緒論第二章光學導論ppt課件

1、HE BEI UNIVERSITY, College of Chemistry & Environmental Science 分析化學分析化學儀器分析部分儀器分析部分教材：華中師范大學等教材：華中師范大學等 下冊下冊 第三版第三版 化學與資料科學學院化學與資料科學學院College of Chemistry & Material Science主要內容主要內容HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science 第一章緒論第一章緒論 第七章第七章 原子吸收與原子熒光光譜法原子吸收與原子熒光光譜

2、法 第四章紅外吸收光譜法第四章紅外吸收光譜法 第八章第八章 電分析化學導論電分析化學導論 第九章第九章 電位分析法電位分析法 第十章極譜分析法第十章極譜分析法 第二章光學分析法導論第二章光學分析法導論 第三章第三章 紫外紫外可見吸收光譜法可見吸收光譜法 第五章分子發(fā)光分析法第五章分子發(fā)光分析法 第六章原子發(fā)射光譜法第六章原子發(fā)射光譜法 第十一章色譜分析法第十一章色譜分析法HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science 考試成果評定考試成果評定平常成果：平常成果：30%期末考試：期末考試：70%HEBEI

3、NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science第一章緒第一章緒 論論Analytical chemistry is a scientific discipline that develops and applies methods, instruments and strategies to obtain information on the composition and nature of matter in space and time. . 第一節(jié)第一節(jié) 儀器分析簡介儀器分析簡介一、儀器分析和化學分析一、儀器

4、分析和化學分析分析化學定義：分析化學定義：HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science 分析化學定義：分析化學是一門自然科分析化學定義：分析化學是一門自然科學。是開展和運用各種方法、儀器和戰(zhàn)學。是開展和運用各種方法、儀器和戰(zhàn)略，以獲得有關物質在一定時間或空間略，以獲得有關物質在一定時間或空間內的組成、構造和性質的信息。是表征內的組成、構造和性質的信息。是表征和丈量的科學。和丈量的科學。 “歐洲化學結合會分析化學部歐洲化學結合會分析化學部 第一節(jié)第一節(jié) 儀器分析簡介儀器分析簡介HEBEI NORMAL U

5、NIVERSITY, College of Chemistry & Material Science 義務：獲取關于物質系統(tǒng)化學構造，化學義務：獲取關于物質系統(tǒng)化學構造，化學成分定性與成分含量定量及其它各種信息，成分定性與成分含量定量及其它各種信息，對物質進展表征和丈量。對物質進展表征和丈量。 定性分析、定性分析、定量分析、構造分析以及微區(qū)、外表、價定量分析、構造分析以及微區(qū)、外表、價態(tài)、形狀等分析態(tài)、形狀等分析微區(qū)分析：元素在微區(qū)中的空間分布微區(qū)分析：元素在微區(qū)中的空間分布GIC膨脹石墨膨脹石墨新一代密封資料新一代密封資料S含量含量30%富礦有開采價值富礦有開采價值)氧化復原滴定法氧

6、化復原滴定法4.水樣水樣COD檢測檢測CODMn CODCr5.水中水中Cr()含量測定含量測定DPCI分光光度法分光光度法 HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science 6.環(huán)境維護的運用：污染物的超聲/酶降解laccaseUltrason.Sonochem. 14 (2007) 355362分析化學的作用分析化學的作用 Ultrason. Sonochem. 18 (2021) 190196Enhanced decomposition of reactive blue 19 dye in ultra

7、sound assistedelectrochemical reactorHEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science大鼠心臟竇房結大鼠心臟竇房結TEM TEM 7. 在生命科學中的運用在生命科學中的運用HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science 二、儀器分析方法的分類二、儀器分析方法的分類儀器分析電化學分析法質譜分析法色譜分析法熱分析法放射分析放射分析光分析法 HEBEI NORMAL UNIVERSITY,

