当前位置：文档之家 › 第02章光分析法导论

第02章光分析法导论

  • 格式：ppt
  • 大小：2.81 MB
  • 文档页数：52

下载文档原格式

  / 52

合集下载

光分析法导论课件

光分析法导论课件
光分析法将不断拓展其应用领域，从传统的化学和生物学领域拓展到 环境监测、医学诊断、食品安全等领域。
WATCHING
单色仪
光电转换器
光谱仪
将光源发出的复合光分 解成单色光，用于光谱
分析。
将光信号转换为电信号， 便于测量和记录。
用于测量光谱，确定物 质吸收或发射光的特性。
实验操作流程
样品准备
参数设置
光路搭建 数据采集
实验数据处理与分析
01
数据整理
对采集到的光谱数据进行整理，去 除异常值和噪声。
谱峰识别与解析
识别光谱中的谱峰，分析其对应的 物质成分和性质。
03
04
对样品要求高
光分析法通常需要样品 具有一定的透明度和均 匀性，对于不透明的或 颗粒状的样品较难应用。
背景干扰
光分析法容易受到背景干 扰的影响，如水、土壤、 气体中的杂质和颗粒物等。
仪器成本高
光分析仪器通常比较昂 贵，而且需要专业人员 进行操作和维护。
样品处理要求高
光分析法需要经过复杂 的样品处理和制备过程， 对于一些特殊样品可能 需要特殊的处理方法。
高灵敏度
光分析法通常具有很高的检测灵敏度， 能够检测出低浓度的物质。
非接触式测量
光分析法通常采用非接触式测量，不 会对被测物体或环境造成影响或破坏。
快速响应
光分析法具有快速响应的特点，能够 实时监测物质的变化。
多参数测量
光分析法可以实现多参数测量，同时 测量多种物质的多个参数。
光分析法的缺点
01
02
光分析法导论课件
• 光分析法简介 • 光分析法的基本原理 • 光分析法的实验技术 • 光分析法的应用实例 • 光分析法的优缺点与展望

第二章 光谱分析法导论

第二章 光谱分析法导论

26
分子发射


分子发射与分子外层的电子能级、振动能级和转动能 级相关。因此分子发射光谱较原子发射光谱复杂。 为了保持分子的形态，分子的激发不能采用电、热等 极端方式，而采用光激发或化学能激发。 分子发射的电磁辐射基本处于紫外、可见和红外光区 。因此分子主要发射紫外、可见电磁辐射，据此建立 了荧光光谱法、磷光光谱法和化学发光光谱法。 与分子吸收光谱一样，由于相邻两个转动能级之间的 能量差很小，因此由相邻两个转动能级跃迁回同一较 低能级的两个跃迁的能量差也很小，故发射过程所发 射的两个辐射的频率或波长很接近，通常的检测系统 很难分辨出来。而分子能量相近的振动能级又很多， 因此表观上分子发射表现为对特定波长段电磁辐射的27 发射，光谱上表现为连续光谱。
E=（n+1）hv
hv
E=nhv
能量降低
发射(Emission)
物质受到激发而跃迁
到激发态后，由激发态跃迁回到基态时以辐
射的方式释放能量。
能量：光、电、热、化学能等
M → M
M→ M+h
24



发射跃迁可以理解为吸收跃迁相反的过程。由于原子 、分子和离子的基态最稳定，，所以发射跃迁涉及的 是从较高能态向基态的跃迁。 可以通过实验得到发射强度对波长或频率的函数图， 即发射光谱图。 通常情况下，分子、原子和离子处于基态，因此要产 生发射，必须使分子、原子和离子处于激发态，这个 过程称为激发。 激发可以通过提供不同不同形式的能量来实现。包括 三种：1.热能。将试样置于高压交流火花、电弧、火 焰、高温炉体之中，物质以原子、离子形式存在，可 获取热能而处于激发态，并产生紫外、可见或红外辐 射；2.电磁辐射。即用光辐射作用于分子或原子，使 之产生吸收跃迁，并发射分子荧光、分子磷光或原子 荧光；3.化学能。即通过放热的化学反应是反应物或 产物获取化学能而被激发，并产生化学发光。

