谱线波长的测定
光谱分析，在科学研究和工程技术上有着广泛的应用。而它的本质是因为各种元素有它们自己特定的谱线，测定光谱中各谱线的波长和相对强度，就可以确定该物质的成分及其含量。
【一】实验目的
1、观察光栅的衍射现象和光源的谱线，加深对光栅衍射的认识。
2、熟练分光计的使用。
【二】实验原理
光栅是大量等宽等间距的平行的单缝组成的光学器件可以做成透射式的，也可以做成反射式的。在透明片上刻出大量等宽等间距的平行刻痕，就构成透明光栅，刻痕部分不透明，而刻痕间就成了透明部分。透射光栅利用透明光衍射产生干涉组成光谱线。
若在金属层表面上刻上许多等宽等间距的平行刻线，就组成反射光栅，两刻线间的光滑金属面可以反射光线，产生衍射现象，衍射光线间产生干涉组成光谱线，反射光栅在光学仪器中亦得到了广泛的应用。
在本实验中采用透射光栅。按其透明部分透光情况可分为矩形光栅和正弦光栅。
色光入射到光栅上，除中央细纹外，不同波长的同一级明条的角位置是不同的，并按波长次序由短到长自中央向外侧依次分开排列，每一干涉级次都有这样一组谱线，（矩形光栅形成的级次多，而正弦光栅的级次少），光栅衍射产生的这种按波长排列的谱线称为光栅光谱。
如图所示当光线垂直入射到光栅面上时，光栅二相邻透光狭缝对应处发出的光束在屏上P处相遇，干涉产生的明暗情况由其光程差d sinθ值决定，其明条纹条件：
d sinθ=kλ，（k=0，±1，±2，…）（*）
即相邻两缝间衍射角为θ的光束的光程差等于波长的整数倍时，在屏上将出现明条纹，k值即为光栅光谱的级次。（*）式称为光栅方程。
根据（*）式，若已知某谱线波长，通过测量其衍射角θ就可测得光栅常数。同样，若已知光栅常数d，通过测量某谱线衍射角θ就可测得其波长。本实验中所采用光栅的光栅常数d=1/300mm，要求测量低压汞灯的四条谱线的波长。
【三】实验内容
1、调整分光计
a、调整望远镜的目镜。看清晰望远镜叉丝。
b、调整望远镜使之聚焦到无穷远，即可接收平行光。看清晰平面镜反射回来
的亮的小十字叉丝像。
c、调整望远镜光轴与载物台平面，使之均与分光计中心转轴垂直。
d、调整平行光管，获得平行光、线光源，并与望远镜光轴同轴。
2、将光栅放置于载物台上，设法使之与入射光垂直（为什么？如何做到？）。
3、观察复色光（低压汞灯光）的谱线，了解光栅光谱特征。
4、测量汞灯黄色双谱线，绿色谱线和紫色谱线的波长。
【四】数据记录处理
光栅常数 d＝
【五】思考题
分析光栅面和入射平行光不严格垂直时，对实验结果有何影响？
VICSEN-V元素分析分析光谱系统 ----紧凑 ----精确 ----自动化 ----易于使用 VICSEN-V元素分析系统用高分辨率CCD检测器取代了笨重的光电倍增管,结合其它的紧凑化设计,在不牺牲分析精度的前提下大大降低了VICSEN-V元素分析系统的体积和重量,使其成为目前世界上最为紧凑小巧和自动化程度最高的油液分析元素光谱仪.而且分析效能完全满足乃至超过ASTM D6595标准的要求。 VICSEN-V元素分析系统内置有功能强大的专家诊断系统,因此不需要仪器操作人员具备很高的专业知识.每次测试得出的数 据都会经过专家系统的汇总与分析而生成为精确的设备诊断报告或维修措施. 工作原理： 和其它火花激发光谱仪不同之处在于VICSEN-V元素分析系统不使用石墨盘棒电极，而是用一对高纯度银电极，油样被泵送到下面电极的空心通道，然后到达两电极的间隙而被激发。所产生的光束经过梳理后经由两个光缆传输到光栅，分光后由CCD检测器进行检测，再通过数模转换给出各种元素的浓度数值。 用泵送式而不是通过盘电极携带)问题,可以检测50微米以下的大颗粒.这就彻底解决了多年来困扰发射光谱仪的大颗粒分析问题. 丰富的设备数据库：本系统的研发公司的前身是专业化的油液分析公司。VICSEN-V元素分析系统配备了包含有上万种型号发动机，传动系统，压缩机和发电机等设备监测界限值库，是众多专家几十年丰富油液分析经验的结晶。专家系统通过对比实测数据和数据库中所规定的界限值，就可以精确有效地判断设备的整体运转状况。使管理人员对设备的状况一目了然,在制定维修计划时既不会维修不足又不会过度维修.对人员的合理配置和备件及易耗品的储备等问题都可从报告中获益。同时数据库为开放式设计，用户可以根据自身设备的实际情况对其进行针对性的修改和调整. 适合机动部署：VICSEN-V元素分析系统设计坚固耐用,可以部署在各种恶劣的使用环境之中.比如对于海军来说,可以很方便的把系统部署在舰上,在工矿企业可以部署在车间等一线场合,也可以放在各种车辆上以满足机动的要求.因此可以说VICSEN-V元素分析系统就相当于一个“可机动的油料分析试验室+高水平的油料分析和设备状态监测专家”,这个突出优势是其它油液监测仪器所无法比拟的. 技术配置: 测试元素: Fe, Cr, Pb, Cu, Sn, Al, Mo, Si, Na, K(基本型) Ni, Ti, Mn, V, B, Mg, Ca, Ba, P, Zn(扩展型) 操作软件: Windows XP MS SQL 2000 规格: 56cm×51cm×38cm 重量: 23.7Kg 工作温度:5-40oC 粘度范围: 0-800cSt@40 oC 样品量: 28ml 网络传输:支持LAN网络传输
