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光谱分析法导论

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光谱分析法导论

光谱分析法导论


X射线区 远紫外 近紫外 可见光 波长短
红外
微波区 无线电 波长长
能பைடு நூலகம்大
粒子性
光谱分析法
能量小
波动性
现代仪器分析
四、电磁辐射与物质的相互作用
1.辐射的吸收 用吸收光谱表征。
原子吸收：线光谱
选择吸收一定频 率的光
基态原子
激发态原子
现代仪器分析
分子吸收：带光谱
分子平动—整个分子的平动，不产生光谱；连续
1. 足够的光强度 线光源：提供特定波长的光源，金属蒸气灯(汞灯、钠蒸
)、空心阴极灯。 2.气灯 在所属波长区域内发射连续光谱
脉冲光源：具有高单色性、方向性强、亮度高、相干性好 3.等优点。 其发射强度与波长无关
现代仪器分析
现代仪器分析
二、波长选择系统
较窄的带宽，除可增加测定吸收系数的灵敏度，为发射和吸 收方法的选择性创造条件外，还是获得光谱信号与浓度之间 线性关系的必要条件。
现代仪器分析
光栅的特性： ABCDE表示平面光栅的一段 光线L在AJF处同相，到达AKI平面， 光线L2M2要比光线L1M1多通过 JCK这段距离。FEI=2JCK，其后 各缝隙的光程差将以等差级数增加， 3JCK 、4JCK等。 当光线M1、M2、M3到达焦点时， 如果他们沿平面波阵面AKI同相位， 他们就会产生一个明亮的光源相， 只有JCK是光线波长的整数倍时才 能满足条件。
W = D· S D为线色散率的倒数（nm· mm-1，Å· mm-1 ）；S为狭缝宽 度（mm） 现代仪器分析
现代仪器分析
4.折射和反射
5.干涉和衍射
干涉：当满足一定条件（频率相同、振动相同、周 相相等或周相差保持恒定）的两列相干光波相遇叠 加，在叠加区域某些点的光振动始终加强，某些点 的光振动始终减弱，即在干涉区域内振动强度有稳 定的空间分布。 当两列波相互加强时，可得到亮条纹。相互抵消时， 得到暗条纹。
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。
分析化学二-第二章 光谱分析导论ppt实用资料

分析化学二-第二章 光谱分析导论ppt实用资料


五 电磁辐射与物质的相互作用
电磁辐射的基本性质
（2） 分子的吸收 E分子=E电子+E振动+E转动 E电子> E振动> E转动
振动 能级
辐射能
第一电子激 h=E 发态（E1) 吸收光
转动
电子基态
能级
（E0)
基态分子
电子 能级 间的 跃迁
激发态 分子
0 .5
0 .4
光 0 .3
强 度0 .2
转动能级 0.1
反射：入射光与物质 碰撞而按反射定律改 变传播方向的现象
电磁辐射的基本性质
五 电磁辐射与物质的相互作用——折射和反射
折射率 (n) ：光在真空中的传播速度与其在介质中的传播速度的比
n=c/v
相对折射率 (n2,1)：光从介质1进入介质2时，其入射角i与折射角r的正弦比
n2,1
s ini v1 s inr v2
§2-1 电磁辐射的基本性质
一、电磁辐射
所谓电磁辐射是指一种以极大的速度通过空间转播 能量的电磁波
光就是一种电磁波
二、电磁辐射的基本性质 ———波粒二象性
➢ 波动性指电磁波以正弦波的形式向前传播，可以叠加， 并具有折射、衍射、干涉等波的现象。
波 的 叠y 加
频率相同的正 弦波叠加得相 同频率的合成 t 正弦波
应用: 浊度分析法、比浊法
瑞利散射(Rayleigh)：（属于弹性碰撞）
分子散射： 定义：光与粒子碰撞时没有发生能量交换的分子散射
性质：散射＝ 入射，散射强度I ∝ 1/4，强度弱
粒子直径 应用: 共振瑞利散射光谱法 小于入射 光波长时 拉曼散射(Raman) ： （属于非弹性碰撞）
所产生的
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。
仪器分析第2章光谱分析法导论讲解课件

