光谱分析法导论(中英文版)

1、2020年7月1日，光学分析导论，光学分析导论，2020年7月1日，光学分析基础第一部分，2020年7月1日，一、光学分析及其特点二。电磁辐射的基本特性。光学分析分类。光学分析简介5 .光学分析的发展，2020年7月1日，1。光学分析及其特征，光学分析：一种基于电磁辐射能量与待测物质相互作用产生的辐射信号与该物质的组成和结构之间关系的分析方法；电磁辐射范围：从射线到无线电波的所有范围；相互作用模式：发射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射等。光学分析在研究材料组成、结构表征和表面分析中起着不可替代的作用。在2020年7月1日，有三个基本过程：(1)能量提供能量；(2)能量和被测物体之间的相互作

2、用；(3)产生信号。基本特征：(1)所有光分析方法包括三个基本过程；(2)选择性测量，不涉及混合物分离(不同于色谱分析)；(3)涉及大量光学元件。2020/7/1，二。电磁辐射的基本性质，电磁辐射(电磁波):以接近光速(真空中光速)的速度传播的能量；C=/ E=h=h c / c:光速；:波长；论点：频率；:波数；e:能源；普朗克常数电磁辐射是波动的和微粒的；2020/7/1，辐射能的特性：(1)吸收器选择性地吸收特定频率的辐射能，并从低能级转换到高能级；(2)发射以光的形式释放吸收的能量；(3)散射廷德尔散射和分子散射；(4)折射是指光在两种介质中传播速度的差异；(5)反射(6)干涉现象；(

3、7)绕射光在他身后绕物体弯曲传播的现象；(8)偏振只在一个固定方向振动的光称为平面偏振光。2020/7/1，2020/7/1，2020/7/1。第三，光学分析的分类，光谱方法是基于当物质与辐射能相互作用时，由分子的能级跃迁引起的发射、吸收或散射的波长或强度；原子光谱、分子光谱和非光谱原子光谱(线性光谱):基于原子外电子跃迁的三种最常见的原子吸收光谱；原子发射光谱、原子荧光光谱；基于原子内电子跃迁的x射线荧光光谱法：穆斯堡尔谱基于原子核和射线的相互作用，2020年7月1日，分子谱(带谱):基于分子中的电子能级和振动能级跃迁；紫外光谱学；红外光谱；分子荧光光谱法；分子磷光光谱学；核磁共振和顺磁共振

4、波谱(n)；非光谱方法：它不涉及能级跃迁，只在物质与辐射相互作用时改变物理性质，如传播方向；偏振法、干涉法、旋光法等。2020/7/1，2020/7/1，2020/7/1，4。简要介绍光学分析的各种光学分析方法，1。原子发射光谱法使用火焰、电弧、等离子炬等。作为光源，使气态原子的外层电子被激发，发出特征光谱，用于定量分析。2.原子吸收光谱法(AAS)是一种定量分析方法，它利用特殊光源发出待测元素的共振线，将溶液中的离子转化为气态原子，然后测定气态原子对共振线的吸收。2020/7/1，3。原子荧光分析，当气态原子吸收具有特征波长的辐射时，外层电子从基态或低能态跃迁到高能态，10-8s后又跃迁回基

5、态或低能态，发射出具有相同或不同吸收波长的荧光辐射。用光源在90度测量荧光强度，用于定量分析。4.分子荧光分析某些物质被紫外光激发后，在返回基态的过程中会发出比原来激发波长更长的荧光，通过测量荧光强度进行定量分析。2020/7/1，6。X射线荧光分析当一个原子受到高能辐射时，其内层电子经历能级跃迁并发射特征X射线(X射线荧光)，这可以通过测量其强度来定量分析。7.化学发光分析方法利用化学反应提供能量，使待测分子受到激发，当其回到基态时，发射出一定波长的光，并根据其强度与待测物体浓度的线性关系进行定量分析。5.分子磷光分析处于第一最低单重激发态的分子以无辐射弛豫方式进入第一三重激发态，然后跃迁回

