第二章光學(xué)分析法導(dǎo)論ppt課件

1、 Tarim University 2007Chapter IIIntroduce to Optical Analysis Tarim University 2007電磁輻射的根本性質(zhì)電磁輻射的根本性質(zhì)l電磁輻射電磁輻射 近代研討和實(shí)驗(yàn)結(jié)果闡明，電磁輻射具有波粒二象性。近代研討和實(shí)驗(yàn)結(jié)果闡明，電磁輻射具有波粒二象性。l電磁輻射的動(dòng)搖性電磁輻射的動(dòng)搖性l 電磁輻射的傳播以及反射、衍射、干涉等景象可以用動(dòng)電磁輻射的傳播以及反射、衍射、干涉等景象可以用動(dòng)搖性來(lái)解釋。搖性來(lái)解釋。l電磁波電磁波 根據(jù)經(jīng)典物理的觀念，電磁波具有一樣同位相的兩個(gè)相根據(jù)經(jīng)典物理的觀念，電磁波具有一樣同位相的兩個(gè)相互垂直的振動(dòng)

2、矢量，一個(gè)是沿互垂直的振動(dòng)矢量，一個(gè)是沿Y軸方向變化的電場(chǎng)矢量軸方向變化的電場(chǎng)矢量E，一，一個(gè)是沿個(gè)是沿Z軸方向變化的磁場(chǎng)矢量軸方向變化的磁場(chǎng)矢量H，E和和H都與電磁波的傳播都與電磁波的傳播方向垂直。方向垂直。 Tarim University 2007 Tarim University 20091周期周期T兩個(gè)相鄰矢量極大或極小經(jīng)過(guò)空間某固定點(diǎn)所需的兩個(gè)相鄰矢量極大或極小經(jīng)過(guò)空間某固定點(diǎn)所需的時(shí)間間隔叫做輻射的周期，單位為秒時(shí)間間隔叫做輻射的周期，單位為秒s。2頻率頻率3波長(zhǎng)波長(zhǎng) 相鄰兩極大或極小值之間的間隔，所用單位隨著不相鄰兩極大或極小值之間的間隔，所用單位隨著不同的電磁波譜區(qū)而不同。常

3、用的單位有厘米同的電磁波譜區(qū)而不同。常用的單位有厘米cm，微，微米米m，納米，納米nm。描畫(huà)電磁波的參數(shù)描畫(huà)電磁波的參數(shù) Tarim University 20094波數(shù)波數(shù) 每厘米內(nèi)波的數(shù)目，即單位間隔中極大值的數(shù)目。每厘米內(nèi)波的數(shù)目，即單位間隔中極大值的數(shù)目。它等于以厘米為單位的真空中波長(zhǎng)的倒數(shù)，它等于以厘米為單位的真空中波長(zhǎng)的倒數(shù)，=1/，單，單位為位為cm-1。5傳播速度傳播速度v 波在一秒鐘內(nèi)經(jīng)過(guò)的間隔。由于波每秒有波在一秒鐘內(nèi)經(jīng)過(guò)的間隔。由于波每秒有次振動(dòng)，次振動(dòng)，而每次振動(dòng)經(jīng)過(guò)的間隔為而每次振動(dòng)經(jīng)過(guò)的間隔為，所以：，所以：V = 描畫(huà)電磁波的參數(shù)描畫(huà)電磁波的參數(shù) Tarim Un

4、iversity 2007電磁輻射的粒子性電磁輻射的粒子性l 電磁輻射的吸收和發(fā)射等同物質(zhì)相互作用的景象那么就不能用波的模型來(lái)解釋。這時(shí)必需將其看作是不延續(xù)的能量微粒，即光子或光量子。l 光子具有能量hv，具有動(dòng)量hv/c。每個(gè)光子的能量E與相應(yīng)的頻率及波長(zhǎng)有如下關(guān)系： E= h v = h c/= h c 光子的動(dòng)量p與波長(zhǎng)的關(guān)系為： p = h/c = h/ Tarim University 2007頻率頻率 （Hz）波長(zhǎng)波長(zhǎng) 電磁波電磁波躍遷類型躍遷類型 6.0 10196.0 1019 3.0 1016 3.0 1016 1.5 10151.5 1015 7.5 10147.5 101

5、4 3.8 10143.8 1014 1.2 1012 1.2 1012 6.0 1012 6.0 1012 3.0 10113.0 1011 1.0 109 1.0 109 0.005nm0.005-10nm10-200nm200-400nm400-800nm0.8-2.5 m2.5-50 m50-1000 m1-300mm 300mm 射線區(qū)射線區(qū)X射線區(qū)射線區(qū)真空紫外光區(qū)真空紫外光區(qū)近紫外光區(qū)近紫外光區(qū)可見(jiàn)光區(qū)可見(jiàn)光區(qū)近紅外光區(qū)近紅外光區(qū)中紅外光區(qū)中紅外光區(qū)遠(yuǎn)紅外光區(qū)遠(yuǎn)紅外光區(qū)微波區(qū)微波區(qū)無(wú)線電波區(qū)無(wú)線電波區(qū)核能級(jí)核能級(jí)K,L層電子能級(jí)層電子能級(jí)K,L層電子能級(jí)層電子能級(jí)外層電子能級(jí)外層

