光谱分析导论ppt课件.ppt

1、第二章光谱分析法的指导论、主要内容和重点、电磁辐射与物质的相互作用、吸收和发射的原理、种类和应用、各种光谱分析方法的基本原理、各种光谱分析仪器的基本结构、单色器的结构棱镜和光栅的光幕的性能指标狭缝的概念和狭缝的选择、常用光源的基本种类， 常用检测器及其基本原理和应用，光谱的分类依据，1、利用光电转换和其他电子器件测量“辐射与物质相互作用”后辐射强度等光学特性的变化，进行物质定性、定量和结构分析的方法。 历史上，这种相互作用仅限于电磁辐射和物质的作用，这也是目前最普遍的方法。 现在，分光法扩展到其他各种形式的能量和物质的相互作用，如声波、粒子线(离子和电子)等和物质的作用。 什么样的方法被称为光

2、分析方法？ 2、1、电磁辐射、电磁辐射是以非常快的速度通过空间中继能量的电磁波，光是一种电磁波，二、电磁辐射的基本性质，波动性是电磁波以正弦波的形式向前传播、重叠，具有折射、衍射、干扰等波的现象。 将、频率相同的正弦波叠加在相同频率的合成正弦波、波的叠加、3、频率不同的正弦波叠加在不同频率的非正弦波上，更多的正弦波叠加后形成方波，所谓粒子性，电磁波具有一定的能量，其能量被量化，物质放出电磁波，电磁波被物质吸收时能波的重叠，电磁辐射的基本性质，4，1，波动性的主要描述参数，各参数间的关系：C=3.01010cm/s，电磁辐射的基本性质，5，E=h，2，微粒性的主要描述参数，能量(e )，单位主要

3、是j，eV，3 h=6.62610-34J.S，电磁波的频率，=hc/，电磁波的波长，1eV=1.602210-19J，电磁辐射的基本性质，6，1，什么是电磁波频谱？电磁波按波长(或频率或能量)顺序排列的频谱、2、电磁波频谱、电磁放射的基本性质、7、电磁放射的基本性质、吸收、放射、非放射缓和、散射、透射、折射、反射、干涉、衍射、偏振光、8、量子理论物质粒子总是处于特定的不连续的能量状态，即处于与能量被量化的状态不同的能量状态的粒子之间发生能量迁移时的能量差e可以用h表示。 两个重要推论：物质粒子存在不连续的能量状态，各能量状态具有特定的能量。 粒子的状态变化时，粒子吸收或放出与两个能级之间的能

4、差完全相等的能，相反成立的是，E=E1-E0=h，电磁辐射的基本性质，1，一些基本概念，9，电磁辐射的基本性质，能级是什么？ 粒子在稳定状态下拥有的能量是什么是基态和激发态？ 把未被激发的电子所在的能级(规定为零)称为基态，把比基态高的能态称为激发状态。 什么是单模式和三模式？ 将两个电子具有不同自旋方向时的能量状态称为单重状态，将两个电子具有相同自旋方向时所位于的能量状态称为三重状态、单重状态(设为基底状态)、激励、单重状态，激励三重状态，10， 2、放射的吸收，入射放射的能量正好等于对象物(原子、分子或离子等)的基态和激发态的能量台阶时，对象物吸收能量，从基态转变为激发态的过程，电磁放射的

5、基本性质，放射的吸收，吸收光谱图， 吸收电磁辐射强度的电磁辐射波长和频率的函数图、a、光能、吸收、a*、基态、激发态、11、电磁辐射的基本性质、不同颜色的可见光波长及其互补的光、12、电磁辐射的基本性质、光的吸收和物质的颜色、有色物质的不同颜色是通过吸收不同波长的光物质显示的颜色是吸收光的补色。各种光的互补性，KMnO4的颜色和吸收光谱，13，(1)原子的吸收，基态原子，激发态原子，原子吸收光谱(光谱)，光吸收，电磁辐射的基本性质，原子外层电子的迁移：吸收紫外可见光，产生原子吸收光谱法，原子内层电子的迁移：吸收x射线，x射线吸收原子核的迁移：吸收射线产生MSS鲍尔光谱，h=E，原子的能级主要由