仪器分析第2章光谱分析法导论讲解课件


太阳光谱
折射和反射
• 当光线从介质 1 射到介质 2 的界面上，一部 分在介质 1 中改变其传播方向（反射），另 一部分在介质 2 中改变其传播方向（折射）。
• 反射光和折射光的能量分配是由介质的性质和 入射角的大小来决定的。
• 对于垂直于界面的光束，反射光部分可由下式 计算：
Ir I0
(n2 n1)2 (n2 n1)2
• 原子或分子的最低能态称为基态，较高能态 称为激发态。
光学分析法
非光谱法 光谱法
非光谱法
• 折射法：基于测量物质折射率的方法。 • 旋光法：利用光学活性物质的旋光性质进行
定量测定或纯度检验。 • 比浊法：测量光线通过胶体溶液或悬浮液后
的散射光强度来进行定量分析。 • 衍射法：基于光的衍射现象而建立的方法
分子发射
吸收辐射而被激发的原子和分子处在 高能态的寿命很短，它们一般要通过不同 的弛豫过程返回到基态
非辐射弛豫 辐射弛豫
非辐射弛豫
以非发光的形式释放能量的过程，此时 激发态分子与其他分子发生碰撞而将部分激 发能转变成动能并释放出少量的热量。结果 使体系的温度有微小的升高。
非辐射弛豫包括振动弛豫、内转移、外 转移和系间窜越等。
• 这些粒子只具有少数几个可能的能态。 • 激发作用是通过一个或几个电子跃迁到较高能
级实现的。
如 Na 蒸汽
589.30 nm 589.60 nm 3s→3p
285 nm
3s→5p
紫外和可见光区的能量足以引起外层电子或
价电子的跃迁。
分子吸收
分子的总能量E分子可以用下式表示: E分子= E电子+ E振动 + E转动
• 核磁共振波谱法（NMR） • 电子自旋共振波谱法（ESR）
光谱分析法概论(共76张PPT)全

光谱分析法概论(共76张PPT)全

(1) 简并：振动形式不同，但振动频率相同，产生简并。
(2) 红外非活性振动：振动过程中分子偶极矩不发生变化。
（或说偶极矩变化为0），正负电荷重心重合 r = 0 因为µ= q·r = 0 ，Δµ= 0；红外线是个交替磁场，若
Δµ= 0，则不产生吸收。
(3) 仪器分辨率太弱。 (4) 峰太弱。
☆产生红外光谱两个必要条件：
苯环和发色团相连，使E2和B带均长移, ε大 E2，K 带合并，有的就称为K带
基本原理和基本概念
苯的乙醇溶液
基本原理和基本概念 (四)影响因素 溶剂效应 ① n→π* 极性 短移 π→π* 极性 长移 ②影响吸收强度
③影响精细结构：苯在乙醇中（极性） 精细结构消失
基本原理和基本概念
基本原理和基本概念
3080-3030 cm-1 re 平衡位置原子间距离 差频峰： ν1-ν2 亚甲基的伸缩振动形式示意图
即：不对称分子，Δµ大
质谱法
确定分子的原子组成、相对分子质量、分子
式和分子结构。经常与UV、IR及NMR等配合 运用。
光学分析仪器的基本组成
紫外光谱 Ultraviolet absorption spectra
3. n→π* :含有杂原子的不饱和基团，近紫外区， ε很小 例如：-C=O: ,-C≡N:
4. n→σ* :远紫外区，含有杂原子的饱和基团， 例如：-OH,-NH2,-X,-S
σ→σ*> n→σ*≥π→π*> n→π*
基本原理和基本概念
（二）紫外光谱中常用术语
生色团 — 结构中有π→π*或 n→π*的基团，
50 ~ 500 µm 远红外(far-infrared)
红外光区的划分与跃迁类型
注意波数和波长的换算关系
光谱分析法导论

