光谱分析法概论

2章光谱分析法概论依据物质放射的电磁辐射或物质与辐射的相互作用建立起来的一类仪器分析方法，统称为光学分析法。光是电磁辐射(又称电磁波)，是一种不需要任何物质作为传播媒介就可以以巨大速度通过空间的光子流〔量子流λ、波数σ和频率υ相互关系为：c/和1//c，c=2.997925×1010cm/s。光的微粒性表达在吸取、放射、热辐射、光电效应、光压现象以及光化学作用等方面，用每个光子具有的能量E作为表征。光子的能量与频率成正比，与波长成反比，关系为：hc从γ长或频率的挨次排列起来，就可得到电磁波谱〔electromagneticspectrum波长在360～800nm范围的光称为可见光，具有同一波长、同一能量的光称为单色光，由不同波长的光组合成的称为复合光。复合光在与物质相互作用时，表现为其中某些波长的光被物质所吸取，另一些波长的光透过物质或被物质所反射，透过物质的光〔或反射光〕能被人眼观看到的即为物质所呈现的颜色。不同波长的光具有不同的颜色，物质的颜色由透射光〔或放射光〕的波长所打算。当物质与辐射能相互作用时，其内部的电子、质子等粒子发生能级跃迁，对所产生的辐射能强度随波长(或相应单位)变化作图，所得到的谱图称为光谱〔也称波谱利用物质的光谱进展定性、定量和构造分析的方法称为光谱分析法或光谱法。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根底的成分分析方法为原子光谱法，由分子中电子能级〔nv〕和转动能级〔J〕的变化而产生的光谱为根底的定性、定量和物质构造分析方法为分子光谱法。有紫外-可见分光光度法〔UV-Vis光谱法〔IRMFS〕和分子磷光光谱法〔MPS〕等。物质吸取相应的辐射能而产生的光谱为吸取光谱。利用物质的吸取光谱进展定性、定量及构造分析的方法称为吸取光谱法。物质受激，跃迁到激发态M*后，由激发态回到基态时以辐射的方式释放能量，而产生的光谱为放射光谱。物质放射的光谱有三种：线状光谱、带状光谱和连续光谱。利用测量物质的放射光谱的波长和强度进展定性、定量的方法称为放射光谱法。一般包括五个根本单元：光源、单色器、样品池、检测器和读出器。仅含特定波长的光〕或有肯定宽度的谱带，由入射狭缝和出射狭缝、准直镜、聚焦镜以及色散元件〔如棱镜或光栅〕等组成，分色散型和干预型。当一束波长为的平行单色光〔强度为I0IIIII

T的比值为透光率〔transmittance，

tI00 t t 0分数为百分透光率〔Percentagetransmittance，

T%

IIt1000 透光率的负对数称为吸光度〔absorbance，度。

AlgTlg

II0t0吸光度具有加和性，即当溶液中有多个吸光物质时，其吸光度为各吸光物质的吸光度之和，A=A1+A2+A3+……。光吸取定律：当一束平行的单色光通过均匀溶液时，溶液的吸光度与液层厚度和吸光物Aabc，称为Lambert-Beer定律，简称L-B定律。吸取系数a为吸光物质在单位浓度、单位液层厚度时的吸光度。不同物质对同一波长的单色光，有不同的吸取系数，吸取系数愈大，说明该物质在该波长下的吸光力量愈强，灵敏c所取单位不同而不同。〔1mol/L〕表示时的吸取系数，以表示，单位为L/(mol•cm)105104为强吸取，103为弱吸取，介于两者之间的为中强吸取。〔2)g/100mLE1%1cm表示，单位为100mL/(g•cm)，百分吸取系数特别适用于摩尔质量未知的待测组分。M〔3〕两种吸取系数表示方式之间的关系：