2 章 光学分析法导论

2 章 光学分析法导论

当棱镜位于最小偏向角位置时
式中, m为棱镜数目; b为棱镜底边长; dn/dλ为棱镜材料的色散率。 由上式可以看出,理论分辨率的大小与棱镜材料、形 状、个数及所选波长有关，长波的分辨率要比短波的 分辨率小，棱镜分离后的光谱属于非均排光谱。
2. 光栅 光栅是由大量等宽、等距离、相互平行的狭缝(或反 射面)构成的光学元件。 从工作 原理上 分： 透射光栅 反射光栅
非光谱法－折射、散射、干涉、衍射、偏振和圆二色等
光 学 分 析 法 光谱法
X射线荧光分析法
光致发光 发射光谱法
原子荧光
分子荧光
分子磷光
原子发射光谱法
非辐射发光
紫外-可见 原子吸收光谱法 吸收光谱法 红外光谱法 核磁共振波谱法
化学发光法
２－3 光谱法仪器
光谱仪通常由五个部分组成：光源、单色器、试样 池、检测器、读数器件。 2-3-1光源 依据方法不同，采用不同的光源。光源有连续光源和 线光源等。 1.连续光源：在较宽波长范围内发射强度平稳的具有 连续光谱的光源。 如氢灯、氘灯、钨丝灯。 2.线光源：提供特定波长的光源。 如空心阴极灯、金属蒸气灯、激光。
I
K=-1
0
一级光谱
(3) 当K 与的乘积相同时
k1 1=k2 2=k3 3=‥‥‥ 出现光谱重叠 如： K=1×800nm=2×400nm =3×267nm=4×200nm
0
一级光谱 二级光谱
三级光谱
光谱重叠消除
• 滤光片 • 感光板 • 谱级分离器
（2）光栅的光学特性 常用色散率、分辨率和集光本领（闪耀特性）来表示。 色散率——表示不同波长的光谱线色散开的能力。
1J (焦耳) 1Cal (卡) 1erg (尔格) 1eV

光学分析法导论

光学分析法导论

第二节 光学分析法旳分类
二、光谱法
2）按电磁辐射本质分类
原子光谱（涉及离子光谱）——由原子或离子外层电子 旳跃迁产生，具有明显 旳线光谱特征
分子光谱——由分子中电子能级及分子旳振动、转动能 级旳跃迁产生，大多具有带光谱特征
第二节 光学分析法旳分类
二、光谱法
3）按辐射能传递方式分类 发射光谱——处于激发态旳原子分子或离子由高 能级跃迁回低能级或基态发射出相应旳光谱
第三节 原子光谱和分子光谱
一、原子光谱
主量子数( n )：描述核外电子是在那个电子壳层上运动。 n = 1、 2、 3、 4、 5、 6、7、••••••••
符号 K、L、M、N、O、P、Q、••••••••
角量子数( l )：描述核外电子云旳形状。
l = 0、1、 2、 3、 4、••••••••
第三节 原子光谱和分子光谱
一、原子光谱
主量子数(n)：
n =1、 2、 3、 4、 5、 6、7、••••••••
总角量子数(L)：
L= l,
对于2个价电子： L = ( l1+ l2)、 ( l1+ l2-1)、•••、 ( l1- l2)
总自旋量子数(S)：对于N个价电子：N/2, N /2 -1, N /2 -2,..,1/2,0
>2.5*105
X一射线 0.005-10nm 2.5*105 -1.2*102
高能辐射区
远紫外 10200nm 1.2*102-6.2
近紫外 200
可见光 400
近红外 0.782.5
中红外 2.550
远红外 501000m 2.5*10-2-1.2*10-4
中能辐射区
微波 0.1100cm 1.2*10-4-1.2*10-7

光谱分析法导论

光谱分析法导论

分子散射
拉曼散射（λ散≠ λ入 ） （粒子直径小于入射光波长） I（散射光强）∝ν4∝1/λ4
2.1.4.4 折射与反射（Refraction and Reflection） 折射率 n=c/ν 相对折射率
sin i V1 n2 n2.1 sin r V2 n1
棱镜的分光作用
图2-10 光的反射与折射示意图
一种有效的结构分析手段
2.2.2.3 基于原子内层电子能级跃迁的光谱法 与原子内层电子能级跃迁相关的光谱法 为X射线分析法，它是基于高能电子的减速 运动或原子内层电子跃迁所产生的短波电磁 辐射所建立的分析方法，包括X射线荧光法、 X射线吸收法。
2.2.2.4 基于原子核能级跃迁的光谱法 基于原子核能级跃迁的光谱法为核磁共 振波谱法。在强磁场作用下，核自旋磁矩与 外磁场相互作用分裂为能量不同的核磁能级， 核磁能级之间的跃迁吸收或发射射频区的电 磁波。
图2-2 原子吸收跃迁示意图
2. 分子吸收 特点： 分子能级的复杂性 连续光谱 紫外-可见（电子能级跃迁）和红外光谱 （振转能级跃迁）
分子总能量：
Ｅ分子＝Ｅ电子＋Ｅ振动
＋Ｅ转动
图2-3 电子能级吸收跃迁示意图
图2-4 分子振动能级吸收跃迁示意图
3. 磁场诱导吸收 将某些元素原子放入磁场，其电子和 核受到强磁场的作用后，具有磁性质的简 并能级将发生分裂，并产生具有微小能量 差的不同量子化的能级，进而可以吸收低 频率的电磁辐射。
第2章 光谱分析法导论 （Introduction to spectral analysis）
光分析法基础： 能量作用于待测物质后产生光辐射，该能量 形式可以是光辐射和其他辐射能量形式，也 可以是声、电、磁或热等能量形式； 光辐射作用于待测物质后发生某种变化，这 种变化可以是待测物质物理化学特性的改变， 也可以是光辐射光学特性的改变。

