第2章 光谱分析法概论

光波相互叠加时，产生明暗相间的条纹。 衍射：光绕过物体而弯曲地向其后面传播的

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2-1
能谱分析 光 学 光 谱 分 析 法
波谱分析
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2-3 光谱分析法分类
一、光谱法
基于物质与辐射能作用时，原子或分 子内部发生能级跃迁，产生光的发射、 吸收或散射等波长与强度的变化关系为 基础的光分析方法。 分类：原子光谱、分子光谱
一、光（电磁辐射）的基本性质
1.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。
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■波长（λ） 相邻两个波峰或波谷之间的直线距离， 单位为米（m）、厘米（cm）、微米 （μm）、纳米（nm）。 1m＝102cm＝106μm＝109nm。
率无关，并达到最大数值，c值准确测定
为2.99792×1010cm/s
■ h为普朗克（Plank）常数，
h=6.626×10-34J·s
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2.光与物质的相互作用 (1) 光的吸收与发射
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 — 光的吸收。
透 光T率It 或T I 吸 光A度lg1 lgI0
第2章 光分析法导论
精品jin
2-1 概述
一、光分析法 1.光分析法定义
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。 2.电磁辐射范围 射线～无线电波所有范围。 3.相互作用方式

光谱分析法的原理是建立在物质与电磁辐射相互作用的物理基础上的。当物质受到电磁辐射的激发时，会产生一 系列的光谱，如吸收光谱、发射光谱和散射光谱等。这些光谱的波长、强度和形状等特征与物质的结构和组成密 切相关。通过测量这些光谱的特征参数，可以推断出物质的成分和性质等信息。
光谱分析法的应用领域
• 总结词：光谱分析法的应用领域广泛，包括化学、物理、地质、环境科学、医学和生物学等领域，可用于研究 物质的组成、结构和性质等。
光谱分析法分类
原子光谱法
原子吸收光谱法（AAS）
利用原子吸收特定波长的光辐射，测量吸收线位置和强度，确定 元素种类和浓度。
原子发射光谱法（AES）
通过测量原子发射的特定波长的光辐射，确定元素种类和浓度。
原子荧光光谱法（AFS）
利用原子吸收特定波长的光辐射后，通过测量荧光辐射的波长和强 度，确定元素种类和浓度。
结合光学显微镜技术，实现对微观结 构和成分的高分辨率光谱分析。
人工智能与机器学习
利用人工智能和机器学习技术，实现 光谱数据的自动解析和模式识别。
提高光谱分析的精度和灵敏度
高精度光谱仪器的研制
研发更高精度的光谱仪器，提高光谱分析的分辨率和准确性。
化学计量学方法
利用化学计量学方法，优化光谱数据处理和分析过程，提高光谱分 析的灵敏度和可靠性。
品的完整性。
多元素同时分析
光谱分析法可以同时检测样品 中的多种元素，提高分析效率。
应用广泛
光谱分析法可以应用于各种领 域，如化学、生物学、医学、
环境监测等。
缺点
样品准备要求高
光谱分析法对样品的准备要求 较高，需要将样品进行均匀混
合、研磨等处理。
仪器成本高
光谱分析法需要使用高精度的 仪器，因此仪器成本较高。

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

线光谱
带光谱
分子光谱和原子光谱：
原子光谱主要是由于核外电子能级发生变化 而产生的辐射或吸收而产生的光谱。
分子光谱则是由于分子中电子能级及分子的 振动、分子的转动能级的变化而产生的光 谱
第二章 光谱分析法导论
4.辐射的吸收
原子吸收 分子吸收 磁场的诱导吸收 弛豫过程
第二章 光谱分析法导论
分子吸收光谱的产生
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
第二章 光谱分析法导论
2.3各种光分析法简介
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。
在分子中存在着电子的运动，以及组成分子 的各原子间的振动和分子作为整体的转动。分子的 总能量可以认为等于这三种运动能量之和。即：
E分子= E电子+ E振动+ E转动
分子中的这三种运动状态都对应有一定的能级。即在分子中存 在着电子能级、振动能级和转动能级。这三种能级都是量子化 的。其中电子能级的间距最大（每个能级间的能量差叫间距或
第二章 光谱分析法导论
第二章 光谱分析法导论
3.电磁波的波动性质
(1) 散射 丁铎尔散射和分子散射； (2) 折射 折射是光在两种介质中的传播速度不同； (3) 反射 光的传播方向改变 (4) 干涉 相干波的互相叠加 (5) 衍射 光绕过物体而弯曲地向他后面传播的现象； (6) 偏振 只在一个固定方向有振动的光称为平面偏光。