光譜分析基礎(chǔ)(本)

1、l電磁輻射和電磁波譜l原子光譜和分子光譜l吸收、發(fā)射及散射光譜l儀器分析方法的評(píng)價(jià)l光譜分析在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用 光學(xué)光譜分析光譜分析 構(gòu)成物質(zhì)的分子、原子或離子經(jīng)輻射能照射構(gòu)成物質(zhì)的分子、原子或離子經(jīng)輻射能照射后物質(zhì)的總能量就會(huì)發(fā)生變化，在能量相互轉(zhuǎn)后物質(zhì)的總能量就會(huì)發(fā)生變化，在能量相互轉(zhuǎn)化的過(guò)程中產(chǎn)生輻射信號(hào)或引起輻射信號(hào)變化?；倪^(guò)程中產(chǎn)生輻射信號(hào)或引起輻射信號(hào)變化。根據(jù)產(chǎn)生的輻射信號(hào)或引起信號(hào)變化，均可進(jìn)根據(jù)產(chǎn)生的輻射信號(hào)或引起信號(hào)變化，均可進(jìn)行光譜分析行光譜分析 以此實(shí)驗(yàn)手段為基礎(chǔ)而建立分析方法的一門以此實(shí)驗(yàn)手段為基礎(chǔ)而建立分析方法的一門學(xué)科，廣義上都稱光譜分析法學(xué)科，廣義上都稱光譜分析法

2、 光譜分析以測(cè)定物質(zhì)發(fā)射或吸收輻射的波長(zhǎng)光譜分析以測(cè)定物質(zhì)發(fā)射或吸收輻射的波長(zhǎng)和強(qiáng)度為基礎(chǔ)。和強(qiáng)度為基礎(chǔ)。 三個(gè)基本過(guò)程三個(gè)基本過(guò)程：（1 1）能源）能源( (光源光源) )提供能量；提供能量；（2 2）能量與被測(cè)物之間的相互作用；）能量與被測(cè)物之間的相互作用；（3 3）產(chǎn)生信號(hào)。）產(chǎn)生信號(hào)。 三個(gè)基本特點(diǎn)：三個(gè)基本特點(diǎn)：（1 1）所有光譜分析法均包含）所有光譜分析法均包含能量（光源）能量（光源）,被測(cè)物（樣品）及被測(cè)物（樣品）及信號(hào)信號(hào)；（2 2）對(duì)特定波長(zhǎng)的譜線選擇性測(cè)量，不涉及混合物分離（不）對(duì)特定波長(zhǎng)的譜線選擇性測(cè)量，不涉及混合物分離（不同于色譜分析）；同于色譜分析）；（3 3）涉及大

3、量光學(xué)元器件。）涉及大量光學(xué)元器件。1 1電磁輻射：高速穿過(guò)空間的一種能量，即光子流電磁輻射：高速穿過(guò)空間的一種能量，即光子流, ,簡(jiǎn)稱為光簡(jiǎn)稱為光, ,其最小單位是其最小單位是光子光子。 光子的能量與其波長(zhǎng)關(guān)系為：光子的能量與其波長(zhǎng)關(guān)系為： E = h = h c / = h c c：光速光速2.99791010cm*s-1；：頻率；頻率；E ：能量；：能量； h：普朗克常數(shù)：普朗克常數(shù)6.62610-34J*s2 2 產(chǎn)生一定能量的波長(zhǎng)計(jì)算為：產(chǎn)生一定能量的波長(zhǎng)計(jì)算為： = h c / El3波長(zhǎng)單位波長(zhǎng)單位: m:1 dm:0.1 lcm:0.01 mm:001 m:10-6lnm:10

4、-9 pm:10-12.l不同波譜區(qū)的波長(zhǎng)往往采用的單位不一不同波譜區(qū)的波長(zhǎng)往往采用的單位不一樣。樣。l ：波數(shù)：每厘米中所含波的數(shù)目，等于：波數(shù)：每厘米中所含波的數(shù)目，等于波長(zhǎng)的倒數(shù)：波長(zhǎng)的倒數(shù)： =1/ 。4 普朗克觀點(diǎn)：普朗克觀點(diǎn)：1），物質(zhì)吸收或發(fā)射輻射能量不連續(xù)的（量子化）。），物質(zhì)吸收或發(fā)射輻射能量不連續(xù)的（量子化）。 2），），物質(zhì)分子或原子發(fā)生能級(jí)躍遷時(shí)，產(chǎn)生的輻射能（吸物質(zhì)分子或原子發(fā)生能級(jí)躍遷時(shí)，產(chǎn)生的輻射能（吸收或發(fā)射的能量）完全等于兩個(gè)能級(jí)之間的能量差收或發(fā)射的能量）完全等于兩個(gè)能級(jí)之間的能量差。 E =E1-E0= h = h c / = h c 因此，當(dāng)物質(zhì)發(fā)射電磁

