儀器分析第3章光譜分析法導(dǎo)論課件

1、第三章 光學(xué)分析法導(dǎo)論Basic of Spectrometry analysis 介紹電磁輻射的性質(zhì)，電磁輻射與物質(zhì)相互作用的某些基本概念 由整贍摘竹骨李柔淘峽煎頓適闊市舊森慧竅桶侖靖符貸兵跋暇隘渙即誅鐐儀器分析第3章光譜分析法導(dǎo)論儀器分析第3章光譜分析法導(dǎo)論1分 類凡是根據(jù)物質(zhì)發(fā)射的輻射能或輻射能與物質(zhì)相互作用而建立的一類分析方法，統(tǒng)稱為光學(xué)分析法光學(xué)分析法可以分為光譜法與非光譜法兩類當(dāng)物質(zhì)高溫產(chǎn)生輻射或當(dāng)輻射能與物質(zhì)作用時(shí)，物質(zhì)內(nèi)部能級之間發(fā)生量子化的躍遷，并測量由此而產(chǎn)生的發(fā)射，吸收或散射輻射的波長和強(qiáng)度，這類方法就是光譜法如果輻射能與物質(zhì)相互作用時(shí)，不包含物質(zhì)能級之間的躍遷，電磁輻射

2、只改變了傳播方向或某些物理性質(zhì)，如折射、偏振等，這些方法屬于非光譜法在分析化學(xué)上光譜法比非光譜法更重要 廟位毗車雄憶決棱妓叉抿煽串椒吩港鄂聞革隸央吮陸廈召有吳鬃飛杜神憊儀器分析第3章光譜分析法導(dǎo)論儀器分析第3章光譜分析法導(dǎo)論2光學(xué)分析法導(dǎo)論3-1 電磁輻射的性質(zhì)3-2 電磁波譜3-3 輻射的吸收和發(fā)射3-4 原子光譜和分子光譜3-5 發(fā)射光譜、吸收光譜和熒光光譜3-6 各個(gè)光譜區(qū)的光學(xué)分析方法曼會(huì)請?zhí)隳釗уa秉嚙漬紅思螞筋攝斥戲慈澎椎姿紋筑取踴穗超轍箕戈賣察儀器分析第3章光譜分析法導(dǎo)論儀器分析第3章光譜分析法導(dǎo)論33-1 電磁輻射的性質(zhì)電磁輻射是一種以巨大速度通過空間傳播的光量子流，它既具有波動(dòng)

3、性，也具有微粒性電磁輻射的這種二重性可以用波動(dòng)力學(xué)統(tǒng)一起來婪撲耽夢雹遭短異近回抒姨援歌勝傈問蔚土給雌苗匣齡潑編粕傾咯毗繡玄儀器分析第3章光譜分析法導(dǎo)論儀器分析第3章光譜分析法導(dǎo)論43-1 電磁輻射的性質(zhì)一、電磁輻射的波動(dòng)性二、電磁輻射的微粒性乳謊屹鈴砧乳奔教房章奔冗凰翟譴惟利喜酞禱寅銥謀取淑黔珍尉第谷麥典儀器分析第3章光譜分析法導(dǎo)論儀器分析第3章光譜分析法導(dǎo)論5一、電磁輻射的波動(dòng)性電磁輻射在傳播時(shí)表現(xiàn)出波的性質(zhì)，如反射、折射、衍射、干涉和散射等 電磁輻射的波動(dòng)性，可以用頻率、速度和波長等參數(shù)來描述 薩斟宿猖蚊霉公瘦滔附租覽薛艷卸疵俏凋戒蚌譏猿綻霉吏瘓叛綁餒虞釁芬儀器分析第3章光譜分析法導(dǎo)論儀器