6、电子能级构成，电子能级之间的能差大，但随着电子层数的增加而缩小，14，(2)分子的吸收、基态分子、激发态分子、分子吸收光谱(光谱) 电磁辐射的基本性质，分子价电子的迁移：吸收紫外可见光，产生紫外可见分光光度法的分子旋转和振动能级的迁移：吸收红外光，产生红外分光法，e分子=E电子e振动e旋转，e电子e振动e旋转，15 )，(3)磁场感应吸收，磁场中的物质， 由于其电子和核受到磁场的作用产生附加的量子化能级，该能级小，入射辐射满足能量要求时也吸收吸收现象、电磁辐射的基本性质、磁场中自旋核的吸收产生的微波，吸收电波，产生核磁共振光谱， 磁场中不吸收配对电子：产生电子自旋共振光谱，16、(4)总结不同

7、粒子吸收射线的情况，原子核的共振吸收线mss鲍尔斯谱、原子内层电子吸收x射线x射线吸收光谱、分子振动(旋转)吸收红外光谱(IR )、价格(外层)电子吸收电磁辐射的基本性质，原子吸收光谱紫外可见分子吸收光谱，电波核磁共振光谱(MNR )微波电子自旋共振光谱(ESR )，17，3，辐射(辐射缓和)，处于激发态的粒子以光的形式发射能量回到低能量状态的过程，电磁辐射的基本性质，激发放射光谱图，停留时间约为10-8s，18激发：用电子或其他粒子使原子碰撞，原子内层的电子迁移发射： x射线光谱： x射线荧光光谱(线光谱)，激发：用紫外-可见光激发：紫外、可见、近红外区域的发光光谱：原子荧光光谱(线光谱)

8、火花等)激发原子外层电子迁移发射：紫外、可见、红外区域的发射光谱：原子发射光谱(线光谱)、电磁发射的基本性质，(1)原子发射，19，激发：用紫外-可见光激发，分子价电子迁移发射：产生紫外、可见、近红外光谱的发射光谱：荧光或磷光激发：在化学反应中激发的分子价电子迁移发射：紫外、可见、红外区域的发射光谱：化学发射光谱(能带光谱)、电磁发射的基本性质、(2)分子发射、20、电磁发射的基本性质、4、非发射缓和、缓和、激发态粒子回到低能量状态的过程、非发射缓和， 激发态粒子以非光的形式返回到低能量状态的过程，以光的形式放出能量，放射缓和(放出)以非光的形式放出能量，非辐射缓和，停留时间约10-8s，21

9、，5，散射(Scattering )，入射光与粒子碰撞改变传播方向的现象，(1)散射的分类，散射的分类散射强度I1/2可以用肉眼观察到。 粒径小于入射光的波长时产生的散射。 性质：应用散射入射，散射强度I1/4，强度弱，共振瑞利散射光谱法，性质：散射入射，散射强度I1/4，强度弱，拉曼光谱法，定义粒径大于或近似入射光的波长时发生的散射。定义：光与粒子碰撞时不发生能量交换的分子散射，定义：碰撞时存在能量交换的分子散射，(属于弹性碰撞)，(属于非弹性碰撞)，电磁辐射的基本性质，22， 6、折射和反射、(入射光)、(反射光)、(折射光)、法线、折射：光从一种介质进入另一种介质时传播方向发生变化的现象

10、，反射：入射光与物质碰撞，根据反射规律传播方向发生变化的现象，电磁辐射的基本性质，23，折射：真空中光的传播速度与介质中的传播速度之比，绝对折射率：的介质对真空或空气的折射率，相对折射率(N2，1 ) :光从介质1进入介质2时的入射角I和折射率r的正弦比注意：折射率(n )与介质有关，玻璃的折射率比石英大因为波长不同的光在同一介质(非真空)传播时，传播速度(v )不同，所以越小v就越小，n越大短波的折射率比长波的折射率大。 n=c/v，复合光，1，2，3，波长减少了，电磁辐射的基本性质，聚焦镜，24，反射光强度(Ir )，入射光强度(I0 )，和折射率(n )的关系：电磁辐射的基本性质，25，

11、7， 当从振幅相同、周期相等或相位差保持恒定的波源发射的相干波相互重叠时，产生明暗间的条纹，该现象成为波的干涉，明暗间的条纹成为干涉条纹。 产生亮条纹的条件：2k(/2 )、(式中：两相干波相遇时通过的光路差光的波长k为包含0的整数)，产生暗条纹的条件：(2k1)(/2 )、电磁辐射的基本性质、26，8、衍射(Diffraction )、平行光束形成狭缝这样的狭窄的开口由于衍射而产生亮条纹的条件：asin=(2k 1)(/2 )，产生暗条纹的条件：衍射角为： asin=2k(/2 )，衍射角为：电磁辐射的基本性质，27，一，光学分析法的分类，光与物质相互作用时，有无能量交换成分，x射线吸收光谱