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粒子性
E
光电效应
E

h

hc

E：光子的能量（J, 焦耳） ：光子的频率（Hz, 赫兹） ：光子的波长（cm） c：光速（2.99791010 cm.s-1） h：Plank常数（6.625610-34 J.s 焦耳. 秒）
7
光的电磁波性质
10-2 nm 10 nm 102 nm 104 nm 0.1 cm 10cm 103 cm 105 cm
41
2.光栅
光栅分为透射光栅和反射光栅，常用的是反 射光栅。反射光栅又可分为平面反射光栅（或称 闪耀光栅）和凹面反射光栅。
光栅由玻璃片或金属片制成，其上准确地刻 有大量宽度和距离都相等的平行线条（刻痕）， 可近似地将它看成一系列等宽度和等距离的透光 狭缝。
光栅是一种多狭缝部件，光栅光谱的产生是 多狭缝干涉和单狭缝衍射两者联合作用的结果。
37
（1）色散率（角色散率、线色散率和倒线
色散率） 棱镜的角色散率用 d/d 表示。表示入
射线与折射线的夹角，即偏向角 对波长
的变化率。角色散率越大，波长相差很小 的两条谱线分得越开。
38
在光谱仪中，谱线最终是被聚焦在光谱焦面 上，以便进行检测。此时，用角色散率难以表示
谱线之间的色散距离，而采用线色散率dl /d 来
有效长度b和棱镜材料的色散率dn /d成正比
式中mb为m个棱镜的底边总长度。
40
由上式可知，分辨率随波长而变化，在短 波部分分辨率较大。对紫外光区，常使用对紫 外光有较大色散率的石英棱镜；而对可见光区， 最好的是玻璃棱镜。由于介质材料的折射率n 与入射光的波长有关，因此棱镜给出的光谱 与波长有关，是非均排光谱。
E= Ee + Ev + Er + En + Et + Ei
光谱分析法导论ppt课件

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光源有连续光源和线光源等。
一般连续光源主要用于分子吸收 光谱法；线光源用于荧光、原子吸收 和Raman光谱法。
1. 连续光源 连续光源是指在很大的波长范围
内能发射强度平稳的具有连续光谱的 光源。
（1）紫外光源
紫外连续光源主要采用氢灯或氘灯。 它 们在低压（1.3103Pa）下以电激发的方式 产生的连续光谱范围为160 -375 nm。
质分子会发生散射现象。如果这种散射是光子 与物质分子发生能量交换的，即不仅光子的运 动方向发生变化，它的能量也发生变化，则称 为Raman散射。
这种散射光的频率（ν m）与入射光的频 率不同，称为Raman位移。Raman位移的大小与 分子的振动和转动的能级有关，利用Raman位 移研究物质结构的方法称为Raman光谱法。
分子光谱法是由 分子中电子能 级、振动和转动能级 的变化产生的， 表现形式为带光谱。
属于这类分析方法的有紫外-可 见分光光度法（UV-Vis），红外光 谱法（IR），分子荧光光谱法（MFS） 和分子磷光光谱法（MPS）等。
非光谱法是基于物质与辐射相互作用 时，测量辐射的某些性质，如折射、散射、 干涉、衍射、偏振等变化的分析方法。
把电压加到固定在封套上的一对电极 上时，就会激发出元素的特征线光谱。汞 灯产生的线光谱的波长范围为254- 734nm， 钠灯主要是589.0nm和589.6nm处的一对谱 线。
（2）空极阴极灯
主要用于原子吸收光谱中，能提供许
多元素的特征光谱。
（3）激光
激光的强度非常高，方向性和单色性 好，它作为一种新型光源在Raman光谱、 荧光光谱、发射光谱、fourier变换红外 光谱等领域极受重视。
第二节 光谱法仪器
用来研究吸收、发射或荧光的电磁辐 射的强度和波长的关系的仪器叫做光谱仪 或分光光度计。这一类仪器一般包括五个 基本单元：光源、单色器、样品容器、检 测器和读出器件。
第四章 光谱分析法导论