8、 College of Chemistry & Material Science一光學分析法一光學分析法 定義：以電磁輻射為丈量信號的定義：以電磁輻射為丈量信號的分析方法。分析方法。 分類：光譜法和非光譜法分類：光譜法和非光譜法HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science光光 譜譜 法法根據(jù)物質對電磁輻射的吸收、發(fā)射根據(jù)物質對電磁輻射的吸收、發(fā)射和拉曼散射等作用而建立的光學和拉曼散射等作用而建立的光學分析方法。紫外可見、紅外、分分析方法。紫外可見、紅外、分子熒光、分子磷光、拉曼光譜、子熒光、分子

9、磷光、拉曼光譜、化學發(fā)光、電子能譜等化學發(fā)光、電子能譜等L-脯氨酸與脯氨酸與Ag(HIO6)25- 反響光譜圖反響光譜圖HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science山梨酸標樣苯甲酸標樣雪碧樣品HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material ScienceHEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material ScienceHEBEI NORMAL UNIVERSIT

10、Y, College of Chemistry & Material ScienceDyes and Pigments 76 (2021)604-609Comparingthe IR spectra of H-acid (Fig. 6(a) and its intermediates(Fig. 6(b), it is evident that the characteristic C=O stretching vibrationat1646 cm-1emerged in the spectrum of the intermediates, while the characteristi

11、c peaks for-SO3 (1046 cm-1 and 1217 cm-1 ), -NH2 (3208 cm-1 ) and -OH (3422 cm-1 ) were still present. The characteristic peak for -NO2 was not de-tected. This was different from the intermediate produced in the degradation process of H-acid using ferrous-hydrogen peroxide, although the colour of it

12、s solution was also initially deeper and then gradually became lighter 12. The intermediates containing -NH2, -OH, -SO3 and C=O were proposed in TiO2/UV/O3 process.HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material ScienceHEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science

13、13 非光譜法非光譜法 根據(jù)電磁輻射作用于物質后，根據(jù)電磁輻射作用于物質后，其反射、折射、衍射、干涉其反射、折射、衍射、干涉或偏振等根本性質的變化而或偏振等根本性質的變化而建立的光學分析方法。折射建立的光學分析方法。折射法、干涉法、旋光法、法、干涉法、旋光法、X射線射線衍射、電子衍射法衍射、電子衍射法XRD patterns of exfoliated graphite loaded TiO2 and TiO2 particles HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material ScienceNew Carbon Mat

14、erials, 2002, 17 (2):1-3. HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science二電化學分析法二電化學分析法根據(jù)物質在溶液中的電化學性質及其變根據(jù)物質在溶液中的電化學性質及其變化來進展分析的方法?；瘉磉M展分析的方法。 電導、電位、電流、電量電導、電位、電流、電量 物質含量物質含量 電位分析法、極譜分析法、電解和庫電位分析法、極譜分析法、電解和庫侖侖 分析法分析法pHpH測定、自來水中氟的測定、電位滴定測定、自來水中氟的測定、電位滴定 HEBEI NORMAL UNIVERSITY, Co

15、llege of Chemistry & Material Science三色譜法三色譜法 根據(jù)混合物中不同組分在流動相和固根據(jù)混合物中不同組分在流動相和固定相中具有不同的分配系數(shù)，而到達定相中具有不同的分配系數(shù)，而到達分別分析的目的分別分析的目的 氣相色譜法氣相色譜法 高效液相色譜法高效液相色譜法 色譜聯(lián)用技術色譜聯(lián)用技術HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material ScienceHEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Scie

16、nce 其它儀器分析方法其它儀器分析方法質譜：物質帶電粒子的質荷比質譜：物質帶電粒子的質荷比 主要進展有機物的構造分析主要進展有機物的構造分析 熱分析：物質的性質與溫度間的關系熱分析：物質的性質與溫度間的關系 主要用于成分分析和機理研討主要用于成分分析和機理研討放射分析：物質的放射性輻射放射分析：物質的放射性輻射HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science儀器分析法特點：儀器分析法特點：1.靈敏度高：靈敏度高：10-6 g， 10-9 g，10-12g ，10-15ggmL-1， ng mL-1，pg