5、輻射或者電磁輻射被物質(zhì)吸收時(shí)，因此，當(dāng)物質(zhì)發(fā)射電磁輻射或者電磁輻射被物質(zhì)吸收時(shí)，就會(huì)發(fā)生能量躍遷。就會(huì)發(fā)生能量躍遷。吸收或發(fā)射光的波長(zhǎng)越短，躍遷時(shí)產(chǎn)吸收或發(fā)射光的波長(zhǎng)越短，躍遷時(shí)產(chǎn)生的能量差越大生的能量差越大 例例 ：某電子在能量差為：某電子在能量差為3.375 10-19J的兩能的兩能級(jí)間躍遷，其吸收或發(fā)射光的波長(zhǎng)為多少級(jí)間躍遷，其吸收或發(fā)射光的波長(zhǎng)為多少納米？納米？解：解： 根據(jù)上式，有根據(jù)上式，有 = hc/ E=6.626 10-34J s 3 1010 cm s-1/3.375 10-19J =5.89 10-5cm =589nm5 依外形可分依外形可分 線光譜線光譜(Line sp

6、ectra): 由處于氣相的單個(gè)原子發(fā)生電子能級(jí)躍遷所產(chǎn)生的由處于氣相的單個(gè)原子發(fā)生電子能級(jí)躍遷所產(chǎn)生的銳線，線寬大約為銳線，線寬大約為10-5nm。帶狀光譜帶狀光譜(Band spectra): 由氣態(tài)自由基或小分子振動(dòng)由氣態(tài)自由基或小分子振動(dòng)-轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷所產(chǎn)生的光譜，由于各能級(jí)間的能量差較小，因而產(chǎn)生的譜線不光譜，由于各能級(jí)間的能量差較小，因而產(chǎn)生的譜線不易分辨開而形成所謂的帶狀光譜，其帶寬達(dá)幾個(gè)至幾十易分辨開而形成所謂的帶狀光譜，其帶寬達(dá)幾個(gè)至幾十個(gè)個(gè)nm)；線光譜線光譜帶光譜帶光譜連續(xù)光譜連續(xù)光譜(Continuum spectra)： 包含各種波長(zhǎng)的光，包含各種

7、波長(zhǎng)的光，由熾熱的固體、液體或由熾熱的固體、液體或高壓氣體所發(fā)的高壓氣體所發(fā)的光光都形成這種光譜都形成這種光譜 。 熾熱的固體所產(chǎn)生的連續(xù)輻射是紅外、可熾熱的固體所產(chǎn)生的連續(xù)輻射是紅外、可見及較長(zhǎng)波長(zhǎng)的重要輻射源，常用于做光譜分見及較長(zhǎng)波長(zhǎng)的重要輻射源，常用于做光譜分析的光源。析的光源。 由于固體被加熱到熾熱狀態(tài)時(shí)，無(wú)數(shù)原子由于固體被加熱到熾熱狀態(tài)時(shí)，無(wú)數(shù)原子和分子的運(yùn)動(dòng)或振動(dòng)產(chǎn)生熱輻射，通常也產(chǎn)生和分子的運(yùn)動(dòng)或振動(dòng)產(chǎn)生熱輻射，通常也產(chǎn)生背景干擾。背景干擾。 1 范圍包括：射線無(wú)線電波所有范范圍包括：射線無(wú)線電波所有范圍。其中能為正常人視力感受到的電磁圍。其中能為正常人視力感受到的電磁范圍為可

8、見光，其波長(zhǎng)為（范圍為可見光，其波長(zhǎng)為（400780nm) 按波長(zhǎng)順序排列得電磁波譜。按波長(zhǎng)順序排列得電磁波譜。 各波譜區(qū)所具有的能量不同，其產(chǎn)生各波譜區(qū)所具有的能量不同，其產(chǎn)生的機(jī)理也各不相同。的機(jī)理也各不相同。 下面列出了電磁波譜區(qū)的波長(zhǎng)范圍和下面列出了電磁波譜區(qū)的波長(zhǎng)范圍和相應(yīng)能量及躍遷能級(jí)類型相應(yīng)能量及躍遷能級(jí)類型31010 3108 3106 3104 3102 3100 310-2 310-4 波數(shù)， cm-1 1021 1019 1017 1015 1013 1011 109 107 頻率，Hz 10-4 10-2 100 102 104 106 108 109 波長(zhǎng)， nm X