第2章_光分析法导论

第2章_光分析法导论
发射光谱：
吸收了能量（光能、热能、电能或其 他能量）的粒子，由高能级跃迁到低 能级时，如果以光辐射形式释放出多 余的能量，当把光的辐射按波长次序 排列记录下来，得到发射光谱。
If
波长/nm
三、光分析法的分类
光谱法： 以能源与物质相互作用引起原子、分子内部量子化能 级之间跃迁所产生的光的吸收、发射、散射等波长与 强度的变化关系为基础的光分析法，称为光谱法。
产生原子光谱的是处于稀薄气体状态的原子（相互之 间作用力小），由于原子没有振动和转动能级，因此 原子光谱的产生主要是电子能级跃迁所致。在发生纯
Na 5890、5896 Å 电子能级跃迁时，不会叠加振动和转动能级跃迁，发
射或吸收的是一些频率（或波长）不连续的辐射，相 应的原子光谱便是一条条彼此分立的线光谱。
仪器分析
Instrumental Analysis
第2章 光分析法导论
Guide of Optics Analytical Method
本
章
目
录
一、光分析法概述 二、光的性质及其与物质的相互作用 三、光分析法的分类
2
一、光分析法概述
光分析法：基于电磁辐射能量与待测物质相互作用后 所产生的辐射信号与物质组成及结构关系所建立起来 的分析方法。
光谱产生的原理
E 总=E 0 + E 平 +E 转 + E 振 +E 电
物质粒子总是处于特定的不连续的能量状态， 即能量是量子化的。 分子的每一个能量值，称为一个能级。 每一种分子的能级数和能级值，取决于分子的 本性和状态，具有特征的能级结构。
19
光谱产生的原理
20
光谱产生的原理
通常，物质的分子处于稳定的基 态。当它受到光照或其他能量激 发时，将根据分子所吸收能量的 大小，引起分子转动、振动或电 子能级的跃迁，同时伴随光子的 吸收或发射，光子的能量等于前 后两个能级的能量差。

《光分析法导论》幻灯片

《光分析法导论》幻灯片

们的能量都是量子化的。原子或分子的最低能
态称为基态，较高能态称为激发态。在室温下，
物质一般都处在它们的基态。
2.电磁辐射的粒子性
• 物质粒子存在不连续的能态，各能态具 有特定的能量。当粒子的状态发生变化 时，该粒子将吸收或发射完全等于两个 能级之间的能量差；
即 E =E1-E0=h
§2.1 电磁辐射及电磁波谱
二.光学分析法波谱
2.电磁波谱与现代仪器分析方法
波谱区 -射线 波长 5~140 pm
跃迁类型 核能级
X-射线 远紫外光 10-3~10nm 10~200nm
§2.1 电磁辐射及电磁波谱
一. 电磁辐射的波粒二象性 1.电磁辐射的波动性
λ c
波 长— cm、µm、nm、A
频
率— υ Hz sec-1
波
数— σ cm-1
σ=1/λ
传播速度— cm/ sec 真空传播速度c=
(2.997925±0.000001)×1010cm/s
应该注意：频率更能表征辐射的特征
可见光七彩颜色的波长和频率范围
光色 波长(nm)
频率(Hz)
中心波长 (nm)
红 760~622 3 .9 1 1~ 0 4 4 .8 1 10 4 660
橙 622~597 4 .8 1 1~ 0 4 5 .0 1 10 4 610
黄 597~577 绿 577~492 青 492~470 兰 470~455 紫 455~400
频率 只决定于辐射源，而与介质无关
波长 与传播速度V、介质（折射率 n=c/V）有关
散射 折射与反射 衍射 干涉 偏振
§2.1 电磁辐射及电磁波谱
一. 电磁辐射的波粒二象性 2.电磁辐射的粒子性