6、電子能級(jí)外層電子能級(jí)外層電子能級(jí)分子振動(dòng)能級(jí)分子振動(dòng)能級(jí)分子振動(dòng)能級(jí)分子振動(dòng)能級(jí)分子轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)分子轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)分子轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)分子轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)電子和核的自旋電子和核的自旋電磁輻射按波長(zhǎng)或頻率的大小順序陳列起來(lái)，稱電磁輻射按波長(zhǎng)或頻率的大小順序陳列起來(lái)，稱為電磁波譜。為電磁波譜。2. 電磁波譜電磁波譜 Tarim University 2007 Tarim University 2007光與物質(zhì)的相互作用光與物質(zhì)的相互作用l (1) 吸收吸收 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)遷到高能級(jí)l (2) 發(fā)射發(fā)射 將吸收的能量以光的方式釋放出將吸收的能

7、量以光的方式釋放出l (3) 散射散射 丁鐸爾散射和分子散射丁鐸爾散射和分子散射l (4) 折射折射 折射是光在兩種介質(zhì)中的傳播速度不同折射是光在兩種介質(zhì)中的傳播速度不同l (5) 反射反射l (6) 干涉干涉l (7) 衍射衍射 光繞過(guò)物體而彎曲地向他后面?zhèn)鞑サ木跋?；光繞過(guò)物體而彎曲地向他后面?zhèn)鞑サ木跋螅籰 (8) 偏振偏振 只在一個(gè)固定方向有振動(dòng)的光稱為平面偏振光。只在一個(gè)固定方向有振動(dòng)的光稱為平面偏振光。 Tarim University 20073. 吸收光譜法：根據(jù)吸收光譜原理建立的吸收光譜法：根據(jù)吸收光譜原理建立的分析方法分析方法 h Tarim University 2007朗伯

8、-比爾定律l朗伯定律朗伯定律l 1 7 2 91 7 2 9 年 波 格 爾年 波 格 爾(Bouger)(Bouger)在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)物質(zhì)對(duì)光的吸收與吸光物質(zhì)對(duì)光的吸收與吸光物質(zhì)的厚度有關(guān)。朗物質(zhì)的厚度有關(guān)。朗伯伯波格爾的學(xué)生進(jìn)一波格爾的學(xué)生進(jìn)一步研討并于步研討并于17601760指出：指出：當(dāng)溶液的濃度一定，光當(dāng)溶液的濃度一定，光的吸收程度與液層厚度的吸收程度與液層厚度成正比，這就是朗伯定成正比，這就是朗伯定律。律。l 表示為：表示為： lA=k1bA=k1bl A A吸光度吸光度l K1K1比例常數(shù)比例常數(shù)光的吸收根本定律表示圖 Tarim University 2007比爾定

9、律l1852年比爾beer在研討各種無(wú)機(jī)鹽對(duì)紅光的吸收后又指出：當(dāng)單色光經(jīng)過(guò)溶液層的厚度一定時(shí)，溶液的吸光度與溶液的濃度成正比，即比爾定律，表示為： cklgA20II光的吸收根本定律表示圖 Tarim University 2007朗伯比爾定律一將朗伯定律和比爾定律合并，即為朗伯比爾定律。 abc lgA0IIa吸光系數(shù) A吸光度.為無(wú)因次量 b液層厚度.普通單位為cm 光的吸收根本定律表示圖 Tarim University 2007朗伯比爾定律二 假設(shè) c 以 g/L 表示時(shí)，a 的單位為：L.g-1-1假設(shè) c 以 mol/L 表示，此時(shí)，吸光度采用摩爾吸光度系數(shù) 表示。單位為：L.m

10、ol-1cm-1。那么有： A=bc (Epsilon )的物理意義及計(jì)算 摩爾吸光度系數(shù),數(shù)值上等于1mol/L的吸光物質(zhì)在1cm光程中的吸光度 1吸光物質(zhì)在特定波長(zhǎng)和溶劑中的一個(gè)特征 常數(shù) 2值愈大，方法的靈敏度愈高顯色反響愈好 值可以從實(shí)驗(yàn)中得到。 Tarim University 2007例： CFe2+為5.010-4 g.L-1的溶液，在一定條件下，經(jīng)啉菲羅啉顯色后，在波長(zhǎng)510nm，比色皿厚度為 2cm 時(shí)測(cè)得A=0.19，求啉菲羅啉亞鐵的 與 a 值。鐵的相對(duì)原子量為55.85。 解：根據(jù)朗伯比爾定律 A=abc114190100 . 5219. 0cmgLbcAa Tarim