第四章 光谱分析法导论

I篇 光谱学分析方法
22:51
1
第四章 光谱分析法导论
Basic of Spectrometry analysis
光学分析法是根据物质发射的电磁辐射或电磁辐射 与物质相互作用而建立起来的一类分析化学方法。
这些电磁辐射包括从射线到无线电波的所有电磁波谱 范围，而不只局限于光学光谱区。电磁辐射与物质相互 作用的方式有发射、吸收、反射、折射、散射、干涉、 衍射、偏振等。
22:51
9
辐射的速度、频率和波长之间的关系
c =λ
注意： 辐射的频率只决定于辐射源，与介质无关 。 在真空中，辐射的传播速度与频率无关， 且有它们的最大值。
c 3×1010 cm·s-1
22:51
10
波数的定义
有时用波数来描述电磁辐射，波数的定 义是每厘米内该波的振动次数。
=104/λ(μm)=107/λ(nm)
22:51
40
2.光栅 光栅由玻璃片或金属片制成，其上准确地 刻有大量宽度和距离都相等的平行线条（刻 痕），可近似地将它看成一系列等宽度和等 距离的透光狭缝。
光栅光谱的产生是多狭缝干涉和单狭缝衍 射两者联合作用的结果。
22:51
41
22:51
42
右图为平面反射 光栅的一段垂直于刻线 的截面。
它的色散作用可用光 栅公式表示
核磁共振波谱法 质谱法
22:51
4
非光谱法是基于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。
X射线衍射、透射电镜、扫描电镜等。
22:51
5
第一节 电磁辐射的波动性
电磁辐射在传播时表现出波的性质，如反射、 折射、衍射、干涉和散射等。
光谱分析导论

光谱分析导论


（1) 平面光栅公式
d (sin sin ) n
n—(级数) 0,±1,±2,… φ--为入射角 d --为光栅常数（相邻刻线间的距离）--为衍射角 入射角规定为正值，若衍射角和入射角在光栅 平面法线的同侧，衍射角取正值，异侧取负值。
当一束平行的复合光以一定的入射角照射光栅
平面时，对于给定的光谱级次，衍射角随波长的增
b 光谱通带W
光谱通带：选定狭缝宽度时，通过狭缝的波长范围。
W (A) D (A/ mm) S (μm) 10-3
0 1 0
D-1:倒线色散率； W :光谱通带； S :狭缝宽度。
当单色仪的色散率固定时，光谱通带将随狭缝宽度
变化，而影响单色器的分辨能力。
c
狭缝宽度的选择原则
率，减少其它谱线的干扰，提高选择性；
4.衍射 光绕过物体而弯曲地向他后面传播的现象；
§2 电磁辐射的量子力学性质
一. 电磁辐射的微粒性
光电效应 康普敦效应 黑体辐射
光的粒子性主要表现为光的能量不是均匀连续分布在 它传播的空间，而是集中在光子的微粒上。
E --光子的能量 J Hz cm 2.99791010 cm.s-1
hc E h λ
定性分析：选择较窄的狭缝宽度—提高分辨 定量分析：选择较宽的狭缝宽度—增加狭缝
的亮度，提高分析的灵敏度；
根据样品性质和分析要求确定狭缝宽度。并
通过条件优化确定最佳狭缝宽度。
与发射光谱分析相比，原子吸收光谱因谱线
数少，可采用较宽的狭缝。但当背景大时， 可适当减小缝宽。
三. 试样容器
光源与试样相互作用的场所 1 吸收池 紫外-可见分光光度法：(石英)比色皿 红外分光光度法：将试样与溴化钾压制成透明片 2 特殊装置 原子吸收分光光度法：雾化器中雾化，在火焰中， 元素由离子态→原子； 原子发射光谱分析：试样喷入火焰；
第2章_光谱分析法导论.