17、mL-1微量組分微量組分0.01%1%)、痕量組分、痕量組分0.01%)2.取樣量少：固體試樣：取樣量少：固體試樣：mg 、 g 液體式樣：液體式樣：L 、nL 微量微量0.110 mg、0.011mL)、超微量、超微量 0.1 mg 、 0.01mL)HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science3.分析效率高分析效率高4.用途廣：成分分析、構造分析、價態(tài)分析、用途廣：成分分析、構造分析、價態(tài)分析、絡合形狀分析、無損分析、在線分析等絡合形狀分析、無損分析、在線分析等5.準確度普通不如化學分析：例準確度普

18、通不如化學分析：例Er : 1%5% ， 10%20%6.儀器復雜、價錢昂貴儀器復雜、價錢昂貴HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science例例 對含鐵對含鐵20.00%的規(guī)范樣品測定鐵含量的規(guī)范樣品測定鐵含量用滴定分析法，假設測定的相對誤差用滴定分析法，假設測定的相對誤差為為0.1%，含量范圍是，含量范圍是19.98-20.02%。用儀器分析法，設相對誤差為。用儀器分析法，設相對誤差為2%，含量范圍是，含量范圍是19.6-20.4%。測定測定0.0200%的鐵規(guī)范樣，化學分析法的鐵規(guī)范樣，化學分析法的靈

19、敏度低，無法準確丈量。用儀器分的靈敏度低，無法準確丈量。用儀器分析法，相對誤差析法，相對誤差2%，能夠的含量范圍，能夠的含量范圍是是0.0196-0.0204%。HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science 儀器分析是在化學分析根底上開展起來的儀器分析是在化學分析根底上開展起來的, ,兩種方法互為補充。兩種方法互為補充。儀分析方法原理，涉及到有關化學分析根本實際；儀分析方法原理，涉及到有關化學分析根本實際； 例：電位滴定例：電位滴定儀器分析方法，必需與試樣處置、分別及掩蔽等化學分析手段相結合，儀器分析方

20、法，必需與試樣處置、分別及掩蔽等化學分析手段相結合， 才才干完成分析的全過程；干完成分析的全過程；Fig.The on-line solid-phase extraction preconcentration coupled with HPLC. HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science 儀器分析的開展儀器分析的開展分析化學從構成到開展閱歷了三次艱苦變革分析化學從構成到開展閱歷了三次艱苦變革一、從一門技術開展成一門學科一、從一門技術開展成一門學科 17世紀世紀, 將當時的定性實驗歸納為一個系將當時的

21、定性實驗歸納為一個系統(tǒng)，開場了化學分析。統(tǒng)，開場了化學分析。 2世紀，世紀，是世界煉丹史上最早的著作是世界煉丹史上最早的著作，涉及汞、金、硫等的化學變化及性質，并認識，涉及汞、金、硫等的化學變化及性質，并認識到物質起作用時比例的重要性。到物質起作用時比例的重要性。18世紀末，李比希提出酸堿中和定律。世紀末，李比希提出酸堿中和定律。 19世紀初，蓋世紀初，蓋呂薩克提出容量滴定方法。比耳證明朗呂薩克提出容量滴定方法。比耳證明朗伯光吸收定律也試用于溶液，并指出光吸收與濃度的關伯光吸收定律也試用于溶液，并指出光吸收與濃度的關系，為比色分析奠定了根底。系，為比色分析奠定了根底。 HEBEI NORMAL