11、 University 2007續(xù)例： 由實(shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì)算時(shí)，常以被測(cè)物質(zhì)的總濃度替代吸收物質(zhì)的濃度，這樣計(jì)算得到的值，實(shí)踐上是表觀摩爾吸收系數(shù)，與a的關(guān)系為 = M a M 吸光物質(zhì)非顯色劑原組分的摩爾質(zhì)量=55.85190=1.1104(L.mol-1-1) Tarim University 20072.2 發(fā)射發(fā)射(emission)過(guò)過(guò)程程 1. 概念：物質(zhì)粒子吸收能量后由基態(tài)概念：物質(zhì)粒子吸收能量后由基態(tài) M 變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài) M* ，激發(fā)態(tài)很不穩(wěn)定，在短暫時(shí)間，激發(fā)態(tài)很不穩(wěn)定，在短暫時(shí)間ab 10-8s內(nèi)，由內(nèi)，由從高能態(tài)回到低能態(tài)，將吸收的能量以光的方式釋放出來(lái)從高能態(tài)回到低能態(tài)

12、，將吸收的能量以光的方式釋放出來(lái),該該過(guò)程稱為發(fā)射過(guò)程。過(guò)程稱為發(fā)射過(guò)程。 M* M + h 2. 發(fā)射光譜法發(fā)射光譜法(emission spectrum)：試樣的激發(fā)有的經(jīng)過(guò)電子：試樣的激發(fā)有的經(jīng)過(guò)電子碰撞引起電激發(fā)、電弧、火焰的熱激發(fā)有的經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)呐鲎惨痣娂ぐl(fā)、電弧、火焰的熱激發(fā)有的經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)墓饧ぐl(fā)等。由于各種元素的原子、離子和不同物質(zhì)的分子的光激發(fā)等。由于各種元素的原子、離子和不同物質(zhì)的分子的能級(jí)分布是特征的，從從高能態(tài)回到低能態(tài)時(shí)發(fā)出的光子能能級(jí)分布是特征的，從從高能態(tài)回到低能態(tài)時(shí)發(fā)出的光子能量也是特征的。利用特征光譜可進(jìn)展定性分析，根據(jù)特征光量也是特征的。利用特征光譜可進(jìn)展定性分

13、析，根據(jù)特征光譜的強(qiáng)度可進(jìn)展定量分析。譜的強(qiáng)度可進(jìn)展定量分析。 Tarim University 20072.3 散射散射scattering過(guò)程過(guò)程l1. 概念：光與物質(zhì)作用后，光的傳播方向發(fā)生了改動(dòng)，這概念：光與物質(zhì)作用后，光的傳播方向發(fā)生了改動(dòng)，這種景象稱為散射。種景象稱為散射。l例如：當(dāng)介質(zhì)粒子乳濁液、懸濁液、膠體大小與入射例如：當(dāng)介質(zhì)粒子乳濁液、懸濁液、膠體大小與入射光的波長(zhǎng)相差不大時(shí)，散射光的強(qiáng)度加強(qiáng)。光的波長(zhǎng)相差不大時(shí)，散射光的強(qiáng)度加強(qiáng)。Tyndall效應(yīng)就效應(yīng)就是由溶膠對(duì)光的散射引起的，以此為根底而建立的分析方是由溶膠對(duì)光的散射引起的，以此為根底而建立的分析方法稱為散射濁度分析

14、法。法稱為散射濁度分析法。 Tarim University 20072. 散射的種類：散射的種類：1彈性碰撞：當(dāng)介質(zhì)分子比光的波長(zhǎng)小彈性碰撞：當(dāng)介質(zhì)分子比光的波長(zhǎng)小()時(shí)發(fā)生時(shí)發(fā)生Rayleigh散射，這是彈性碰撞碰撞時(shí)沒(méi)有能量交換，只改動(dòng)散射，這是彈性碰撞碰撞時(shí)沒(méi)有能量交換，只改動(dòng)光子的運(yùn)動(dòng)方向，因此散射光的頻率光子的運(yùn)動(dòng)方向，因此散射光的頻率不變。散射光強(qiáng)度與不變。散射光強(qiáng)度與入射光波長(zhǎng)的入射光波長(zhǎng)的4次方成反比例。次方成反比例。2非彈性碰撞：在非彈性碰撞中，光與物質(zhì)作用后，光子非彈性碰撞：在非彈性碰撞中，光與物質(zhì)作用后，光子的能量發(fā)生了改動(dòng)即散射光的頻率發(fā)生改動(dòng)、運(yùn)動(dòng)方向也的能量發(fā)生了

