第二章--光学分析法导论(修改稿1)

1、第二章光学分析法导论,1.光学分析及其特点2.电磁辐射的性质3.电磁波谱,第一节电磁辐射,1.光学分析及其特点,光学分析法：基于电磁辐射能量与待测物质相互作用后所产生的辐射信号与物质组成及结构关系所建立起来的分析方法,电磁辐射范围：射线至无线电波所有范围；相互作用方式：发射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射等；应用：在研究物质组成、结构表征、表面分析等方面具有其他方法不可区代的地位；,光学分析法的三个基本过程：,所有光学分析法均包含三个基本过程选择性测量，不涉及混合物分离（不同于色谱分析）涉及大量光学元器件,能源提供能量能量与被测物之间的相互作用产生信号,光学分析法基本特点：,2.电磁辐射的

2、基本性质,电磁辐射：以接近光速（真空中为光速）传播的能量，如微波、可见光、红外光、紫外光、X射线等。电磁辐射具有波粒二象性。,波动性：按照经典物理学的观点，电磁辐射是在空间传播着的交变电磁场，称之为电磁波；微粒性：根据量子理论，电磁辐射是在空间高速运动的一个光量子或光子流。,波动性,频率()：1s内电磁场振荡的次数，单位为Hz或s-1，与辐射传播的介质无关，是不变的特征量波长()：电磁波相邻两个同相位点之间的距离，常用的单位有cm、m、nm，与传播介质有关波数()：1cm内波的数目，单位为cm-1,电磁波可用频率()、波长()和波数()等波参数来表征,微粒性,用每个光子的能力E来表征，单位为e

3、V或J,普朗克方程：,h:普朗克常数，6.6310-34Js,光能量与频率成正比，与波长成反比,3.电磁波谱,高能辐射区,中能辐射区,低能辐射区,第二章光学分析法导论,1.原子光谱2.分子光谱,第二节原子光谱和分子光谱,1.原子光谱,原子外层有一个电子时，其能级可由四个量子数决定:主量子数n、角量子数l、磁量子数m、自旋量子数s原子外层有多个电子时，其运动状态用主量子数n、总角量子数L、总自旋量子数S、内量子数J描述,1.1光谱项,1.2能级图,元素的光谱线系常用能级图来表示。最上面的是光谱项符号；最下面的横线表示基态；上面的表示激发态；可以产生的跃迁用线连接线系：由各种高能级跃迁到同一低能级

4、时发射的一系列光谱线；,例：钠原子的双重线Na5889.96;32S1/232P3/2Na5895.93;32S1/232P1/2,一条谱线是原子的外层电子在两个能级之间的跃迁产生的，可用两个光谱项符号表示着种跃迁或跃迁谱线：,1.3电子能级跃迁的选择定则：,总角量子数的变化L=1总自旋量子数的变化S=0，即不同多重性状态之间的跃迁被禁阻内量子数的变化J=0，1；但是当J=0时，J=0的跃迁被禁阻,根据量子力学原理，电子的跃迁不能在任意两个能级之间进行；必须遵循一定的“选择定则”：,共振线：,元素由基态到第一激发态的跃迁最易发生，需要的能量最低，产生的谱线也最强，该谱线称为共振线，也称为该元素

5、的特征谱线；,2.分子光谱,原子光谱为线状光谱分子光谱为带状光谱,原子光谱图,分子光谱图,2.1分子中的能量,分子中原子的核能：En分子的平移能：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,E=En+Et+Ee+Ev+Er+Ei,在一般化学反应中，En不变；Et、Ei较小；,E=Ee+Ev+Er,双原子分子能级图：,分子中价电子位于自旋成对的单重基态S0分子轨道上，当电子被激发到高能级上时，若激发态与基态中的电子自旋方向相反，称为单重激发态，以S1、S2、表示；反之，称为三重激发态，以T1、T2、表示；,2.2跃迁类型与分子光谱,紫外-可见吸收光谱：由纯电子跃迁引起红外吸收光谱：是由于分子中基团的振动和转动能级跃迁引起，也称振转光谱；荧光光谱：是在紫外或可见光照射下，电子跃迁至单重激发态，并以无辐射弛豫方式回到第一单重激发态的最低振动能级，再跃回基态或基态中的其他振动能级所发出的光；磷光：是指处于第一最低单重激发态的分子以无辐射弛豫方式回