可见光 指能引起视觉的电磁波。可见光的波长范围在0.77～0.39微米之间。波长不同的电磁波，引起人眼的颜色感觉不同。0.77～0.622微米，感觉为红色；0.622～0.597微米，橙色；0.597～0.577微米，黄色；0.577～0.492微米，绿色；0.492～0.455微米，蓝靛色；0.455～0.39微米，紫色。 可见光是电磁波谱中人眼可以感知的部分，可见光谱没有精确的范围；一般人的眼睛可以感知的电磁波的波长在400到700纳米之间，但还有一些人能够感知到波长大约在380到780纳米之间的电磁波。正常视力的人眼对波长约为555纳米的电磁波最为敏感，这种电磁波处于光学频谱的绿光区域 人眼可以看见的光的范围受大气层影响。大气层对于大部分的电磁波辐射来讲都是不透明的，只有可见光波段和其他少数如无线电通讯波段等例外。不少其他生物能看见的光波范围跟人类不一样，例如包括蜜蜂在内的一些昆虫能看见紫外线波段，对于寻找花蜜有很大帮助。 红外光谱 红外光谱（infrared spectra），以波长或波数为横坐标 以强度或其他随波长变化的性质为纵坐标所得到的反映红外射线与物质相互作用的谱图。按红外射线的波长范围，可粗略地分为近红外光谱（波段为0.8～2.5微米）、中红外光谱（2.5～25微米）和远红外光谱（25～1000微米）。对物质自发发射或受激发射的红外射线进行分光，可得到红外发射光谱，物质的红外发射光谱主要决定于物质的温度和化学组成；对被物质所吸收的红外射线进行分光，可得到红外吸收光谱。每种分子都有由其组成和结构决定的独有的红外吸收光谱，它是一种分子光谱。分子的红外吸收光谱属于带状光谱。原子也有红外发射和吸收光谱，但都是线状光谱。 量子场论或量子电动力学可以正确地描述和解释红外射线（一种电磁辐射）与物质的相互作用。若采用半经典的理论处理方法，即对组成物质的分子和原子作为量子力学体系来处理，辐射场作为一种经典物理中的电磁波并忽略其光子的特征，则分子红外光谱是由分子不停地作振动和转动而产生的。分子振动是指分子中各原子在平衡位置附近作相对运动，多原子分子可组成多种振动模式。当孤立分子中各原子以同一频率、同一相位在平衡位置附近作简谐振动时，这种振动方式称简正振动。含N个原子的分子应有3N－6个简正振动方式；如果是线性分子，只有3N－5个简正振动方式。图中示出非线性3原子分子仅有的3种简正振动模式。分子的转动指的是分子绕质心进行的运动。分子振动和转动的能量不是连续的，而是量子化的。当分子由一种振动（或转动）状态跃迁至另一种振动（或转动）状态时，就要吸收或发射与其能级差相应的光。 研究红外光谱的方法主要是吸收光谱法。使用的光谱有两种类型。一种是单通道或多通道测量的棱镜或光栅色散型光谱仪，另一种是利用双光束干涉原理并进行干涉图的傅里叶变换数学处理的非色散型的傅里叶变换红外光谱仪。 红外光谱具有高度的特征性，不但可以用来研究分子的结构和化学键，如力常数的测定等，而且广泛地用于表征和鉴别各种化学物种。 紫外光谱 紫外光谱是分子中某些价电子吸收了一定波长的电磁波，由低能级跃近到高能级而产生的一种光谱，也称之为电子光谱。目前使用的紫外光谱仪波长范围是200~800nm。其基本原理是用不同波长的近紫外光（200~400nm）依次照一定浓度的被测样品溶液时，就会发现部分波长的光被吸收。如果以波长λ为横坐标（单位nm），吸收度（absorbance）A为纵坐标作图，即得到紫外光谱（ultra violet spectra，简称UV）。
汞光谱546.07nm 谱线塞曼分裂能级跃迁和偏振分析 07级光信息科学与技术 徐钰晨 0730******* This issue is about transitions between splitting energy levels of the 546.07nm spectral line of atom Hg and the polarization characteristics of the photons. I used an F-P interferometer and a CCD camera to observe the splitting lines. The nine spectral lines are corresponding to the transitions denoted by the Dirac Notation |1 M 〉→|2 M±1，0〉. When observed along the magnetic field, the lines with ΔM =-1 are rotating left, and the lines with ΔM=+1 are rotating right. No lines with ΔM=0 was observed. When observed in the direction normal to the magnetic field, the lines with ΔM=±1 vibrate in the direction normal to both the magnetic field and the direction in which you observe, and the lines with ΔM=0 vibrate along the magnetic field. 