22、 UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science 19世紀中期和末期，世紀中期和末期， 、 、 奠奠定了經(jīng)典分析的科學根底，使分析化學從一門技術開展定了經(jīng)典分析的科學根底，使分析化學從一門技術開展成為一門科學。成為一門科學。二、由經(jīng)典化學分析走向儀器分析二、由經(jīng)典化學分析走向儀器分析 20世紀世紀20-70年代，分析化學發(fā)生了艱苦變革，年代，分析化學發(fā)生了艱苦變革，開場走向以儀器分析為主的新時代。開場走向以儀器分析為主的新時代。1926，海洛夫斯基發(fā)明極譜法。1930，建立原子發(fā)射光譜分析任務曲線法，1931-1938，發(fā)明直流電

23、弧、高壓交流電弧、斷續(xù)火花光源。分析化學開展趨勢分析化學開展趨勢HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science1945，研制光電直讀光譜儀。1952，馬丁、詹姆斯提出氣液色層分析法，廣泛用于分析各種氣體混合物。19431943，英國馬丁、辛革發(fā)明分配色譜，用于胰島素構造和光，英國馬丁、辛革發(fā)明分配色譜，用于胰島素構造和光協(xié)作用等研討。協(xié)作用等研討。1955，walsh提出原子吸收光譜法。1959，Lvov提出電熱原子吸收法。60年代，提出ICP-原子發(fā)射光譜法。70年代，氫化物發(fā)生原子吸收法和塞曼效應原子

24、吸收法誕生。同年，發(fā)明 采用電泳和吸附分析分別法發(fā)現(xiàn)了血漿蛋白質性質。HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science 分析化學開展趨勢分析化學開展趨勢三、分析化學開展到分析科學階段三、分析化學開展到分析科學階段現(xiàn)代分析化學已遠遠超出了化學學科領域，現(xiàn)代分析化學已遠遠超出了化學學科領域，它正把化學與數(shù)學、物理學、電子技術、計它正把化學與數(shù)學、物理學、電子技術、計算機科學、精細儀器制造、環(huán)境科學、生命算機科學、精細儀器制造、環(huán)境科學、生命科學、資料科學等學科結合起來，開展成為科學、資料科學等學科結合起來，開展

25、成為一門多學科性的綜合科學。一門多學科性的綜合科學。 HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science一、規(guī)范曲線一、規(guī)范曲線一規(guī)范曲線及其線性范圍一規(guī)范曲線及其線性范圍規(guī)范曲線：規(guī)范系列的濃度或含量規(guī)范曲線：規(guī)范系列的濃度或含量 與儀器呼應信號的關系曲線與儀器呼應信號的關系曲線線性范圍：規(guī)范曲線的直線部分對應線性范圍：規(guī)范曲線的直線部分對應 的被測物質的濃度或含量的范圍的被測物質的濃度或含量的范圍第二節(jié)第二節(jié) 定量分析方法的評價目的定量分析方法的評價目的HEBEI NORMAL UNIVERSITY, C

26、ollege of Chemistry & Material Science二規(guī)范曲線的繪制二規(guī)范曲線的繪制HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science 一元線性回歸法一元線性回歸法xbyaxxyyxxbnyynxxabxyniiniiiniinii,)()(,12111線性回歸方程HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science 三相關系數(shù)三相關系數(shù)r 表征被測物質的濃度或含量表征被測物質的濃度或含量x與呼

27、應信號與呼應信號y之間線性關系好壞程度的統(tǒng)計參數(shù)。之間線性關系好壞程度的統(tǒng)計參數(shù)。的的線線性性關關系系1 1，y y與與x x之之間間有有一一定定r r0 0y y與與x x不不存存在在線線性性關關系系0 0, ,r r的的線線性性關關系系越越好好越越接接近近1 1，y y與與x x之之間間| |r r| |關關系系y y與與x x存存在在嚴嚴格格的的線線性性1 1, ,r r1 1. .0 00 00 00 0- - 1 1. .0 00 00 00 0r r介介于于 規(guī)范參與法規(guī)范參與法規(guī)范參與法校正曲線規(guī)范參與法校正曲線SxK1CxST=K1(Cx+Cs)HEBEI NORMAL UNI