第2章_光谱分析法导论.

第二章 光谱分析法导论
光分析法的基础包括两个方面： 其一为能量作用于待测物质后产生光辐射和其它辐射能 量形式，也可以是声、电、磁或热等能量形式； 其二为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。 基于此，可以建立一系列的分析方法，这些分析方法均 可称为光分析法。
电子能级数有限，吸收的特征频率也有限。
原子通常处于基态，由基态向更高能级的跃迁具有 较高的概率。
在现有的检测技术条件下，通常只有少数几个非常 确定的频率被吸收，表现为原子中的基态电子吸收特 定频率的电磁辐射后，跃迁到第一激发态、第二激发 态或第三激发态等。
10
§2.1 电磁辐射与物质的相互作用
1. 吸收
X-射线吸收光谱法: X-射线/放射源原子内层电子（n>10) X -射线吸收 X-荧光光谱法: X-射线原子内层电子 特征X -射线发射
原子光谱：原子发射光谱、原子吸收光谱、原子荧光光谱 分子光谱：紫外-可见吸收光谱、分子荧光/磷光光谱、化学发7光
§2.1 电磁辐射与物质的相互作用
（续上）
1
光学分析法的分类
光 谱 法：以光的波长与强度为特征信号的仪器分析 方法。如：吸收光谱法、发射光谱法、散射光谱法
非光谱法：以光辐射的某些性质变化特征信号的仪器 分析方法。 不涉及能级间的跃迁只改变传播方向、速度或某些物 理性质。
如：折射法、旋光法、圆二色法、比浊法、衍射法。
2
§2.1 电磁辐射与物质的相互作用
(3) 磁场诱导吸收
1. 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，它们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。

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第二章光谱分析法导论一 .教学内容1 ．电磁辐射及电磁波谱的概念、特性及相关物理量2 ．物质与电磁辐射相互作用及相关的光谱学3 ．光学分析法的分类及特点4 ．光学分析法的基本仪器二．重点与难点1 ．电磁辐射与电磁波谱的特殊2 ．各物理量的相互换算3 ．物质与电磁辐射相互作用的机制4 ．各种能级跃迁的概念及相应的光谱三 .教学要求1 ．牢固掌握电磁辐射和电磁波谱的概念及性质2 ．熟练掌握电磁辐射各种物理量之间的换算3 ．清楚理解物质与电磁辐射相互作用所产生的各种光谱4 ．清晰光学分析法分类的线索5 ．了解光谱法的基本仪器部件四．学时安排2学时第一节光学分析法及其分类光学分析法是根据物质发射的电磁辐射或电磁辐射与物质相互作用而建立起来的一类分析化学方法。

