光学分析法导论仪器分析

光学分析法导论仪器分析1

基于物质发射的电磁辐射或电磁辐射与物质相互作用而建立起来的分析方法称为光学分析法。光学分析法包括:光谱分析法和非光谱分析法。

光谱法：当辐射能与物质作用时，物质内部能级之间发生量子化的跃迁，测量由此而产生的发射、吸收或散射辐射的波长和强度，并进行分析的方法。吸收光谱法、发射光谱法、散射光谱法等非光谱法：辐射能与物质相互作用时，不发生能级间的跃迁，电磁辐射只改变了传播方向、速度或某些物理性质等。折射法、旋光法、圆二色法、衍射法等

2a:吸光系数，单位L·g-1·cm-1c:溶液的浓度；这种散射光的频率(νm)与入射光的频率(ν0)不同，称为拉曼位移。CVRaman(1888-1970)wasoneofthebrilliantscientistsofIndiawhowontheNobelPrizein1930forhisdiscoveryofthe'RamanEffect.当平行单色光通过单一均匀的、非散射的吸光物质溶液时,溶液的吸光度与溶液浓度和液层厚度的乘积成正比。非光谱法：辐射能与物质相互作用时，不发生能级间的跃迁，电磁辐射只改变了传播方向、速度或某些物理性质等。ε=(6～10）×104：高灵敏；吸光度A与透光度T的关系:KMnO4的颜色及吸收光谱物质通过电致激发，热致激发或光致激发等激发过程获得能量，变为激发态原子或分子，当从激发态过渡到低能态或基态时产生发射光谱，通过测量物质的发射光谱的波长和强度来进行定性和定量分析的方法叫做发射光谱分析法。ΔE=hν的关系时，将产生吸收光谱。朗伯-比耳定律的物理意义：把测得的发射或吸收强度对电磁辐射的能量（频率、波长或波数等相关参数）作图，所得的关系曲线就是光谱。10-2nm10nm102nm104nm0.原子光谱线状光谱Linespectra一、电磁辐射的性质散射折射与反射衍射偏振波长—

cm、µm、nm频率—υ

Hzsec-1波数—σ

cm-1

传播速度—

cm/sec普朗克(Planck)公式E--光子的能量J,焦耳υ

---光子的频率Hz,赫兹

---光子的波长cmc---光速1010cm.s-1h

---Planch常数10-34J.s焦耳.秒光电效应康普敦效应c

=

σ=1/

§6-1电磁波谱3把测得的发射或吸收强度对电磁辐射的能量（频率、波长或波数等相关参数）作图，所得的关系曲线就是光谱。二、电磁波谱的产生原子、离子分子4三、电磁波谱5紫外光区：远紫外区10～200nm（真空紫外区）

近紫外区

200～400nm可见光区：400～800nm红外光区：～1000μm白光（太阳光）：由各种单色光组成的复合光单色光：单一波长的光（由具有相同能量的光子组成）

射线x射线紫外光红外光微波无线电波10-2nm10nm102nm104nm0.1cm10cm103cm105cm可见光6当c的单位为g·L-1时：朗伯-比耳定律的物理意义：物质通过电致激发，热致激发或光致激发等激发过程获得能量，变为激发态原子或分子，当从激发态过渡到低能态或基态时产生发射光谱，通过测量物质的发射光谱的波长和强度来进行定性和定量分析的方法叫做发射光谱分析法。红外光区：～1000μm原子光谱线状光谱Linespectra可见光区：400～800nm实际上，当入射光波长一定时，近紫外区200～400nmc:溶液的浓度；透过光的颜色是溶液吸收光的互补色。吸收光谱法、发射光谱法、散射光谱法等折射法、旋光法、圆二色法、衍射法等透过率T：描述入射光透过溶液的程度当物质所吸收的电磁辐射能与该物质的原子核、原子或分子的两个能级间跃迁所需的能量满足a:吸光系数，单位L·g-1·cm-1KMnO4的颜色及吸收光谱有色物质的不同颜色是由于吸收了不同波长的光所致。溶液能选择性地吸收某些波长的光，而让其他波长的光透过，这时溶液呈现出透过光的颜色。透过光的颜色是溶液吸收光的互补色。7能复合成白光的两种颜色的光叫互补色光。物质所显示的颜色是吸收光的互补色。8§6-2光学分析法的分类一、原子光谱和分子光谱1.原子光谱