近代物理实验 塞曼效应 能级跃迁 偏振 CCD 拍摄 F-P 干涉 汞光谱 引言 本文选取汞的绿谱线（546.07nm ），研究它在磁场中发生塞曼分裂得到的9条谱线对应的子能级跃迁（总自旋量子数J 和磁量子数M ）的变化，以及各条谱线的偏振特点。 经过塞曼分裂，可以得到到3条π线（ΔM=0）和6条σ线（ΔM=±1），在纵向观察时看不到π线。在实验中，用F-P 干涉仪进行分光，用CCD 摄像机来观察成像条纹，用偏振片和1/4波片来确定辐射光子的偏振态。 确定偏振态的原理十分简单，用1/4波片可以将圆偏振光转化为线偏振光，偏振片可以使偏振方向与其透振方向一致的光通过而将偏振方向与其透振方向垂直的光完全阻挡。 对于塞曼效应，在本文需要了解的知识不是很多，只是要假定我们已经知道绿谱线是由能级 3 312S P →跃迁产生的，并且总共有9条分裂谱线。 对于F-P 干涉，需要知道的是不同频率的谱线经过F-P 干涉仪分光后在成像面上的排布情况。 此外，我们还需知道1/4波片具体的工作原理，光子-电子体系角动量守恒，以及光子自旋和光的偏振态之间的关系。 以上的知识已经足够分析出各分裂谱线对应的子能级跃迁和偏振态。 理论 1.赛曼分裂 汞的绿谱线由于塞曼效应分裂成9条谱线，3条π线和6条σ线。他们的频率各不相同，具体可表示为： 01122()M g M g Lc νν=+- ν0表示原来谱线的频率，M 1、M 2是相应能级的磁量子数，L 是洛伦兹单位，c 是光速，g 1、g 2是LS 耦合时的朗德因子，它们为 (1)(1)(1) 2(1) J J L L S S g J J +-+++= + 已知绿谱线对应的能级跃迁为3312S P →，则可计算得g 1=2,g 2=3/2。继而可以计算得
电子跃迁 电子跃迁本质上是组成物质的粒子（原子、离子或分子）中电子的一种能量变化。根据能量守恒原理，粒子的外层电子从低能级转移到高能级的过程中会吸收能量；从高能级转移到低能级则会释放能量。能量为两个轨道能量之差的绝对值。 跃迁的分类 电子跃迁过程中吸收、释放能量的形式是多样的。与辐射无关的称为无辐射跃迁，与辐射（光）相关的称为辐射跃迁。 无辐射跃迁 参与无辐射跃迁的能量有多种形式，有热能、电能等等。最常见的形式是热能。如电子从高能级向低能级跃迁时，即有可能释放出热量。 辐射跃迁 辐射跃迁分为受激吸收、自发辐射和受激辐射三类（由爱因斯坦最先提出）。 辐射（光）入射入物质，电子吸收光子能量，从低能级转移到高能级称为受激吸收。 在没有外界辐射（光）激励的情况下，电子从高能级转移到低能级并释放出光子，称为自发辐射。因为自发辐射具有随机性，所以这种情况辐射出的光的相位也是随机的。而且光强较弱，称为荧光。 在有外界辐射（光）激励的情况下，电子从高能级转移到低能级并释放出光子，称为受激辐射。由于受激辐射是由外界入射光子引起的，所以电子跃迁产生光子与入射光子具有相关性。即入射光与辐射光的相位相同。如果这一过程能够在物质中反复进行，并且能用其他方式不断补充因物质产生光子而损失的能量。那么产生的光就是激光。 普朗克认为光子能量是孤立的，因此跃迁吸收或者放出的光子能量可表示为：
其中h为普朗克常数6.626196×10^(-34)J·s。ν为产生光子的频率。在氢原子中光子能量又可以与轨道数联系起来，他们之间有一个李德博格常数联系起来，该理论可以预测电子的所处的轨道，从而预测氢原子的谱线，同时也可以拓展到其他元素谱线的预测。 跃迁实例编辑 电子跃迁的一个例子就是焰色反应。某些金属或它们的挥发性化合物在无色火焰中灼烧时使火焰呈现特征的颜色的反应.灼烧金属或它们的挥发性化合物时,原子核外的电子吸收一定的能量,从基态跃迁到具有较高能量的激发态,激发态的电子回到基态时,会以一定波长的光谱线的形式释放出多余的能量,从焰色反应的实验里所看到的特殊焰色,就是光谱谱线的颜色.每种元素的光谱都有一些特征谱线,发出特征的颜色而使火焰着色,根据焰色可以判断某种元素的存在.如焰色洋红色含有锶元素,焰色玉绿色含有铜元素,焰色黄色含有钠元素等. 如权能量子活化磁电子跃迁技术原理现在流行与各个行业当中最为普及的权能量子是高能生物陶瓷的能量材料，这种量子技术生产的工艺相当复杂,此产品是由近几十种的稀有金属经过特殊氧化的工艺后在2000度的高温下综合烧结为一体，这种特殊的材料具有卓越的电子跃迁属性，有着超强光、力、磁、电吸收及催化维一体的敏感性能。自然界有无数的放射源：宇宙星体、太阳、地球上的海洋、山岭、岩石、土壤、森林、城市、乡村、以及人类生产制造出来的各种物品，凡在绝对零度（-273℃）以上的环境，无所不有地发射出不同程度的红外线。