这些电磁辐射包括从射线到无线电波的所有电磁波谱范( 不只局限于光学光谱区 ) 。

电磁辐射与物质相互作用的方式有发射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射、偏振等。

光学分析法可分为光谱法和非光谱法两大类。

光谱法是基于物质与辐射能作用时，测量由物质内部发生量子化的能级之间的跃迁而产生的发射、吸收或散射辐射的波长和强度进行分析的方法。

光谱法可分为原子光谱法和分子光谱法。

原子光谱法是由原子外层或内层电子能级的变化产生的，它的表现形式为线光谱。

属于这类分析方法的有原子发射光谱法（AES ）、原子吸收光谱法（ A AS ），原子荧光光谱法（ AFS ）以及 X 射线荧光光谱法（X FS）等。

分子光谱法是由分子中电子能级、振动和转动能级的变化产生的，表现形式为带光谱。

属于这类分析方法的有紫外 - 可见分光光度法（ U V - Vi s），红外光谱法（ IR ），分子荧光光谱法（ M FS）和分子磷光光谱法（ M PS）等。

非光谱法是基于物质与辐射相互作用时，测量辐射的某些性质，如折射、散射、干涉、衍射、偏振等变化的分析方法。

本章主要介绍光谱法。

一、发射光谱法物质通过电致激发、热致激发或光致激发等激发过程获得能量，变为激发态原子或分子 M * ，当从激发态过渡到低能态或基态时产生发射光谱。

《光谱分析导论》课件

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目录
• 光谱分析的基本概念 • 光谱分析技术 • 光谱分析的应用 • 光谱分析仪器 • 光谱分析的未来发展
01 光谱分析的基本概念
光谱分析的定义
总结词
光谱分析是一种基于物质与光相互作用的测量技术，通过测量物质发射或吸收 的光谱来分析其组成和性质。
详细描述
光谱分析是一种通过测量物质与光相互作用的特性来分析物质组成和性质的方 法。它利用物质吸收、发射或散射光的特性，通过测量光谱线及其强度来推断 物质的结构、组成和状态。
光谱分析的分类
总结词
光谱分析可以根据不同的分类标准进行分类，如光谱 的来源、光谱的测量方式、光谱的波长范围等。
详细描述
光谱分析可以根据不同的分类标准进行分类。根据光 谱的来源，可以分为发射光谱和吸收光谱；根据光谱 的测量方式，可以分为原子光谱和分子光谱；根据光 谱的波长范围，可以分为可见光谱、紫外光谱、红外 光谱、X射线光谱等。这些分类方法在特定的应用场 景中具有不同的优缺点，选择合适的分类方法对于获 得准确的分析结果至关重要。
光谱分析的原理
总结词
光谱分析的原理基于物质与光的相互作用，通过测量光谱线的波长、强度物质与光之间的相互作用，当光照射到物质上时，物质会吸收特定波长的光， 从而改变光的能量分布。通过测量光谱线的波长、强度和形状，可以推断出物质的成分、结构和性质 等信息。
05 光谱分析的未来发展
高分辨光谱技术
总结词
高分辨光谱技术是光谱分析的重要发展方向，能够提供更精确、更全面的物质成分信息。
详细描述
高分辨光谱技术利用高精度的光谱仪和先进的光源，能够获得更精细的光谱细节，从而更准确地解析 物质成分和结构。这种技术对于研究复杂分子结构和化学反应机制具有重要意义，有助于推动科学研 究和工业生产的发展。