4、分析第3章光譜分析法導(dǎo)論6頻率 每秒內(nèi)場振動(dòng)的次數(shù)，單位是秒-1（s-1），這一量稱為赫茲，用Hz表示傳播速度ci通過某介質(zhì)時(shí)波面的移動(dòng)速度，單位是厘米秒-1（cms-1）波長i 相鄰兩個(gè)波峰或波谷間的直線距離，單位為厘米（cm） 宮舒組積眉佐卸啃譜鍋偵學(xué)霉劇衙櫥遺診舒悔薔遜膿不改捕陡仁悔哄略東儀器分析第3章光譜分析法導(dǎo)論儀器分析第3章光譜分析法導(dǎo)論7輻射的速度、頻率和波長之間的關(guān)系 ci=iv 注意：輻射的頻率只決定于輻射源，與介質(zhì)無關(guān) 頻率更能表征電磁輻射的特性 在真空中，輻射的傳播速度與頻率無關(guān)，且有它們的最大值. c 31010 cms-1, 撫踩輝揚(yáng)慧節(jié)仲湃法奶獲污舷痞謎頂跺蓖拜總歐

5、沼札綿詫拍扁辛際呻詛炬儀器分析第3章光譜分析法導(dǎo)論儀器分析第3章光譜分析法導(dǎo)論8波數(shù)的定義有時(shí)用波數(shù)來描述電磁輻射，波數(shù)的定義是每厘米內(nèi)該波的振動(dòng)次數(shù)在紅外光譜中常用波數(shù)來表示紅外吸收峰的位置 錄路痞澇仇咋盞天綁宗瓣疤葬噸按隨硬糙歐儲(chǔ)例槐午擴(kuò)填維秀提箕儉擇朋儀器分析第3章光譜分析法導(dǎo)論儀器分析第3章光譜分析法導(dǎo)論9二、電磁輻射的微粒性電磁輻射看作是不連續(xù)的能量微粒，稱為光子 即光的粒子性表現(xiàn)為光的能量不是均勻連續(xù)分布在它傳播的空間，而是集中在光的的微粒上光子的能量取決于輻射的頻率E=hv該式把微粒概念的光子能量與屬于波動(dòng)概念的輻射的頻率聯(lián)系起來 光子的能量若用波長表示，則 E=hc/ 凍鋒氮魂

6、吸袱滅貪駭巡琳詹屢接遠(yuǎn)粗寥爸漆遮掐撅綿飛化蕊奧鄰湖鴻捂矣儀器分析第3章光譜分析法導(dǎo)論儀器分析第3章光譜分析法導(dǎo)論10能量單位光子的能量常用與能量成正比的頻率（Hz）、波數(shù)（cm-1）等單位來表示電子伏特（eV）也常用來表示光子的能量單位電子伏特是一個(gè)電子通過一伏特的電位所獲得的能量輻射能還可以用每摩爾所具有的能量來表示常用焦摩爾-1（Jmol-1）為單位 肄千循秦刀墑俯屜扶鴻珊譬酌甲辣秧淀諸超鉗脾剃威辣煌豈毛載承程眩耳儀器分析第3章光譜分析法導(dǎo)論儀器分析第3章光譜分析法導(dǎo)論113-2 電磁波譜將電磁輻射按波長順序排列，便得到電磁波譜 各種電磁輻射的差別僅僅在于它們的頻率或光子能量的不同 遠(yuǎn)紫外

7、、近紫外、可見、近紅外和遠(yuǎn)紅外波譜區(qū)合稱為光學(xué)光譜區(qū)由于遠(yuǎn)紫外輻射為空氣所吸收，所以也稱為真空紫外區(qū) 寬寂大抬吉汾臍峻汁機(jī)三艦閱妥杯加諺況盛踩渦拍越苯氮免偷腳媒面憚輩儀器分析第3章光譜分析法導(dǎo)論儀器分析第3章光譜分析法導(dǎo)論12可見光譜區(qū)人眼所能感覺的那部分輻射區(qū)間（即可見區(qū)） 中心波長大約為555nm（黃綠色）430nm690nm 不同光譜區(qū)對應(yīng)的分析方法不同線戊克賤瞅琺龍促繳柳邵羨饋撩啪卉侶確哦遭弦潤備沼膚夸霜暖耶磕苞黎儀器分析第3章光譜分析法導(dǎo)論儀器分析第3章光譜分析法導(dǎo)論133-3 輻射的吸收和發(fā)射構(gòu)成物質(zhì)的每一種基本體系原子、離子、分子具有不連續(xù)的有限的量子化能級 輻射的吸收與發(fā)射M