现代物理学称之为热射线。由能量守恒定律得知，宇宙的能量不能发生，也不会消失，只可以改变能量的方式。热能便是宇宙能量的一种，可以用放射（辐射）、传导和对流的方式进行转换。在放射的过程中，便有一部份热能形成红外线、白金线。几十年前，航天科学家调查研究，太阳光当中波长为8~14微米的远红外线是生物生存必不可少的因素。因此，人们把这一段波长的远红外线称为“生命光波”。这一段波长的光线，与人体发射出来的远红外线的波长相近，能与生物体内细胞的水分子产生最有效的“共振”，同时具备了渗透性能，有效地促进动物及植物的生长。21世纪开始，权能量子带领光谱领域进入新的纪元，材料科技研究进入奈米科技的等级，可生成比远红外线光谱更长的光谱，就是白金线被现代科学命名为“权能量子光谱”。新技术权能量子的发现，释放波长为1000-1600微米，把跃迁的实际效能体现的淋漓尽致。 权能量子材料有多种形态体现和利用，如：用于微波炉、光波炉、炒锅、电饭煲、烤箱水溶喷涂态；也有30%、50%、70%、100%的粉末态，用在与食品级ABS塑料相溶，可注塑成千姿百态的、绝无塑化剂的隐患的环保制品；也有各种规格的颗粒状权能量子球，光线大致可分为可见光及不可见光。可见光经三棱镜后会折射出紫、蓝、青、绿、黄、橙、红颜色的光线（光谱）。红光外侧的光线，在光谱中波长自0.76至1000微米的一段被称为红外光，又称红外线。光谱波长能自1000至1600微米，被称为“权能量子能量”光谱。
2.5.5 跃迁选律 内容更新如下： 原子光谱是原子能级之间的跃迁产生的。但在原子世界中, 这种跃迁也必须遵从某些规则, 并不是任何两个能级之间都可以随便跃迁。这些规则就是所谓的“跃迁选律”。允许的电偶极跃迁选律如下: ΔS = 0 ΔL = 0，±1（但从L=0到L=0禁阻。单电子原子基态为s态，L=0，对于它们来说，如果跃迁是ΔL = 0, 就只能从L=0到L=0, 而这是禁阻的。因此，只有ΔL=±1） ΔJ = 0，±1（但从J=0到J=0禁阻） ΔM J = 0，±1(但ΔJ = 0时, 从M J = 0到M J = 0禁阻) 这些选律在轨道-自旋耦合作用变强时会逐渐失效, 而在j-j耦合方案中会变得完全不起作用。因为在这种情况下，就连量子数L和S本身都已经越来越没有确定值，用量子力学的语言说，它们不再是好量子数。所以, ΔS≠0的跃迁在轻原子中非常弱, 而在重原子中可能相当强，因为轨道-自旋耦合随原子序数的4次方增长。 此外, 原子都是中心对称的, 所以, 跃迁还要受到Laporte选律的限制。为了搞清什么是Laporte选律, 首先需要知道谱项的宇称。 我们还记得, 原子轨道都有确定的宇称。电子排布在轨道上形成组态, 进而确定了谱项, 所以, 谱项也有确定的宇称。用下列两种方法的任意一种，很容易求出谱项的宇称:
(1) 对于组态中各个电子的轨道角量子数l 求和，总和的奇偶性就等于该组态产生的所有谱项的奇偶性。即: 总和若为偶数, 谱项的宇称为g; 总和若为奇数, 谱项的宇称为u 。 (2) 将组态中各个电子按所在轨道的宇称相乘(同样是，每个电子一项, 而不是每个轨道一项)，这种乘积叫做“直积”，所以使用特殊的乘号?。乘法规则是：g ?g=u ?u=g , g ?u=u ?g=u 。 谱项的宇称为u 时，以O 作为右上标。 电偶极跃迁的Laporte 选律: 电偶极跃迁只能发生在宇称不同的态之间。 这一选律依据的数学原理是极其简单的。无疑，你对函数f (x )的奇偶性很熟悉，并且知道，若被积函数f (x )为奇函数，则 ()d 0a a f x x ?=∫ 反之，若f (x )为偶函数，则 ()d 2()d a a a f x x f x x ?=∫∫ 光谱的跃迁强度I 正比于“跃迁矩阵元”的绝对值平方（下式中最后一种写法用了Dirac 符号）： 2 2d i *j i j ??I M |M |ψψτψψ∝≡<>∫ 这种跃迁矩阵元也是一种积分，其中的算符?M 是跃迁矩算符，具体形式取决于光谱的性质；ψi 、ψj 分别是跃迁的始态和终态。若ψi 、?M 、ψj 三
频率波数谱 三、频率波数域中的面波 面波的各个模态，在时间和距离上往往是相互穿插叠合的。在频率波数域中，可以清楚地区分开面波不同模态的波动能量，从而能够单一地提取出基阶模态的频散数据。 频率波数谱、相速度、谱振幅 面波沿地表传播的波场，在时间和空间上都可以分解为正弦和余弦形式的波动组份，转换成二维的频谱。单个波动组份在时间上的频度，以每秒中的波动次数来计量，就是一般称的频率(F)，单位为赫芝(Hz)，而在空间(距离)上的频度，以每米中的波动次数来计量，称为波数(K)，单位为1/米(1/m)。由频率波数谱中某个波动组份的频率和波数，可以确定它的周期(T = 1/F)和波长(L = 1/K)。这个波动组份的波形在波场中传播时，每个周期的时间前进一个波长，计算出的速度就是它的传播速度(Vc = L/T, 或Vc = F/K)，也称为该组份的相速度。由波动组份正弦和余弦分量的振幅，可以合成该组份的谱振幅，反映了该组份传播的弹性能量的大小。 运用二维富里叶变换，可以将时间距离域的弹性波场数据，转换为频率波数谱数据，表现为二维座标中的图形。一般其左上角为座标原点，纵座标为频率轴，沿纵座标向下波动频率增高，也就是在时间上波动越快。横座标为波数轴，沿横座标向右波数增多，也就是在空间上波