第2章 光谱分析法导论

（1）电磁辐射包括从波长极短的γ射线到无线电波的所有电 磁波谱范围，而不只局限于光学光谱区。 （2）电磁辐射与物质的相互作用方式很多，有发射、吸收、 反射、折射、散射、干涉、衍射、偏振等，各种相互作用的 方式均可建立起对应的分析方法，光学分析法的类型极多。
（3）基于上述两点，光学分析法的应用非常广泛。
线光谱
带光谱
三、电磁辐射的发射（emission）
3、连续光谱(continum spectra):
固体被加热到炽热状态时，无数原子和分子的运动或振动 所产生的热辐射称为 连续光谱，也称黑体辐射（blackbody radiation）。
通常产生背景干扰。温度越高，辐射越强，而且短波长的 辐射强度增加得最快！
6×1014~ 2 2.5 × 106~ 莫斯鲍尔光谱法
×1012
8.3×103
X 射线 10-3~10nm
3 × 1014~ 1．2×106 ~ X 射线吸收法
3×1010
1.2×102
X 射线荧光法
紫外光 10~400nm 可见光 400~750nm
3 × 1010 ~ 125~3.1 7.5×108
六、以电磁辐射为基础的常用光谱方法
波谱区 近红外光 中红外光 远红外光
微波
射频
波长 0.75~2.5m 2.5~50m 50~1990m 0.1~100cm 1~100 m
跃迁类型
分子振动
分子转动 电子、核自旋
近红外光谱区:配位化学的研究对象
红外吸收光谱法:红外光分子吸收
远红外光谱区
电子自旋共振波谱法:微波分子未成对电子吸收
核磁共振波谱法:射频原子核自旋吸收
Small balls on the surface of Mars: The constituents of small balls was proved to be FeS2 by using Musbal Spectrometry （莫斯鲍尔光谱法）
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好等于物质的基态和某一激发态之间的能量差时，即 有：hv = E1 - E0，物质就会吸收辐射，从基态激发到 激发态。
⑵ 分子吸收 分子、甚至是双原子分子的光谱，要比原子光谱
复杂得多。这是由于分子所具有的能级数目比原子的 能级数目要多得多。
分子总能量
Ee 电子能量 Ev 振动能量 Er 转动能量
E=Ee+Ev+Er 1～20eV 1～0.05eV 0.05 ～0.005eV
入射的电磁波和物质的原子或分子相互作用，电
磁波的能量正好等于物质的基态和激发态之间的能量
差时,就会产生吸收光谱。
M+hv = M* hv = E1 - E0 利用物质的特征吸收光谱进行分析的方法称为吸收
光谱法。
吸收光谱法包括：原子吸收、分子吸收、磁场的 诱导吸收和弛豫过程。
⑴ 原子吸收 气态原子对特征辐射光波的吸收，其光波能量正
场的作用后，它们的磁性质会产生附加的量子化能级 。这种诱导能态间的能量差很小，它们的跃迁仅通过 吸收低频区的辐射来实现的。研究的方法是核磁共振 波谱（NMR）和顺磁共振波普法（ESR）
⑷ 弛豫过程 通过吸收辐射而被激发的原子或分子处在高能态
的寿命很短，它们要通过不同的弛豫过程返回基态。 ① 非辐射弛豫：通过与其它分子的碰撞将激发能转 变为动能，结果使体系的温度有微小的升高。 ② 荧光和磷光弛豫：原子或分子吸收电磁辐射后激 发至激发态，当返回基态时，以辐射能的形式释放能 量。荧光产生比磷光（亚稳态）迅速。 ③ 共振荧光：发射辐射的频率与用来激发的辐射的 频率完全相同的过程。
是与酶反应，可用于分析葡萄糖、乳酸、氨基酸等。
通过测量物质的发射光谱的波长和强度来进行定
性和定量分析的方法称为发射光谱分析法。
发射光谱分析法包括：
⑴ γ射线光谱法 ；
⑵ x-射线荧光光谱法；
⑶ 原子发射光谱法；
⑷ 原子荧光光谱法；
⑸ 分子荧光法；
⑹ 分子磷光法
⑺ 化学发光法
2 . 吸收光谱
P16
第二章 光谱分析法导论
INTRODUCTION TO SPECTRUM ANALYTICS