6、到基态发射磷光。测量磷光强度的定量分析方法。2020/7/1，溶液中分子的紫外吸收和可见光吸收之间的跃迁所记录的吸收光谱图可用于分析化合物的结构，并可根据最大吸收波长强度的变化进行定量分析。9.红外吸收光谱分析是利用分子中的基团吸收红外光产生的振动-旋转吸收光谱，对有机化合物进行定量分析和结构分析的方法。10.核磁共振谱分析在外磁场的作用下，核自旋磁矩和磁场相互作用，分裂成不同能量的核磁能级，吸收射频辐射后发生能级跃迁。根据吸收光谱，可以进行有机化合物的结构分析。8。紫外吸收光谱，2020年7月1日，11。顺磁共振波谱在外部磁场的作用下，电子的自旋磁矩与磁场相互作用，分裂成不同磁量子数的磁能级

7、，吸收微波辐射后产生能级跃迁。根据吸收光谱，可以分析其结构。旋光溶液的光学活性与分子的不对称结构密切相关。用旋光法研究某些天然产物和配合物的立体化学，用旋光计测定糖含量是可能的。13.衍射x射线衍射：研究晶体结构，不同的晶体有不同的衍射图样。电子衍射：电子衍射是透射电子显微镜的基础，它研究物质的内部结构。，2020/7/1，5。光学分析的发展，1方法，1。使用新光源提高灵敏度级联光源：电感耦合等离子体辉光放电；激光蒸发-微波等离子体2。电感耦合高频等离子体质谱激光质谱：灵敏度为10-20 g 3。新材料采用光纤传导，损耗小；抗干扰能力强；2020/7/1，4。交叉、电致发光分析；光纤电化学传感

8、器5。探测器电荷耦合阵列探测器的研制具有宽光谱范围、高量子效率、宽线性范围、多通道同步数据采集和三维谱图，将取代光电倍增管；发光二极管激光器代替空心阴极灯，使原子吸收可以同时测定多种元素；2020/7/1，三种光分析方法的测量过程示意图，2020/7/1，第2节原子光谱和分子光谱，2020/7/1，1。原子光谱，2。分子光谱，2020/7/1，1。原子光谱，角量子数l；磁性量子数m；自旋量子数s；当原子外层有许多电子时，总的角量子数L用于其运动状态；总自旋量子数s；内部量子数j的描述；2020/7/1，总角量子数，L= l外价电子的矢量和角量子数，(2 L 1) L=| l 1 l2 |，|

9、l 1 l2 -1|，| L 1 L2-1 |分别由s，p，d，f表示， L=0，1，2 L=2，1，0；S=0，1，2020/7/1，总自旋量子数：s=s；外层价电子自旋量子数的矢量和，(2 S 1) S=0，1，2，s or=0，1/2，3/2，S例：碳原子，基态电子壳层结构(1s)2(2s) 2(2p) 2，两个外层2p电子：S=0，1 3个不同的值；l和s之间有相互作用；它可以分裂产生(2 S 1)能级；这就是原子光谱产生光谱多线的原因，用m表示，称为谱线多重性；2020/7/1，示例：钠原子，一个外电子，s=1/2；因此：m=2(s)1=2；双线；碱土金属：当两个外层电子向同一个方向

10、旋转时，S=1/2 1/2=1，M=3；三线；当自旋方向相反时，s=1/2-1/2=0，M=1；单行；2020/7/1，内部量子数：内部量子数J取决于总角量子数L和总自旋量子数S的矢量和：如果l s，则J=(L S)，(L S-1)，(L S)；这些值总共为(2 S1)；如果l s；数值为(2L 1)；例如：如果L=2，S=1，那么J有三个值，J=3，2，1；L=0，S=1/2；那么j只有一个1/2的值；j值称为谱分支项；在2020年7月1日，原子的能级通常用光谱项来表示：主量子数；m:谱线多重性的符号；l:总角量子数；j:内部量子数，钠原子的光谱项符号32s 1/2；钠原子的电子处于能级态(