9、 射線 可見 微波 射線 紫外 紅外 無(wú)線電 電磁輻射波譜圖電磁輻射波譜圖光譜類型光譜類型 波長(zhǎng)范圍波長(zhǎng)范圍 波數(shù)范圍波數(shù)范圍 量子躍遷類量子躍遷類型型 -射線發(fā)射光譜射線發(fā)射光譜 0.005-1.4A - 核核 X-吸收、發(fā)射、熒吸收、發(fā)射、熒光、衍射光譜光、衍射光譜 0.1-100A - 內(nèi)層電子內(nèi)層電子 真空紫外吸收光譜真空紫外吸收光譜 10-180 nm 1 106-5 104 外層鍵合電外層鍵合電子子 UV-Vis 吸收、發(fā)射吸收、發(fā)射及熒光光譜及熒光光譜 180-780 nm 5 104-1.3 104 外層鍵合電外層鍵合電子子 紅外吸收紅外吸收 拉曼散射光譜拉曼散射光譜 0.78

10、-300 m 1.3 104-33 分子振動(dòng)分子振動(dòng)-轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng) 微波吸收微波吸收 0.75-3.75 mm 13-27 分子轉(zhuǎn)動(dòng)分子轉(zhuǎn)動(dòng) 電子自旋共振光譜電子自旋共振光譜 3 cm 0.33 磁場(chǎng)中磁場(chǎng)中電子電子自旋自旋 核磁共振核磁共振 0.6-10 m 1.7 10-2-1 103 磁場(chǎng)中磁場(chǎng)中核自核自旋旋 2，一般依其波長(zhǎng)及其測(cè)定的方法可以分為：，一般依其波長(zhǎng)及其測(cè)定的方法可以分為： 射線射線(0.0051.4)； X射線射線 (0.1100)； 光學(xué)光譜光學(xué)光譜(100 1000 m)； 微波波譜微波波譜(0.1100cm)。l 通常所說(shuō)的光譜，一般僅指光學(xué)光譜而通常所說(shuō)的光譜，一般僅

11、指光學(xué)光譜而言。言。3單色光、復(fù)合光單色光、復(fù)合光（1）單色光：具有同一波長(zhǎng)（或頻率）的）單色光：具有同一波長(zhǎng)（或頻率）的光稱為單色光。光稱為單色光。（2）復(fù)合光：由不同波長(zhǎng)的光組合而成的）復(fù)合光：由不同波長(zhǎng)的光組合而成的光稱為復(fù)合光。光稱為復(fù)合光。 單色光很難從光源獲得，多數(shù)光源如單色光很難從光源獲得，多數(shù)光源如太陽(yáng)、白熾燈和氫燈等發(fā)出的光都是復(fù)太陽(yáng)、白熾燈和氫燈等發(fā)出的光都是復(fù)合光，通過(guò)適當(dāng)?shù)氖侄慰梢詮膹?fù)合光中合光，通過(guò)適當(dāng)?shù)氖侄慰梢詮膹?fù)合光中獲得單色光。獲得單色光。三、光譜儀器三、光譜儀器組成：光源，單色器，樣品容器，檢測(cè)器（光電轉(zhuǎn)換器、電子讀組成：光源，單色器，樣品容器，檢測(cè)器（光電轉(zhuǎn)

12、換器、電子讀 出、數(shù)據(jù)處理及記錄）。出、數(shù)據(jù)處理及記錄）。 光源或光源或熾熱固體熾熱固體樣品容器樣品容器分光系統(tǒng)分光系統(tǒng)光電轉(zhuǎn)換光電轉(zhuǎn)換信號(hào)處理器信號(hào)處理器光源燈或光源燈或激光激光樣品容器樣品容器分光系統(tǒng)分光系統(tǒng)光電轉(zhuǎn)換光電轉(zhuǎn)換信號(hào)處理器信號(hào)處理器光源光源+ +樣品樣品分光系統(tǒng)分光系統(tǒng)光電轉(zhuǎn)換光電轉(zhuǎn)換信號(hào)處理器信號(hào)處理器吸收吸收熒光熒光發(fā)射發(fā)射1、光源、光源H2燈燈 紫外光源紫外光源 D2燈燈 160-375nm W 燈燈 320-2500nm 可見光源可見光源 氙燈氙燈 250-700nm Nernst 燈燈 連續(xù)光連續(xù)光源源 紅外光源紅外光源 硅碳棒硅碳棒 6000-5000cm-1之之間