28、VERSITY, College of Chemistry & Material Science內標法內標法內標法校正曲線內標法校正曲線HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material ScienceHEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science二、靈敏度二、靈敏度S S：物質單位濃度或單位質量的變化引起：物質單位濃度或單位質量的變化引起呼應信號值變化的程度稱方法的靈敏度。呼應信號值變化的程度稱方法的靈敏度。 S為規(guī)范曲線的斜

29、率，斜率越大，方法的為規(guī)范曲線的斜率，斜率越大，方法的靈敏度越高。靈敏度越高。 三、精細度三、精細度精細度：運用同一方法，對同精細度：運用同一方法，對同一試樣進展多次測定，測定結一試樣進展多次測定，測定結果的一致程度。用果的一致程度。用s或或sr量度。量度。反復性：同一分析人員在同一反復性：同一分析人員在同一條件下測定結果的精細度條件下測定結果的精細度再現(xiàn)性：不同實驗室所得測定再現(xiàn)性：不同實驗室所得測定結果的精細度結果的精細度HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material ScienceHEBEI NORMAL UNIV

30、ERSITY, College of Chemistry & Material Science 規(guī)范偏向、相對規(guī)范偏向%1001)(12xssnxxsrnii四、準確度四、準確度 系統(tǒng)誤差和隨機誤系統(tǒng)誤差和隨機誤差的反映差的反映 定義：試樣含量的測定值與真實值定義：試樣含量的測定值與真實值或規(guī)范值相符合的程度或規(guī)范值相符合的程度%100 xEr相對誤差五、檢出限五、檢出限 在給定的置信程度上，可以檢出被測物在給定的置信程度上，可以檢出被測物質的最小濃度或最小質量質的最小濃度或最小質量相對檢出相對檢出限或絕對檢出限限或絕對檢出限SsSXXDbbL3HEBEI NORMAL UNIVERS

31、ITY, College of Chemistry & Material ScienceHEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science 第一章第一章 緒論緒論 小結小結1.掌握有關根本概念掌握有關根本概念 P6： 1.2.掌握掌握s、sr、D 計算計算3.了解儀器分析特點及分類了解儀器分析特點及分類HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science 第二章第二章 光學分析法導論光學分析法導論根據(jù)物質發(fā)射的電磁輻射

32、或電磁輻射與物根據(jù)物質發(fā)射的電磁輻射或電磁輻射與物質相互作用建立起來的分析方法質相互作用建立起來的分析方法HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science第一節(jié)第一節(jié) 電磁輻射電磁輻射 一、電磁輻射的性質一、電磁輻射的性質電磁輻射是以宏大速度經(jīng)過空間、不需電磁輻射是以宏大速度經(jīng)過空間、不需求以任何物質作為傳播媒介的一種能求以任何物質作為傳播媒介的一種能量。量。電磁輻射具有波粒二象性電磁輻射具有波粒二象性 HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry &

33、Material Science一動搖性：衍射和干涉一動搖性：衍射和干涉 經(jīng)典物理學：電磁輻射是在空間傳播著的經(jīng)典物理學：電磁輻射是在空間傳播著的交變電磁場交變電磁場 描畫電磁輻射動搖性的參數(shù)：頻率、波長、描畫電磁輻射動搖性的參數(shù)：頻率、波長、波數(shù)、波數(shù)、 波速波速 HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science頻率頻率定義：每秒內電磁輻射振蕩的定義：每秒內電磁輻射振蕩的次數(shù)次數(shù)單位：單位：s-1或赫茲或赫茲頻率只決議于輻射源，與介質頻率只決議于輻射源，與介質無關。無關。頻率是電磁輻射最根本的性質。頻率是