仪器分析-光学分析导论

仪器分析-光学分析导论

波长λ：相邻两个波峰或波谷 间的直线距离。
c
1

波数： 每厘米长度内含有的波 长数目。
2、光的微粒性 电磁波的波动性不能解释辐射的发 射和吸收现象。对于光电效应及黑 体辐射的光谱能量分布等现象，需 要把辐射视为微粒（光子）才能满 意地解释。
3、电磁波谱图
复习思考：
1 通常将仪器分析分为哪几类？
第二章 光学分析法导论
一、光的二象性
1、 光的波动性 光是一种电磁波，电磁波具 有波动性和微粒性。
周期 T ：相邻两个波峰或波谷通过空 间某一固定点所需要的时间间隔称为 周期，单位为s（秒）。
频率 ：单位时间内通过传播方向上 某一点的波峰或波谷的数目，即单位 时间内电磁场振动的次数称为频率， 它等于周期的倒数1／T。
发射线是514.5 nm和488.0 nm。另外Kr+激 光器也是激光光谱仪的常备激光器。
(2) 固体激光器 光谱分析中常用的固体激光 器是红宝石（Al2O3掺Cr3+）激光器和Nd： YAG （掺钕的钇铝石榴石）激光器。前者的 激光波长为694.3 nm，后者使用的激光波长是 1064 nm。
二、 单色器
1、单道光子检测器 (1) 光电池 硒光电池是最常用的阻挡层光电 池。将一层半导体硒涂在铁或铝的金属底板 上，金属底板和硒之间是欧姆接触。在硒表 面再涂一层导电性和透光性良好的金属薄膜 如金、银等作为收集极，然后再在金属薄膜 表面涂一层保护层即成。 图10-17
(2) 光电管 光电管也称真空光电二极管。
光谱，这种光谱法有原子发射光
谱和火焰光度法等。
图10-6
光致发光 物质吸收光能后跃迁至
激发态，当回到低能态或基态时将
发射辐射，这种光谱法有原子荧光

《光学分析法导论全》PPT课件

《光学分析法导论全》PPT课件

精选PPT
15
精选PPT
16
2.吸收光谱
辐射通过气态、液态或透明的 固态物质时，物质的原子、离子 或分子将吸收与其内能变化相对 应的频率而由低能态或基态过渡 到较高能态。
这种由于物质对于辐射的选择 性吸收而得到的光谱称为吸收光 谱。（见表2-3）
精选PPT
17
吸收光谱分类
原子吸收光谱 ——暗线光谱 峰窄 0.x nm
2-3-2 光谱法
按辐射本质分类
1.原子光谱
2.分子光谱
按辐射获得方式的不同分类
1.发射光谱
2.吸收光谱
3.拉曼光谱
精选PPT
8
光学分析法
非光谱分析法
光谱分析法
比 浊 法
折 射 法
圆 二 色 性 法
X 射 线 衍 射 法
光 谱
原 子 发 射 光 谱
强度相等的两条谱线，一条谱 线的衍射极大正好落在另一条谱 线的衍射极小上。
精选PPT
29
2. 光栅
光栅也称衍射光栅。是利用多缝衍射原理使光发生色 散(分解为光谱)的光学元件。它是一块刻有大量平行 等宽、等距狭缝(刻线)的平面玻璃或金属片。光栅的 狭缝数量很大，一般每毫米几十至几千条。
平面光栅：
精选PPT
10
2． 分子光谱
——分子的外层电子在不同能级之间的跃迁而产生的光 谱。
分子总能量 E分子=E电+E振+E转 （ P 91) △ E分子= △ E电+ △ E振+ △ E转
△ E电——分子中外层电子能级跃迁引起的
能量改变 1-20ev
△ E振——分子中原子（或原子团）在平衡 位置上作相对振动引起的能量改变

第二章 光学分析法导论(2)

第二章 光学分析法导论(2)