15、改動(dòng)即散射光的頻率發(fā)生改動(dòng)、運(yùn)動(dòng)方向也發(fā)生改動(dòng)，這種散射稱為發(fā)生改動(dòng)，這種散射稱為Raman散射散射1928年印度物理學(xué)家年印度物理學(xué)家C.V. Raman 發(fā)現(xiàn)的。發(fā)現(xiàn)的。 Tarim University 2007l散射頻率高于入射光德為反Stokes線；l散射頻率低于入射光的為Stokes線；lStokes線和反Stokes線稱為拉曼譜線。l拉曼位移與分子的振動(dòng)頻率有關(guān)。l具有拉曼活性的分子振動(dòng)時(shí)伴有極化率的變化，振動(dòng)時(shí)極化率越大，拉曼散射越強(qiáng)。l利用拉曼位移研討物質(zhì)的構(gòu)造，其方法稱為拉曼光譜。 Tarim University 20072.4 2.4 干涉過(guò)程干涉過(guò)程l光的干涉光的干涉

16、l 在一定條件下，當(dāng)頻率一樣、振動(dòng)方向一樣、在一定條件下，當(dāng)頻率一樣、振動(dòng)方向一樣、位相恒定的波源所發(fā)生的兩束波在傳播過(guò)程中，由于存在光位相恒定的波源所發(fā)生的兩束波在傳播過(guò)程中，由于存在光程差，致使兩束波在相遇時(shí)產(chǎn)生波的疊加。出現(xiàn)光的加強(qiáng)和程差，致使兩束波在相遇時(shí)產(chǎn)生波的疊加。出現(xiàn)光的加強(qiáng)和減弱，呈現(xiàn)明暗相間的條紋，這種景象稱為光的干涉。假設(shè)減弱，呈現(xiàn)明暗相間的條紋，這種景象稱為光的干涉。假設(shè)兩波相互加強(qiáng)那么出現(xiàn)亮堂條紋；假設(shè)相互抵消那么出現(xiàn)暗兩波相互加強(qiáng)那么出現(xiàn)亮堂條紋；假設(shè)相互抵消那么出現(xiàn)暗條紋。如水面油膜的五光十色。條紋。如水面油膜的五光十色。l亮堂條紋：假設(shè)兩束波的光程差亮堂條紋：假設(shè)

17、兩束波的光程差等于波長(zhǎng)等于波長(zhǎng)的整數(shù)倍，疊的整數(shù)倍，疊加波加強(qiáng)到最大，干涉出現(xiàn)亮堂條紋。即加波加強(qiáng)到最大，干涉出現(xiàn)亮堂條紋。即l =K (K=0,1,2,3,)K (K=0,1,2,3,)l 暗條紋：假設(shè)兩束波的光程差暗條紋：假設(shè)兩束波的光程差等于等于/2/2的奇數(shù)倍，疊加的奇數(shù)倍，疊加波得到最大的減弱，干涉出現(xiàn)暗條紋。即波得到最大的減弱，干涉出現(xiàn)暗條紋。即l =2K+12K+1/2 (K=0,1,2,3,)/2 (K=0,1,2,3,) Tarim University 20072.5 衍射過(guò)程衍射過(guò)程l 波的衍射：光波經(jīng)過(guò)妨礙物或經(jīng)過(guò)狹縫時(shí)。以約180的角度向外輻射，波前進(jìn)的方向發(fā)生了彎曲

18、即光偏離直線傳播的景象，稱為波的衍射，它是干涉的結(jié)果。衍射景象是光柵分光的根底，晶體衍射是X射線衍射分析的根底。l 假設(shè)以一束平行的單色光經(jīng)過(guò)一狹縫狹縫寬度為aAB時(shí)，部分光將偏離入射方向,以角方向傳播，經(jīng)聚焦后，入射光位于Po點(diǎn)，衍射光聚焦于P點(diǎn)。由于經(jīng)過(guò)狹縫聚焦于P點(diǎn)的光束的光波之間存在光程差，因此，在聚焦點(diǎn)產(chǎn)生廣的干涉景象?？稍谄聊粁y上看到或明或暗交替的衍射條紋。l 亮堂條紋：當(dāng)光程差A(yù)C等于波長(zhǎng)的偶數(shù)倍時(shí)，那么P點(diǎn)出現(xiàn)亮堂條紋。即 AC=a sin=K K=0,1,2,3, l 暗條紋：當(dāng)光程差A(yù)C等于半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)，那么P點(diǎn)出現(xiàn)亮堂條紋。即 AC=a sin=2K+1/2 K=0