34、電磁輻射最根本的性質。HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science 波長和波數(shù)波長和波數(shù)波長波長l l相鄰兩個同位相點之間的間隔相鄰兩個同位相點之間的間隔 單位：單位：cmcm、m m、nmnm 電磁波波長與輻射傳播的介質有關電磁波波長與輻射傳播的介質有關波數(shù)波數(shù) 1cm1cm內波的數(shù)目內波的數(shù)目, ,單位單位cm-1 cm-1 當波長以當波長以cmcm為單位時，為單位時， =1/ =1/ l l HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & M

35、aterial Science 波速：電磁輻射傳播的速度波速：電磁輻射傳播的速度 同一電磁輻射經(jīng)過不同介質時，波速同一電磁輻射經(jīng)過不同介質時，波速不同，其傳播速度與波長成正比不同，其傳播速度與波長成正比 真空中，一切電磁輻射傳播速度一樣真空中，一切電磁輻射傳播速度一樣 1101099792. 2scmvcc2211HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science (二二) 電磁輻射的微粒性電磁輻射的微粒性 量子實際量子實際:電磁輻射是在空間高速運動電磁輻射是在空間高速運動的光量子流。用每個光子所具有的能的光

36、量子流。用每個光子所具有的能量來表征。量來表征。HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science1普朗克公式把粒子性同動搖性聯(lián)絡起來。普朗克公式把粒子性同動搖性聯(lián)絡起來。波長越長，頻率越低，光量子能量越小；波長越長，頻率越低，光量子能量越??；波長越短，頻率越高，光量子能量越大。波長越短，頻率越高，光量子能量越大。2E以以eV或或J表示，表示，1 eV=1.6010-19J 。3h=6.6310-34J.s h=4.10-15 eV.s4光量子的能量和波數(shù)成正比光量子的能量和波數(shù)成正比 可用可用cm-1為單位

37、表示能量高低。為單位表示能量高低。 hchchvE/HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science 二、電磁波譜二、電磁波譜 電磁輻射按波長頻率、波電磁輻射按波長頻率、波數(shù)、能量大小順序陳列即數(shù)、能量大小順序陳列即可得到電磁波譜可得到電磁波譜HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science 見見P9 P9 表表2-12-1 電磁波譜及分析方法電磁波譜及分析方法波譜區(qū)波譜區(qū) 波長范圍波長范圍 躍遷類型躍遷類型 光譜分析方

38、法光譜分析方法射線射線 0.001 0.1 核能級躍遷核能級躍遷 射線發(fā)射射線發(fā)射 法法 莫斯莫斯堡爾堡爾 法法 X射線射線 0. 05 100 原子內層電子能級躍遷原子內層電子能級躍遷 X-熒光、衍射法熒光、衍射法 電子能譜分析電子能譜分析法法 真空紫外真空紫外 10200nm 真空紫外吸收光真空紫外吸收光譜法譜法 紫外紫外 200400nm 外層電子及價電子能級外層電子及價電子能級 紫外可見吸紫外可見吸收光譜法收光譜法 可見可見 400780nm 原子吸收、發(fā)射、原子吸收、發(fā)射、熒光法熒光法 分子熒光光譜法分子熒光光譜法近紅外近紅外 0.782.5m 分子振動能級分子振動能級 紅外吸收光譜

39、紅外吸收光譜 法法中紅外中紅外 2.550m 分子振動能級分子振動能級 拉曼光譜拉曼光譜 法法 遠紅外遠紅外 501000m 分子轉動能級分子轉動能級 微波微波 0.1100cm 分子轉動能級分子轉動能級 電子順磁共振譜電子順磁共振譜無線電波無線電波 1 1000m 核自旋、電子自旋能級核自旋、電子自旋能級 核磁共振譜核磁共振譜 HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science電磁波譜區(qū)電磁波譜區(qū)據(jù)能量高低，分為三個波譜區(qū)域：據(jù)能量高低，分為三個波譜區(qū)域： A A、高能輻射區(qū)、高能輻射區(qū)射線和射線和X X射