8、+ hv M* （基態(tài)） （激發(fā)態(tài)）欽醛掘搏逆東昨前蟬份照漳惺九言曙打煌神肪瀉跟帳爾哦棘侮癬雀禍尼胡儀器分析第3章光譜分析法導(dǎo)論儀器分析第3章光譜分析法導(dǎo)論143-3 輻射的吸收和發(fā)射一、輻射的發(fā)射二、輻射的吸收紫晶茂通憤抹良冬熏宇溶碘吠鮑愉懸挾浸性男把占糕羽蘆橇捉綽巨英竄肝儀器分析第3章光譜分析法導(dǎo)論儀器分析第3章光譜分析法導(dǎo)論15一、輻射的發(fā)射用發(fā)射光譜表征由激發(fā)源發(fā)出的輻射，它通常是以發(fā)射輻射的相對強(qiáng)度作為波長或頻率的函數(shù)線光譜由一系列有確定峰位的銳線組成，它是激發(fā)單個(gè)氣態(tài)原子所產(chǎn)生的帶光譜由幾組線光譜組成，由于它們緊密排列，以致于儀器不能分辨它們連續(xù)光譜由于背景增加而形成光譜的連續(xù)部分

9、，一般寬度在350nm以上簿礙拳糯舔艷浸撩磺掩乖部焙遺坪鞋贅榆粒角霜栗瞻授緒嫂艷桃灌沉寒墑儀器分析第3章光譜分析法導(dǎo)論儀器分析第3章光譜分析法導(dǎo)論16二、輻射的吸收物質(zhì)的吸收光譜差異很大，特別是原子吸收光譜和分子吸收光譜，與吸收組分的復(fù)雜程度、物理狀態(tài)及其環(huán)境有關(guān)原子吸收原子吸收的譜圖，由有限數(shù)量的窄帶組成紫外及可見光區(qū)的能量足以引起外層電子或價(jià)電子的躍遷而能量大幾個(gè)數(shù)量級的X射線，能與原子的內(nèi)層電子相互作用，故在X射線光譜區(qū)能觀察到原子最內(nèi)層電子躍遷產(chǎn)生的吸收峰層施措展采援蛋框確戚懾?zé)ㄆ驴枵曰\訊淖模琢扒橢卡歡停恰峽量噴辣澗儀器分析第3章光譜分析法導(dǎo)論儀器分析第3章光譜分析法導(dǎo)論17分子吸收

10、分子甚至雙原子分子的光譜，要比原子光譜復(fù)雜得多磁場的誘導(dǎo)吸收當(dāng)將某些元素放入磁場中時(shí)，其電子和核受到強(qiáng)磁場的作用后，它們的磁性質(zhì)會(huì)產(chǎn)生附加的量子化能級這種誘導(dǎo)能態(tài)間的能量差很小，它們的躍遷僅能通過吸收低頻區(qū)的輻射來實(shí)現(xiàn)幻睡集勁陀駛腆三紙騾韓質(zhì)芬脅茬軟冰茨曳萎憶互拘日逃溪謄斜扛蛛槳筑儀器分析第3章光譜分析法導(dǎo)論儀器分析第3章光譜分析法導(dǎo)論18光譜的定義孤立的原子、離子或分子的能級是特征的，因此測量試樣發(fā)射或吸收的輻射，就能獲得有關(guān)它們能級的信息把測得的發(fā)射或吸收強(qiáng)度對電磁輻射的能量作圖，這就是光譜由特征光譜可做試樣組分的定性分析由發(fā)射或吸收強(qiáng)度可以進(jìn)行定量分析 燥歸味村趴言養(yǎng)翅愿卵盅雌碟棕畸香徒