13、有最大強(qiáng)度間有最大強(qiáng)度 Hg 燈燈 254-734nm 金屬蒸汽燈金屬蒸汽燈 Na 燈燈 589.0nm， 589.6nm 空心陰極燈空心陰極燈 空心陰極燈空心陰極燈 高強(qiáng)度空心陰極高強(qiáng)度空心陰極燈燈 也稱元素?zé)粢卜Q元素?zé)?紅寶石激光器紅寶石激光器 693.4nm He-Ne 激光器激光器 632.8nm 激光激光* Ar 離子激光器離子激光器 515.4nm， 488.0nm 直流電弧直流電弧 交流電弧交流電弧 火花火花 線光源線光源 發(fā)射光譜光發(fā)射光譜光源源 ICP 電能電能 對(duì)光源的要求對(duì)光源的要求：強(qiáng)度大（分析靈敏度高）、穩(wěn)定（分析重現(xiàn)性好）。：強(qiáng)度大（分析靈敏度高）、穩(wěn)定（分析重現(xiàn)性

14、好）。 *Laser=light amplification by stimulated emission of radiation 2. 分光系統(tǒng)分光系統(tǒng)（monochromator, wavelength selector）定義：將由不同波長(zhǎng)的定義：將由不同波長(zhǎng)的“復(fù)合光復(fù)合光”分開為一系列分開為一系列“單單一一” 波長(zhǎng)的波長(zhǎng)的“單色光單色光”的器件。的器件。 理想的理想的100%的單色光是不可能達(dá)到的，實(shí)的單色光是不可能達(dá)到的，實(shí) 際上只能獲得的是具有一定際上只能獲得的是具有一定“純度純度”的單色光，的單色光，即即 該該“單色光具有一定的寬度（有效帶寬）。有效單色光具有一定的寬度（有效帶

15、寬）。有效 帶寬越小，分析的靈敏度越高、選擇性越好、帶寬越小，分析的靈敏度越高、選擇性越好、 分析物濃度與光學(xué)響應(yīng)信號(hào)的線性相關(guān)性也越分析物濃度與光學(xué)響應(yīng)信號(hào)的線性相關(guān)性也越 好。好。構(gòu)成：狹縫、準(zhǔn)直鏡、棱鏡或光柵。構(gòu)成：狹縫、準(zhǔn)直鏡、棱鏡或光柵。 入射狹縫入射狹縫準(zhǔn)直鏡準(zhǔn)直鏡物鏡物鏡棱鏡棱鏡焦面焦面出射狹縫出射狹縫f入射狹縫入射狹縫準(zhǔn)直鏡準(zhǔn)直鏡光柵光柵物鏡物鏡出射狹縫出射狹縫f其中最主要的分光原件為棱鏡和光柵。其中最主要的分光原件為棱鏡和光柵。 3. 試樣裝置：試樣裝置：1）吸收池（）吸收池（Sample container，Cell，Cuvette）盛放試樣的吸收池由光透明材料制成。盛放試

16、樣的吸收池由光透明材料制成。v 石英或熔融石英：紫外光區(qū)石英或熔融石英：紫外光區(qū)可見光區(qū)可見光區(qū)；v 玻璃：可見光區(qū)（玻璃：可見光區(qū)（350-2000nm）；）；v 透明塑料：可見光區(qū)（透明塑料：可見光區(qū)（350-2000nm）；）；v 鹽窗（鹽窗（NaCl, NaBr晶體）：紅外光區(qū)。晶體）：紅外光區(qū)。 2）其它特殊裝置：將在原子光譜中詳細(xì)介紹）其它特殊裝置：將在原子光譜中詳細(xì)介紹4. 4. 檢測(cè)器：光電轉(zhuǎn)換器檢測(cè)器：光電轉(zhuǎn)換器（Transducer）1 1）將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為可以測(cè)量的電信號(hào)的器件。）將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為可以測(cè)量的電信號(hào)的器件。2 2）理想的光電轉(zhuǎn)換器要求：理想的光電轉(zhuǎn)換器要求： 靈