19、,1,2,3, Tarim University 2007亮度P0P1P2P1P2,P3P3-+sinsinABSPP0XYCK=1，2，3為一級(jí)、二級(jí)、三為一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)級(jí)明暗條紋明暗條紋=0時(shí)的條紋稱為零級(jí)時(shí)的條紋稱為零級(jí)亮堂條紋亮堂條紋 Tarim University 20072.6 折射與反射過(guò)程折射與反射過(guò)程l1.1.折射：折射： 當(dāng)光從一種介質(zhì)當(dāng)光從一種介質(zhì)1 1照射到另一種介質(zhì)照射到另一種介質(zhì)2 2的的界面時(shí)，一部分光在界面上改動(dòng)方向前往介質(zhì)界面時(shí)，一部分光在界面上改動(dòng)方向前往介質(zhì)1 1，稱為光，稱為光的反射。另一部分光那么改動(dòng)方向以的反射。另一部分光那么改動(dòng)方向以r r的角

20、度折射角進(jìn)入的角度折射角進(jìn)入介質(zhì)介質(zhì)2 2，這種景象稱為光的折射。棱鏡的分光作用就是基，這種景象稱為光的折射。棱鏡的分光作用就是基于物質(zhì)對(duì)光的折射作用。于物質(zhì)對(duì)光的折射作用。iiNN法 線入 射 光線反 射 光線折 射 光線ri 入 射 角 r 折 射 角12介 質(zhì) 二介 質(zhì) 一 Tarim University 2007l折射率：折射率：l 折射的程度用折射率折射的程度用折射率n表示表示l 介質(zhì)的折射率定義為：光在真空中的速度介質(zhì)的折射率定義為：光在真空中的速度C1與光在與光在該介質(zhì)中的速度該介質(zhì)中的速度C2之比兩種介質(zhì)的相對(duì)折射率之比兩種介質(zhì)的相對(duì)折射率l 21ccn Tarim Univ

21、ersity 20072. 反射反射l當(dāng)光經(jīng)過(guò)具有不同折射率的兩種當(dāng)光經(jīng)過(guò)具有不同折射率的兩種介質(zhì)的界面時(shí)會(huì)產(chǎn)生反射。介質(zhì)的界面時(shí)會(huì)產(chǎn)生反射。l反射率反射分?jǐn)?shù)：反射率反射分?jǐn)?shù)：l l 12120nnnnIIrIr, Io分別為入射光和反射光強(qiáng)度分別為入射光和反射光強(qiáng)度 n1,n2分別為光在介質(zhì)分別為光在介質(zhì)1和介質(zhì)和介質(zhì)2種的折射率。種的折射率。留意：當(dāng)光由空氣留意：當(dāng)光由空氣n=1.00029經(jīng)過(guò)玻璃經(jīng)過(guò)玻璃n=1.5時(shí)，在時(shí)，在每一空氣每一空氣-玻璃界面約有玻璃界面約有40%的反射損失，這種損失存在于的反射損失，這種損失存在于各種光學(xué)儀器中，尤其是有多個(gè)界面的光學(xué)儀器。各種光學(xué)儀器中，尤其

22、是有多個(gè)界面的光學(xué)儀器。 由物質(zhì)的折射率求出該物質(zhì)的濃度或純度的方法稱為由物質(zhì)的折射率求出該物質(zhì)的濃度或純度的方法稱為折射法。折射法。問(wèn)題：為何光學(xué)儀器的鏡頭看起來(lái)是藍(lán)紫色的？ Tarim University 20072.7 偏振偏振l 平面偏振光：l 自然光是一種復(fù)合光，電磁輻射的電場(chǎng)矢量分布在垂直傳播方向的平面上的任何方向。當(dāng)它經(jīng)過(guò)某一物質(zhì)后，某一方向的振動(dòng)保管下來(lái)，另一方向的振動(dòng)被消除，這種只在某一固定方向有電場(chǎng)矢量或磁場(chǎng)矢量的光稱為平面偏振光。l 左旋圓偏振光和右旋圓偏振光：l 對(duì)著光的傳播方向，電場(chǎng)矢量振動(dòng)方向沿著反時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)的稱為左旋偏振光。沿著順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)的稱為右旋圓偏振光