属组成。两片金属处于相同平面上且相互平行。
入射狭缝可看作是一个光源，在相应波长位置， 入射狭缝的像刚好充满整个出射狭缝。 有效带宽：整个单色器的分辨能力除与分光元件的色 散率有关外，还与狭缝宽度有关。即单色器的分
辨能力（有效带宽S）应由下式决定：
W DS
D=线色散率；W=狭缝宽度。当单色仪的色散率固定时，波长间隔将
与PDA相比，CTD最大的优势在于其二维特性，可作为影像检测 器，在电视及航空等领域有广泛应用。
2012-12-27
30
2. 热检测器 包括：热电偶，热释电检测器及热辐射计。 这类检测器主要用于红外及Raman光谱分析 中，拟在以后相关章节作介绍。
2012-12-27
31
不同：波长小的则衍射角小，谱线靠近0级；波 长大的，衍射角大，谱线距0级较远； 同样对于二级光谱而言，也有同样的情况。但可 能造成二级光谱与一级光谱的重叠，而且具有最
大强度的光处于0级（为未分开的白光）！
2012-12-27 12镜观察屏
f
2012-12-27
13
光栅的光学特性
K 角色散率d/d： d d d cos 线色散率D1: dl d Kf Kf f ( < 20o ） d d d cos d
第二章 光学分析法导论（2） (Optical methods of Analysis)
2012-12-27
1
2.3 光谱法仪器
以紫外-可见光为例，光吸收遵循Lambert-Beer定律
吸光度
I0 A lg bc I
摩尔吸光系数
物质的量浓度 吸收光程
构建仪器
1）测量入射光强度I0，和出射光强度I； 2）单色器； 3）对数转换器。

第02章光分析法导论

第02章光分析法导论
根据量子力学原理，电子的跃迁不能在任意两个能级之 间进行；必须遵循一定的“选择定则”： （1）主量子数的变化 Δn为整数，包括零； （2）总角量子数的变化ΔL = ±1； （3）内量子数的变化ΔJ =0， ±1；但是当J =0时， ΔJ =0的 跃迁被禁阻； （4）总自旋量子数的变化ΔS =0 ，即不同多重性状态之间的 跃迁被禁阻；
12.旋光法
溶液的旋光性与分子的非对称结构有密切关系，可利用 旋光法研究某些天然产物及配合物的立体化学问题，旋光计 测定糖的含量。
13.衍射法
X射线衍射：研究晶体结构，不同晶体具有不同衍射图。 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。
10:54:38
五、光分析方法的进展
J 值称光谱支项；
10:54:38
原子的能级通常用光谱项符号表示：nMLJ
n：主量子数；M：谱线多重性符号；
L：总角量子数； J ：内量子数 钠原子的光谱项符号 32S1/2；
表示钠原子的电子处于n=3，M =2(S = 1/2)，L =0，
J = 1/2 的能级状态（基态能级）；
10:54:38
4. 交叉
电致发光分析；光导纤维电化学传感器
5. 检测器的发展
电荷耦合阵列检测器光谱范围宽、量子效率高、线性范 围宽、多道同时数据采集、三维谱图，将取代光电倍增管；
光二极激光器代替空心阴极灯，使原子吸收可进行多元素 同时测定；
10:54:38
三种光分析 法测量过程 示意图
10:54:38
第二章 光分析导论
10:54:38
分子光谱（带状光谱）：
基于分子中电子能级、振-转能级跃迁； 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）； 核磁共振与顺磁共振波谱（N）；

《光分析法导论 》课件

《光分析法导论 》课件

REPORT
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMAR Y
05
光分析法的未来展望
新材料在光分析法中的应用
纳米材料
纳米材料具有独特的物理和化学性质，在光 分析法中可用于提高检测灵敏度和选择性。 例如，纳米金、纳米硅和纳米氧化物等可用 于构建高灵敏度的光学传感器。
生物材料
生物材料如蛋白质、DNA和细胞等具有生 物特异性，可用于构建生物传感器和生物成 像技术，提高光分析法在生物医学领域的应
早期发现和治疗水平。
化学分析中的应用
总结词
光分析法在化学分析中具有高灵敏度、高选 择性和高准确度的特点，广泛应用于化学物 质的定性和定量分析。
详细描述
光分析法能够根据物质对光的吸收、发射或 散射等光学性质来分析物质成分，常用于无 机物、有机物和聚合物的分析。在化学分析 中，光分析法可用于测定物质的含量、结构 和反应机理等，为化学研究提供重要的实验 手段。
REPORT
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMAR Y
03
光分析法的实验技术
光谱分析技术
光谱分析技术是通过测量物质与光相互作用后产生的光谱来分析物质成分 和结构的一种方法。
常见的光谱分析技术包括紫外-可见光谱、红外光谱、拉曼光谱和核磁共 振光谱等。
光谱分析技术具有高灵敏度、高分辨率和高精度等优点，广泛应用于化学 、生物学、医学和环境科学等领域。
REPORT
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMAR Y
02
光分析法的基本原理
光的吸收与发射
光的吸收
光在传播过程中，遇到物质时，物质 会吸收光能。不同物质对不同波长的 光的吸收程度不同，这是光谱分析的 基础。

