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1、第九章 光学分析法概论An introduction to spectroscopic analysis,掌握： 电磁波的波长、波数、频率与能量的关系及电磁波谱的产生过程； 光谱法的分类。 熟悉： 电磁波谱的区分； 光谱分析仪器的组成部分及各部分的作用。 了解： 光学分析法的分类； 原子光谱法、分子光谱法、吸收光谱法和发射光谱法的起源； 光谱法的发展。,根据物质发射的电磁辐射或物质与辐射 的相互作用，建立起的仪器分析方法统称 为光学分析法。 该法均包含三个主要过程： （1）能源提供能量 （2）能量与被测物相互作用 （3）产生检测信号,基本特点： （1）所有光分析法均包含三个基本过程； （2）选

2、择性测量，不涉及混合物分离（不同于色谱分析）； （3）涉及大量光学元器件。,原子吸收光谱、原子发射光谱: 痕量金属测定 紫外-可见吸收光谱，荧光光谱: 有机物、金属和非金属的测定 红外光谱、拉曼光谱、核磁共振波谱: 测定纯化合物的性质和结构 旋光和圆二色光谱: 研究化合物的立体化学,第一节 电磁辐射及其与物质的相互作用,（一）电磁辐射和电磁波谱 光是一种电磁辐射（又称电磁波） ，它具有波粒二象性。 其波动性用波长、波数和频率作表征：=C/ = 1/=/C C：光在真空中的传播速度,光的微粒性用每个光子的能量E 作表征： E = h=hC/=hC h：普朗克常数 （Plank constant）

3、 光的能量和波长成反比。,（二）电磁辐射与物质的相互作用,涉及物质内能变化： 吸收 发射（产生荧光、磷光和拉曼散射） 不涉及物质内能变化： 透射、折射、非拉曼散射、衍射和旋光等,当电磁波通过固体、 液体或气体等透明介质时 激发态 ，若： E电磁波=E分子（原子） 基态 介质粒子会选择性地吸收 吸收光谱 能量，从基态跃迁到激 发态，利用该现象进行光谱分析的方法叫吸 收光谱法。,分子(原子)基态和激发态的能量差,吸收了外界能量（电磁辐射能、电能和热能等）而处于激发态的粒子在返回到低能级或基态时，以电磁辐射的形式释放出多余的能量。 激发态 利用该现象进行 光谱分析的方法叫 发射光谱法。 基态 发射光

4、谱,发光,电磁辐射的产生或吸收，是物质内部运动变化的一种客观反映。所以 ，电磁波谱内的所有波谱区都可用于物质的分析测定。 P160表9-1列出了分析中常用的电磁波谱区的名称、波长范围、能量大小及与其相应的物质内部能级跃迁类型、分析应用的波谱类型。,波谱区 波长范围 能级跃迁类型 应用类型 -射线 0.00050.014nm 核反应 -射线 发射谱 X-射线 0.014 10nm 原子内层电子 X-射线吸收、发射谱 远紫外 10 200nm 原子及分子 可见与紫外吸收 近紫外 200 400nm 外层电子 原子吸收与发射 可见区 400 760nm 原子与分子荧光 分子磷光光谱 近红外 0.76

5、 2.5m 分子振动 中红外 2.5 50 m 红外吸收光谱 远红外 50 1000m 分子转动 微波区 0.1 100cm 电子自旋 顺磁共振波谱 射频区 1 1000m 核自旋 核磁共振波谱,电磁辐射与物质作用的术语Nomenclature of interaction of electromagnetic radiation with substances,吸收（absorption ） 原子、分子或离子吸收光子的能量（等于基态和激发态能量差），从基态跃迁至激发态的过程。 发射（emission ） 物质从激发态跃迁回基态，并以光的形式释放出能量的过程。,散射（scattering） 光

6、通过介质时会发生散射，即光子 与介质分子发生弹性碰撞，无能量交换 ，光波长不变，但运动方向改变。 拉曼散射（Raman scattering） 光子与介质分子发生非弹性碰撞，光 子不仅改变了运动方向，还有能量的交换 ，光波长改变。,第二节 光学分析法的分类,按照电磁辐射能量的不同 ，与物质间作用机理不同， 产生的物理现象不同， 建立各种不同的光学分析方法。 光谱法 物质与电磁辐射相互作用时，记 录能级跃迁时光强度随波长变化 （即光强-曲线图谱）。 非光谱法 测定电磁辐射的某些性质变化 （反射、衍射、折射和偏振等）,光学分析法的分类,光谱方法：,非光谱方法,原子光谱,分子光谱,折光、旋光、衍射、

7、比浊法,原子发射、吸收、原子荧光 及X射线荧光法,红外、紫外可见吸收、分 子荧光、分子磷光,原子光谱图线状光谱,分子光谱图带状光谱,第三节 光谱分析仪器,通常包括 五个基本单元 辐射源 单色器 样品池 检测器 显示与数据处理,光谱分析仪器基本组成,一、辐射源,依据方法不同，采用不同的光源：火焰、灯、激光、电火花、电弧等；依据光源性质不同，分为：,连续光源： 在较大范围提供连续波长的光源： 紫外光源：氢灯（150400nm） 、氘灯 可见光源：钨丝灯（3202500nm）、氙灯 （200700nm） 红外光源：硅碳棒及Nernst灯,线光源： 金属蒸气灯：汞灯（254734nm）、钠蒸气灯（有一

8、对波长为589.0nm和589.6nm的谱线）。 空心阴极灯：主要用于原子吸收光谱。,二、分光系统（单色器）,棱镜,平行光经过棱镜后按波长顺序排列成为单色光；经聚焦后在焦面上的不同位置上成像，获得按波长展开的光谱；棱镜分离后的光谱属于非均排光谱.,棱镜对不同波长的光具有不同的折射率！,光栅 透射光栅，反射光栅； 光栅光谱的产生是多狭缝干涉与单狭缝衍射共同作用的结果，前者决定光谱出现的位置，后者决定谱线强度分布；,狭缝 狭缝两边的边缘应锐利且位于同一平面上。 狭缝过宽，单色光不纯，使吸光度 狭缝过窄，光通量变小，降低了灵敏度。,准直镜 使进入进口狭缝的发散光变成为平行光线，又将色散后的平行单色光聚集于出口狭缝。,试样装置,光源与试样相互作用的场所 a.吸收池 紫外-可见分光光度法、荧光分析法 ：石英比色皿。 红外分光光度法：将试样与溴化钾压制成透明片。,b.特殊装置 原子吸收分光光度法：雾化器中雾化，在火焰中，元素由离子态原子； 原子发射光谱分析：试样喷入火焰；,三、辐射的检测,a.光检测器 主要有以下几种： 硒光电池、光电二极管、光电倍增管、硅二极管阵列检测器、半导体检测器； b.热检测器 主要有： 真空热电偶检测器：红外光谱仪中常用的一种；热释电检测器；,第三节 发展概况 P166the advan