现代仪器分析-光谱导论-2011讲解

了解这个过程是研究物质光谱特征与其结构组 成的关系的基础。
待测物 分析光 检测信号 光谱图 结构组成
2.3 光与物质作用的微观过程
一、光与物质作用的经典解释
分子的平动 核外电子轨道运动
分子的六种层次运动
分子中原子间的相对位移振动 分子转动
外磁场中电子的自旋进动
外磁场中原子核的自旋进动
这些分子内部的运动都可以作为某种振动，并以振动
作用光与物质相互作用时，由于电磁共振吸收。作 用光的能量传递给了与其发生电磁共振的分子中的某种 振动，导致作用光的强度降低（吸光度），而分子中对 应振动的振幅增加。
2.3 光与物质作用的微观过程
二、光与物质作用的量子解释
分子的能级结构：
子
子子
射 线
发 吸荧 荧
射 收光 光
原子光谱法
受到光作用的微 观粒子不同
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
光谱分析法
吸收光谱法
原紫红核 子外外磁 吸可可共 收见见振
发射光谱法

光和物质相互作 用的方式不同
原原分分 X 化
子
子
子
子
射 线
学
发荧荧磷 荧 发
射光光光 光 光
2.2 光谱分析与光学分析
光谱仪器：
2.3 光与物质作用的微观过程
一、光与物质作用的经典解释 二、光与物质作用的量子解释 三、物质发光的量子解释
2.3 光与物质作用的微观过程
光谱分析时分析信息负载到分析光的过程，也 就是光和物质相互作用的过程。换句话说，光谱分 析是通过物质和光的相互作用，使物质的结构和组 成的信息负载到分析光上。
相互作用方式：发射、吸收、折射、散射、反射、干涉、衍射等
(1) 吸收
(2) 发射 (3) 散射 (4) 折射 (5) 反射 (6) 干涉 (7) 衍射 (8) 偏振
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； 将吸收的能量以光的形式释放出； 光束通过不均匀媒质时，部分光束方向改变； 折射是光在两种介质中的传播速度不同； 光射到两种介质交界面上，有一部分光返回原介质 干涉现象； 光绕过物体而弯曲地向他后面传播的现象； 只在一个固定电场振动方向光称为线偏振光，振 动方向随时间频率而转动的光为圆或椭圆偏振光 （普通的自然光包括不同方向的电场振动方向）。
2.1 光与光谱
周期性的运动可在两种域中得到表征：
时间空间域，电（磁）场强度随时间（空间）域中表征光波的特性； 频率域，运动状态按周期性参数（频率、波长、波数等）的分布；
2.1 光与光谱
粒子性观点（光是粒子流） ：
其性质参数是每个光子的能量（与波动参数频率对应）； 其强度参数是光子流的密度，即单位时间、单位面积通过 的光子数目（与波动参数的振幅对应）。
光谱： 光的不同波长成分的强度按波长次序排列分布的 记录，其中波长和强度分别用于描述光的性质特征和强度 特征。
2.1 光与光谱
二、电磁波谱划分及光谱
2.1 光与光谱
二、电磁波谱划分及光谱
2.1 光与光谱
▲光的选择性吸收与物质颜色的关系（了解）：
1．可见光的颜色： 在可见光范围内，不同波长的光的颜色是不同的。平常所 见的白光（日光、白炽灯光等）是一种复合光，它是由各 种颜色的光按一定比例混合而得的。利用棱镜等分光器可 将它分解成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等不同颜色的单 色光。 2．物质的颜色与吸收光的关系： 当白光照射到物质上时，如果物质对白光中某种颜色的光 产生了选择性的吸收，则物质就会显示出一定的颜色。 物质所显示的颜色是吸收光的互补色。
的频率与振幅表示它们的特征。
分析光如何负载性质特征：
分子不同层次、不同形式的运动都可以看成是具有 不同特征频率与振幅的电振动。根据经典的电磁共振的 原理，这些振动会与相同频率的电磁波发生相互作用— —即分子能吸收或发射与本身固有频率相同的光，此种 物质吸收或发射的光就是光谱分析中的分析光。
分析光如何负载数量特征：
光学分析法
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
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
法法法
原 原原 X
第2章 光谱分析导论
主要内容介绍： 2.1 光与光谱 2.2 光谱分析与光学分析 2.3 光与物质作用的微观过程 2.4 物质光谱的测定及其解析
2.1 光与光谱
一、光（电磁辐射）的基本性质 即：光的波动性与粒子性
二、电磁波谱划分及光谱
2.1 光与光谱
一、光（电磁辐射）的基本性质
光是一种电磁波，是振动的电场和磁场强度在空间的传播。 具有波、粒二重性，按波动观点：c =λν =ν/σ σ =1/λ 波动观点描述光主要的四类参数： ①描述电磁波振动重复性特征的波动参数：时间频率、时间 周期、空间频率、空间周期（属于光的性质参数） ； ②描述光的强度：即振幅（属于光的数量参数）； ③描述光的传播参数：光传播的方向、速度和相位； ④描述有关光偏振性的参数。
∴能复合成白光的两种颜色的光叫互补色光。
2.1 光与光谱
完全吸收
光谱示意 复合光 表观现象示意
完全透过 吸收黄色光
/nm 400-450 450-480 480-490 490-500 500-560 560-580 580-610 610-650 650-760
颜色 紫 蓝
绿蓝 蓝绿
绿 黄绿
黄 橙 红
光的微粒性： E = hν = h c /λ = h c σ=1240/ λ c：光速；(3×10 8m/s)λ：波长；ν：频率；σ：波数 ； E ：能量； h：普朗克常数=6.626×10-27 erg·s =6.626×10-3410 J·s =4.14×10-15 ev·s
2.1 光与光谱
二、电磁波谱划分及光谱
互补光 黄绿 黄 橙 红 红紫 紫 蓝 绿蓝 蓝绿
2.2 光谱分析与光学分析
光学分析方法：待测物受到某种能量作用后，产生光信号
（或引起光信号变化），或待测物受到光作用后，产生其他某种 分析信号的分析方法。
分为光谱分析和非光谱分析 样品光谱中的波长特征和强度特征进行定性、定量分析； 根据光的其他性质的变化。