第2章 光分析法导论25页PPT

第2章 光分析法导论25页PPT

2019/11/16
19
光分析法
非光谱分析法
光谱分析法
折 射 法
圆 二 色 性 法
X 射 线 衍 射 法
干 涉 法
旋 光 法
2019/11/16
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 子磁 外外荧磷共 光光光光振 谱谱光光波 法法谱谱谱
2019/11/16
16
3.分子光谱（带状光谱）
基于气态或溶液中的分子，当发生能级跃 迁时，分子中的电子能级跃迁与振-转动次 能级跃迁相互叠加而产生的光谱。
带状光谱：电子能级间跃迁的同时总伴随 有振动和转动能级间的跃迁。即电子光谱中 总包含有振动能级和转动能级间跃迁产生的 若干谱线相互叠加而呈现宽谱带。
21
三、光分析法仪器的基本流程
包括五个基本单元：
光源 单色器 样品
检测器
显示与数据处理
2019/11/16
22
2019/11/16
23
2019/11/16
24
发射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射等。
2019/11/16
2
4.三个基本过程 （1）能源提供能量； （2）能量与被测物之间的相互作用； （3）产生信号。
二、光分析法的基本特点
（1）所有光分析法均包含三个基本过程； （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。
2019/11/16
12
1.光谱产生的原理 （1）物质分子内部三种运动形式
（与光谱产生有关的运动） ①分子中电子相对于原子核的运动 ②分子中原子间的相对振动 ③分子本身绕其质量重心的转动 （2）分子具有三种不同能级 电子能级、振动能级和转动能级 三种能级都是量子化的，且各自具有相应 的能量。

仪器分析-第2章 光学分析法导论

仪器分析-第2章 光学分析法导论
·用远红外光照射有机分子，分子在转动能级间跃迁 产生转动光谱。其波长位于远红外和微波区，亦称远红 外吸收光谱和微波。
·电子能级变化时，必然伴随着振动能级的变化，振 动能级的变化又伴随转动能级的变化，因此，分子光谱 不是线状光谱，而是带状光谱。
λ =1 / σ
c：光速 (2.9979×1010 cm ·s-1)；λ：波长(cm)； ν：频率(Hz或s-1)；σ：波数(cm-1) ； E ：能量(ev或J)； h：普朗克常数6.6256 ×10-34J ·s或４.136 ×10-15ev.s
二、电磁波谱
电磁辐射按照波长(或频率、波数、能量)大小的顺序排列.
如： 钠原子的光谱项符号 32S1/2；
表示钠原子的电子处于n=3，M =2(S = 1/2)，L =0，
J = 1/2 的能级状态（基态能级）；
接下一页
电子的多重态
h +
单重态 （自旋配对）
电子跃迁
激发单重态 （自旋 配对）
h +
单重态
电子跃迁 和 自旋翻转
（自旋配对）
三重态 （自旋 平行）
返回
3. △J = 0、±1 但当J=0时，△J =0跃迁是禁戒的。 4. △S = 0 即单重态只跃迁到单重态，三重态只跃迁到三重
态。不同多重态之间的跃迁是禁阻的。
符合以上条件的跃迁，跃迁概率大，谱线较强．不符合 光谱选择定则的跃迁叫禁戒跃迁，禁阻跃迁强度很弱。 若两光谱项之间为禁戒跃迁，处于较高能级的原子具有较长 的寿命，原子的这种状态称为亚稳态。
吸收光谱法
原紫红核 子外外磁 吸可可共 收见见振
光谱分析法
分子光谱法
发射光谱法
原原分分 X 化
子
子