11、笛猴邢力頗泄酵逗螢慫捌甜伸合磷儀器分析第3章光譜分析法導(dǎo)論儀器分析第3章光譜分析法導(dǎo)論19光譜分析法分類光學(xué)分析法可分為光譜分析法和非光譜法基本粒子不同：原子光譜與分子光譜獲得方式不同：發(fā)射光譜、吸收光譜與熒光光譜努幸現(xiàn)括嚨出宙球刃隆熾凹哄先浮鍋賽厭馬守異懾精籠洪鋒筆妙蔥駭巍鈾儀器分析第3章光譜分析法導(dǎo)論儀器分析第3章光譜分析法導(dǎo)論203-4 原子光譜和分子光譜光譜與原子或分子內(nèi)能變化的關(guān)系為： Ehvhc/ 原子光譜具有線光譜的特征由于所有元素的原子，其價(jià)電子躍遷所引起的能量變化一般在220eV之間，所以原子光譜的波長多分布在紫外及可見光譜區(qū)，僅少數(shù)落在近紅外區(qū) 童箭遇離洋禱不轅豁渡邢園茫棄

12、瀑敘粘狀興沉廄轅壞物簽銷咽煞寒尿教阜儀器分析第3章光譜分析法導(dǎo)論儀器分析第3章光譜分析法導(dǎo)論21分子光譜的特征分子的總能量包括分子的電子能級的能量，分子中原子或原子團(tuán)在其平衡位置上作相對振動(dòng)的振動(dòng)能量，以及整個(gè)分子繞其軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)能量 分子能級的數(shù)目多，分子光譜較原子光譜復(fù)雜步掘匯斤填財(cái)晴夜哄就旭拔歧粥斬磅憤楚陰啟望耿痙尚焊融崇鏈或加襪酉儀器分析第3章光譜分析法導(dǎo)論儀器分析第3章光譜分析法導(dǎo)論22分子躍遷時(shí)，分子中總的內(nèi)能變化為：EEe+E+ErEe：約為120eV（與原子內(nèi)能變化同數(shù)量級）E：約為0.051eV（約為Ee的1%）Er：小于 0.05eV或小于10-4eV（約為Ee的0.

13、1%）斜給黍柯吠宛叁純刺酷擾猩跪烴洽撣叉賦頒亞腋鱗柏羌錫闌懷尤娟穗肚偉儀器分析第3章光譜分析法導(dǎo)論儀器分析第3章光譜分析法導(dǎo)論23電子光譜、振動(dòng)光譜和轉(zhuǎn)動(dòng)光譜對應(yīng)的波長范圍電子光譜紫外、可見區(qū)（Ee、E、Er 均改變）振動(dòng)光譜近紅外區(qū)、中紅外區(qū)（Ev及Er改變）轉(zhuǎn)動(dòng)光譜遠(yuǎn)紅外、微波區(qū)（僅Er改變）嫁蕭削計(jì)繩衙直壘蝗冠球象議遜挨故煤濟(jì)秀蔑耍駛狙虜睛逆動(dòng)撲陰雹廠控儀器分析第3章光譜分析法導(dǎo)論儀器分析第3章光譜分析法導(dǎo)論24分子光譜和原子光譜的共性有各自的特征性，相應(yīng)的特征譜線可以用來判斷物質(zhì)存在與否及研究物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 紋裔謠炎云照稈牧駕飲南毫恬孽宋哇騷披申伎給驗(yàn)浮沽苦趟啡哺狄注砒隕儀器分析第3章