17、敏度高；靈敏度高； 信背比信背比S/NS/N大；大； 暗電流?。话惦娏餍?； 響應(yīng)快且在寬的波段內(nèi)響應(yīng)恒定。響應(yīng)快且在寬的波段內(nèi)響應(yīng)恒定。5.5.記錄系統(tǒng)記錄系統(tǒng) 將電信號(hào)處理放大并以適當(dāng)?shù)姆绞斤@示或記錄下來(lái)，將電信號(hào)處理放大并以適當(dāng)?shù)姆绞斤@示或記錄下來(lái)，如計(jì)算機(jī)處理。如計(jì)算機(jī)處理。 四 原子光譜和分子光譜原子光譜和分子光譜 1 1，原子光譜，原子光譜 原子中價(jià)電子處于能級(jí)最低能量狀態(tài)時(shí)原子中價(jià)電子處于能級(jí)最低能量狀態(tài)時(shí)，稱基態(tài)。按受外界能量后，稱基態(tài)。按受外界能量后( (如受到光的如受到光的照射照射) )，電子躍遷到較高或更高能級(jí)狀態(tài)，電子躍遷到較高或更高能級(jí)狀態(tài)，稱激發(fā)態(tài)。，稱激發(fā)態(tài)。 基態(tài)

18、與激發(fā)態(tài)之間能量差基態(tài)與激發(fā)態(tài)之間能量差E E1 120eV20eV，即光子能量。即光子能量。 當(dāng)原子核外電子在不同能級(jí)態(tài)躍遷時(shí)，當(dāng)原子核外電子在不同能級(jí)態(tài)躍遷時(shí)，產(chǎn)生的光譜就叫原子光譜。產(chǎn)生的光譜就叫原子光譜。l原子光譜為線狀光譜，每條譜帶對(duì)應(yīng)于原子光譜為線狀光譜，每條譜帶對(duì)應(yīng)于一定的波長(zhǎng)。其波長(zhǎng)負(fù)載了特定元素原一定的波長(zhǎng)。其波長(zhǎng)負(fù)載了特定元素原子的分析信息，作定性分析依據(jù)。譜帶子的分析信息，作定性分析依據(jù)。譜帶的強(qiáng)度則往往與樣品中原子濃度大小有的強(qiáng)度則往往與樣品中原子濃度大小有關(guān)，作為定量分析依據(jù)。關(guān)，作為定量分析依據(jù)。 2 2，分子光譜，分子光譜 ( (molecular spectru

19、m)molecular spectrum)： 在輻射能作用下分子內(nèi)能級(jí)間的躍遷產(chǎn)生在輻射能作用下分子內(nèi)能級(jí)間的躍遷產(chǎn)生的光譜，稱為分子光譜。分子光譜包含幾種的光譜，稱為分子光譜。分子光譜包含幾種不同能量的譜線：不同能量的譜線：電子光譜電子光譜 ， 振動(dòng)光譜振動(dòng)光譜 ， 轉(zhuǎn)動(dòng)光譜（詳細(xì)內(nèi)容在紫外吸收可見光譜一轉(zhuǎn)動(dòng)光譜（詳細(xì)內(nèi)容在紫外吸收可見光譜一節(jié)討論）節(jié)討論） 分子光譜法就是以測(cè)量分子轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)、振動(dòng)分子光譜法就是以測(cè)量分子轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)、振動(dòng)能級(jí)（包含轉(zhuǎn)動(dòng)）及電子能級(jí)（包含振、轉(zhuǎn)）能級(jí)（包含轉(zhuǎn)動(dòng)）及電子能級(jí)（包含振、轉(zhuǎn)）躍遷時(shí)的譜線為基礎(chǔ)定性定量分析物質(zhì)分子躍遷時(shí)的譜線為基礎(chǔ)定性定量分析物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)

20、的方法。除轉(zhuǎn)動(dòng)光譜外，其它分子光譜結(jié)構(gòu)的方法。除轉(zhuǎn)動(dòng)光譜外，其它分子光譜皆為許多譜線聚集成的帶狀光譜。皆為許多譜線聚集成的帶狀光譜。1,1,吸收光譜吸收光譜: :當(dāng)物質(zhì)所吸收的電磁輻射能與該物質(zhì)的當(dāng)物質(zhì)所吸收的電磁輻射能與該物質(zhì)的原子核、原子或分子的兩個(gè)能級(jí)間躍遷所需的能量原子核、原子或分子的兩個(gè)能級(jí)間躍遷所需的能量滿足滿足E = E = hvhv的關(guān)系時(shí)，將產(chǎn)生吸收光譜的關(guān)系時(shí)，將產(chǎn)生吸收光譜。 M + M + hv hv M M* * 通過(guò)測(cè)量物質(zhì)的通過(guò)測(cè)量物質(zhì)的吸收光譜的波長(zhǎng)吸收光譜的波長(zhǎng)和和強(qiáng)度強(qiáng)度進(jìn)行定性和進(jìn)行定性和定量分析的方法叫做定量分析的方法叫做吸收光譜分析吸收光譜分析 。包括