第二章光学分析法导论

第二章光学分析法导论

反射：光通过具有不同折射率的两种介质的介面时会产 生反射；
干涉 频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强， 某些区域的振动减弱，并且振动加强和振动减弱的区 域互相间隔，此现象叫干涉；
衍射 光绕过物体而弯曲地向它后面传播的现象； 偏振 只在一个固定方向有振动的光称为平面偏振光。
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区代的地位。
波谷的数目。单位: S-1 (Hz) γ=1/T
波长λ: 相邻两极大值或极小值之间的距离。 波长的单位: cm µm nm Å λ=c / γ
波数δ:每厘米内波的数目,即单位距离中极大值的数 目。单位：cm-1 δ=1/ λ
波速v：波在一秒钟内通过的距离。 v=λ/T=λγ
2、电磁辐射的粒子性
电磁辐射是在空间高速运动的光量子（或称光子） 流。可以用光子具有的能量表征。单位为eV或J， 1eV=1.60×10-19J。 光子能量与光波频率有关，普朗克方程将电磁辐射 的波动性和微粒性联系在一起：
一、光学分析法的分类
光学分析法可分为光谱法和非光谱法两大类. 1、光谱法
基于物质与辐射能作用时，分子发生能级 跃迁而产生的发射、吸收或散射的波长或 强度进行分析的方法。
按产生光谱的基本粒子不同
原子光谱 光谱
分子光谱 （1）原子光谱
由原子外层或内层电子能级的变化产生的，表现形式 为线光谱。 原子光谱（线性光谱）：最常见的三种
； h：普朗克常数
电磁辐射具有波动性和微粒性（波粒二相性）
1、电磁辐射的波动性
电磁波是横波（找一个图建立超链接，见上课稿） 可以用波长λ、频率γ、速度v、波数δ、能量等来
表示其特性。 周期T: 相邻两个波峰或波谷通过空间某一固定点所

