光谱分析法概论

光谱分析法概论第1页，共34页，2023年，2月20日，星期三电磁辐射电磁辐射具有波粒二象性电磁辐射是一种以电磁波的形式在空间高速传播的粒子流。第2页，共34页，2023年，2月20日，星期三电磁辐射的波粒二象性波动性：电磁辐射是单频率的正弦波光的折射、干涉、衍射偏振等现象用波长（λ）、频率（v）、波数（σ）描述第3页，共34页，2023年，2月20日，星期三粒子性：电磁辐射是不连续的能量微粒—光子光电效应☆普朗克(Prank)关系式：波动性—粒子性之间的“桥”E=h=hc/电磁辐射的波粒二象性第4页，共34页，2023年，2月20日，星期三电磁波谱按波长（频率、波数、能量）大小顺序排列第5页，共34页，2023年，2月20日，星期三电磁波谱与能级跃迁第6页，共34页，2023年，2月20日，星期三第二章光学分析法概论①能源提供能量②能量与被测物质相互作用③产生可检测信号建立在物质发射的电磁辐射或它与电磁辐射相互作用基础上的各种分析方法全称。♦光学分析法♦光学分析法包含三个过程：第7页，共34页，2023年，2月20日，星期三主要内容一电磁辐射及其与物质的相互作用二光学分析法分类三光谱分析仪器四光谱分析法的发展概况第8页，共34页，2023年，2月20日，星期三一、电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射照射物质时，其传播方向、速度等物理性质发生改变。电磁辐射照射物质时，发生能量转移，使物质内部有相应的能级跃迁第9页，共34页，2023年，2月20日，星期三一、电磁辐射与物质的相互作用折射、反射、透射1、入射电磁辐射能量与介质基态/激发态间的能量差不相等——物理性质发生改变干涉衍射第10页，共34页，2023年，2月20日，星期三一、电磁辐射与物质的相互作用散射：光子与介质发生弹性碰撞改变方向无能量交换丁达尔散射(Tyndall)：被照射试样粒子直径等于或大于入射光波长，如胶体。第11页，共34页，2023年，2月20日，星期三一、电磁辐射与物质的相互作用散射：光子与介质发生弹性碰撞改变方向瑞利散射(Rayleigh)：被照射试样粒子直径短于入射光波长。无能量交换第12页，共34页，2023年，2月20日，星期三拉曼散射(Raman)：非弹性碰撞，方向及波长均改变有能量交换样品池透过光λ不变瑞利散射λ不变拉曼散射λ变一、电磁辐射与物质的相互作用散射：光子与介质发生弹性碰撞改变方向第13页，共34页，2023年，2月20日，星期三一、电磁辐射与物质的相互作用1、入射电磁辐射能量与介质基态/激发态间的能量差相等hh低能态（基态）E0高能态（激发态）Ei满足△E=h吸收和发射物质内部有相应的能级跃迁第14页，共34页，2023年，2月20日，星期三二、光学分析法的分类

物质辐射能相互作用为基础

光学分析法非光谱法：不涉及物质内部能级的跃迁光谱法：物质内部发生量子化能级跃迁而产生辐射随波长变化第15页，共34页，2023年，2月20日，星期三（一）光谱法与非光谱法非光谱法：折射法圆二色性法衍射法干涉法旋光法偏振法光散射法非光谱分析法分析相互作用后电磁辐射的某些基本性质的变化粉末X射线衍射仪第16页，共34页，2023年，2月20日，星期三（一）光谱法与非光谱法光谱法：分析物质与辐射能作用时物质内部能级跃迁而产生的辐射变化光谱特征定性光谱强度定量按外形

线光谱、带光谱、连续光谱按能量的能量传递方式

吸收、发射、散射等按能量大小

γ、X、紫外、可见、红外、微波、电子自旋共振、核自旋共振(无线电波)按物质对象

原子光谱、分子光谱第17页，共34页，2023年，2月20日，星期三（二）原子光谱法与分子光谱法1s2s2p原子能级分子能级分子的电子能级分子振动分子转动原子能级和分子能级第18页，共34页，2023年，2月20日，星期三１２３４０能量电子基态E0电子激发态E1J0J1J2J3J4分子能级分布示意图（二）原子光谱法与分子光谱法第19页，共34页，2023年，2月20日，星期三原子光谱法：涉及原子核外电子能级间跃迁特点：线状光谱；确定元素组成与含量方法举例：

AES、

AAS、

AFS、XFS（二）原子光谱法与分子光谱法第20页，共34页，2023年，2月20日，星期三分子光谱法：

涉及分子中电子能级、振动和转动能级变化特点：带状光谱；给出分子结构信息。方法举例：

UV-Vis、IRMFS、MPS（二）原子光谱法与分子光谱法第21页，共34页，2023年，2月20日，星期三吸收光谱法：粒子吸收能量，由低能态或基态跃迁至较高的能态（激发态），得到光谱（三）吸收光谱法与发射光谱法△E方法举例：

UV-Vis、IRAAS、NMRM+h

M*第22页，共34页，2023年，2月20日，星期三

发射光谱法：

物质受激，由激发态回到基态时以辐射的方式释放能量，产生光谱M*M+h（三）吸收光谱法与发射光谱法方法举例：X射线荧光分析法、原子发射光谱分析法原子荧光分析法、分子荧光分析法分子磷光分析法、化学发光分析法第23页，共34页，2023年，2月20日，星期三三、光谱分析仪器光谱仪：研究吸收、发射的电磁辐射强度和波长关系的仪器辐射源单色器样品池检测器信号处理器或读出装置光谱分析仪器基本组成第24页，共34页，2023年，2月20日，星期三原子发射光谱仪吸收光谱仪荧光光谱仪第25页，共34页，2023年，2月20日，星期三辐射源要求：强度大(分析灵敏度高)、稳定(分析重现性好)第26页，共34页，2023年，2月20日，星期三单色器将复合光分解成单色光或有一定宽度的谱带。入射狭缝、出射狭缝、准直镜、色散元件等组成第27页，共34页，2023年，2月20日，星期三单色器

棱镜依据光的折射现象进行分光；玻璃或石英制成第28页，共34页，2023年，2月20日，星期三单色器光栅利用多狭缝干涉和单狭缝衍射联合作用分光光栅透射光栅反射光栅d900450300700350233500250167300150一级二级三级投射光光栅平面反射光栅凹面反射光栅第29页，共34页，2023年，2月20日，星期三通过干涉现象，得到明暗相间的干涉条纹

干涉仪单色器第30页，共34页，2023年，2月20日，星期三石英或熔融石英：紫外光—可见光—3m；

玻璃：可见光区（350-2000nm）；透明塑料：可见光区（350-2000nm）；盐窗（NaCl,NaBr晶体）：红外光区。样品池

除发射光谱外，其它所有光谱分析都需要吸收池。盛放试样的吸收池由光透明材料制成。第31页，共34页，2023年，2月20日，星期三热检测器:

真空热电偶、热辐射计、热释电检测器等检测器

光电检测器:

硒光电池、光电管、光电倍增管、半导体等第32页，共34页，2023年，2月20日，星期三

由检测器将光信号转换成电信号后进行显示和记录结果读出装置检流计记录仪数字显示器计算机第33页，共34页，2023年，