线状光谱LinespectraE2E0E1E3h

i波长半宽度10-2~10-5原子吸收光谱原子发射光谱9'(Thediscoverythatmonochromaticlightrayintheincidentbeamcanbesplitupintoanumberofcomponentswithwavelengthsmallerorgreaterthanthatoftheincidentray).红外光区：～1000μm红外光区：则可根据不同的波长范围选用不同材料的晶体制成吸收池的窗口。单色光：单一波长的光（由具有相同能量的光子组成）由检测器将光信号转换成电信号后，可用检流计、微安计数字显示器、计算机等显示和记录结果。透过率T：描述入射光透过溶液的程度频率为ν0的单色光照射到透明物质上，物质分子会发生散射现象。1cm10cm103cm105cmK：吸收系数，其单位随浓度的单位不同而不同。2、可作为定性鉴定的参数b：液层厚度(光程长度)，通常以cm为单位；用来研究吸收、发射或荧光的电磁辐射的强度和波长的关系的仪器叫做光谱仪或分光光度计。ε=(2～6）×104：中等灵敏；a:吸光系数，单位L·g-1·cm-12.分子光谱

带状光谱Bandspectra有机、无机分子E2E1E0波长/nmA(T)半宽度20~100nm分子吸收光谱分子发射光谱h

i波长/nmI）101、发射光谱法物质通过电致激发，热致激发或光致激发等激发过程获得能量，变为激发态原子或分子，当从激发态过渡到低能态或基态时产生发射光谱，通过测量物质的发射光谱的波长和强度来进行定性和定量分析的方法叫做发射光谱分析法。

根据发射光谱所在光谱区和激发方式不同，发射光谱有以下几种：1.X射线荧光光谱法；2.原子发射光谱法；3.原子荧光光谱法；二、发射光谱和吸收光谱112、吸收光谱法

当物质所吸收的电磁辐射能与该物质的原子核、原子或分子的两个能级间跃迁所需的能量满足ΔE=hν的关系时，将产生吸收光谱。可分为以下几类：1.原子吸收光谱法3.红外光谱法12频率为ν0的单色光照射到透明物质上，物质分子会发生散射现象。如果这种散射是光子与物质分子发生能量交换的，即不仅光子的运动方向发生变化，它的能量也发生变化，则称为拉曼散射。这种散射光的频率(νm)与入射光的频率(ν0)不同，称为拉曼位移。利用拉曼位移研究物质结构的方法称为拉曼光谱法。拉曼

C.V.RamanCVRaman(1888-1970)wasoneofthebrilliantscientistsofIndiawhowontheNobelPrizein1930forhisdiscoveryofthe'RamanEffect.'(Thediscoverythatmonochromaticlightrayintheincidentbeamcanbesplitupintoanumberofcomponentswithwavelengthsmallerorgreaterthanthatoftheincidentray).

3、拉曼散射13§6-3光谱法所用仪器用来研究吸收、发射或荧光的电磁辐射的强度和波长的关系的仪器叫做光谱仪或分光光度计。这一类仪器一般包括五个基本单元：光源、单色器、样品容器、检测器和读出器件。14一、光源1、连续光源

是指在波长范围内主要发射强度平稳的具有连续光谱的光源。2）可见光源常见的可见光源是钨丝灯，光谱波长范围为320~2500nm。氙灯也可用作可见光源，光谱波长范围为250~700nm。3）红外光源常用的红外光源有能斯特灯、硅碳棒，光强最大的区域在6000~5000cm-1。1）紫外光源