仪器分析第02章光学分析法导论

仪器分析第02章光学分析法导论
c= =2.997921010 cm.s-1 波数(): 是1cm内波的数目: =1/ 周期：两个相邻矢量极大(或极小)通过空间某固 定点所需的时间间隔叫做辐射的周期
(二) 微粒性
当物质发射电磁辐射或者电磁辐射被物质吸收 时, 就会发生能量跃迁。此时, 电磁辐射不仅具有波 的特征, 而且具有粒子性, 最著名的例子是光电效应 现象的发现。 1) 光电效应(Photoelectric effect) 现象：1887，Heinrich Hetz(在光照时，两间隙间 更易发生火花放电现象) 解释：1905，Einstein理论，E=h=hc/λ 证明：1916，Millikan(真空光电管)
及荧光光谱
子
红外吸收 拉曼散射光谱
0.78-300 m
1.3104-33 分子振动-转 动
微波吸收
0.75-3.75 mm
13-27
分子转动
电子自旋共振光谱
3 cm
0.33
磁场中电子
自旋
核磁共振
0.6-10 m 1.710-2-1103 磁场中核自 旋
电磁波谱的排列从上到下随波长的逐渐增大，频率 和光量子的能量逐渐减小。(量变→质变)
(南开大学2019年)
3.下面五个电磁辐射区域：A.X射线 B.红外区 C.无线 电波 D.可见光区 E.紫外光区
(1)能量最大者_______ (2)波长最短者______ (3)波数最小者_______ (4)频率最小者______ (首都师范大学2019年) 1.下列电磁辐射区的能量递增顺序为( ) A红外﹥射频﹥X射线﹥微波 B射频﹥微波﹥红外﹥X射线 C微波﹥红外﹥X射线﹥射频 D X射线﹥红外﹥微波﹥射频 (南开大学2019年)
原子光谱是原子的外层电子(或称价电子)在两个 能级之间跃迁而产生。原子的能级通常用光谱项符号 表示：n2s+1LJ
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
optical analysis and its characteristics
光分析法：基于电磁辐射能量与待测物质相互作用后 所产生的辐射信号与物质组成及结构关系所建立起来的分析 方法；
电磁辐射范围：射线～无线电波所有范围； 相互作用方式：发射、吸收、反射、折射、散射、干 涉、衍射等； 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区代的地位；
电磁辐射（电磁波）：以接近光速（真空中为光速）传 播的能量；
c =λν =ν/σ E = hν = h c /λ c：光速；λ：波长；ν：频率；σ：波数 ； E ：能量； h：普朗克常数 电磁辐射具有波动性和微粒性；
08:25:08
辐射能的特性：
(1) 吸收 物质选择性吸收特定频率的辐射能，并从低能 级跃迁到高能级；
08:25:08
3.原子荧光分析法
气态原子吸收特征波长的辐射后，外层电子从基态或低 能态跃迁到高能态，在10-8s后跃回基态或低能态时，发射出 与吸收波长相同或不同的荧光辐射，在与光源成90度的方向 上，测定荧光强度进行定量分析的方法。
4.分子荧光分析法
某些物质被紫外光照射激发后，在回到基态的过程中发 射出比原激发波长更长的荧光，通过测量荧光强度进行定量 分析的方法。
08:25:08
5. 分子磷光分析法
处于第一最低单重激发态分子以无辐射弛豫方式进入第 一三重激发态，再跃迁返回基态发出磷光。测定磷光强度进 行定量分析的方法。
6. X射线荧光分析法
原子受高能辐射，其内层电子发生能级跃迁，发射出特征 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
08:25:08
三个基本过程：
（1）能源提供能量； （2）能量与被测物之间的相互作用； （3）产生信号。
基本特点：
（1）所有光分析法均包含三个基本过程； （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。
08:25:08
二、电磁辐射的基本性质
basic properties of electromagnetic radiation
a brief introduction of optical analysis
1.原子发射光谱分析法
以火焰、电弧、等离子炬等作为光源，使气态原子的外 层电子受激发射出特征光谱进行定量分析的方法。
2.原子吸收光谱分析法
利用特殊光源发射出待测元素的共振线，并将溶液中离 子转变成气态原子后，测定气态原子对共振线吸收而进行的 定量分析方法。
08:25:08
分子光谱（带状光谱）：
基于分子中电子能级、振-转能级跃迁； 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）； 核磁共振与顺磁共振波谱（N）；
非光谱法：
不涉及能级跃迁，物质与辐射作用时，仅改变传播方向 等物理性质；偏振法、干涉法、旋光法等；
(2) 发射 将吸收的能量以光的形式释放出； (3) 散射 丁铎尔散射和分子散射； (4) 折射 折射是光在两种介质中的传播速度不同； (5) 反射 (6) 干涉 干涉现象； (7) 衍射 光绕过物体而弯曲地向他后面传播的现象； (8) 偏振 只在一个固定方向有振动的光称为平面偏振 光。
08:25:08
利用分子中基团吸收红外光产生的振动-转动吸收光谱进 行定量和有机化合物结构分析的方法。
10.核磁共振波谱分析法
在外磁场的作用下，核自旋磁矩与磁场相互作用而裂分为 能量不同的核磁能级，吸收射频辐射后产生能级跃迁，根据 吸收光谱可进行有机化合物结构分析 。
08:25:08
11.顺磁共振波谱分析法
利用化学反应提供能量，使待测分子被激发，返回基态 时发出一定波长的光，依据其强度与待测物浓度之间的线性 关系进行定量分析的方法。
08:25:08
8. 紫外吸收光谱分析法
利用溶液中分子吸收紫外和可见光产生跃迁所记录的吸收 光谱图，可进行化合物结构分析，根据最大吸收波长强度变 化可进行定量分析。
9.红外吸收光谱分析法
08:25:08
08:25:08
三、光分析分类
type of optical analysis
光谱法——基于物质与辐射能作用时，分子发生能级跃迁 而产生的发射、吸收或散射的波长或强度进行分析的方法；
原子光谱、分子光谱、非光谱法 原子光谱（线性光谱）：最常见的三种 基于原子外层电子跃迁的原子吸收光谱（AAS）； 原子发射光谱（AES）、原子荧光光谱（AFS）； 基于原子内层电子跃迁的 X射线荧光光谱（XFS）； 基于原子核与射线作用的穆斯堡谱；
第二章 光分析法导论
an introduction to optical analysis
第一节 光分析基础
fundamental of optical analysis
一、光分析及其特点
optical analysis and its feature
二、电磁辐射的基本性质
properties of electromagnetic radiation
08:25:08
非光谱分析法
光分析法 光谱分析法
折 射 法
圆 二 色 性 法
X 射 线 衍 射 法
干 涉 法
旋 光 法
08:25:08
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
分分核 紫红子子磁 外外荧磷共 光光光光振 谱谱光光波 法法谱谱谱
三、光分析法的分类
classification of optical analysis
四、各种光分析法简介
a brief introduction of optical analysis
五、光分析的进展
development of optical analysis
08:25:08
一、光分析法及其特点
法法法
原 原原 X
子 子子 射
发
吸荧
线Байду номын сангаас荧
射 收光 光
原子光谱法
吸收光谱法
原紫红核 子外外磁 吸可可共 收见见振
08:25:08
光谱分析法
紫红分分核化 外外子子磁学 可可荧磷共发 见见光光振光
分子光谱法
发射光谱法
原原分分 X 化
子子子子 射 学
发
荧
荧
磷
线 荧
发
射光光光 光 光
四、各种光分析法简介