第02章光分析法导论周老师.ppt

1、11:37:10、一、光分析法及其特征opticalanalysisanditscharacteristics， 光分析法：根据电磁辐射能量与被测物质相互作用后产生的辐射信号和物质组成及结构关系建立的分析方法电磁辐射范围：辐射电波的全范围相互作用方式：辐射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射等光分析法包括物质组成、结构特征， 在研究表面分析等方面具有其他方法不可分割的地位，11:37336010，3个基本过程： (1)供能(2)能量与被测物之间的相互作用(3)产生信号。 基本特征： (1)所有的光分析法包括3个基本过程；(2)涉及混合物分离的选择性测定(与色谱分析不同)；(3)涉及多个光学部件

2、。11:37:10、二、电磁辐射的基本性质basicpropertiesofelectromagneticradiation、电磁辐射(电磁波):以接近光速(真空中为光速)传播的能量c=/E=h=h c/c :光速。波长； 频率波数e :能量； h :普朗克常数电磁辐射具有波动性和微粒性，11:37:10，辐射能量特性：(1)吸收物质选择性地吸收特定频率的辐射能量，从低能量水平向高能量水平转变；(2)放出将吸收的能量作为光放出散射叉指散射和分子散射(4)折射折射是指两介质中的光的传播速度不同，(5)反射(6)干涉现象(7)衍射光绕过物体弯曲，传播到其后面的现象(8)偏振光仅向一个方向振动的光称

3、为平面偏振光。11:37336010、11:3736010、11336037336010、三，光分析分类type of optical analysis，分光法基于物质和放射能作用时分子引起能级转变而产生的发光分子光谱、非光谱法原子光谱(线性光谱):最常见的3种原子外层电子迁移原子吸收光谱(AAS )原子发射光谱(AES )、原子荧光光谱(AFS )原子内层电子迁移x射线荧光光谱(XFS ) 基于原子核和辐射作用的穆斯堡尔光谱、11:37:10、分子光谱(带状光谱):基于分子中的电子能级、振动-能级转变的紫外光谱法(UV )红外光谱法(IR )分子荧光光谱法(MFS )分子磷光光谱法(MPS

4、) 核磁共振和正磁共振光谱(n )非分光法：与能级迁移无关，在物质和辐射作用的情况下，仅使传播方向等物理性质变化的偏振法、干涉法、旋光法等；11336037336010、11336037336010、11336037336010、11336037336010、4、各种光分析法概要abriefintroductionofopticalanalysis，1 .原子发射光谱2 .原子吸收分析法利用特殊光源使被测定元素共振1133603736010，3 .原子荧光分析法在气体原子吸收了特征波长的辐射后，外层电子从基态或低能量状态转变为高能量状态，10-8s后回到基态或低能量状态时，发出与吸收波长相同或

5、不同的荧光辐射， 在与光源成90度的方向上测定荧光强度并进行定量的4 .分子荧光分析法某种物质在紫外光的照射下被激发后，在转变为基态的过程中发出比原来的激发波长长的荧光，通过测定荧光强度进行定量分析的方法。 1133603736010，6.x射线荧光分析法原子受到高能量辐射，其内层电子发生能级转变，发射出特征性的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供给能量，激发被测定分子，在转变为基态时发出一定波长的光，根据其强度和被测定物的浓度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一重激发态的分子不放射缓和而进入第一三重激发态，再次转变为

6、基态发出磷光。 测定磷光强度进行定量分析的方法。11:37:10、利用溶液中的分子吸收紫外和可见光的发生迁移而记录的吸收光谱图，可以进行化合物结构分析，可以根据最大吸收波长强度的变化进行定量分析。 9 .红外吸收光谱分析法用分子中的基团吸收基于红外光的振动旋转吸收光谱进行定量和有机化合物的结构分析的方法。 10、核磁共振谱分析法在外部磁场的作用下，核自旋磁矩和磁场相互作用分裂成能量不同的核磁能级，吸收高频辐射引起能级迁移，可以根据吸收光谱进行有机化合物的结构分析。 8 .紫外吸收光谱分析法、11336037336010、11 .正磁共振光谱分析法在外磁场的作用下，电子的自旋磁矩和磁场相互作用分

7、裂成磁量子数不同的磁能级，吸收微波引起能级迁移，基于吸收光谱、12、旋光法溶液的旋光性与分子的非对称结构密切相关，可以利用旋光法研究天然物和配合物的立体化学问题，用旋光修正测定糖的含量。 13 .衍射法x射线衍射：研究晶体结构，不同晶体具有不同的衍射模式。 电子衍射：电子衍射是透射电子显微镜的基础，研究物质的内部组织结构。、11:37:10、5、光分析方法进展development of optical analysis，1 .采用新光源，提高灵敏度的级联光源：电感耦合等离子体-辉光放电激光蒸发-微波等离子体2 .技术电感耦合高频等离子体(I 抗干扰性强，1133603736010，4 .交叉

8、，电致发光分析光纤电化学传感器5 .检测器的发展电荷耦合阵列检测器的光谱范围宽，量子效率高，线性范围宽，多通道同时数据采集，三维光谱图， 用光双极激光代替光电倍增管，能够同时测定多元素原子吸收的11:37336010、三种光分析法的测定过程的示意图、11336037336010、第二章光分析的导论、一、原子光谱atom SPE 分子光谱molecular spectrum，第二节原子光谱和分子光谱anintroductiontoopticalanalysis，atomspectrumandmolecularspectrum，11:37:10 磁量子数m； 自旋量子数s； 在原子外层存在多个电子

