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 10.1.2 電磁輻射的基本性質(zhì) 10.1.3 光學(xué)分析法分類 10.1.4 各種光學(xué)分析方法簡介 10.1.5 光學(xué)分析法進展,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,光分析法：基于電磁輻射能量與待測物質(zhì)相互作用后所產(chǎn)生的輻射信號與物質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)關(guān)系所建立起來的分析方法。 電磁輻射范圍：射線無線電波所有范圍。 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。,14:49:56,三個基本過程：,（1）能源提供能量。 （2）能量與被測物之間的相互作用。 （3）產(chǎn)生信號,檢測信號。 基本特點： （1）所有光分析法均包含這三個基本過程。 （2）選擇性測量,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；：頻率；：波數(shù) ； E ：能量； h：普朗克常數(shù) 電磁輻射具有波動性和微粒性

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，并從低能級躍遷到高能級； (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：光繞過物體而彎曲地向后面?zhèn)鞑サ默F(xiàn)象； (8) 偏振：只在一個固定方向有振動的光稱為平面偏振光。,14:49:56,丁鐸爾散射:,光通過含有許多大質(zhì)點（其顆粒大小的數(shù)量級等于光波的波長）的介質(zhì)時產(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)”(較高的振動能級)，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釋放，相當于光子改變了運動方向。,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)生與入射光波長不同的散射光。拉曼散射光。 波長短于入射光的稱為“反斯托克線”；反之稱為“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)分子的振動與轉(zhuǎn)動能級有關(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、轉(zhuǎn)動能級特性的一個物理量，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,光譜法基于物質(zhì)與輻射能作用時，分子發(fā)生能級躍遷而產(chǎn)生的發(fā)射、吸收或散射的波長或強度進行分析的方法； 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、振-轉(zhuǎn)能級躍遷； 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： 不涉及能級躍遷，物質(zhì)與輻射作用時，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)射出待測元素的共振線，并將溶液中離子轉(zhuǎn)變成氣態(tài)原子后，測定

7、氣態(tài)原子對共振線吸收而進行的定量分析方法。,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，發(fā)射出與吸收波長相同或不同的熒光輻射，在與光源成90度的方向上，測定熒光強度進行定量分析的方法。 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)的過程中發(fā)射出比原激發(fā)波長更長的熒光，通過測量熒光強度進行定量分析的方法。,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)生能級躍遷，發(fā)射出特征X射線( X射線熒光)，測定其強度可進行定量分析。 7. 化學(xué)發(fā)光分析法 利用化學(xué)反應(yīng)提供能

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

9、射頻輻射后產(chǎn)生能級躍遷，根據(jù)吸收光譜可進行有機化合物結(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 在外磁場的作用下，電子的自旋磁矩與磁場相互作用而裂分為磁量子數(shù)不同的磁能級, 吸收微波輻射后產(chǎn)生能級躍遷，根據(jù)吸收光譜可進行結(jié)構(gòu)分析。,12.旋光法 溶液的旋光性與分子的非對稱結(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)問題，旋光計測定糖的含量。 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)分析法的進展,1. 采用新光源，提高靈敏度 級聯(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10-20 g。 3. 新材料 光導(dǎo)纖維傳導(dǎo)，損耗少；抗干擾能力強。,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. 檢測器的發(fā)展 電荷耦合陣列檢測器光譜范圍寬、量子效率高、線性范圍寬、多道