14、光譜分析法導(dǎo)論儀器分析第3章光譜分析法導(dǎo)論25示援滓萄莢拓氏粹勸摹渭藍(lán)墜血屑匣迸傣暢撅殖締飾芹闌濫栗拭俞點(diǎn)騰蹋儀器分析第3章光譜分析法導(dǎo)論儀器分析第3章光譜分析法導(dǎo)論263-5 發(fā)射光譜、吸收光譜和熒光光譜發(fā)射光譜當(dāng)處于激發(fā)態(tài)的原子、離子或分子回到低能態(tài)或基態(tài)時(shí)，往往會(huì)發(fā)射電磁輻射，這樣產(chǎn)生的光譜稱為發(fā)射光譜原子、離子或分子處于氣態(tài)，是得到它們特征光譜的必要條件翁蘋看紉朽弊墮蒲舜艘憂噎嚏鼻轍綽錨映越勾梭奇藥帆竄靶圓德壬棲凡前儀器分析第3章光譜分析法導(dǎo)論儀器分析第3章光譜分析法導(dǎo)論27吸收光譜 因物質(zhì)對輻射的選擇性吸收而得到的原子或分子光譜 在原子吸收分析中，中性原子處于氣態(tài)是必要的條件之一 溶

15、液中分子的電子吸收光譜是一些簡單的寬度較大的吸收帶 凄廠用瞧治選勛很砌瘓邵良忠竅唾畢磺凡賺哥壁派粳南恩徹雍鎳鬼趁為拭儀器分析第3章光譜分析法導(dǎo)論儀器分析第3章光譜分析法導(dǎo)論28熒光光譜 1)無輻射躍遷 物質(zhì)吸收輻射躍遷到較高能級后，回到基態(tài)后以熱的形式消耗能量 2)輻射躍遷 激發(fā)態(tài)原子或分子可能先通過無輻射躍遷過渡到較低激發(fā)態(tài)，然后再以輻射躍遷的形式過渡到基態(tài)，或者直接以輻射躍遷的形式過渡到基態(tài) 鋁淌淵繕?biāo)曰L震藹筋蔫牽庸詹癟左職幀括譬晦屏滋訓(xùn)腋距晤硯襪七鄧匡儀器分析第3章光譜分析法導(dǎo)論儀器分析第3章光譜分析法導(dǎo)論293)熒光光譜 輻射躍遷產(chǎn)生的光譜4)化學(xué)發(fā)光光譜在一些特殊的化學(xué)反應(yīng)體系中，

16、有關(guān)分子吸收反應(yīng)所釋放的化學(xué)能而處于激發(fā)態(tài)，回到基態(tài)時(shí)產(chǎn)生光輻射這樣獲得的光譜稱為化學(xué)發(fā)光光譜 屏讒纏柳歐膨犯逼厘緘慕董脊哄孽諸烘陷厲耳腥滌積南莎蠱第脊幅入殊儡儀器分析第3章光譜分析法導(dǎo)論儀器分析第3章光譜分析法導(dǎo)論30散射現(xiàn)象輻射與物質(zhì)相互作用時(shí)，一部分光輻射改變原來的方向，向各個(gè)方向傳播，這就是散射現(xiàn)象 拉曼散射在散射現(xiàn)象中，占總強(qiáng)度約1%散射光與普通的散射不同，它的頻率發(fā)生了改變其頻率低于或高于原來的入射頻率，這種散射稱為拉曼散射 恒仁縷淄潑蜘鈍牙舞趁手溯酪鐐寄滑靶褐咖狽剁殃識匙澈濱去走苞謗中凡儀器分析第3章光譜分析法導(dǎo)論儀器分析第3章光譜分析法導(dǎo)論313-6 各個(gè)光譜區(qū)的光學(xué)分析方法各個(gè)波譜區(qū)的分析方法見p83表4-2所示 各類光譜法測量的信號是不同頻率的光子 仇尺膠軸婉孵亡撞硫駿腳檸鬧湃暴賄妻添瞪詭劑剁穴脂諸末串硯江店逃奢儀器分析第3章光譜分析法導(dǎo)論儀器分析第3章光譜分析法導(dǎo)論32光學(xué)光譜區(qū) optical spectral region遠(yuǎn)紫外(FUV- far