第12章 光学分析法导论

第12章

光学分析法导论

AnIntroductiontoOpticalAnalysis

第12章

光学分析法导论

AnIntroductiontoOpticalAnalysis

什么叫光学分析法？利用电磁辐射为“探针”来探测物质性质、含量和结构的方法。

12-1电磁辐射的基本特征

12-2辐射与物质的相互作用

12-3光学分析法的分类

12-4光学光谱法的仪器

12-1电磁辐射的基本特征

1

什么叫电磁波？

一种以巨大速度通过空间，不需要以任何物质作为传播媒介的能量形式，称为电磁波。在整个电磁辐射范围内，按波长或频率的大小顺序排列起来，即为电磁波谱

电磁波的二重性

第12章

光学分析法导论

2波动性可用波性质的波参数来描述

周期P

（s）

频率

（s-1=Hz）

=1/P

波长

厘米微米

纳米

埃

cm

mnmÅ10-2m10-6m10-9m10-10m

波数（cm-1）称为开瑟(Kayser,K表示)=1/

第12章光学分析法导论12-1

电磁辐射的基本特征

第12章

光学分析法导论12-1电磁辐射的基本特征

2波动性可用波性质的波参数来描述

“时”域参数———周期P

频率

“空”域参数———波长

波数“时”域参数与“空”域参数的联系：传播速度Vcm/sV=

真空中传播速度c=(2.997925±0.000001)×1010cm/s应该注意：频率更能表征辐射的特征

频率只决定于辐射源，而与介质无关波长与传播速度V、介质（折射率

n=c/V）有关第12章光学分析法导论12-1电磁辐射的基本特征

3粒子性及普朗克关系式

☆粒子性

不连续的能量微粒————光子（光量子）能量1eV=1.6021892×10-19J常用每摩尔能量1erg=10-7J=2.3901×10-8Cal=6.2418×1011

eV1

Cal=4.186J

☆普朗克(Prank)关系式

波动性——粒子性之间的“桥”

E=h

=hc/

普朗克常数(6.62559±0.00015)×10-34焦耳

秒(J

s)核跃迁磁场中自旋取向分子

转动分子

振动共价电子跃迁内层电子跃迁

-射线X–射线紫外可见光近红外中红外远红外顺磁共振核磁共振红外波段微波波段射频波段108107106105104103102101110-110-210-310-1010-910-810-710-610-510-410-310-210-11101波数(cm-1)波长(m)200nm

800nm第12章

光学分析法导论12-1电磁辐射的基本特征

4电磁波谱及分析方法电磁波谱区域近紫外第12章光学分析法导论12-1

电磁辐射的基本特征

4电磁波谱及分析方法电磁波谱区域与相应的光谱分析方法光谱区域波长范围

跃迁类型光谱分析方法

射线0.001~0.1Å核能级跃迁

射线发射法莫斯堡尔法

X射线0.1~100Å原子內层电子能级跃迁

X-荧光、衍射法电子能谱分析法真空紫外10~200nm真空紫外吸收光谱法紫外

200~400nm外层电子及价电子能级紫外可见吸收光谱法可见

400~800nm外层电子及价电子能级原子吸收、发射、荧光法分子荧光光谱法近红外

0.8~2.5μm分子振动能级红外吸收光谱法中红外

2.5~50μm分子振动能级拉曼光谱法远红外50~300

m分子转动能级微波0.3~1000mm分子转动、电子自旋能级微波吸收、电子顺磁共振谱无线电波1m~1000m核自旋核磁共振谱

（单色光）入射法线反射

I0

Iri1i2

空气

n1=1

玻璃n2=1.5r2

折射折射:斯涅尔（Snell）折射定律n2Sinr2=n1Sini1反射:入射角i1

=

反射角i2

⊥反射的反射率

=

Ir/I0=(n2-n1)2/(n2+n1)2

i1＜60°时

变化不大

12-2电磁波与物质的相互作用第12章

光学分析法导论

全反射：Sini2>n1/n2时出现

i2超过某一值时，

便发生全反射,此角称临界角服从反射定律仅出现在折射率较高的介质中。色散：折射率n

随频率

而变，复合光的折射角随频率而改变

n↑

↑正常色散

适宜制作透镜

n↓

↑反常色散

适宜制作棱镜

第12章光学分析法导论12-2

电磁波与物质的相互作用

干涉：两个波叠加时，组合波的振幅是组份波的矢量和同相位组合波相长相位差1800组合波相消衍射：干涉现象的结果平行单色光通过狭缝时,

可在透镜后，屏幕上看到明暗交替的衍射条纹第12章光学分析法导论12-2

电磁波与物质的相互作用散射：瑞利(Rayleigh)散射强度同波长的四次方成反比频率不改变拉曼(Raman)散射量子化的频率改变吸收：发射：——能级间跃迁满足△E=h

高能态（激发态）Ei吸收发射

能级

h

h

能级的简并低能态（基态）E0

跃迁光谱第12章光学分析法导论12-2

电磁波与物质的相互作用

物质

辐射能相互作用为基础折射

非光谱法——反射

不涉及能级间的跃迁色散只改变传播方向、速度散射相应方法光学分析法或某些物理性质干涉衍射旋光光谱法——能级跃迁——波长和强度

第12章光学分析法导论12-2

电磁波与物质的相互作用按电磁辐射的物质对象分子光谱原子光谱按电磁辐射的能量传递方式光谱法吸收、发射、荧光、拉曼光谱

按电磁辐射的量子跃迁类型格核能级谱，电子、振动、转动光谱，电子自旋及核自旋谱

按电磁辐射的能量大小相关方法简介，见教材

12-3光学分析法的分类

第12章

光学分析法导论第12章

光学分析法导论12-3光学分析法的分类

按电磁辐射的能量大小光谱区域波长范围

跃迁类型光谱分析方法

射线0.001~0.1Å核能级跃迁

射线发射法莫斯堡尔法

X射线0.1~100Å原子內层电子能级跃迁

X-荧光、衍射法电子能谱分析法真空紫外10~200nm真空紫外吸收光谱法紫外

200~400nm外层电子及价电子能级紫外可见吸收光谱法可见

400~800nm外层电子及价电子能级原子吸收、发射、荧光法