12、，x射线荧光原子荧光分光法紫外可见分光光度法荧光、磷光、化学发光分光法、红外分光法、拉曼分光法、MSS鲍尔斯谱、核磁共振光谱、28、光谱区、微波区、射频区、电磁放射的基本性质、29、光谱分析法、气体自由基或小分子分子光谱属于带光谱。 1、线谱：在不同强度的光谱(线宽约10-5nm )和暗区之间形成的尖锐线谱。 气相中的各个原子引起电子能级迁移而产生的尖锐的线。 原子光谱属于线光谱、2、带状光谱(Bandspectra )，由一系列接近间隔的线光谱构成，由设备无法辨认而形成的一定宽度(通常为几几十nm )的光谱、30、光谱分析法、3、线光谱通常会发生背景噪声。 温度越高，放射线越强，短波长的放射

13、线强度增加得最快。 另一方面，来自燃烧固体的连续辐射是红外、可见光和长波长的重要辐射源(光源)。 4、连续频谱(Continuumspectra ) :在一定范围内。 有各种波长的光，连续，没有明显的光谱和光谱。 32、一、分光器的原理和基本结构、基本构成：光源、单色器、样品导入系统、检测器(光电转换器、电子读取、数据处理和记录)。光源系统、样品导入系统、波长选择系统、检测系统、信号处理器、吸收分光器、33、1、对光源的要求、2、光源的分类及常用光源、分类、光源，主要用于紫外可见吸收光谱、红外光谱、分子荧光、散射光谱等，主要用于原子吸收光谱红外和吸收光谱、发光光谱光源主要用于原子发射光谱中，分

14、光分析器、34、分光分析器、3、常见光源、35，得到的单色光具有一定的强度和尽可能窄的波长范围，1 .单色器或波长选择器一般而言，单色光的有效带宽越小，分析的灵敏度越高，选择性越好，对单色器的要求也越好。 入射狭缝、准直装置、分散装置、聚焦透镜或凹面反射镜、出口狭缝、3 .单色器的结构、分光分析器、36、分光分析器、3 .单色器的结构、37、分光分析器、4 .常用单色元件、38、分光分析器、(1)滤波器、吸收滤波器、干能与白色光复合的2种颜色的光是补色物质所表示的颜色，是吸收光的补色，光的互补和物质的颜色，39，Cornu棱镜，b，Littrow棱镜，利用光的折射原理进行分光，(2)棱镜，入射

15、光和折射光的角度，分光分析装置，棱镜分光的特征，棱镜由于长波区密集，短波区薄，不适合长波(远红外)和短波(远紫外)区的分光，棱镜分辨率低，体积大，玻璃棱镜不能用于紫外区石英棱镜不能用于红外线区域，红外区一般是由卤化物晶体制成的)，波长不同光的短波长光的分散能力比长波长光的分散能力大，I :，反射镜，40是特殊的工具(例如钻石)，在硬质研磨的光学平面上刻有多个密集平行的槽。 以此作为主板，可以用液态树脂转印光栅。 (3)光栅，通常刻线数为300-2000刻槽/mm。 最常用的是1200-1400刻度的沟/mm (紫外可见)和100-200刻度的沟/mm (红外)。 分光分析装置、衍射光栅制作、4

16、1、衍射光栅式、分光分析装置、n=d(sinsin )，入射光和衍射光与法线处于同一侧时； 相反，-，P0(0次)，P1，P1，P2，P2，n，相对强度，晶格光谱，格子式(产生明筋的条件)，-2- 1012，42， 光栅的分类以光的衍射方式为基准，得到的光谱最强的是无分光的零阶光谱(约80% )，不太使用，与透射光栅相比，零阶未色散光谱不再是最强光谱的光栅的闪耀角小(一般为10o22 )，槽的密度小闪耀角(达到63o26 )大于一般闪耀光栅，分辨率更高(也称为红外光栅)，切入激光雕刻光栅、球面镜，由光谱分析器、43、P1和、 光束相对于光栅平面的入射角和作为衍射角的衍射光栅的相对于槽面的入射角和作为衍射角的I是光栅的亮度角，=-时，即，光谱的最大值不在零阶光谱上，以闪耀光栅(定向光栅)的基本原理、光谱分析装置、44、与光栅平面垂直的光入射到光栅上此时，在=i方向上有最大强度的衍射光，此时的衍射光波长称为闪耀波长(b )，闪耀波长的大小为：光栅的闪耀角I越小，闪耀波长b越短，闪耀光栅(方向性光栅)的基本原理、光谱分析装置45、作用色散率d/d :线可以看出，色散率与衍射角无关，或者