课程的任务和要求
⒈ 了解电磁波谱的性质； ⒉ 了解光与物质的相互作用特点及其与光谱分 析法的关系； ⒊ 掌握光学分析仪器的基本组成单元及其作用。
2.1 电 磁 辐 射
P11
一、电磁辐射的性质
光波是一种电磁波，它具有波动性和粒子性。光谱 是一种电磁波谱，电磁波谱分为三个部分: 高能辐射、 中间部分和长波部分。 电磁波谱：描述电磁辐射（发射、吸收、散射）的辐射 强度随波长变化的函数关系，这种关系很难用简单的数 学关系式，而用图或表来描述，描述此函数关系的图。
3.长波部分 包括微波和射频区。由于能量低，研究
间隔很小的能级跃迁。跃迁类型是部分转动能级、电子 磁能级和核自旋磁能级跃迁(顺磁和核磁共振)。
2. 2 光与物质的相互作用
一、 辐射的性质
电磁波与物质相互作用的结果,可以产生发射、吸 收和散射三种类型光谱。
1. 发射光谱
物质从能量较高的激发态M*跃迁到能量较低的状 态M，多余的能量以光的形式发射出来。
分子光谱形状
0-0 0-1 0-2
稀薄气体、 振动、 转动结构存在。
中等气体压力 转动结构消失了，振动结构存在
分子间作用力小液体，转动结构消失了，振动 结构存在，但不明显。
分子间作用力大 液体，振动结构消失
对应吸收光谱的方法：
⑴ 穆氏堡尔光谱法 ⑵ 原子吸收光谱法 ⑶ 紫外-可见吸收光谱法 ⑷ 红外吸收光谱法 ⑸ 激光光声光谱法 ⑹ 顺磁共振波谱法 ⑺ 核磁共振波谱法
键长和键角都不变，只旋转。
分子的单重态S，三重态用T表示。三重态分子有顺磁性；而单重态分子 有抗磁性。由单重基态至单重激发态的跃迁几率远远大于单重基态至三重激 发态，受激单重态的平均寿命大约为10-8s，而受激三重激发态平均寿命可达 10-1s。
⑶ 磁场的诱导吸收 当将某些元素放入磁场时，其电子和核受到强磁
⒋ 化学发光 通过化学反应释放的化学能激发体系中 的分子而发光。
A+B
C* +D
C*
C+ hv
பைடு நூலகம்
包括：气相化学发光和液相化学发光。其中液相化
学发光在痕量分析中十分重要。常用发光物质有：鲁迷
诺、光泽精和洛粉碱等。
鲁米诺-H2O2体系用于化学发光法测定许多生化物 质，如甘氨酸、铁蛋白、血红蛋白、肌红蛋白等。特别
1.高能辐射 包括r射线和x射线，r射线的能量最高，
它来源于核能级跃迁；x射线来源于原子内层电子能级 跃迁。随着波长减小，电磁辐射的粒子性越来越明显。
2.中间部分 包括紫外、可见和红外区,统称光学光谱
区。它们来源于原子和分子的外层电子能级跃迁、分子 振动能级和转动能级跃迁。它们的分光系统，一般采用 光栅和棱镜。
分子光谱：产生于内能的变化电子跃迁
电子跃迁
分子基态，单重态S，二个电子同处于基态，二电子 自旋方向相反。
分子激发态，单重态 S，一个电子处于基态，一个 电子处于高能态，二电子自旋方向相反。
分子激发态，三重态 T，一个电子处于基态，一个电 子处于高能态，二电子自旋方向相同。
振动 转动
二原子间距改变，即键长改变；键长不变，键角 变化。
3.散射光谱：
光通过介质时将会发生散射现象。一般散射分为 两类： ⑴ 铎尔散射: 介质粒子（胶体和乳浊液）的大小与光 的波长差不多时，散射光的强度增加，用眼能看到散 射光的强度与入射光波长的平方成反比。用于研究高 聚物分子和胶体粒子的大小及形态结构的研究。
⑵ 分子散射 包括两类：
① 瑞利散射： 光子与介质分子之间发生弹性碰撞所 致，碰撞是没有能量交换，只改变光子的运动方向， 散射光的频率不变。即散射光的频率与入射光频率相 同，向各个方向散射,其强度与入射光波长的4次方成 反比。
M*→M+ hv
第一共振线：从第一激发态回到基态，常用作分析线。
物质可以通过不同的激发过程来获得能量变为激 发态： 1.电致激发： 通过被电场加速的电子轰击而激发。 2.热致激发： 通过热运动的粒子碰撞而激发。 3.光致激发： 通过吸收了一次光子而激发。
光致激发发射的二次光称荧光或磷光.延迟时间 很短(10-5～10-8s)为荧光;延迟时间较长(10-4～10s)为 磷光。