仪器分析第3章光谱分析法导论课件

第三章光学分析法导论

BasicofSpectrometryanalysis

介绍电磁辐射的性质，电磁辐射与物质相互作用的某些基本概念．1分类凡是根据物质发射的辐射能或辐射能与物质相互作用而建立的一类分析方法，统称为光学分析法．光学分析法可以分为光谱法与非光谱法两类．当物质高温产生辐射或当辐射能与物质作用时，物质内部能级之间发生量子化的跃迁，并测量由此而产生的发射，吸收或散射辐射的波长和强度，这类方法就是光谱法．如果辐射能与物质相互作用时，不包含物质能级之间的跃迁，电磁辐射只改变了传播方向或某些物理性质，如折射、偏振等，这些方法属于非光谱法．在分析化学上光谱法比非光谱法更重要．2光学分析法导论3-1电磁辐射的性质3-2电磁波谱3-3辐射的吸收和发射3-4原子光谱和分子光谱3-5发射光谱、吸收光谱和荧光光谱3-6各个光谱区的光学分析方法33-1电磁辐射的性质一、电磁辐射的波动性二、电磁辐射的微粒性5一、电磁辐射的波动性电磁辐射在传播时表现出波的性质，如反射、折射、衍射、干涉和散射等．电磁辐射的波动性，可以用频率、速度和波长等参数来描述．

6频率ν

每秒内场振动的次数，单位是秒-1（s-1），这一量称为赫兹，用Hz表示．传播速度ci

通过某介质时波面的移动速度，单位是厘米·秒-1（cm·s-1）．波长λi

相邻两个波峰或波谷间的直线距离，单位为厘米（cm）．7波数的定义有时用波数来描述电磁辐射，波数δ的定义是每厘米内该波的振动次数．在红外光谱中常用波数来表示红外吸收峰的位置．9二、电磁辐射的微粒性电磁辐射看作是不连续的能量微粒，称为光子．即光的粒子性表现为光的能量不是均匀连续分布在它传播的空间，而是集中在光的的微粒上．光子的能量取决于辐射的频率．E=hv

该式把微粒概念的光子能量与属于波动概念的辐射的频率联系起来．光子的能量若用波长表示，则E=hc/λ

10能量单位光子的能量常用与能量成正比的频率（Hz）、波数（cm-1）等单位来表示．电子伏特（eV）也常用来表示光子的能量单位．电子伏特是一个电子通过一伏特的电位所获得的能量．辐射能还可以用每摩尔所具有的能量来表示．常用焦·摩尔-1（J·mol-1）为单位．11可见光谱区人眼所能感觉的那部分辐射区间（即可见区）．中心波长大约为555nm（黄绿色）．

430nm～690nm

不同光谱区对应的分析方法不同．133-3辐射的吸收和发射构成物质的每一种基本体系——原子、离子、分子——具有不连续的有限的量子化能级．辐射的吸收与发射

M+hvM*（基态）（激发态）143-3辐射的吸收和发射一、辐射的发射二、辐射的吸收15二、辐射的吸收物质的吸收光谱差异很大，特别是原子吸收光谱和分子吸收光谱，与吸收组分的复杂程度、物理状态及其环境有关．原子吸收原子吸收的谱图，由有限数量的窄带组成．紫外及可见光区的能量足以引起外层电子或价电子的跃迁．而能量大几个数量级的X射线，能与原子的内层电子相互作用，故在X射线光谱区能观察到原子最内层电子跃迁产生的吸收峰．17分子吸收分子甚至双原子分子的光谱，要比原子光谱复杂得多．磁场的诱导吸收当将某些元素放入磁场中时，其电子和核受到强磁场的作用后，它们的磁性质会产生附加的量子化能级．这种诱导能态间的能量差很小，它们的跃迁仅能通过吸收低频区的辐射来实现．18光谱的定义孤立的原子、离子或分子的能级是特征的，因此测量试样发射或吸收的辐射，就能获得有关它们能级的信息．把测得的发射或吸收强度对电磁辐射的能量作图，这就是光谱．由特征光谱可做试样组分的定性分析．由发射或吸收强度可以进行定量分析．193-4原子光谱和分子光谱光谱与原子或分子内能变化的关系为：

ΔE＝hv＝hc/λ原子光谱具有线光谱的特征．由于所有元素的原子，其价电子跃迁所引起的能量变化一般在2～20eV之间，所以原子光谱的波长多分布在紫外及可见光谱区，仅少数落在近红外区．21分子光谱的特征分子的总能量包括分子的电子能级的能量，分子中原子或原子团在其平衡位置上作相对振动的振动能量，以及整个分子绕其轴作旋转运动的转动能量．分子能级的数目多，分子光谱较原子光谱复杂．22分子跃迁时，分子中总的内能变化为：

ΔE＝ΔEe+ΔEυ+ΔErΔEe：约为1～20eV（与原子内能变化同数量级）ΔEυ：约为0.05～1eV（约为ΔEe的1%）ΔEr：小于0.05eV或小于10-4eV（约为ΔEe的0.1%）23分子光谱和原子光谱的共性有各自的特征性，相应的特征谱线．可以用来判断物质存在与否及研究物质的内部结构．2526荧光光谱

1)无辐射跃迁物质吸收辐射跃迁到较高能级后，回到基态后以热的形式消耗能量．2)辐射跃迁激发态原子或分子可能先通过无辐射跃迁过渡到较低激发态，然后再以辐射跃迁的形式过渡到基态，或者直接以辐射跃迁的形式过渡到基态．293)荧光光谱辐射跃迁产生的光谱．4)化学发光光谱在一些特殊的化学反应体系中，有关分子吸收反应所释放的化学能而处于激发态，回到基态时产生光辐射．这样获得的光谱称为化学发光光谱．30散射现象辐射与物质相互作用时，一部分光辐射改变原来的方向，向各个方向传播，这就是散射现象．拉曼散射在散射现象中，占总强度约1%散射光与普通的散射不同，它的频率发生了改变．其频率低于或高于原来的入射频率，这种散射称为拉曼散射．313-6各个光谱区的光学分析方法各个波谱区的分析方法见p83表4-2所示．各类光谱法测量的信号是不同频率的光子．32光学光谱区opticalspectralregion远紫外(FUV-farultraviolet)10～200nm真空紫外(VUV-vacuumultraviolet)紫外(UV-ultraviolet)200～430nm可见(Vis-visible)430～750nm(0.75µm)近红外(NI