长越短。各个波动组份谱振幅的大小，用不同颜色的色标来表示,一般色度越亮，表示谱振幅越大。波动组份座标点(F,K) 和原点联线的斜率(F/K)，体现了它的相速度。这条联线越陡该波动组份的相速度越大，越缓相速度越小。 离散数据的二维富里叶变换，对于转换的频率和波数区间，都有相应的限定。转换的频率限(Fmax)是采样时间间隔(dT)的倒数的的一半(Fmax = 0.5/dT)。转换的波数限(Kmax)是采样道间距离(dX)的倒数的一半(Kmax=0.5/dX)，对于单向传播的波场，最大波数可以扩大一倍(Kmax=1/dX)。在频率和波数限定区间以外，会出现变换折叠造成的干扰。 面波的频率波数谱、谱能量轴 层状地层上激发的面波波场数据，经过频率波数转换，其波动组份的谱振幅会形成连续的线状“山脉”，其峰值点的连线称为能量轴。面波的弹性能量是在这些能量“山脉”所包含的频率和波数范围内传播的。各个能量轴的波动组份合成面波波场的各个模态。由能量轴的频率和波数值，可以计算出面波各个模态的频散特征。 左图是一个多道面波数据的频率波数谱图形。白线长框圈出的就是基阶模态的能量轴，它的右上方没有出现显著的其他能量轴，而左下方显出的不很连续的能量轴，大都是面波高阶模态的表现。基阶模态能量轴延
化学元素符号表
【化学】常用36元素的一些性质和用途 氢（H） 主要性质和用 熔点为-259.1 ℃，沸点为-252.9 ℃，密度为 0. 089 88 g/L(10 ℃)。无色无臭气体，不溶于水，能在空气中燃烧，与空气形成爆炸混合物。工业上用于制造氨、环已烷、甲醇等。 氦(He) 主要性质和用途 熔点为-272.2 ℃（加压），沸点为－268.9 ℃，密度为0.178 5 g/L（0 ℃）。无色无臭气体。化学性质不活泼。用于深海潜水、气象气球和低温研究仪器。 锂(Li) 主要性质和用途 熔点为180.5 ℃，沸点为1 347 ℃，密度为0.534 g／cm3（20 ℃）。软的银白色金属，跟氧气和水缓慢反应。用于合金、润滑油、电池、玻璃、医药和核弹。 铍(Be) 主要性质和用途 熔点为1 278±5 ℃，沸点为2 970 ℃(加压下)，密度为1.848 g/cm3(20 ℃)。较软的银白色金属，在空气和水中稳定，即使在红热时也不反应。用于与铜和镍制合金，其导电性和导热性极好。 硼(B) 主要性质和用途 熔点为2 300 ℃,沸点为3 658 ℃，密度为2.340 g/cm3（β-菱形）(20 ℃)。具有几种同素异形体，无定形的硼为暗色粉末，跟氧气、水、酸和碱都不起反应，跟大多数金属形成金属硼化物。用于制硼硅酸盐玻璃、漂白和防火。 碳(C) 主要性质和用途 熔点约为3 550 ℃（金刚石），沸点约为4 827 ℃（升华），密度为3.513 g/cm3(金刚石)、2.260 g/cm3(石墨)（20 ℃)。用于首饰(金刚石)、炼钢(焦炭)、印刷(炭黑)和精制糖(活性炭)等。 氮(N) 主要性质和用途 熔点为-209.9 ℃，沸点为-195.8 ℃，密度为1.251 g/L（0 ℃)。无色无臭气体。在室温下一般不活泼。用于制硝酸、化肥、炸药、塑料和染料等。 氧(O) 主要性质和用途 熔点为-218.4 ℃，沸点为-183.0 ℃，密度为1.429 g/L（0 ℃)。无色无臭气体。非常活泼，与除稀有气体以外的所有元素形成氧化物，在水中有一定的溶解性。用于炼钢、金属切割和化学工业。氟(F) 主要性质和用途 熔点为-219.6 ℃，沸点为-188.1 ℃，密度为1.696 g/L（0 ℃)。淡黄色气体，是最活泼的非金属元素。用于制氟化试剂以及金属冶炼中的助熔剂等。 氖(Ne) 主要性质和用途 熔点为-248.7 ℃，沸点为-246.1 ℃，密度为0.899 9 g/L（0 ℃)。无色无臭气体。化学性质不活泼。用于装饰灯（霓红灯广告牌）。 钠(Na) 主要性质和用途 熔点为97.81 ℃，沸点为883.0 ℃，密度为0.971 g/cm3(20 ℃)。软的银白色金属，切割时迅速被氧化，跟水剧烈反应。用于原子反应堆的热交换器中。
1 授课内容 Chapter 13 波谱学基本知识 学时数 5 了解四大光谱的原理； 会分析简单的谱图。 第一节 紫外-可见光谱：影响紫外光谱的因素 第二节 红外光谱：特征官能团在光谱中的位置 第三节 核磁共振：化学位移 第四节 质谱：裂解规律、分子离子峰 P387/5；6；8；10 教材：《有机化学》张生勇主编。高等教育出版社。 参考文献： 1．《基础有机化学》邢其毅等编。第二版，高等教育出版社。 2．《Organic Chemistry 》Stephen J. et al. Academic Press 3．《Fundamentals of Organic Chemistry 》（美）John McMurry 著 机械工业出版社 教学目的 （含重点，难点） 主 要 内 容 复习思考题 参 考文献 教 材 教研室意见