21、原子吸收、紫外可見、紅外吸收等。包括原子吸收、紫外可見、紅外吸收等。 ll l l l l l。l2,2,發(fā)射光譜發(fā)射光譜l物質(zhì)通過(guò)電、熱或光獲得能量，其粒子物質(zhì)通過(guò)電、熱或光獲得能量，其粒子( (原子原子 離子或分子離子或分子) )從基態(tài)或低能態(tài)變?yōu)楦吣軕B(tài)原子從基態(tài)或低能態(tài)變?yōu)楦吣軕B(tài)原子或分子或分子M M* * . .高能態(tài)粒子又迅速回到低能態(tài)或基高能態(tài)粒子又迅速回到低能態(tài)或基態(tài)時(shí)釋放能量從而產(chǎn)生發(fā)射光譜態(tài)時(shí)釋放能量從而產(chǎn)生發(fā)射光譜( (emission emission spectrumspectrum） 。l M M* * M + M + hv hv l通過(guò)測(cè)量物質(zhì)的發(fā)射光譜的波長(zhǎng)和強(qiáng)度

22、進(jìn)行定通過(guò)測(cè)量物質(zhì)的發(fā)射光譜的波長(zhǎng)和強(qiáng)度進(jìn)行定性和定量分析的方法叫做發(fā)射光譜分析法。性和定量分析的方法叫做發(fā)射光譜分析法。l包括原子發(fā)射和熒光光譜包括原子發(fā)射和熒光光譜 3 熒光光譜 某些物質(zhì)的分子或原子在輻射能的作用下躍遷至激發(fā)態(tài)，在返回基態(tài)的過(guò)程中，先以無(wú)輻射躍遷的在返回基態(tài)的過(guò)程中，先以無(wú)輻射躍遷的形式釋放出部分能量，回到第一激發(fā)態(tài)，然后再以形式釋放出部分能量，回到第一激發(fā)態(tài)，然后再以輻射躍遷回到基態(tài)，由此產(chǎn)生的光譜稱為熒光光譜輻射躍遷回到基態(tài)，由此產(chǎn)生的光譜稱為熒光光譜。 熒光光譜實(shí)質(zhì)是一種發(fā)射光譜。 由原子產(chǎn)生的熒光光譜稱為原子熒光光譜原子熒光光譜；由分子產(chǎn)生的熒光光譜稱為分子熒光光

23、譜分子熒光光譜。l4 4 散射光譜散射光譜l當(dāng)物質(zhì)分子吸收了頻率較低的光能后，當(dāng)物質(zhì)分子吸收了頻率較低的光能后，并不足以使分子中的電子躍遷到電子的并不足以使分子中的電子躍遷到電子的激發(fā)態(tài)，而只是上升到基態(tài)中較高的振激發(fā)態(tài)，而只是上升到基態(tài)中較高的振動(dòng)能級(jí)上去，若在動(dòng)能級(jí)上去，若在10-15s10-12s返回到原返回到原能級(jí)，此時(shí)輻射出和激發(fā)光相同波長(zhǎng)的能級(jí)，此時(shí)輻射出和激發(fā)光相同波長(zhǎng)的光，稱為瑞利散射；若返回到較原能級(jí)光，稱為瑞利散射；若返回到較原能級(jí)稍高或稍低的振動(dòng)能級(jí)上，輻射出較激稍高或稍低的振動(dòng)能級(jí)上，輻射出較激發(fā)光波長(zhǎng)稍長(zhǎng)或稍短的光，稱為拉曼散發(fā)光波長(zhǎng)稍長(zhǎng)或稍短的光，稱為拉曼散射。射。

24、l要達(dá)到準(zhǔn)確測(cè)量的目的，必須了解所用要達(dá)到準(zhǔn)確測(cè)量的目的，必須了解所用分析方法的可靠性與適用性，嚴(yán)格控測(cè)分析方法的可靠性與適用性，嚴(yán)格控測(cè)定條件，對(duì)分析方法的準(zhǔn)確度，精密度，定條件，對(duì)分析方法的準(zhǔn)確度，精密度，檢測(cè)下限，分析空白，線性范圍，基體檢測(cè)下限，分析空白，線性范圍，基體效應(yīng)環(huán)境因素等方面作出評(píng)定效應(yīng)環(huán)境因素等方面作出評(píng)定 1精密度精密度標(biāo)準(zhǔn)偏差標(biāo)準(zhǔn)偏差(standard deviation; S) 對(duì)于微量或痕量物質(zhì)分析，標(biāo)準(zhǔn)偏差更能突出對(duì)于微量或痕量物質(zhì)分析，標(biāo)準(zhǔn)偏差更能突出較大偏差的影響較大偏差的影響。相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)或稱變異系數(shù) 儀器分析工作中都用RSD表示分析結(jié)果的精密度

