光谱分析法概论

三个主要过程：（1）能源提供能量；（2）能量与被测物
质相互作用；（3）产生被检测信号。
第一节
电磁辐射及其物质的相互作用
一、电磁辐射和电磁波谱
1. 波动性（干涉、衍射、反射和折射） 用波长(nm)、波数(cm-1)和频率(Hz)表示。 =c/ = 1 / = /c
波长是在波的传播路线上具有相同振动相位的相邻两点间的线性距
光学分析法光谱分析法非光谱分析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射线荧光光谱折射法圆二色性法x射线衍射法干涉法旋光法紫外光谱法红外光谱法分子荧光光谱法分子磷光光谱法核磁共振波谱法光谱分析法吸收光谱法发射光谱法原子光谱法分子光谱法原子发射原子吸收原子荧光x射线荧光原子吸收紫外可见红外可见核磁共振紫外可见红外可见分子荧光分子磷光核磁共振化学发光原子发射原子荧光分子荧光分子磷光x射线荧光化学发光第三节光谱分析仪器光学分析法三个基本过程
原 子 发 射
原 子 吸 收
原 子 荧 光
X 射 线 荧 光
紫 外 可 见
红 外 可 见
分 子 荧 光
分 子 磷 光
核 磁 共 振
化 学 发 光
原子光谱法 光谱分析法 吸收光谱法 原 子 吸 收 紫 外 可 见 红 外 可 见 核 磁 共 振
分子光谱法
发射光谱法
原 子 发 射
原 子 荧 光
分 子 荧 光
离；波数是每厘米长度中波的数目； 频率是每秒内的波动次数。
※ 频率与波长成反比, 即波长越长, 频率越低, 波数越小
2. 微粒性（光电效应、光的吸收和发射） 用每个光子具有的能量E作为表征。 E = h =h c / = h c h (普朗克常数) ， h=6.6262×10-34J•s ※ 光量子的能量(E)与波长成反比, 而与频率（或波数） 成正比.

非光谱法—不涉及能级跃迁，仅测定辐射的某些 基本性质变化的分析方法。（透射，散射，反射， 折射)
2.按物质与辐射能的转换方向(能级迁移方向)
吸收光谱：
M h 吸收辐射能量 M * 吸收光谱
基态 光
激发态
✓例：原子吸收光谱，分子吸收光谱
发射光谱：
M * 发光释放能量 M h 发射光谱
激发态
基态 光
辐射（能量）￫
透明 介质
吸收辐射 基态激发态
不吸收辐射 透射，散射， 反射，折射
第二节光学分析法分类 1.按物质与辐射能相互作用时物质内部
是否发生能级跃迁
光谱法—当物质与辐射能相互作用时，物质内部发生 能级跃迁，利用由能级跃迁所产生的辐射强度随波长 （或相应单位）的变化（即光谱），进行定性定量和 结构分析的方法。
6.2(ev)
3．电磁波谱：
γ射线→ X 射线→紫外光→可见光→红外光→微波→无线电波
核反应
内层电子
外层电子
原子核 自旋
振动-转动 分子转动
电子光谱
小
波长
大
能量
分子光谱
大 小
NMR光谱
二、电磁辐射与物质的相互作用
电磁辐射与物质相互作用的方式有发射、 吸收、散射、反射、折射、干涉、衍射、偏振 等。
第一节 UV-Vis 法基本原理和概念
分子吸收光谱的产生
辐射能量≠能级差—辐射不被吸收 电磁辐射→物质
辐射能量＝能级差—能级跃迁
能级跃迁（分子吸收光谱）
电子能级（n）跃迁（紫外－可见光引起） 振动(v)及转动(J)能级跃迁（红外光引起） 核自旋能级跃迁（磁场中，无线电波引起）
分子能级跃迁示意图 4
3
2

1.1 光谱分析基本原理简介
1.1.3 线光谱、带光谱和连续光谱

依据光谱的外形，可分为： 线状光谱：每条光谱只有很窄的波长范围。 带状光谱：每条光谱在一定的波长范围内连续 发射或吸收。
连续光谱：光谱的分布在很大的波长范围内是 连续的，即分不开线光谱与带光谱。
1.1 光谱分析基本原理简介
荧光发射光谱 荧光激发光谱
（四）. 原子光谱和分子光谱
气态原子纯电子能级跃迁 线状光谱
原子光谱
气态或溶液中分子电子、振动、转动能级跃迁 带状光谱
1.2 光谱分析法的分类和特点
光分析法
非光谱分析法 光谱分析法
圆 折 二 射 色 法 谱 法
X 射 干 线 涉 衍 法 射 法
原子光谱分析法 旋 光 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
1.2 光谱分析法的分类和特点
（二）发射光谱
M * 发光 M h 释放能量 激发态
（三）吸收光谱
M h 吸收辐射能量 M * 基态 光 激发态
基态
光
发射光谱
例：γ-射线；x-射线；荧光
吸收光谱
例：原子吸收光谱，分子吸收光谱
1.2 光谱分析法的分类和特点
1.2 光谱分析法的分类和特点
局限性：

1、原子发射光谱法对某些元素的测定还有困难。 2、基体效应要完全避免难度很大。

3、光谱分析法是一种相对测定方法，一般需用标
准样品对照。

4、大部分光谱分析法的仪器相对昂贵。
1.3 光谱分析法的实际应用

地质找矿 环境监测 化工 能源 钢铁冶金 石油化工

吸收光谱法 发射光谱法 按作用结果不同分 原子光谱→线状光谱 分子光谱→带状光谱

按能量交换方向分
续前
3．非光谱法：利用物质与电磁辐射的相互作用测定 电磁辐射的反射、折射、干涉、衍射和偏振等基 本性质变化的分析方法 分类：折射法、旋光法、比浊法、χ射线衍射法
4．光谱法与非光谱法的区别：


光谱法：内部有能量交换 原子吸收/发射光谱法：原子外层电子能级跃迁 分子吸收/发射光谱法：分子外层电子能级跃迁 非光谱法：内部没有能量交换 仅测定电磁辐射性质改变
准直镜 色散元件 出射狭缝
（三）辐射的检测
1、作用：光电转换器，应具有低噪音、高灵敏度和宽线性响应。 2、部件：光电管和光电倍增管。光电二极管阵列检测器 。 蓝敏光电管(200～625nm): 阴极涂有锑和铯 红敏光电管(625～1000nm):阴极涂有银或氧化铯 光电倍增管(200～1000nm):不可测太强光
=6.20（eV）
能量 J 或ev, 1ev =1.60×10-19J ; : 波长 nm , 1nm=10-7 cm c: 光速 2.998×1010cm· s -1 ; h: 普朗克常数 6.626×10-34 J· s
续前
3．电磁波谱：电磁辐射按波长顺序排列，称~。
γ射线→ X 射线→紫外光→可见光→红外光→微波→无线电波
1、涉及物质内能变化： 辐射能=介质的基态与激发态能量差 产生光的吸收、发射等光化学变化。 2、不涉及物质内能变化： 辐射能≠介质的基态与激发态能量差 产生光的散射、折射、反射等物理现象。
第二节、光学分析法分类
一、光谱法与非光谱法 1．光谱(spectrum) ：电磁辐射与物质作用时，记录物质内部 发生量子化能级跃迁而产生的吸收、发射或散射 等电 磁辐射的强度随波长变化的图谱。 2、光谱法：利用物质的光谱进行定性、定量分析的方法。