教学内容时间 分配 媒体选择 第十三章波谱学基础知识 前言：通过科研中做的UV、IR、H1NMR、MS等实际谱图，介绍各谱图对确定有机化合物结构的重要作用。 1. Nuclear magnetic resonance spectrum of 4-pyrithione 2. Mass spectrum of 4-pyrithione 3. Ultraviolet spectrum of 4-pyrithione 4. Infrared spectrum of 4-pyrithione 电磁波谱参见P352图13-1 第一节紫外-可见光谱 Ultraviolet-visual Spectroscopy 一、基本原理和基本概念Basic Principles and Concepts （一）Lambert-Beer Law 数学表达式：A=εcl=lg1/T （二）UV谱图Ultraviolet Spectroscopy 横坐标:λ/nm 纵坐标: A 分子内能变化的条件：△E=hν 分子内能变化的形式：△E= △Ee+ △Ev + △Er 分子内能变化示意图：见幻灯 分子吸收光谱分类（按分子内能变化形式）： 转动光谱：远红外及微波区域 振动光谱：中红外区域 电子光谱：可见-紫外区域 （三）电子跃迁与紫外光谱 电子跃迁能量示意图：见幻灯 紫外光谱中电子跃迁的类型： n→π*跃迁(R带)：λ>250nm;ε<100. π→π*跃迁(K带)：λmax=162nm(ε≈104 ) （乙烯） K带的ε≈104 ,并随共轭双键的增多而增大. λ随共轭双键的增多而增长. （四）紫外光谱的常用术语 发色团：能引起电子光谱特征吸收的不饱和基团。 助色团：本身无吸收，但与发色团相连时，可使其波长和吸收强度增大的基团。 红移：由于取代基或溶剂的影响，使吸收峰向长波方向移动的现象。 蓝移：由于取代基或溶剂的影响，使吸收峰向短波方向移动的现象。5min 55mi n 幻灯 幻灯 幻灯 幻灯 2
原子光谱分析（ICP-AES/MS，AAS） 一、电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP-AES） ICP-AES是一种新型分析技术,它使用射频电磁场中由氩气放电而产生的高温(5000 K)等离子体作为激发光源,特殊的高温可以确保样品中元素的原子被高效率地激发,根据其外层电子辐射跃迁所发射的特征辐射能(不同的光谱),来研究物质化学组成的一种方法。 （一）ICP光源的特点： 1.温度高，惰性气氛，原子化条件好，有利于难熔化合物的分解和元素的激发，有很高的灵敏度和稳定性。 2.“趋肤效应”，涡电流在外表面密度大，使表面温度高，轴心温度低，中心通道进样对等离子的稳定性影响小，也有效消除自吸现象，线性范围宽。 3.ICP中电子密度大，碱金属电离造成影响小 4.氩气产生的背景干扰小 5.无电极放电，无电极污染 （二）ICP-AES优缺点 特点：1.多元素同时检测，各种元素同时发射各自的特征光谱 2.分析速度快，同时对几十种元素进行定量分析 3.选择性高，检出限较低，灵敏度高，准确度较高 4.线性范围宽(4~6个数量级)，可同时测定高、中、低不同含量试样 缺点：非金属元素不能检测或灵敏度低 电感耦合等离子体光谱以其检出限低，精密度高，选择性好，基体效应小，线性范围宽和多元素同时测定等优点已广泛的应用于各种样品中多种元素的同时测定。目前，ICP-AES已成为水质、环境、生物样品（包括人体器官、动植物组织、食品及临床样品等）及各种化学制剂（包括无机盐、有机化合物、油脂和石油制品等）等最有效的分析方法之一，并已成为气相色谱（GC）和高效液相色谱法（HPLC）有效的元素特征检测器之一。 二、电感耦合等离子体质谱（ICP-MS） ICP-MS是电感耦合等离子系统中应用较多的技术。该技术是以电感耦合等
元素常用光谱特征线 元素灵敏线次灵敏线元素灵敏线次灵敏线 Ag328.068338.289Er400.797415.110 381.033 393.702 397.360 Al309.271308.216 309.284 394.403 396153 Eu459.403 311.143 321.057 462.722 466.188 As188.990193.696 197.197 Fe248.327 208.412 248.637 252.285 302.064 Au242.795267.595 274.826 312.278 Ga287.424 294.418 403.298 417.206 B249.678249.773Gd368.413371.357 371.748 378.305 407.870 Ba553.548270.263 307.158 350.111 388.933 Ge265.158 259.254 270.963 275.459 Be234.861313.042 313.107 Hf307.288 286.637 290.441 302.053 377.764 Bi223.061206.170 222.825 227.658 306.772 Hg 184.957 * 253.652 Ca422.673239.356 272.164 393.367 396.847 Ho410.384 405.393 410.109 412.716 417.323