23、。l 當(dāng)平面偏振光進(jìn)入非旋光物質(zhì)時(shí)，左、右圓偏振光的傳播速度一樣，任何時(shí)辰他們的矢量疊加構(gòu)成的平面振動(dòng)方向一直不變。 Tarim University 2007l旋光，旋光活性物質(zhì)，旋光度旋光，旋光活性物質(zhì)，旋光度l 當(dāng)平面偏振光進(jìn)入旋光物質(zhì)時(shí)，由于其當(dāng)平面偏振光進(jìn)入旋光物質(zhì)時(shí)，由于其折射率不同，導(dǎo)致左、右圓偏振光的傳播速度不一樣，折射率不同，導(dǎo)致左、右圓偏振光的傳播速度不一樣，是疊加構(gòu)成的平面振動(dòng)光的振動(dòng)方向發(fā)生變化，旋轉(zhuǎn)是疊加構(gòu)成的平面振動(dòng)光的振動(dòng)方向發(fā)生變化，旋轉(zhuǎn)了一個(gè)角度了一個(gè)角度，這種景象稱為旋光。，這種景象稱為旋光。l產(chǎn)生旋光的物質(zhì)稱為旋光活性物質(zhì)；產(chǎn)生旋光的物質(zhì)稱為旋光活性物質(zhì)；

24、l角度角度稱為旋光度；稱為旋光度；l基于旋光原理的分析方法稱為旋光色散法?；谛庠淼姆治龇椒ǚQ為旋光色散法。 Tarim University 2007l另一種情況是平面偏振光與物質(zhì)作用后，物質(zhì)對(duì)左、右圓偏振光的吸收程度不一樣，導(dǎo)致左右圓偏振光的振幅不同。l兩個(gè)振幅不同的、并沿著相反方向旋轉(zhuǎn)前進(jìn)的圓偏振光的合成矢量是一種橢圓旋轉(zhuǎn)，構(gòu)成橢圓偏振光。l用橢圓率表示兩種圓偏振吸收系數(shù)的差別而建立的分析方法稱為圓二色法。 Tarim University 2007第三節(jié)第三節(jié) 光學(xué)分析法的分類光學(xué)分析法的分類l2.1 2.1 光學(xué)分析法光學(xué)分析法optical analysisoptical an

25、alysis：是基于電磁輻射與物質(zhì)：是基于電磁輻射與物質(zhì)相互作用后產(chǎn)生的輻射信號(hào)或發(fā)生的光學(xué)性質(zhì)如吸收，發(fā)射，相互作用后產(chǎn)生的輻射信號(hào)或發(fā)生的光學(xué)性質(zhì)如吸收，發(fā)射，散射，衍射等變化來(lái)測(cè)定物質(zhì)的性質(zhì)、含量和構(gòu)造的一類分析散射，衍射等變化來(lái)測(cè)定物質(zhì)的性質(zhì)、含量和構(gòu)造的一類分析方法。分為非光譜法方法。分為非光譜法nonspectrum methodnonspectrum method和光譜法和光譜法spectrum methodspectrum methodl2.1.1 2.1.1 非光譜法非光譜法nonspectrum methodnonspectrum method：不涉及物質(zhì)內(nèi)部能級(jí)：不涉及物

26、質(zhì)內(nèi)部能級(jí)的躍遷，經(jīng)過(guò)丈量光與物質(zhì)相互作用時(shí)的折射、反射、散射、衍的躍遷，經(jīng)過(guò)丈量光與物質(zhì)相互作用時(shí)的折射、反射、散射、衍射、色散、干涉、偏振光等性質(zhì)的變化而建立起來(lái)的分析方法。射、色散、干涉、偏振光等性質(zhì)的變化而建立起來(lái)的分析方法。有折射法、光散色法、干涉法、衍射法、旋光法、圓二向色譜法。有折射法、光散色法、干涉法、衍射法、旋光法、圓二向色譜法。如濁度法、糖量計(jì)、旋光儀、如濁度法、糖量計(jì)、旋光儀、x x射線衍射法等。射線衍射法等。l2.1.2 2.1.2 光譜分析光譜分析(spectroscopic analysis)(spectroscopic analysis)：是物質(zhì)與光相互作：是物質(zhì)

27、與光相互作用時(shí)物質(zhì)內(nèi)部發(fā)生了量子化能級(jí)間的躍遷，從而測(cè)定發(fā)射或吸用時(shí)物質(zhì)內(nèi)部發(fā)生了量子化能級(jí)間的躍遷，從而測(cè)定發(fā)射或吸收光譜的波長(zhǎng)和強(qiáng)度進(jìn)展分析的方法。收光譜的波長(zhǎng)和強(qiáng)度進(jìn)展分析的方法。l光譜法分為原子光譜法和分子光譜法光譜法分為原子光譜法和分子光譜法 Tarim University 2007光譜法分為原子光譜法和分子光譜法光譜法分為原子光譜法和分子光譜法原子光譜線性光譜法原子光譜線性光譜法:是由原子外層或內(nèi)層電子能級(jí)的變是由原子外層或內(nèi)層電子能級(jí)的變化產(chǎn)生的，它的表現(xiàn)方式為線光譜化產(chǎn)生的，它的表現(xiàn)方式為線光譜分析方法有原子發(fā)射光譜分析方法有原子發(fā)射光譜AES 原子吸收光譜原子吸收光譜AAS