9、时，其运动状态是总角量子数l的总自旋量子数s； 内量子数j的说明、11:37:10、总角量子数、L=l外层价电子角量子数的矢量和、(2 L 1)个L=| l 1 l2 |、| l 1 l2 -1|、|l1-l2 l=2、1、0； 总自旋量子数：S=s； 外层价电子的自旋量子数的矢量和，(2 S 1)个的s=0，1，2，s或=0，1/2，3/2， s例：碳原子、基态的电子层结构(1s)2 3个不同的值l和s之间存在相互作用，可产生裂纹(2 S 1)个能级这是原子光谱产生光谱多重线的原因，用m表示，称为光谱线的多重性这将导致M=2(S ) 1=2。 双线碱土金属： 2个外层电子，自旋方向相同时，S

10、=1/2 1/2=0，M=3三线自旋方向相反时，S=1/2 1/2=0，M=1。 单线、11:37:10、内量子数：内量子数j依赖于总角量子数l和总自旋量子数s的矢量和： J=(L S )、(L S 1)、(L S )若干L S。 在该数值是合同修正(2 S 1)个的L S的情况下，该数值是合同修正(2 L 1)个的例子： L=2、S=1、j有3个值，j=3、2、1。 L=0，S=1/2； j只有1/2的值j值被称为频谱分支项，11:37:10，原子的能级通常用频谱项符号表示： nMLJ n :主量子数m :频谱多重性符号l :总角量子数j :内量子数，钠原子的频谱项符号32S1/2 表示钠原

11、子的电子处于n=3、M=2(S=1/2)、L=0、J=1/2的能级状态(基态能级)。11:37:10、电子能级转变的选择规则、一条光谱线是原子的外层电子在两个能级之间转变而生成的，可以用两个光谱项符号表示种类转变或转变光谱线：例如钠原子的双线na 5889.96 32 s1/23: Na 5895.93； 32S1/2 32P1/2。 量子数的变化量(2)包括0在内的总角量子数的变化量L=1 (3)中的变化量j=(1)主量子数的变化量n是整数，并且J=0时，禁止J=0的迁移(4)总自旋量子数的变化S=0，即禁止不同多重性状态间的迁移，1133603736010，2 .能级图，元素的光谱线系常用

12、能级图表示。最上面是光谱项的符号。最下面的横线表示基态。上面表示激发态。可以发生的转变用线连接线系：从各种高能量水平转变为同一低能量水平时发射的一系列光谱线，11336037336010，3 .共振线， 从基态向第一激发态的元素迁移最容易发生，所需能量最低，产生的光谱线也最强，该光谱线也称为共振线，也称为该元素的特征光谱线，11:37:10，二、分子光谱、原子光谱原子光谱图，分子光谱图，1133603736010，1 .分子中的能量， E=Ee Ev Er En Et Ei分子中的原子的原子力： En分子的平移能： Et电子动能： Ee原子间相对振动能： Ev分子旋转能： Ev分子旋转能Et，

13、 Ei小的E=Ee Ev Er分子引起迁移的吸收能量的放射频率：=Ee/h Ev/h Er/h、11336037336010、2 .二原子分子能级图，分子中价电子处于自旋对的单重基态S0分子轨道上，电子被激发为高能级，相反， 称为三重激发态，由T1、T2、表示的单重分子具有反磁性，三重分子具有顺磁性，由迁移引起的单重激发态概率高，寿命长，11:3736010，3 .迁移类型和分子光谱、分子光谱复杂， 电子迁移时具有振动和旋转能级迁移的分子的紫外可见吸收光谱是由纯电子迁移引起的，因此也称为电子光谱，光谱带比较宽的分子的红外吸收光谱是由分子中的基的振动和旋转能级迁移引起的， 也称为振动旋转光谱的分

14、子的荧光光谱在紫外或可见光照射下，电子转变为单激发态，不放射缓和而返回到第一单激发态的最低振动能级，从基态或基态的其他振动能级发出的光即分子的磷光是指， 113360336010、第四节分光修正器和光学设备、第一、分光修正器的基本流程general process of spectrometry二分光修正器的基本器件main parts of spectrometry，第二章光分析指针anintroductiontoopticalanalysis，instrumentsforspectro-metryandopticalparts，1133603 光分析仪器的基本流程generaa单色仪样本检

15、测器显示和数据处理，11:37:10，二、光分析仪器的基本单元主要部件，1 .光源因方法而异，采用不同的光源：火焰、灯、 根据电弧等光源的性质，连续光源：在宽范围内提供连续波长的光源、氢灯、氘灯、钨灯等线光源：提供特定波长的光源、金属蒸气灯(水银灯、钠蒸气灯)、空心阴极灯、激光等的113366 2 .单色仪、单色仪：得到高光谱纯度的放射线的装置，放射线的波长可以在宽范围内任意变更的主要部件： (1)进口狭缝(2)准直装置(透镜或者反射镜):使光束成为平行光线(3)分散装置(棱镜、灰色) : 11:37:10，(4)会聚透镜或凹面镜，使每个单色光束在单色器的出口表面上成像，以便以不同的角度传播不同波长的辐射。11:37:10、棱镜、棱镜对不同波长的光具有不同的折射率，波长长的光折射率小，波长短的光折射率大。平行光通过棱镜，按照波长顺序排列，成为单色光，聚焦在焦平面上的不同位置，得到按波长展开的光谱，棱镜的分辨率依赖于棱镜的几何尺寸和材料，棱镜的光学特性可以用色