析仪器光源单色器样品池检测器讯号处理及显示器主要特点：五个单元组成一、辐射源（一）连续光源紫外光源：氢灯、氘灯可见光源：钨灯、氙灯红外光源：硅碳棒、Nernst

灯（二）线光源金属蒸气灯：汞灯、钠蒸气灯空心阴极灯单色器:包括入射狭缝,准直元件,色散元件,出射狭缝二、分光系统棱镜：依据不同波长光通过棱镜时折射率不同.玻璃350～3200nm,石英185～4000nm入射狭缝准直透镜棱镜聚焦透镜出射狭缝白光红紫λ1λ2800600500400光栅：在镀铝的玻璃表面刻有数量很大的等宽度等间距条痕(600、1200、2400条/mm)。

利用光通过光栅时发生衍射和干涉现象而分光。波长范围宽,色散均匀,分辨性能好,使用方便.－平面透射光栅－反射光栅（广泛使用）光栅衍射示意图M1M2出射狭缝光屏透镜平面反射光栅三、辐射的检测量子化检测器（光子检测器）：光电管、光电倍增管、光二极管阵列检测器等热检测器：真空热电偶、热电检测器等第四节光谱分析法的发展概况20世纪40年代中期，光电倍增管的出现促进了原子发射光谱、红外吸收光谱、紫外－可见吸收光谱及X-射线荧光光谱等的发展。20世纪50年代，原子物理的发展使原子吸收及原子荧光光谱兴起。20世纪60年代，等离子体、傅立叶变换与激光技术的引入，出现了电