40、線區(qū)射線區(qū) 射線能量最高，核能級躍遷。射線能量最高，核能級躍遷。x x射線，內層電子能級躍遷。射線，內層電子能級躍遷。HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material ScienceB、中能輻射區(qū)、中能輻射區(qū)紫外、可見和紅外區(qū)紫外、可見和紅外區(qū)原子和分子外層電子的能級躍遷，分子振動、原子和分子外層電子的能級躍遷，分子振動、轉動能級躍遷。光學光譜區(qū)轉動能級躍遷。光學光譜區(qū)C、低能輻射區(qū)、低能輻射區(qū)微波和射頻區(qū)微波和射頻區(qū)分子轉動、電子自旋、核自旋能級躍遷分子轉動、電子自旋、核自旋能級躍遷HEBEI NORMAL UNIVER

41、SITY, College of Chemistry & Material Science 第二節(jié)第二節(jié) 原子光譜和分子光譜原子光譜和分子光譜光學光譜分為原子光譜和分子光譜光學光譜分為原子光譜和分子光譜由原子產(chǎn)生的光譜為原子光譜由原子產(chǎn)生的光譜為原子光譜產(chǎn)生于原子外層電子能級的躍遷。產(chǎn)生于原子外層電子能級的躍遷。由分子產(chǎn)生的光譜為分子光譜由分子產(chǎn)生的光譜為分子光譜HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science一核外電子的運動形狀一核外電子的運動形狀單電子原子單電子原子量子數(shù)：主量子數(shù)量子數(shù)：主量子

42、數(shù)n，角量子數(shù)，角量子數(shù)l 磁量子數(shù)磁量子數(shù)m，自旋量子數(shù)，自旋量子數(shù)s核外電子排布：核外電子排布： 能量最低原理能量最低原理 保里不相容原理保里不相容原理 洪特規(guī)那么洪特規(guī)那么HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science二光譜項二光譜項 核外電子存在相互作用：電子軌道運動之核外電子存在相互作用：電子軌道運動之間、電子自旋運動之間、軌道運動與自旋間、電子自旋運動之間、軌道運動與自旋運動之間運動之間 描畫原子的運動形狀：表征原子內各種相描畫原子的運動形狀：表征原子內各種相互作用的量子數(shù)互作用的量子數(shù) 主量

43、子數(shù)主量子數(shù)n 總軌道角量子數(shù)總軌道角量子數(shù)L 總自旋量子數(shù)總自旋量子數(shù)S 內量子數(shù)內量子數(shù)JHEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science1、主量子數(shù)、主量子數(shù)n：決議軌道的能量，核外電子：決議軌道的能量，核外電子分布的層次分布的層次2、總軌道角量子數(shù)、總軌道角量子數(shù)L：各價電子角動量耦：各價電子角動量耦合的結果，每個電子角量子數(shù)合的結果，每個電子角量子數(shù)l的矢量和的矢量和L: l1+ l2 ,(l1+ l2 -1) , (l1+ l2 -2) , , l1- l2 L可取可取0,1,2,3 S,P,D

44、,F 3 3、總自旋量子數(shù)、總自旋量子數(shù)S S：各價電子自旋角動量耦合：各價電子自旋角動量耦合的結果的結果S: s1+ s2 ,(s1+s2 -1) , (s1+ s2 -S: s1+ s2 ,(s1+s2 -1) , (s1+ s2 -2) , , 2) , , s1- s2 s1- s2 * * 4 4、內量子數(shù)、內量子數(shù)J J：總軌道角動量：總軌道角動量L L與總自旋角動與總自旋角動量量S S耦合的結果耦合的結果J: L+ S ,(L+ S -1) , (L+ S -2) , , J: L+ S ,(L+ S -1) , (L+ S -2) , , L- S L- S * *HEBEI