Co 240.7.2 5 242.4.93 304.4.00 352.6.85 252.1.36 In303.936 256.015 325.609 410.476 451.132 Cr357.869359.349 360.533 425.437 427.480 Ir263.971 263.942 266.479 284.972 237.277 Cs852.110894.350 455.536 459.316 K766.491 404.414 404.720 769.898 Cu324.754216.509 217.894 218.172 327.396 La550.134 357.443 392.756 407.918 494.977 Dy421.172419.485 404.599 394.541 394.470 Li670.784 274.120 323.261 Mg385.213279.553 202.580 230.270 Lu335.956 308.147 328.174 331.211 356.784 Mn279.482222.183 280.106 403.307 403.449 Se196.090 203.985 206.219 207.479 Mo313.259317.035 319.400 386.411 390.296 Si 251.612 250.690 251.433 252.412 252.852 Na588.995330.232 330.299 589.592 Sm429.674 476.027 520.059 528.291 Nb334.371334.906 358.027 407.973 Sn224.605 235.443 286.333
有机化学课程教案编写日期：2008年 4月28日-5月15日章、节（或课题、单元）名称第八章有机化合物的波谱分析 授课学时 6 目的要求 1、了解波长、频率、波数、电磁辐射等概念的涵义，根据波长的不同所划分的电磁波谱区域。掌握波长与波数的相互换算。 2、了解红外、核磁共振的基本原理和表示方法。 3、掌握有机分子重要官能团、苯环及某些化学键的红外特征吸收，掌握NMR中化学位移的概念和n+1规律。 4、能识别简单典型有机化合物的红外和核磁共振图谱。 重点： 1、红外光谱与有机分子结构的关系，有机化合物基团的特征吸收频率(P299表8-2)，红外光谱的解析； 2、核磁共振谱与有机分子结构的关系，化学位移及n+1规律，P305表8-3，核磁共振谱的解析。 难点： 1、红外光谱的基本原理，红外光谱与有机分子结构的关系，红外光谱的解析； 2、核磁共振谱的基本原理，核磁共振谱与有机分子结构的关系，核磁共振谱的解析。 教学组织 教学方法：课堂教学及习题课均采用多媒体教学，以ppt为主。 作业：P315 二(1、3、4)、三、四(1、3)、五、六(1、2、6、7)；
参考书目文献： 1、徐寿昌编，有机化学(第二版) ，北京：高等教育出版社，1993 , 86~95，294~303 2、邢其毅等，基础有机化学上册. 第2版. 北京：高等教育出版社，1993. 322~374 3、陈德恒著，有机结构分析，.北京：科学出版社，1985 . 4、张友杰著，有机波谱学教程，.武汉：华中师范大学出版社，1990. 5、沈淑娟编著. 波谱分析法. 上海：华东化工学院出版社，1992 6、Dudley H.Williams，Ian Fleming著，有机化学中的光谱方法，王剑波施卫峰译，北京：北京大学出版社，2001 7、高鸿宾主编，有机化学(第三版) ，北京：高等教育出版社，1999. 153~175 , 授课小结 1、授课情况基本正常。 2、对于积分高度的讲解要仔细、耐心，必要时还应给出更多具体实例。
