儀器分析教學(xué)課件：10.1 光學(xué)分析法基礎(chǔ)

1、14:49:56,第十章 光學(xué)分析法基礎(chǔ),10.1.1 光學(xué)分析法及其特點(diǎn) 10.1.2 電磁輻射的基本性質(zhì) 10.1.3 光學(xué)分析法分類(lèi) 10.1.4 各種光學(xué)分析方法簡(jiǎn)介 10.1.5 光學(xué)分析法進(jìn)展,第一節(jié) 光學(xué)分析法概述,Introduction to optical analysis,Fundamental of optical analysis,14:49:56,10.1.1 光學(xué)分析法及其特點(diǎn),光分析法：基于電磁輻射能量與待測(cè)物質(zhì)相互作用后所產(chǎn)生的輻射信號(hào)與物質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)關(guān)系所建立起來(lái)的分析方法。 電磁輻射范圍：射線無(wú)線電波所有范圍。 相互作用方式：發(fā)射、吸收、反射、折射、散射、

2、干涉、衍射等。 光分析法在研究物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)表征、表面分析等方面具有其他方法不可取代的地位。,14:49:56,三個(gè)基本過(guò)程：,（1）能源提供能量。 （2）能量與被測(cè)物之間的相互作用。 （3）產(chǎn)生信號(hào),檢測(cè)信號(hào)。 基本特點(diǎn)： （1）所有光分析法均包含這三個(gè)基本過(guò)程。 （2）選擇性測(cè)量,不涉及混合物分離（不同于色譜分析）。 （3）涉及大量光學(xué)元器件。,14:49:56,10.1.2 電磁輻射的基本性質(zhì),電磁輻射（電磁波）：以接近光速（真空中為光速）傳播的能量； c = =/ E = h = h c / c：光速；：波長(zhǎng)；：頻率；：波數(shù) ； E ：能量； h：普朗克常數(shù) 電磁輻射具有波動(dòng)性和微粒性

3、；,14:49:56,輻射能的特性：,(1) 吸收：物質(zhì)選擇性吸收特定頻率的輻射能，并從低能級(jí)躍遷到高能級(jí)； (2) 發(fā)射：將吸收的能量以光的形式釋放出； (3) 散射：丁鐸爾散射和分子散射(下一頁(yè)講)； (4) 折射：折射是光在兩種介質(zhì)中的傳播速度不同； (5) 反射： (6) 干涉：干涉現(xiàn)象； (7) 衍射：光繞過(guò)物體而彎曲地向后面?zhèn)鞑サ默F(xiàn)象； (8) 偏振：只在一個(gè)固定方向有振動(dòng)的光稱(chēng)為平面偏振光。,14:49:56,丁鐸爾散射:,光通過(guò)含有許多大質(zhì)點(diǎn)（其顆粒大小的數(shù)量級(jí)等于光波的波長(zhǎng)）的介質(zhì)時(shí)產(chǎn)生的散射光。 乳濁液、懸浮物溶液、膠體溶液等所引起的散射。 分子散射（瑞利散射和拉曼散射）：

4、 輻射能與比輻射波長(zhǎng)小得多的分子或分子聚集體之間的相互作用而產(chǎn)生的。,14:49:56,(1) 瑞利散射,光子與分子間“彈性碰撞”。 入射光能量小，分子外層電子不躍遷，分子躍遷到“受激虛態(tài)”(較高的振動(dòng)能級(jí))，不穩(wěn)定，在10-1510-12 s 回到基態(tài)，將吸收的能量以入射光同樣的波長(zhǎng)釋放，相當(dāng)于光子改變了運(yùn)動(dòng)方向。,14:49:56,（2）拉曼散射,光子與分子間“非彈性碰撞”，有能量變化，產(chǎn)生與入射光波長(zhǎng)不同的散射光。拉曼散射光。 波長(zhǎng)短于入射光的稱(chēng)為“反斯托克線”；反之稱(chēng)為“斯托克線。,14:49:56,（3）拉曼位移,拉曼散射光與瑞利散射光的頻率差。 與物質(zhì)分子的振動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)有關(guān)。 不

5、同分子有不同的拉曼位移。 拉曼位移是表征物質(zhì)分子振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)特性的一個(gè)物理量，反映了分子極化率的變化，可用于物質(zhì)的結(jié)構(gòu)分析。, =-0 拉曼位移,14:49:56,14:49:56,14:49:56,10.1.3 光學(xué)分析法的分類(lèi),光譜法基于物質(zhì)與輻射能作用時(shí)，分子發(fā)生能級(jí)躍遷而產(chǎn)生的發(fā)射、吸收或散射的波長(zhǎng)或強(qiáng)度進(jìn)行分析的方法； 原子光譜、分子光譜、非光譜法 原子光譜（線性光譜）：最常見(jiàn)的三種 基于原子外層電子躍遷的原子吸收光譜（AAS）； 原子發(fā)射光譜（AES）、原子熒光光譜（AFS）； 基于原子內(nèi)層電子躍遷的 X射線熒光光譜（XFS）； 基于原子核與射線作用的穆斯堡譜。,14:49:56

