儀器分析之光學(xué)分析法概論

1、光學(xué)分析法概論光學(xué)分析法概論中藥分析教研室中藥分析教研室 曹騁曹騁第第1節(jié)電磁輻射與電磁波譜節(jié)電磁輻射與電磁波譜 光從本質(zhì)上講是電磁輻射光從本質(zhì)上講是電磁輻射( (電磁波電磁波) )，光具，光具有波粒二象性，即波動(dòng)性與微粒性。有波粒二象性，即波動(dòng)性與微粒性。光學(xué)分析法光學(xué)分析法: :根據(jù)物質(zhì)發(fā)射電磁輻射，或物質(zhì)與輻根據(jù)物質(zhì)發(fā)射電磁輻射，或物質(zhì)與輻射的相互作用，對(duì)物質(zhì)作定性或定量的測定，這一射的相互作用，對(duì)物質(zhì)作定性或定量的測定，這一類分析方法統(tǒng)稱為類分析方法統(tǒng)稱為。 光的波粒二象性光的波粒二象性光的光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象干涉、衍射、偏振現(xiàn)象說明光具有說明光具有波動(dòng)性波動(dòng)性，熱輻射、光電效應(yīng)熱

2、輻射、光電效應(yīng)又表明光具有又表明光具有粒子性粒子性，單獨(dú)使用任何一種都無法完整地描述光的所有單獨(dú)使用任何一種都無法完整地描述光的所有性質(zhì)，因此光具有性質(zhì)，因此光具有波粒二象性波粒二象性。波長越長，波動(dòng)性越明顯，波長越長，波動(dòng)性越明顯， 頻率越大，粒子性越明顯；頻率越大，粒子性越明顯；大量光子的行為表現(xiàn)波動(dòng)性，大量光子的行為表現(xiàn)波動(dòng)性， 單個(gè)光子的行為表現(xiàn)粒子性；單個(gè)光子的行為表現(xiàn)粒子性；傳播過程中表現(xiàn)波動(dòng)性，和其他物質(zhì)相互傳播過程中表現(xiàn)波動(dòng)性，和其他物質(zhì)相互作用時(shí)表現(xiàn)粒子性。作用時(shí)表現(xiàn)粒子性。1波動(dòng)性波動(dòng)性 光的波動(dòng)性體現(xiàn)在光的波動(dòng)性體現(xiàn)在折射、干涉、折射、干涉、衍射以及偏振衍射以及偏振等現(xiàn)象

3、。波動(dòng)性常用波長等現(xiàn)象。波動(dòng)性常用波長、波數(shù)波數(shù)和頻率和頻率等參數(shù)來表征。等參數(shù)來表征。/cc/1波數(shù)：每波數(shù)：每 1cm長度內(nèi)含有波的個(gè)數(shù)長度內(nèi)含有波的個(gè)數(shù)衍射現(xiàn)象衍射現(xiàn)象干涉現(xiàn)象干涉現(xiàn)象2微粒性微粒性 體現(xiàn)在體現(xiàn)在吸收、發(fā)射、熱輻射、光電吸收、發(fā)射、熱輻射、光電效應(yīng)效應(yīng)等方面。等方面。 光是不連續(xù)的粒子流，這種粒子稱為光子光是不連續(xù)的粒子流，這種粒子稱為光子（或光量子）（或光量子）。hc/hchEh是普朗克常數(shù)，其值等于是普朗克常數(shù)，其值等于6.626210-34JS 例如：計(jì)算例如：計(jì)算1mol 1mol ( (6.022176.02217 10102323個(gè)個(gè)) )波長為波長為200n

4、m200nm的光子的能量的光子的能量E E)(J109851020010022176109979252106262657231034 .chE 二、電磁輻射與物質(zhì)相互作用二、電磁輻射與物質(zhì)相互作用把電磁輻射按照把電磁輻射按照波長波長或或頻率頻率的順序排列起來，就是電磁波譜的順序排列起來，就是電磁波譜 射線x射線紫外光紅外光微波無線電波10-2 nm 10 nm 102 nm 104 nm 0.1 cm 10cm 103 cm 105 cm可 見 光常見的電磁輻射與物質(zhì)相互作用有：常見的電磁輻射與物質(zhì)相互作用有：吸收：吸收：發(fā)射：發(fā)射：散射：散射：拉曼散射：拉曼散射：折射和反射：折射和反射：干涉