25、。Xl2 準(zhǔn)確度：通常用絕對(duì)誤差或相對(duì)誤差表準(zhǔn)確度：通常用絕對(duì)誤差或相對(duì)誤差表示。示。l 表示方法（表示方法（X：測(cè)量值：測(cè)量值 ：真值）：真值）l(1)絕對(duì)誤差絕對(duì)誤差:() =Xl(2) 相對(duì)誤差相對(duì)誤差(R) = / 100%l 通過(guò)多次測(cè)量已知濃度或含量的物質(zhì)通過(guò)多次測(cè)量已知濃度或含量的物質(zhì)（稱為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)），得到總體平均值與（稱為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)），得到總體平均值與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)含量（真實(shí)值）比較。標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)含量（真實(shí)值）比較。 含量含量1%，準(zhǔn)確度較差；，準(zhǔn)確度較差； 含量在含量在0.1%1%，其準(zhǔn)確度與化學(xué)分，其準(zhǔn)確度與化學(xué)分析法近似；析法近似； 含量在含量在0.001%0.1%或更低時(shí)，其準(zhǔn)或更

26、低時(shí)，其準(zhǔn)確度優(yōu)于化學(xué)分析法。確度優(yōu)于化學(xué)分析法。故光譜分析適于微量和痕量分析故光譜分析適于微量和痕量分析3 靈敏度（靈敏度（Sensitivity） 反映儀器或方法識(shí)別微小濃度或含量變化的能力反映儀器或方法識(shí)別微小濃度或含量變化的能力。 影響靈敏度的因素有二：影響靈敏度的因素有二：a）校正曲線的斜率；校正曲線的斜率；b) 分析的重現(xiàn)性或精密度。分析的重現(xiàn)性或精密度。 國(guó)際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)國(guó)際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)，即即IUPAC推薦使推薦使用用“校正靈敏度校正靈敏度”或者或者“校正曲線斜率校正曲線斜率”作為衡作為衡量靈敏度高低的標(biāo)準(zhǔn)。量靈敏度高低的標(biāo)準(zhǔn)。010203040506000.10

27、.20.30.40.50.6ScS2=k2c+Sblank-2S1=k1c+Sblank-1儀器和方法的靈敏度描述儀器和方法的靈敏度描述 k1, k2分別為兩條校正曲線的斜率，即靈敏度。分別為兩條校正曲線的斜率，即靈敏度。未考慮測(cè)定重現(xiàn)性影響未考慮測(cè)定重現(xiàn)性影響4 檢出限（檢出限（Detection limit, DL）檢出限：在已知置信水平，可以檢測(cè)到的待測(cè)物的檢出限：在已知置信水平，可以檢測(cè)到的待測(cè)物的最小質(zhì)量或濃度。它和分析信號(hào)（最小質(zhì)量或濃度。它和分析信號(hào)（Singnal）與與 空白信號(hào)的波動(dòng)（噪音空白信號(hào)的波動(dòng)（噪音, Noise）有關(guān)，或者有關(guān)，或者 說(shuō)與信噪比（說(shuō)與信噪比（S/N

28、）有關(guān)。有關(guān)。 只有當(dāng)有用的信號(hào)大于噪音信號(hào)時(shí)，儀器才有可只有當(dāng)有用的信號(hào)大于噪音信號(hào)時(shí)，儀器才有可能識(shí)別有用信號(hào)，如下圖所示。能識(shí)別有用信號(hào)，如下圖所示。所謂檢出所謂檢出 ，即判定樣品中存有濃度高于空白的待測(cè)，即判定樣品中存有濃度高于空白的待測(cè)物質(zhì)物質(zhì)。sb測(cè)定次數(shù)，測(cè)定次數(shù)，nSSDL=Sb +k1 sb儀器噪音及方法檢出限儀器噪音及方法檢出限 K1=3時(shí)，可以認(rèn)為儀器檢出的最小信號(hào)值時(shí)，可以認(rèn)為儀器檢出的最小信號(hào)值SDL可能性為可能性為95%檢出限的計(jì)算檢出限的計(jì)算1 測(cè)定空白樣品測(cè)定空白樣品(或濃度接近空白值）或濃度接近空白值）20-30次，求其次，求其 平均值平均值 Sb 及其標(biāo)準(zhǔn)偏