6、,分子光譜（帶狀光譜）：,基于分子中電子能級(jí)、振-轉(zhuǎn)能級(jí)躍遷； 紫外光譜法（UV）； 紅外光譜法（IR）； 分子熒光光譜法（MFS）； 分子磷光光譜法（MPS）； 核磁共振與順磁共振波譜（N）。 非光譜法： 不涉及能級(jí)躍遷，物質(zhì)與輻射作用時(shí)，僅改變傳播方向等物理性質(zhì)；偏振法、干涉法、旋光法等。,14:49:56,14:49:56,14:49:56,10.1.4 各種光學(xué)分析方法簡(jiǎn)介,1.原子發(fā)射光譜分析法 以火焰、電弧、等離子炬等作為光源，使氣態(tài)原子的外層電子受激發(fā)射出特征光譜進(jìn)行定量分析的方法。 2.原子吸收光譜分析法 利用特殊光源發(fā)射出待測(cè)元素的共振線，并將溶液中離子轉(zhuǎn)變成氣態(tài)原子后，測(cè)定

7、氣態(tài)原子對(duì)共振線吸收而進(jìn)行的定量分析方法。,14:49:56,3.原子熒光分析法,氣態(tài)原子吸收特征波長(zhǎng)的輻射后，外層電子從基態(tài)或低能態(tài)躍遷到高能態(tài)，10-8 s 后躍回基態(tài)或低能態(tài)時(shí)，發(fā)射出與吸收波長(zhǎng)相同或不同的熒光輻射，在與光源成90度的方向上，測(cè)定熒光強(qiáng)度進(jìn)行定量分析的方法。 4.分子熒光分析法 某些物質(zhì)被紫外光照射激發(fā)后，在回到基態(tài)的過(guò)程中發(fā)射出比原激發(fā)波長(zhǎng)更長(zhǎng)的熒光，通過(guò)測(cè)量熒光強(qiáng)度進(jìn)行定量分析的方法。,14:49:56,6. X射線熒光分析法 原子受高能輻射，其內(nèi)層電子發(fā)生能級(jí)躍遷，發(fā)射出特征X射線( X射線熒光)，測(cè)定其強(qiáng)度可進(jìn)行定量分析。 7. 化學(xué)發(fā)光分析法 利用化學(xué)反應(yīng)提供能

8、量，使待測(cè)分子被激發(fā)，返回基態(tài)時(shí)發(fā)出一定波長(zhǎng)的光，依據(jù)其強(qiáng)度與待測(cè)物濃度之間的線性關(guān)系進(jìn)行定量分析的方法。,5. 分子磷光分析法 處于第一最低單重激發(fā)態(tài)分子以無(wú)輻射弛豫方式進(jìn)入第一三重激發(fā)態(tài)，再躍遷返回基態(tài)發(fā)出磷光。測(cè)定磷光強(qiáng)度進(jìn)行定量分析的方法。,14:49:56,利用溶液中分子吸收紫外和可見(jiàn)光產(chǎn)生躍遷所記錄的吸收光譜圖，可進(jìn)行化合物結(jié)構(gòu)分析，根據(jù)最大吸收波長(zhǎng)強(qiáng)度變化可進(jìn)行定量分析。 9.紅外吸收光譜分析法 利用分子中基團(tuán)吸收紅外光產(chǎn)生的振動(dòng)-轉(zhuǎn)動(dòng)吸收光譜進(jìn)行定量和有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)分析的方法。 10.核磁共振波譜分析法 在外磁場(chǎng)的作用下，核自旋磁矩與磁場(chǎng)相互作用而裂分為能量不同的核磁能級(jí)，吸收

9、射頻輻射后產(chǎn)生能級(jí)躍遷，根據(jù)吸收光譜可進(jìn)行有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)分析 。,8. 紫外吸收光譜分析法,14:49:56,11.順磁共振波譜分析法 在外磁場(chǎng)的作用下，電子的自旋磁矩與磁場(chǎng)相互作用而裂分為磁量子數(shù)不同的磁能級(jí), 吸收微波輻射后產(chǎn)生能級(jí)躍遷，根據(jù)吸收光譜可進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。,12.旋光法 溶液的旋光性與分子的非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系，可利用旋光法研究某些天然產(chǎn)物及配合物的立體化學(xué)問(wèn)題，旋光計(jì)測(cè)定糖的含量。 13.衍射法 X射線衍射：研究晶體結(jié)構(gòu)，晶體衍射圖和數(shù)據(jù)。 電子衍射：電子衍射是透射電子顯微鏡的基礎(chǔ)，研究物質(zhì)的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)。,14:49:56,10.1.5 光學(xué)分析法的進(jìn)展,1. 采用新光源，提高靈敏度 級(jí)聯(lián)光源：電感耦合等離子體-輝光放電；激光蒸發(fā)-微波等離子體。 2. 聯(lián)用技術(shù) 電感耦合高頻等離子體（ICP）質(zhì)譜； 激光質(zhì)譜：靈敏度達(dá)10-20 g。 3. 新材料 光導(dǎo)纖維傳導(dǎo)，損耗少；抗干擾能力強(qiáng)。,14:49:56,4. 交叉,電致發(fā)光分析；光導(dǎo)纖維電化學(xué)傳感器。,5. 檢測(cè)器的發(fā)展 電荷耦合陣列檢測(cè)器光譜范圍寬、量子效率高、線性范圍寬、多道