光分析法基础

1、光分析法基础第1页，共30页，2022年，5月20日，3点36分，星期一第一节 光分析法概述一、光分析法及其基本特征二、电磁辐射性质与电磁波谱三、光分析法分类第2页，共30页，2022年，5月20日，3点36分，星期一第一节 光分析法概述一、光分析法及其基本特征光分析法：基于能量与待测物质相互作用后，由所产生的电磁辐射信号或待测物质与电磁辐射相互作用后所产生的电磁辐射信号的变化确定物质组成或结构的分析方法。（一）、光分析法光源、辐射源等吸收、发射、折射、散射、反射、干涉、衍射等第3页，共30页，2022年，5月20日，3点36分，星期一第一节 光分析法概述1、能源（光源、辐射源等）提供能量；2

2、、能量与被测物之间的相互作用；3、产生电磁辐射信号或电磁辐射信号变化。三个基本过程（三要素）：第4页，共30页，2022年，5月20日，3点36分，星期一第一节 光分析法概述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；3、涉及大量光学元器件；4、灵敏度高、选择性好、用途广。（二）、光分析法基本特征第5页，共30页，2022年，5月20日，3点36分，星期一第一节 光分析法概述二、电磁辐射性质与电磁波谱电磁辐射（电磁波）是以接近光速（真空中为光速c）传播的能量。注意：是一种能量形式！包括无线电波、微波、红外光、可见光、紫外光以及x-射线和-射线等。（一）、电磁辐射第6页

3、，共30页，2022年，5月20日，3点36分，星期一第一节 光分析法概述电磁辐射具有波粒二象性：波动性和粒子性波动性： c ：光速；：波长；：频率；：波数 ； E ：能量； h：普朗克常数。粒子性：第7页，共30页，2022年，5月20日，3点36分，星期一第一节 光分析法概述（二）、电磁波谱紫外区可见区红外区高能辐射部分波长增加，能量降低射线 X射线微波、 无线电波、射频长波部分第8页，共30页，2022年，5月20日，3点36分，星期一第一节 光分析法概述跃迁类型与电磁波谱区域相对应。 第9页，共30页，2022年，5月20日，3点36分，星期一第一节 光分析法概述使分子或原子中的价电子

4、激发跃迁所需的能量为120eV，计算相应的电磁波的波长。 紫外-可见光区(200400nm)的光子能量时，足以引起价电子的激发跃迁。 第10页，共30页，2022年，5月20日，3点36分，星期一第一节 光分析法概述三、光分析法分类 依据作用方式不同：非光谱法与光谱法非光谱法：基于辐射与物质相互作用时，测量辐射的某些性质，如折射、散射、干涉、衍射和偏振等变化的分析方法。不涉及能级跃迁，电磁辐射只改变传播方向等某些物理性质。第11页，共30页，2022年，5月20日，3点36分，星期一第一节 光分析法概述 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

5、析的方法。 依据作用对象：原子光谱与分子光谱。第12页，共30页，2022年，5月20日，3点36分，星期一第二节 原子光谱与分子光谱原子核外电子在原子内能级之间跃迁所产生的线状光谱原子光谱分子光谱分子中电子能级、振动和转动能级的变化产生的带状光谱第13页，共30页，2022年，5月20日，3点36分，星期一第二节 原子光谱与分子光谱原子光谱原子发射光谱（AES）原子吸收光谱（AAS）原子荧光光谱（AFS）X射线荧光光谱（XFS）穆斯堡谱基于原子外层电子跃迁基于原子内层电子跃迁基于原子核第14页，共30页，2022年，5月20日，3点36分，星期一第二节 原子光谱与分子光谱分子光谱紫外-可见吸

6、收光谱法（UV-Vis）荧光光谱法（MFS）磷光光谱法（PFS）红外吸收光谱法（IR）基于分子外层电子跃迁基于分子内部振动能级和转动能级跃迁第15页，共30页，2022年，5月20日，3点36分，星期一第二节 原子光谱与分子光谱一、原子光谱原子的能级通常用光谱项符号表示：nMLJ n：主量子数；M：谱线多重度；L：总角量子数； J ：内量子数 可用两个光谱项符号表示能级间跃迁或跃迁谱线。选择定则第16页，共30页，2022年，5月20日，3点36分，星期一第二节 原子光谱与分子光谱二、分子光谱（一）、分子的能量构成E=Ee + Ev + Er + En + Et + Ei原子的核能： En 分

7、子的平移能：Et电子运动能： Ee 原子间相对振动能： Ev分子转动能： Er 基团间的内旋能： Ei不变较小 (1)第17页，共30页，2022年，5月20日，3点36分，星期一第二节 原子光谱与分子光谱E = Ee + Ev + Er (2)hv = E2 - E1 =Ev = Ee / h + Ev / h + Er / h 分子产生跃迁所吸收能量的辐射频率： (3)第18页，共30页，2022年，5月20日，3点36分，星期一第二节 原子光谱与分子光谱分子外层电子跃迁的能级差约为 1-20 ev分子的振动跃迁的能级差约为 0.05-1ev 分子的转动跃迁的能级差约为 0.05-10-4

8、ev 第19页，共30页，2022年，5月20日，3点36分，星期一第三节 光分析仪器及光学器件一、光分析仪器的基本流程二、光分析仪器的基本单元与器件第20页，共30页，2022年，5月20日，3点36分，星期一第三节 光分析仪器及光学器件一、光分析仪器的基本流程 光谱仪器通常包括五个基本单元： 1、光源； 2、单色器； 3、试样室； 4、检测器； 5、显示与数据处理。第21页，共30页，2022年，5月20日，3点36分，星期一第三节 光分析仪器及光学器件光分析仪器的基本流程光源试样单色器检测器显示与记录(a) 连续波长光辐射光源试样单色器检测器显示与记录(b) 单色光辐射第22页，共30页

9、，2022年，5月20日，3点36分，星期一第三节 光分析仪器及光学器件二、光分析仪器的基本单元与器件（一）、光源依据分析方法不同，采用不同的光源。在较大范围提供连续波长的光源钨丝灯、氢灯、氘灯、能斯特灯等。光源连续光源提供特定波长的光源线光源激光、空心阴极灯。第23页，共30页，2022年，5月20日，3点36分，星期一第三节 光分析仪器及光学器件第24页，共30页，2022年，5月20日，3点36分，星期一第三节 光分析仪器及光学器件（二）、单色器 单色器主要部件： 1、入射狭缝； 2、准直装置(透镜或反射镜)； 3、色散元件(棱镜、光栅)； 4、出射狭缝。作用：是将复合光色散成光谱带，提

10、供光谱带或单色光。第25页，共30页，2022年，5月20日，3点36分，星期一第三节 光分析仪器及光学器件第26页，共30页，2022年，5月20日，3点36分，星期一第三节 光分析仪器及光学器件不同波长光具有不同的折射率非均排光谱，目前很少使用。色散元件棱镜单狭缝衍射与多狭缝干涉光栅均排光谱反射光栅透射光栅凹面反射光栅平面反射光栅（闪耀光栅）第27页，共30页，2022年，5月20日，3点36分，星期一第三节 光分析仪器及光学器件（三）、狭缝可分辨的最小波长可用有效带宽S表示： S = DWD：为线色散率的倒数；W：为狭缝宽度。 狭缝宽度可控制光强，也和单色器的分辨能力有关。狭缝示意图第28页，共30页，2022年，5月20日，3点36分，星期一第三节 光分析仪器及光学器件（