28、 原子熒光光譜原子熒光光譜AFS x射線熒光光譜法射線熒光光譜法XFS 基于原子核與射線作用的穆斯堡譜基于原子核與射線作用的穆斯堡譜 Tarim University 2007 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； 是由分子中電子能級(jí)、振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的變化產(chǎn)生的，表現(xiàn)方式為帶光譜分析方法: 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 Tarim University 2009各種光分析法簡(jiǎn)介各種光分析法簡(jiǎn)介(1)1.1.原子發(fā)射光譜分析法原子發(fā)射光譜分析法atomic emission spectrum,AESa

29、tomic emission spectrum,AES 以火焰、電弧、等離子炬等作為光源，使氣態(tài)原子以火焰、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)展定量分析的方法。的外層電子受激發(fā)射出特征光譜進(jìn)展定量分析的方法。2.2.原子吸收光譜分析法原子吸收光譜分析法 atomic absorption spectrum,AASatomic absorption spectrum,AAS 利用特殊光源發(fā)射出待測(cè)元素的共振線，并將溶液利用特殊光源發(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)定氣態(tài)原子對(duì)共振線吸收而進(jìn)中離子轉(zhuǎn)變成氣態(tài)原子后，測(cè)定氣態(tài)原子對(duì)共振線吸收而進(jìn)

30、展的定量分析方法。展的定量分析方法。 Tarim University 2009思索：思索： 原子吸收光譜和原子發(fā)射光譜的區(qū)別原子吸收光譜和原子發(fā)射光譜的區(qū)別 Tarim University 20093.3.原子熒光分析法原子熒光分析法 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)，在10-8s后躍回基態(tài)或低能態(tài)時(shí)，發(fā)射出與吸收波長(zhǎng)一樣或不同的熒光輻射，在與光源成90度的方向上，測(cè)定熒光強(qiáng)度進(jìn)展定量分析的方法。 4.分子熒光分析法 molecular fluorescence spectrometry 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

31、熒光，經(jīng)過(guò)丈量熒光強(qiáng)度進(jìn)展定量分析的方法。 各種光分析法簡(jiǎn)介各種光分析法簡(jiǎn)介(2) Tarim University 20096. X射線熒光分析法射線熒光分析法 X-ray fluorescence analysis, X-ray fluorimetry 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)射出特征征X射線射線 X射線熒光，測(cè)定其強(qiáng)度可進(jìn)展定量分析。射線熒光，測(cè)定其強(qiáng)度可進(jìn)展定量分析。5. 分子磷光分析法分子磷光分析法 Molecular phosphorimetric analysis 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)入第處

32、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)，再躍遷前往基態(tài)發(fā)出磷光。測(cè)定磷光強(qiáng)度進(jìn)一三重激發(fā)態(tài)，再躍遷前往基態(tài)發(fā)出磷光。測(cè)定磷光強(qiáng)度進(jìn)展定量分析的方法。展定量分析的方法。各種光分析法簡(jiǎn)介各種光分析法簡(jiǎn)介(3) Tarim University 20097. 化學(xué)發(fā)光分析法化學(xué)發(fā)光分析法 chemiluminescence analysis 利用化學(xué)反響提供能量，使待測(cè)分子被激發(fā)，前往基態(tài)利用化學(xué)反響提供能量，使待測(cè)分子被激發(fā)，前往基態(tài)時(shí)發(fā)出一定波長(zhǎng)的光，根據(jù)其強(qiáng)度與待測(cè)物濃度之間的線性時(shí)發(fā)出一定波長(zhǎng)的光，根據(jù)其強(qiáng)度與待測(cè)物濃度之間的線性關(guān)系進(jìn)展定量分析的方法。關(guān)系進(jìn)展定量分析的

33、方法。8. 紫外可見(jiàn)吸收光譜紫外可見(jiàn)吸收光譜ultraviolet-visible absorption spectrum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)展化合物構(gòu)造分析，根據(jù)最大吸收波長(zhǎng)強(qiáng)度變化譜圖，可進(jìn)展化合物構(gòu)造分析，根據(jù)最大吸收波長(zhǎng)強(qiáng)度變化可進(jìn)展定量分析?？蛇M(jìn)展定量分析。 各種光分析法簡(jiǎn)介各種光分析法簡(jiǎn)介(4) Tarim University 20099.紅外吸收光譜分析法紅外吸收光譜分析法 infrared absorption spectrometry 利用分子中基團(tuán)吸收紅外光產(chǎn)生的振動(dòng)利用分子中基