11、基态能级)，n=3，M=2(S=1/2)，L=0，J=1/2。2020/7/1，电子能级跃迁的选择规则，一条谱线是由原子外电子的两个能级之间的跃迁产生的，而两个光谱项可以用来表示跃迁或跃迁谱线：例如，钠原子的双线Na 5889.9632S 1/232P 3/2；Na 5895.9332S 1/232P 1/2；2020/7/1，电子能级跃迁的选择规则，根据量子力学原理，任何两个能级之间都不能进行电子跃迁；我们必须遵循一定的“选择规则”:(1)主量子数的变化 n是一个整数，包括零；(2)总角量子数的变化L=1；(3)内部量子数的变化J=0 0，1；然而，当J=0时，禁止 j=0的转变。(4)总自

12、旋量子数 s=0的变化，即不同重态之间的跃迁被禁止；2020/7/1，2。能级图，元素的谱线通常用能级图来表示。顶部是光谱术语符号；底部水平线代表基态；上面代表了激发态；可以生成的过渡由导线连接；谱线系统：当各种高能级转变为同一低能级时发出的一系列谱线；2020/7/1，3。共振线，一个元素从基态到第一激发态的跃迁最有可能发生，所需能量最低，产生的谱线也最强。这条谱线称为共振线，也称为元素的特征谱线；2020/7/1，第二，分子光谱，原子光谱是线性光谱，分子光谱是谱带光谱；为什么分子光谱是带状的？原子光谱图，分子光谱图，2020年7月1日，1。分子中的能量，e=分子中原子的核能量：分子的平移能

13、量：电子的运动能量：原子间的相对振动能量：分子的转动能量：分子间的内部转动能量：电子的一般化学反应中，电子保持不变；Et和Ei较小；E=Ee Ev Er跃迁所吸收能量的辐射频率：= ee/h ev/h er/h，2020/7/1，2。双原子分子能级图，分子中的价电子位于自旋对单线态基态S0分子的轨道上，当电子被激发到高能级时，如果激发态与基态电子的自旋方向相反，则称之为单线态激发态。相反，它被称为三重激发态，由T1，T2表示。单线态分子具有抗磁性。三重态分子具有顺磁性。跃迁引起单线态激发态的概率大，寿命长；2020/7/1，3。跃迁类型和分子光谱，分子光谱复杂，电子跃迁有振动和转动能级跃迁；分

14、子的紫外-可见吸收光谱是由纯电子跃迁引起的，因此也称为电子光谱，其光谱带相对较宽；分子的红外吸收光谱是由分子中基团的振动和转动能级跃迁引起的，因此也称为振动转动光谱；分子的荧光光谱是在紫外光或可见光的照射下，电子跃迁到单线态激发态，以无辐射弛豫的方式返回到第一单线态激发态的最低振动能级，然后跳回到基态或基态其他振动能级发出的光；分子的磷光是指处于第一最低单重激发态的分子以无辐射弛豫的方式返回到第一最低三重激发态，然后转变回基态所发出的光；2020年7月1日，第4节光谱仪器和光学部件，光谱仪器和光学部件，2020年7月1日，1。光谱学的一般过程；2.光谱学的主要部分，2020年7月1日；1.光谱学的一般过程，通常包括五个基本单元：光源；单色仪；样本；探测器；显示和数据处理；2020年7月1日。2.光谱分析的主要部分，光学分析仪器的基本单元。1.根据不同的方法使用不同的光源：火焰、灯、激光、电火花、电弧等。根据光源的不同性质，可分为：(1)连续光源：提供大范围连续波长的光源，氢灯、氘灯、钨灯等。线性光源：提供特定波长的光源、金属蒸汽灯(汞灯、钠蒸汽灯)、空心阴极灯、激光器等。2020/7/1，2。单色仪：