E1%10 1cm−cBeer光学因素。化学因素有解离、缔合、溶剂化或生成协作物等。1〕非单色光〔2〕杂散光〔3〕反射光和散射光〔4〕非平行光浓度或吸光度测量的相对误差，取决于透光率T和透光率测量误差ΔT的大小。透光率T20％～65A0.2～0.7之间时，浓度测量的相对误差较小，是测量的适宜范T＝36.8%〔或吸光度A＝0.434〕时，浓度测量的相对误差最小。二、重点和难点本章重点：光谱分析法分类；光吸取定律；光度法误差。本章难点：光吸取定律。思考题与习题光谱分析法有哪些类型？答：当物质与辐射能相互作用时，其内部的电子、质子等粒子发生能级跃迁，对所产生的辐射能强度随波长(或相应单位)变化作图，所得到的谱图称为光谱〔也称波谱谱进展定性、定量和构造分析的方法称为光谱分析法或光谱法。光谱法种类很多，吸取光谱吸取光谱法和放射光谱法有哪些异同？答：吸取光谱是指物质吸取相应的辐射能而产生的光谱。其产生的必要条件是所供给的辐射能量恰好满足该吸取物质两能级间跃迁所需的能量，ΔE=hv时，将产生吸取光谱。利用物质的吸取光谱进展定性、定量及构造分析的方法称为吸取光谱法。放射光谱是指构成物质的原子、离子或分子受到辐射能〔光致激发能的激发，跃迁到激发态M*后，由激发态回到基态时以辐射的方式释放能量，而产生的光谱。物质放射的光谱有三种：线状光谱、带状光谱和连续光谱。利用测量物质的放射光谱的波长和强度进展定性、定量的方法称为放射光谱法。都需要供给能量符合ΔE=hv，均使物质能量发生变化，均可利用测量物质光谱的波长和强度进展定性、定量分析。异在产生光谱的过程，光谱类型，吸取光谱法可作构造分析。3．什么是分子光谱法？什么是原子光谱法？答：由分子中电子能级〔nv〕和转动能级〔J〕的变化而产生的光谱为根底的定性、定量和物质构造分析方法为分子光谱法。有紫外-可见分光光度法〔UV-Vis光谱法〔IRMFS〕和分子磷光光谱法〔MPS〕等。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根底的成分分析方法为原子光谱法，常见有原子放射光谱法〔AESAAS法〔AFS〕以及Ｘ射线荧光光谱法〔XFS〕等。4．列出以放射为原理的光谱分析法，并将其分类。1〕射线光谱法是〔2〕X射线荧光分析法〔3〕原子放射光谱分析法〔4〕原子荧光分析法〔5〕分子荧光分析法〔6〕分子磷光分析法〔7〕化学发光分析法简述以下术语的含义：电磁波谱、放射光谱、吸取光谱、荧光光谱答：电磁波谱是把电磁辐射依据波长或频率的挨次排列所得。电能〔电致激发〕或化学能的激发，跃迁到激发态M*后，由激发态回到基态时以辐射的方式释放能量，而产生的光谱。吸取光谱是指物质吸取相应的辐射能而产生的光谱。其产生的必要条件是所供给的辐射能量恰好满足该吸取物质两能级间跃迁所需的能量，ΔE=hv时，将产生吸取光谱。荧光光谱指某些物质分子吸取辐射而成为激发态分子，然后回到基态的过程中放射出比入射波长更长的荧光，而产生的光谱。Lambert-Beer定律的物理意义、数学表达式及适用条件。答：当一束平行的单色光通过均匀溶液时，溶液的吸光度与液层厚度和吸光物质的浓度的乘积成正比关系，称为Lambert-Beer定律，简称L-BAabc；适用条件：平行的单色光，稀溶液。吸取系数的物理意义及表示形式。a为吸光物质在单位浓度、单位液层厚度时的吸光度。随浓度c所取单位1cm不同吸取系数有摩尔吸取系数ε和百分吸取系数E1%1cm

两种表示形式。Beer定律的因素及透光率测量误差。答：影响Beer定律的因素主要有化学因素与光学因素。化学因素有解离、缔合、溶剂化或生成协作物等。1〕非单色光〔2〕杂散光〔3〕反射光和散射光〔4〕非平行光浓度或吸光度测量的相对误差，取决于透光率T的大小。透光率T20％～65A0.2～0.7之间时，浓度测量的相对误差较小，是测量的适宜范T＝36.8%〔或吸光度A＝0.434〕时，浓度测量的相对误差最小。试述选择最大吸取波长作为测量波长的依据。答：Beer定律只适用于入射光为单色光，但事实上真正的单色光是难以得到的。实际工作中，光源放射出连续光谱，利用单色器将所需要的波长从连续光谱中别离出来，其波长宽度取决于单色器的狭缝宽度和区分率。由于制作技术的限制，同时为了保证光的强度，狭缝需要保持肯定的宽度，因此别离出来的光实际上同时包含了所需波长的光和四周波长的光，即实际应用于测量的光为具有肯定波长范围的复合光。吸光物质对不同波长的光的吸取力量不同，从而导致对Beer定律的偏离。在无法获得严格的单色光的现实状况下，设法减小入射光谱带范围内