29、差及其標(biāo)準(zhǔn)偏差 sb，則可分辨的最小信號(hào)則可分辨的最小信號(hào) SDL= Sb+k1 sb2 通過(guò)校正曲線的斜率通過(guò)校正曲線的斜率k，將最小待測(cè)物信號(hào)將最小待測(cè)物信號(hào)SDL轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為濃度值濃度值CDL，即即 3 經(jīng)統(tǒng)計(jì)學(xué)的經(jīng)統(tǒng)計(jì)學(xué)的 t 和和 z 檢驗(yàn)，當(dāng)檢驗(yàn)，當(dāng)k1=3 時(shí)，大多數(shù)情況下，時(shí)，大多數(shù)情況下，檢測(cè)結(jié)果的置信度為檢測(cè)結(jié)果的置信度為95%。因此上式可轉(zhuǎn)換為：。因此上式可轉(zhuǎn)換為：動(dòng)態(tài)范圍動(dòng)態(tài)范圍C DLLOLLOQ濃度，濃度，c響響應(yīng)應(yīng)信信號(hào)號(hào)S5 線性范圍（線性范圍（Dynamic range）CDL=檢出限；檢出限；LOQ (limit of quantitation)定量下限定量

30、下限, LOQ=10 s blank LOL=limt of linear response, 定量上限（定量上限（能準(zhǔn)確地定量測(cè)定待測(cè)物質(zhì)的最大濃度能準(zhǔn)確地定量測(cè)定待測(cè)物質(zhì)的最大濃度或量或量 ）。線性范圍是線性范圍是指信號(hào)與樣品濃度呈線性的工作曲線直線部分指信號(hào)與樣品濃度呈線性的工作曲線直線部分l通常把相當(dāng)于通常把相當(dāng)于10倍空白的標(biāo)準(zhǔn)偏差相應(yīng)倍空白的標(biāo)準(zhǔn)偏差相應(yīng)的濃度定為方法的線性范圍的定量檢測(cè)的濃度定為方法的線性范圍的定量檢測(cè)下限。取工作曲線中高濃度時(shí)，彎曲處下限。取工作曲線中高濃度時(shí)，彎曲處作為方法的線性范圍的定量檢測(cè)上限。作為方法的線性范圍的定量檢測(cè)上限。好的分析方法要有寬的線性范圍

31、。有的好的分析方法要有寬的線性范圍。有的分析方法線性范圍只有一個(gè)數(shù)量級(jí)，有分析方法線性范圍只有一個(gè)數(shù)量級(jí)，有的分析方法線性范圍可達(dá)的分析方法線性范圍可達(dá)56個(gè)數(shù)量級(jí)。個(gè)數(shù)量級(jí)。同一分析方法可用常量、微量、痕量的同一分析方法可用常量、微量、痕量的物質(zhì)分析物質(zhì)分析。 6 儀器分析校正方法儀器分析校正方法 所謂校正所謂校正(Calibration)，就是將儀器分析產(chǎn)生的各就是將儀器分析產(chǎn)生的各種信號(hào)與待測(cè)物濃度聯(lián)系起來(lái)的過(guò)程。種信號(hào)與待測(cè)物濃度聯(lián)系起來(lái)的過(guò)程。校正方法有三：校正方法有三： 標(biāo)準(zhǔn)曲線法；標(biāo)準(zhǔn)曲線法； 標(biāo)準(zhǔn)加入法；標(biāo)準(zhǔn)加入法； 內(nèi)標(biāo)法。內(nèi)標(biāo)法。 1） 標(biāo)準(zhǔn)曲線法標(biāo)準(zhǔn)曲線法（Calibration curve，Working curve, Analytical curve） 具體做法：具體做法：準(zhǔn)確配制已知待測(cè)物濃度的系列準(zhǔn)確配制已知待測(cè)物濃度的系列: 0 (空白空白)，c1，c2，c3，c4.；通過(guò)儀器分別測(cè)量以上各待測(cè)物的響應(yīng)值通過(guò)儀器分別測(cè)量以上各待測(cè)物的響應(yīng)值S0，S1，S2，S3，S4及待測(cè)物的響應(yīng)值及待測(cè)物的響應(yīng)值Sx；以濃度以濃度c對(duì)響應(yīng)信號(hào)與對(duì)響應(yīng)信號(hào)與S作圖得到標(biāo)準(zhǔn)曲