第三章原子结构和元素周期表 3.1 原子核外电子的运动状态 一、玻尔的原子结构理论 1913年，丹麦青年物理学家玻尔(N.Bohhr)在氢原子光谱和普朗克(M.Planck)量子理论的基础上提出了如下假设： (1)原子中的电子只能沿着某些特定的、以原子核为中心、半径和能量都确定的轨道上运动，这些轨道的能量状态不随时间而改变，称为稳定轨道(或定态轨道)。 (2)在一定轨道中运动的电子具有一定的能量，处在稳定轨道中运动的电子，既不吸收能量，也不发射能量。电子只有从一个轨道跃迁到另一轨道时，才有能量的吸收和放出。在离核越近的轨道中，电子被原子核束缚越牢，其能量越低；在离核越远的轨道上，其能量越高。轨道的这些不同的能量状态，称为能级。轨道不同，能级也不同。在正常状态下，电子尽可能处于离核较近、能量较低的轨道上运动，这时原子所处的状态称为基态，其余的称为激发态。 (3)电子从一个定态轨道跳到另一个定态轨道，在这过程中放出或吸收能量，其频率与两个定态轨道之间的能量差有关。 二、电子的波粒二象性 光的干涉、衍射等现象说明光具有波动性；而光电效应、光的发射、吸收又说明光具有粒子性。因此光具有波动和粒子两重性，称为光的波粒二象性。 光的波粒二象性启发了法国物理学家德布罗意(de Broglie)，1924年，他提出了一个大胆的假设：认为微观粒子都具有波粒二象性；也就是说，微观微粒除具有粒子性外，还具有波的性质，这种波称为德布罗意波或物质波。1927年，德布罗意的假设经电子衍射实验得到了完全证实。美国物理学家戴维逊(C.J.Davisson)和革末(L.H.Ge rmer) 进行了电子衍射实验，当将一束高速电子流通过镍晶体(作为光栅)而射到荧光屏上时，结果得到了和光衍射现象相似的一系列明暗交替的衍射环纹，这种现象称为电子衍射。衍射是一切波动的共同特征，由此充分证明了高速运动的电子流，也具有波粒二象性。除光子、电子外，其他微观粒子如：质子、中子等也具有波粒二象性。 这种具有波粒二象性的微观粒子，其运动状态和宏观物体的运动状态不同。例如，导弹、人造卫星等的运动，它在任何瞬间，人们都能根据经典力学理论，准确地同时测定它的位置和动量；也能精确地预测出它的运行轨道。但是像电子这类微观粒子的运动，
普通物理实验(三) 32 ■ 氢原子光谱 光谱是光的频率成分和强度分布的关系图,它是研究物质微观结构的重要途径之一．它广泛应用于化学 分析、医药、生物、地质、冶金、考古等部门．常用的光谱有吸收光谱、发射光谱和散射光谱，涉及的波 段从X 射线、紫外光、可见光、红外光、到微波和射频波段．本实验通过测量氢原子在可见光波段的发射 光谱,使大家了解光谱与微观结构(能级)间的联系和光谱测量的基本方法． 目的要求 1.测定氢原子巴耳末系发射光谱的波长和氢的里德伯常数； 2了解氢原子能级与光谱的关系，画出氢原子能级图； 3了解光学多通道分析器的原理和使用方法． 实验原理 图34-1是氢原子的能级图．根据玻尔理论，氢原子的能级公式为： ()()L 3211822304、、=??=n n h e n E εμ （34-1） 式中()M m m e e +=1μ称为约化质量，m e 为电子质量，M 为原子核质量．氢原子的e m M 等于 1836.15。 图 34-1 氢原子能级图 电子从高能级跃迁到低能级时，发射的光子能量h ν为两能级间的能量差， ()() ()n m n E m E h ??=ν （34-2） 如以波数λσ1=表示，则上式为 ()()()()???????=?=?=2211m n R m T n T hc n E m E H σ （34-3） 式中R H 称为氢原子的里德伯常数，单位是m -1，T(n)称为光谱项，它与能级E(n)是对应的．从
R H 可得氢原子各能级的能量 ()21n ch R n E H ? ?= （34-4） 式中181********.2,1013567.4???÷=?×=s c s eV h 从图34-1可知，从3≥m 至n=2的跃迁．光子波长位于可见光区．其光谱符合规律 ，、、 ，L 54312122=???????=m m R H σ (34-5) 这就是1885年巴耳末发现并总结的经验规律，称为巴耳末系．氢原子的莱曼系位于紫外， 其它线系均位于红外． 仪器介绍 光学多通道分析器(Optical Multichannel Analyzer，OMA)如图34-2所示。 利用现代电子技术接收和处理某一波长范围(λ1→λ2)内光谱信息的光学多通道检测系 统的基本框图如图34-3所示． 入射光被多色仪色散后在其出射窗口形 成λ1→λ2的谱带．位于出射窗口处的多通道 光电探测器将谱带的强度分布转变为电荷强 弱的分布，由信号处理系统扫描、读出、经 A ／D 变换后存贮并显示在计算 机． 图34-3 OMA 框图 OMA 的优点是所有的像元(N 个)同时曝光， 整个光谱可同时取得，比一般的单通道光谱系统检测同一段光谱的总时间快N 倍．在摄取一 段光谱的过程中不需要谱仪进行机械扫描，不存在由于机械系统引起的波长不重复的误差； 减少了光源强度不稳定引起的谱线相对强度误差；可测量光谱变化的动态过程． 多色仪及光源部分的光路见图34-4．光源S 经透镜L 成像于多色仪的入射狭缝S 1，入 射光经平面反射镜M 1转向900，经球面镜M 2反射后成为平行光射向光栅G．衍射光经球面镜 M 3和平面镜M 4成像于观察屏P．由于各波长光的衍射角不同，在P 处形成以某一波长λ0为 中心的一条光谱带，使用者可在P 上直观地观察到光谱特征．转动光栅G 可改变中心波长， 整条谱带也随之移动．多色仪上有显示中心波长λ0的波长计．转开平面镜M 4可使M 3直接成 像于光电探测器CCD 上，它测量的谱段与观察屏P 上看到的完全一致．