45、NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science 光譜項的表示方法光譜項的表示方法 量子數(shù)數(shù)值確定后，原子的運動形狀即量子數(shù)數(shù)值確定后，原子的運動形狀即可確定。利用光譜項表示這種運動形狀可確定。利用光譜項表示這種運動形狀 n2S+1L 2S1為譜項的多重性，多重性為為譜項的多重性，多重性為1、2、3的光譜項為單重態(tài)、雙重態(tài)、三重態(tài)的光譜項為單重態(tài)、雙重態(tài)、三重態(tài) 光譜支項光譜支項 n2S+1LHEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Sci

46、ence 光譜支項：不同的光譜項。不同，能光譜支項：不同的光譜項。不同，能量相近的能級不同。同一譜項中不同光譜量相近的能級不同。同一譜項中不同光譜支項的能量稍有差別。支項的能量稍有差別。 能級簡并：在磁場作用下，同一光譜支項能級簡并：在磁場作用下，同一光譜支項會分裂成會分裂成2J+1個不同的支能級，外磁場消個不同的支能級，外磁場消逝，分裂支能級消逝。逝，分裂支能級消逝。 能級的簡并度能級的簡并度2J+1 一樣能級的數(shù)目。一樣能級的數(shù)目。 統(tǒng)計權重統(tǒng)計權重g = 2J+1 表示粒子在某一能表示粒子在某一能級下能夠具有的幾種不同的形狀數(shù)。級下能夠具有的幾種不同的形狀數(shù)。 原子在這些能級形狀上有一樣

47、的概率分原子在這些能級形狀上有一樣的概率分布布HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material ScienceHEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material ScienceNa 3s1(基態(tài)基態(tài))n=3 L=0 S=1/2 J=1/2 雙重態(tài)雙重態(tài) 3 2S 3 2S1/2 簡并度簡并度 2Na 3p1(激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài))n=3 L=1 S=1/2 J=3/2 雙重態(tài)雙重態(tài) 4 J=1/2 雙重態(tài)雙重態(tài) 23 2P 3 2P1/2 3 2P3/2HEBE

48、I NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material ScienceZn 4s2(基態(tài)基態(tài)) n=4 L=0 S=0 J=04 1S 4 1S0 Zn 4s14p1(激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài))n=4 L=1 S=1 J=2、1、0 S=0 J=14 3P 4 3P2 4 3P1 4 3P04 1P 4 1P1三原子能級圖三原子能級圖 將原子能夠存在的光將原子能夠存在的光譜項及能級躍遷用圖譜項及能級躍遷用圖解的方法表示出來解的方法表示出來 鈉雙線基態(tài)鈉雙線基態(tài)-第一激第一激發(fā)態(tài)發(fā)態(tài) 588.99nm 32S1/2 32P3/2 589.59nm 3

49、2S1/2 32P1/2 HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science 四光譜選擇定那四光譜選擇定那么么 = 1, L可取可取0,1,2,3 S,P,D,F2. =0, 多重態(tài)之間的躍遷不允許多重態(tài)之間的躍遷不允許2S+1 一樣多重態(tài)之間的躍遷可以實現(xiàn)，如單一樣多重態(tài)之間的躍遷可以實現(xiàn)，如單重態(tài)與單重態(tài)，三重態(tài)與三重態(tài)之間重態(tài)與單重態(tài)，三重態(tài)與三重態(tài)之間 J=0, 1；但；但J=0時，時， J=0的躍遷是不允許的躍遷是不允許的的HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material ScienceHEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science 588.99nm 32S1/2 32P3/2589.59nm 32S1/2 32P1/2 S=0，L=-1，J=0，-1禁戒躍遷禁戒躍遷 禁戒躍遷：不符合光譜選擇定那么的躍禁戒躍遷：不符合光譜選擇定那么的躍遷遷,譜線強度普通很弱譜線強度普通很弱 亞穩(wěn)態(tài)：假設兩光譜項之間為禁戒躍遷，亞穩(wěn)態(tài)：假設兩光譜項之間為