5、和衍射：干涉和衍射：紅藍(lán)綠紫紅綠紫黃綠綠藍(lán)橙藍(lán)白光白光 光的互補(bǔ)示意圖光的互補(bǔ)示意圖 電磁輻射與物質(zhì)的相互作用中，電磁輻射與物質(zhì)的相互作用中，吸收、吸收、熒光發(fā)射、熒光發(fā)射、等現(xiàn)象涉及物質(zhì)內(nèi)能變化。等現(xiàn)象涉及物質(zhì)內(nèi)能變化。透射、透射、反射、衍射和旋光反射、衍射和旋光等則不涉及物質(zhì)內(nèi)能變化等則不涉及物質(zhì)內(nèi)能變化第第2節(jié)節(jié) 光學(xué)分析法分類光學(xué)分析法分類一、光譜法與非光譜法一、光譜法與非光譜法 光譜：光譜：物質(zhì)與光相互作用時(shí)，記錄物質(zhì)內(nèi)部能量變物質(zhì)與光相互作用時(shí)，記錄物質(zhì)內(nèi)部能量變化與波長的關(guān)系。分為吸收、發(fā)射、散射光譜?；c波長的關(guān)系。分為吸收、發(fā)射、散射光譜。非光譜法：非光譜法：不以光的波長為特

6、征訊號(hào)，僅通過測量不以光的波長為特征訊號(hào)，僅通過測量電磁輻射的某些物理性質(zhì)（反射、折射、干涉、衍電磁輻射的某些物理性質(zhì)（反射、折射、干涉、衍射和偏振）的變化的分析方法。射和偏振）的變化的分析方法。光譜法：光譜法：利用光譜進(jìn)行分析的方法利用光譜進(jìn)行分析的方法吸收光譜吸收光譜(absorption spectrum)(absorption spectrum) 帶狀光譜帶狀光譜nm光譜的不同形式光譜的不同形式線狀光譜線狀光譜連續(xù)光譜：由熾熱的固體或液體發(fā)射。連續(xù)光譜：由熾熱的固體或液體發(fā)射。太陽連續(xù)光譜太陽連續(xù)光譜非光譜法非光譜法 不涉及物質(zhì)內(nèi)部能級(jí)的躍遷，僅不涉及物質(zhì)內(nèi)部能級(jí)的躍遷，僅通過測量電磁

7、輻射的某些基本性質(zhì)通過測量電磁輻射的某些基本性質(zhì)( (反射、折反射、折射、干涉、衍射和偏振射、干涉、衍射和偏振) )的變化的變化, , 主要有折射主要有折射法，旋光法，濁度法，法，旋光法，濁度法，X-X-射線衍射法和圓二射線衍射法和圓二色法等色法等。DNADNA晶體的晶體的X X射線衍射照片射線衍射照片(by (by Rosalind Franklin)Rosalind Franklin) X-X-射線衍射法射線衍射法(X-ray diffraction analysis, XRD)(X-ray diffraction analysis, XRD)二、二、 原子光譜法與分子光譜法原子光譜法與分

8、子光譜法原子光譜法：原子光譜法：以測量氣態(tài)原子或離子外層電以測量氣態(tài)原子或離子外層電子能級(jí)躍遷所產(chǎn)生的原子光譜子能級(jí)躍遷所產(chǎn)生的原子光譜, ,呈線狀光譜。呈線狀光譜。 1 2 3A 1 2 3分子光譜法分子光譜法三、三、 吸收光譜法與發(fā)射光譜法吸收光譜法與發(fā)射光譜法(一一)吸收光譜吸收光譜 吸收光譜是指物質(zhì)吸收光譜是指物質(zhì)吸收吸收相應(yīng)的輻射能而產(chǎn)生相應(yīng)的輻射能而產(chǎn)生的的光譜光譜。 輻射能恰好滿足該吸收物質(zhì)兩能級(jí)間躍遷所輻射能恰好滿足該吸收物質(zhì)兩能級(jí)間躍遷所需的能量需的能量1原子吸收光譜原子吸收光譜2分子吸收光譜分子吸收光譜紫外分光光度法紫外分光光度法 可見分光光度法可見分光光度法 紅外分光光度紅外分光光度法等法等( (二二) )發(fā)射光譜發(fā)射光譜發(fā)射光譜：發(fā)射光譜：構(gòu)成物質(zhì)的原子、離子或分子由激發(fā)構(gòu)成物質(zhì)的原子、離子或分子由激發(fā)態(tài)回到基態(tài)時(shí)以輻射的方式釋放能量，而產(chǎn)生的態(tài)回到基態(tài)時(shí)以輻射的方式釋放能量，而產(chǎn)