34、團(tuán)吸收紅外光產(chǎn)生的振動(dòng)-轉(zhuǎn)動(dòng)吸收光譜轉(zhuǎn)動(dòng)吸收光譜進(jìn)展定量和有機(jī)化合物構(gòu)造分析的方法。進(jìn)展定量和有機(jī)化合物構(gòu)造分析的方法。 10.核磁共振波譜分析法核磁共振波譜分析法nuclear magnetic resonance spectroscopy 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)，吸收射頻輻射后產(chǎn)生能級(jí)躍遷，根為能量不同的核磁能級(jí)，吸收射頻輻射后產(chǎn)生能級(jí)躍遷，根據(jù)吸收光譜可進(jìn)展有機(jī)化合物構(gòu)造分析據(jù)吸收光譜可進(jìn)展有機(jī)化合物構(gòu)造分析 。各種光分析法簡(jiǎn)介各種光分析法簡(jiǎn)介(5) Tarim University 20091

35、1.順磁共振波譜分析法順磁共振波譜分析法 paramagnetic resonance spectroscopy 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)展構(gòu)造分析遷，根據(jù)吸收光譜可進(jìn)展構(gòu)造分析 。 12.旋光法旋光法 polarimetry 溶液的旋光性與分子的非對(duì)稱構(gòu)造有親密關(guān)系，可利用溶液的旋光性與分子的非對(duì)稱構(gòu)造有親密關(guān)系，可利用旋光法研討某些天然產(chǎn)物及配合物的立體化學(xué)問(wèn)題，旋光計(jì)測(cè)旋光法研討某些天然產(chǎn)物及配

36、合物的立體化學(xué)問(wèn)題，旋光計(jì)測(cè)定糖的含量。定糖的含量。 各種光分析法簡(jiǎn)介各種光分析法簡(jiǎn)介(6) Tarim University 200913.衍射法衍射法 diffraction X射線衍射射線衍射X-ray diffraction：研討晶體構(gòu)造，不：研討晶體構(gòu)造，不同晶體具有不同衍射圖。同晶體具有不同衍射圖。 電子衍射：電子衍射電子衍射：電子衍射electron diffraction analysis是是透射電子顯微鏡的根底，研討物質(zhì)的內(nèi)部組織構(gòu)造。透射電子顯微鏡的根底，研討物質(zhì)的內(nèi)部組織構(gòu)造。幾個(gè)名詞幾個(gè)名詞 Spectrometry 光譜法光譜法 spectrum光譜光譜 spectr

37、oscopy光譜學(xué)光譜學(xué) spectrometer光譜儀光譜儀各種光分析法簡(jiǎn)介各種光分析法簡(jiǎn)介(7) Tarim University 2009光譜儀器通常包括五個(gè)根本單元：1.光源；2.單色器；3.樣品池；4.檢測(cè)器；5.顯示與數(shù)據(jù)處置；光譜法儀器光譜法儀器 Tarim University 2009三種光分析法丈量過(guò)程表示圖三種光分析法丈量過(guò)程表示圖 Tarim University 2009光分析法儀器的根本單元光分析法儀器的根本單元1. 1. 光源光源 根據(jù)方法不同，采用不同的光源：火焰、燈、激光、電根據(jù)方法不同，采用不同的光源：火焰、燈、激光、電火花、電弧等；根據(jù)光源性質(zhì)不同，分為：

38、火花、電弧等；根據(jù)光源性質(zhì)不同，分為：延續(xù)光源：在較大范圍提延續(xù)光源：在較大范圍提供延續(xù)波長(zhǎng)的光源，氫燈供延續(xù)波長(zhǎng)的光源，氫燈、氘燈、鎢絲燈等；、氘燈、鎢絲燈等；線光源：提供特定波長(zhǎng)的線光源：提供特定波長(zhǎng)的光源，金屬蒸氣燈光源，金屬蒸氣燈( (汞燈汞燈、鈉蒸氣燈、鈉蒸氣燈) )、空心陰極、空心陰極燈、激光等；燈、激光等； Tarim University 20092.2.單色器單色器單色器：獲得高光譜純度輻射束的安裝，而輻射束的波長(zhǎng)單色器：獲得高光譜純度輻射束的安裝，而輻射束的波長(zhǎng) 可在很寬范圍內(nèi)恣意改動(dòng)；可在很寬范圍內(nèi)恣意改動(dòng)； 主要部件：主要部件：1 1進(jìn)口狹縫；進(jìn)口狹縫；2 2準(zhǔn)直安裝準(zhǔn)直安裝( (透鏡或反射鏡透鏡或反射鏡) )：使輻射束成為平行光線；：使輻射束成為平行光線； 3 3色散安裝色散安裝( (棱鏡、光柵棱鏡、光柵) )：使不同波長(zhǎng)的輻射以不同：使不同波長(zhǎng)的輻射以不同的的 角度進(jìn)展傳播；角度進(jìn)展傳播；4 4聚焦透鏡或凹面反射鏡，使每個(gè)單色光束在單色器聚焦