光谱分析法导论课件

光谱分析法引论Anintroductiontoopticalanalysis

InstrumentalAnalysis

Chapter2.7/5/20231第一节光分析法及其特点第二节电磁辐射的基本性质第三节光分析法分类（重点）第四节光谱法仪器（重点）内容.7/5/20232

一、定义不同形式电磁辐射与物质间相互作用而建立起来的分析方法。光分析法在研究物质组成、结构表征、表面分析等方面具有其他方法不可取代的地位。电磁辐射范围：γ射线～无线电波；相互作用方式：发射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射等；第一节光分析法及其特点.7/5/20233

二、基本特点（1）均包含三个基本过程：能源提供能量；能量与被测物之间的相互作用；产生信号。（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。第一节光分析法及其特点.7/5/20234第二节电磁辐射的基本性质电磁辐射（电磁波）：以接近光速传播的能量。波动性：c=λν=ν/σ反射、折射、散射、干涉、衍射微粒性：光电效应康普敦效应黑体辐射普朗克(Planch)公式

E=hν=hc/λ

σ/cm-1

=1/(λ/cm)

=104/(λ/μm)

E--光子的能量J,焦耳υ

---光子的频率Hz,赫兹---光子的波长cmC---光速2.99791010cm.s-1h---Planch常数6.625610-34J.s焦耳.秒一.电磁辐射的波粒二象性.7/5/20235二.电磁辐射与物质的相互作用及其光谱1.物质的能态2.电磁辐射的吸收与发射原子、离子、分子A.原子光谱线光谱LinespectraE2E0E1E3hi波长半宽度10-2~10-5Na5890、5896原子吸收光谱原子发射光谱.7/5/20236B.分子光谱带光谱Bandspectra有机、无机分子E2E1E0半宽度20~100nm分子吸收光谱分子发射光谱hi波长/nmA(T)波长/nmI半宽度20~100nm.7/5/20237C.荧光发射光致发光h原子荧光----线光谱

分子荧光----带光谱

E2E0E1E3hiE2E1E0hihi.7/5/20238三.电磁波谱.7/5/20239第三节光分析法的分类基于物质与辐射能作用时，物质发生能级跃迁，测量由此而产生的发射、吸收或散射辐射的波长和强度。基于物质与辐射相互作用时，测量辐射的某些性质的变化的分析方法.原子外层或内层电子能级的变化产生的，其形式为线光谱。原子光谱

分子光谱由分子中电子能级、振动和转动能级的变化产生的，其形式为带光谱。光谱法光谱法非光谱法.7/5/202310原子光谱图分子光谱图.7/5/202311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.7/5/202312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.7/5/202313第四节光谱法仪器五个基本单元：光源；单色器；样品；检测器；显示与数据处理光源与检测器方向？.7/5/202314

连续光源：在较大范围提供连续波长的光源：氢灯、氘灯、钨丝灯、能斯特灯等；

线光源：提供特定波长的光源：金属蒸气灯(汞灯、钠蒸气灯)、空心阴极灯、激光等一、光源.7/5/202315二、单色器获得高光谱纯度辐射束的装置（复合光分解为单色光或有一定宽度的谱带)；主要部件：（1）狭缝；（2）准直装置(透镜或反射镜)：使辐射束成为平行光线；（3）色散装置(棱镜、光栅)：使不同波长的辐射以不同的角度进行传播；（4）聚焦透镜或凹面反射镜，使每个单色光束在单色器的出口曲面上成像。.7/5/202316光栅单色器基本组成棱镜单色器基本组成.7/5/202317

nλ=d(sinφ±sinφ´)

平面衍射光栅300~2000条/mm光栅的分光作用：狭缝的衍射作用形成的1.平面光栅衍射的色散方程n—(级数)0,±1,±2,…d--为光栅常数φ--为入射角φ´--为衍射角线色散率：A色散率角色散率：dφ´/dλ=n/dcosφ´2.平面光栅衍射的性能指标色散率分辨率聚光本领.7/5/202318B.分辨率RN为光栅的总刻线数，与面积有关。例：对一块宽度为50.0mm，刻线数为1200条/mm的光栅，它的一级光栅的分辩能力为多少？在6000埃附近能分辨的两条谱线的波长差为多少？解：分辨率为：R=1×50×1200=6×104比棱镜高波长差为：Δλ=λ/R=6000/60000=0.1埃.7/5/202319狭缝

单色器的进口狭缝起着单色器光学系统虚光源的作用。复合光经色散元件分开后，在出口曲面上形成相当于每条光谱线的像，即光谱。转动色散元件可使不同波长的光谱线依次通过。

定性分析时，减小狭缝宽度，使相邻谱线的分辨率提高；

定量分析时，增大狭缝宽度，可使光强增加。.7/5/202320三、试样装置（1）吸收池

紫外分光光度法：石英比色皿

可见分光光度法：玻璃比色皿

荧光分析法：石英比色皿

红外分光光度法：将试样与溴化钾压制成透明片（2）特殊装置原子吸收分光光度法：雾化器中雾化，在火焰中，元素由离子态→原子；

.7/5/202321四、检测器.7/5/202322.7/5/202323光电倍增管（photomultipliertube,PMT）

1个光子产生106~107个电子共有9个打拿极(dynatron)所加直流电压共为1090V放大倍数：2n~5n;n=10,103~107

最大108~109光电流：10-8~10-3A响应时间：10-9s光电倍增管示意图124689753光束石英套阳极屏蔽栅极,Grill900Vdc90V123456789阳极阴极石英封读出装置R缺点：热发射强，因此暗电流大。不