仪器分析A 第四章光学分析导论

1、第四章 光学分析法导论,一、光学分析法的定义 Definition of optical analysis 二、电磁波的波动性 The volatility of electromagnetic wave 三、电磁波的微粒性 The particularity of electromagnetic waves 四、电磁波谱 Electromagnetic spectrum,第一节 电磁波的性质,Introduction of optical analysis,Properties of electromagnetic waves,2019/11/28,07:40:07,1.定义：根据物质发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。 2.光学分析法三个过程： 能源提供 能量与被测物质 产生被检测 能量 相互作用 讯号,一、光学分析法,07:40:07,光学分析法,辐射能 物质 作用 性质不同 光谱法 非光谱法 （光谱分析法） （一般光学分析法）,AES、AAS、AFS、MFS、 UV-VIS、IR 、NMR、EPR,折射分析、旋光分析、 X衍射分析、

2、光散射分析,07:40:07,当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，测量这些性质改变的分析方法，就是非光谱法。 不是重点学习的内容,3.非光谱分析法（一般光学分析法）,07:40:07,4.光谱分析法（光谱法）,当物质与辐射能相互作用时（发射或吸收），物质内部发生能级的跃迁，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。 利用物质的光谱进行定性、定量和结构分析的方法称为光谱分析法，简称光谱法。 重点讨论内容,07:40:07,二、电磁波的波动性,光是一种电磁辐射（又称电磁波），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，它具有波粒二象性（波动性、微粒性）。 光的波动性：波长 ，波数 ，频率 。,频率,波动性,波长,c光速2.9979108ms-1 2.99791010cms-1,1.光速：电磁波（包括光）在真空中的传播速度 C = 2.997925 1010 cms-1 = C / （Hz） 2. 波长：相同振动相位的两波间，从某一波上任一点到相邻波上相应点之

3、间的线性距离 3. 频率 ：每秒钟内光波振动次数 = 1 / = /C （cm-1） 4. 波数 ：每cm长度中波的数目,07:40:07,三、电磁波的微粒性,光的微粒性：E （每个光子具有的能量）,微粒性,普朗克常数 h 6.626210-34Js,将电磁辐射的二象性联系在一起,07:40:07,四、电磁波谱,1.电磁波谱：将电磁波按波长排列成谱。 射线X射线紫外可见红外微波无线电波 光是电磁辐射的一部分 能 量 高 低 波长 短 长 频率 大 小 波数 多 少 P100表4-1 电磁波谱分区,07:40:07,电磁辐射与物质的作用机制的不同 不同的光学分析方法 重点讨论光谱法的分类,2.光学分析方法的分类,07:40:07,吸收光谱法 能级跃迁方向 发射光谱法 分类： 分子光谱法 能量作用粒子 原子光谱法,辐射源的波长（ 射线光谱法；X 射线光谱法；紫外光谱法；可见光谱法；红外光谱法）,07:40:07,光学分析法的分类,光谱方法： 测量发射或吸收光谱 的波长和强度,非光谱方法,定性、定量,物质内部特定的能级跃迁,特征光谱的波长： 定性、结构分析,光谱的强度： 定量分析,原子光谱,

4、分子光谱,折光、旋光、衍射、比浊法,原子发射光谱,原子吸收光谱,红外光谱,可见光谱,紫外光谱,第四章 光学分析法导论,一、原子光谱 Action spectrum 二、分子光谱 Molecular spectrum,第二节 原子光谱和分子光谱,Introduction of optical analysis,Action spectrum and molecular spectrum,2019/11/28,07:40:07,1.原子光谱：是由一条条明锐的彼此分立的谱线组成的线状光谱，每一条光谱线对应于一定的波长，这种线状光谱只反映原子或离子的性质而与原子或离子来源的分子状态无关。 2.原子光谱法：是以测量气态原子或离子外层电子能级跃迁所产生的原子光谱为基础的成分分析方法。 3.原子光谱法应用范围：可以确定试样物质的元素组成和含量，但不能给出物质分子结构的信息。 4.原子能级：量子化 基态 激发态 P101 图4-2 钾原子部分 能级图,一.原子光谱,07:40:07,1.分子光谱法：是以测量分子转动能级、分子振动能级（包括分子转动能级）和分子电子能级（包括振-转能级）跃迁所产生的分子光

5、谱为基础的定性、定量和物质结构分析方法。,二.分子光谱,2.分子能级：连续的,运动状态 电子运动 原子振动 分子转动 电子能级 振动能级 转动能级 Ee Ev E f 120eV 0.051eV 0.0050.05 eV 相当于 相当于 相当于 (125060nm) (250001250nm) (25025m) 紫外、可见、部分近红外 红外 远红外微波 分子能级差 E 分子 = Ee + Ev + E f,3.分子光谱： 带状光谱,分子能级跃迁示意图 见P102 图4-3 同一电子能级有许多间隔较小的振动能级和间隔更小的转动能级 分子 电子能级+振动能级+转动能级 对应同一个Ve值 （包含不同Vv和Vf） 光谱带系（电子-振动-转动光谱） 带状光谱（复杂）,第四章 光学分析法导论,一、发射光谱 Emission spectrum 二、吸收光谱 Absorb spectrum,第三节 发射光谱和吸收光谱,Introduction of optical analysis,Emission spectrum and Absorb spectrum,2019/11/28,07:40:07,一、

6、发射光谱,1.发射光谱：构成物质的原子、离子或分子受到辐射能、热能、电能或化学能的激发，电子由激发态回至基态所产生的光谱。 激发态 基态,2.发射光谱法：利用物质发射光谱进行定性定量分析方法。,线状光谱 带状光谱 由气态或高温下物质 分子被激发 在离解为原子或离子 而发射的光谱 时被激发而发射的光谱 原子发射光谱法 分子发光光谱 原子荧光光谱法 分子荧光和磷光光谱法 拉曼散射光谱,07:40:07,1.吸收光谱：用具有线状或连续光谱的光源（电磁辐射）照射样品，其原子或分子选择吸收某些具有适宜能量的光子后，由基态跃迁至激发态，在相应波长位置出现吸收线或吸收带，所形成的光谱为吸收光谱。 基态 激发态 2.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。,二、吸收光谱,2.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。,（1）原子吸收光谱法 （2）分子吸收光谱法 紫外分光光度法 远紫外分光光度法 近紫外分光光度法 可见分光光度法 红外分光光度法 近红外分光光度法 中红外分光光度法 远红外分光光度法 （3）电子自旋共振波谱法、核磁共振波谱法,3.紫外-可见分光光度法,远紫外分光光度法 近紫外分光光度法 可见分光光度法 far-UV near-UV Vis = 5200nm = 200400nm = 400700nm 分子中中壳层电子 分子中外层电子（价电子） 价电子 能级跃迁 能级跃迁（伴随分子振动和转动） 能级跃迁（伴随振动） 带状紫外光谱 具有共轭结构的 具有长共轭结构的 有机分子 有机分子 、有色无机物 的价电子,07:40:07,1.特点：(1)灵敏度高。原子发射光谱法的最低检出限是0.1ngmL-1。(2)使用试样量少。(3)光学分析法适用的被测组分含量范围很广泛。适用于微量、痕量甚至超痕量组分的分析。(4)分析速度快。(5)多元素同时测定。,光学分析法的特点和应用,2.应用:(1)成分分析。(2)化学、物理化学各种参数的测定。(3)化学反应机理的研究。(4)分子结构的测定。(5)遥感分析。(6)特征分析。,

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