主要采用氢灯和或氘灯，光谱范围为160~375nm。152.线光源1）金属蒸气灯常见的是汞灯（254-734nm）和钠蒸气灯（589.0,589.6nm）。2）空心阴极灯主要用于原子吸收光谱，能提供许多元素的特征光谱。3）激光激光的强度高，方向性和单色性好，作为一种新型光源应用于Raman光谱、荧光光谱、Fourier变换红外光谱等领域。161.棱镜2.光栅3.狭缝二、单色器

单色器的主要作用是将复合光分解成单色光或有一定宽度的谱带。

单色器由入射狭缝和出射狭缝、准直镜以及色散元件，如棱镜或光栅等组成。17棱镜分光光栅分光18三、吸收池

吸收池一般由光透明的材料制成。紫外光区：采用石英材料；可见光区：则用硅酸盐玻璃；红外光区：则可根据不同的波长范围选用不同材料的晶体制成吸收池的窗口。19四、检测器

检测器可分为两类，一类对光子有响应的光检测器，另一类为对热产生响应的热检测器。五、读出装置

由检测器将光信号转换成电信号后，可用检流计、微安计数字显示器、计算机等显示和记录结果。20§6-4光吸收的基本定律一、朗伯-比耳定律(光度分析法的定量依据）适用条件：（1）平行的单色光；（2）垂直照射；（3）溶液为单一均匀的非散射的吸光物质；21朗伯-比耳定律是吸光光度法的理论基础和定量测定的依据。εmax表明了该吸收物质最大限度的吸光能力，也反映了光度法测定该物质可能达到的最大灵敏度。ε<2×104：不灵敏。ε:摩尔吸光系数,单位L·mol-1·cm-1；ε:摩尔吸光系数,单位L·mol-1·cm-1；主要采用氢灯和或氘灯，光谱范围为160~375nm。CVRaman(1888-1970)wasoneofthebrilliantscientistsofIndiawhowontheNobelPrizein1930forhisdiscoveryofthe'RamanEffect.能复合成白光的两种颜色的光叫互补色光。当物质所吸收的电磁辐射能与该物质的原子核、原子或分子的两个能级间跃迁所需的能量满足T＝I/I0ε=(2～6）×104：中等灵敏；实际上，当入射光波长一定时，KMnO4的颜色及吸收光谱当平行单色光通过单一均匀的、非散射的吸光物质溶液时,溶液的吸光度与溶液浓度和液层厚度的乘积成正比。ε=Ma（M为物质的摩尔质量）吸光度A：描述溶液对光的吸收程度

透过率T：描述入射光透过溶液的程度

A＝lg(I0/I)T＝I/I0吸光度A与透光度T的关系:

A＝－lgTI0

：入射光强度；I：透射光强度；22当波长(λ)和溶液的浓度(c)一定时：

A=lg（I0/I

)=Kb

朗伯定律当波长(λ)和液层厚度(b)一定时:

A=lg（I0/I)=Kc

比耳定律23实际上，当入射光波长一定时，

lg（I0/I)∝

c，b

lg（I0/I)=Kbc式中：I/I0

称为透光率，用T表示

lg（I0/I)称为吸光度，用A表示24A=lg（I0/I)=-lgT=Kbc

式中A：吸光度，无量纲；

b：液层厚度(光程长度)，通常以cm为单位；

c:溶液的浓度；

K：吸收系数，其单位随浓度的单位不同而不同。朗伯-比尔定律：25当c的单位为mol·L-1时

A=εbc

ε:摩尔吸光系数,单位L·mol-1·cm-1；当c的单位为g·L-1

时：

A=abc

a:吸光系数，单位L·g-1·cm-1

ε与a的关系为：

ε=Ma（M为物质的摩尔质量）A=lg（I0/I)=-lgT=Kbc26A＝-lgT＝-lg(It/I0)=εbc

1.00.50AcT＝10–A=10-εbc

c100500T%27吸光度A具有加合性：

A总=A1+A2+A3

+……=ε1bc1

+ε2bc2

+ε3bc3

+

……朗伯-比耳定律的物理意义：当平行单色光通过单一均匀的、非散射的吸光物质溶液时,溶液的吸光度与