光分析方法導論課件

1、Company Logo光分析方法分類2-1光學分析法的分類非光譜法 非光譜法是基于輻射與物質相互作用時，測量輻射的某些性質，如折射、干涉、衍射和偏振等變化的分析方法。非光譜法不涉及物質內部能量的躍遷，電磁輻射只改變了傳播方向、速度或某些物理性質。 主要有：折射法、偏振法、光散射法（比濁法）、干涉法、衍射法、旋光法和圓二色性法等。Company Logo2-1光學分析法的分類2. 光譜法光譜法是基于輻射能與物質相互作用時，測量由物質內部發(fā)生量子化的能級之間的躍遷而產生的發(fā)射、吸收或散射輻射的波長和強度而進行分析的方法。光譜法依據被輻射作用的物質對象不同，一般分為原子光譜和分子光譜兩大類。 原子

2、光譜是由于原子外層或內層電子能級的躍遷所產生的光譜，它的表現形式為線狀光譜。主要有AES、AAS、AFS及XFS等方法。 Company Logo2-1光學分析法的分類2. 光譜法光譜法是基于輻射能與物質相互作用時，測量由物質內部發(fā)生量子化的能級之間的躍遷而產生的發(fā)射、吸收或散射輻射的波長和強度而進行分析的方法。 光譜法依據于輻射作用的物質對象不同，一般分為原子光譜和分子光譜兩大類。 原子光譜是由于原子外層或內層電子能級的躍遷所產生的光譜，它的表現形式為線狀光譜。主要有AES、AAS、AFS及XFS等方法。 2-1光分析方法分類 分子光譜是由于分子中電子能級、振動和轉動能級的躍遷所產生的光譜，

3、其表現形式為帶狀光譜。屬于這類分析法的有UVVIS、IR、MFS、MPS等方法。此外，基于核自旋及電子自旋能級的躍遷而對射頻輻射的吸收所產生的核磁共振和電子自旋共振波譜法，也歸屬于分子光譜。 光譜法依據物質與輻射相互作用的性質，一般分為發(fā)射光譜法、吸收光譜法、拉曼散射光譜法三種類型。Company Logo1.發(fā)射光譜法 物質通過電致激發(fā)、熱致激發(fā)或光致激發(fā)等過程獲取能量，變成為激發(fā)態(tài)的原子或分子M*，激發(fā)態(tài)的原子或分子是極不穩(wěn)定的，它們可能以不同形式釋放出能量從激發(fā)態(tài)躍遷至基態(tài)或低能態(tài)，如果這種躍遷是以輻射形式釋放多余的能量就產生發(fā)射光譜。 通過測量物質發(fā)射光譜的波長和強度來進行定性、定量分

4、析的方法叫做發(fā)射光譜法。Company Logo 依據光譜區(qū)域和激發(fā)方式不同，發(fā)射光譜有以下幾種： 射線光譜法 X射線熒光分析法 原子發(fā)射光譜分析法 原子熒光分析法 分子熒光分析法 分子磷光分析法 化學發(fā)光分析法2.吸收光譜法 當物質所吸收的電磁輻射能與該物質的原子核、原子或分子的兩個能級間躍遷所需的能量能滿足 的關系時，將產生吸收光譜 ： 通過測量物質對輻射吸收的波長和強度進行分析的方法叫做吸收光譜法。 Company Logo吸收光譜法主要有以下幾種分析方法：（1）紫外可見分光光度法：它是利用溶液中的分子或基團對紫外和可見光的吸收，產生分子外層電子能級躍遷所形成的吸收光譜，可用于定性和定量

5、測定。（2）穆斯堡爾（Mssbauer）譜法：由與被測元素相同的同位素作為射線的發(fā)射源，使吸收體（樣品）的原子核產生無反沖的射線共振吸收所形成的光譜。Company Logo(3)原子吸收光譜法:利用待測元素氣態(tài)基態(tài)原子對共振線的吸收進行定量測定的方法。其吸收機理是原子的外層電子能級躍遷,波長在紫外、可見和近紅外光區(qū).(4) 紅外光譜法:利用分子在紅外區(qū)的振動轉動吸收光譜來測定物質的成分和結構.(5)順磁共振波譜法:在強磁場的作用下，電子的自旋磁矩與外磁場相互作用分裂為磁量子數Ms值不同的磁能級，磁能級之間的躍遷吸收或發(fā)射微波區(qū)的電磁輻射。在這種吸收光譜中Company Logo，不同化合物的

6、耦合常數不同，可用來進行定性分析。根據耦合常數，可用來幫助結構的確定。(6)核磁共振波譜法:在強磁場作用下，核自旋磁矩與外磁場相互作用分裂為能量不同的核磁能級，核磁能級之間的躍遷吸收或發(fā)射射頻區(qū)的電磁波。利用這種吸收光譜可進行有機化合物結構的鑒定，以及分子的動態(tài)效應、氫鍵的形成、互變異構反應等化學研究。Company Logo3.拉曼(Raman)散射光譜法 頻率為v0的單色光照射到透明物質上，物質分子會發(fā)生散射現象。如果這種散射是光子與物質分子發(fā)生能量交換的，即不僅光子的運動方向發(fā)生變化，它的能量也發(fā)生變化，則稱為Raman散射。這種散射光的頻率（ vm）與入射光的頻率不同，稱為Raman位

7、移。Raman位移的大小與分子的振動和轉動的能級有關，利用Raman位移研究物質結構的方法稱為Raman光譜法。Company Logo2-2電磁輻射的基本性質 經典物理學認為：電磁輻射是一種在空間傳播著的交變電場和磁場，真空中的速度為2.997921010cms-1，不需要以任何物質作為傳播媒介的能量形式（注意：是一種能量形式）。 它包括無線電波、微波、紅外光、可見光、紫外光以及X-射線和-射線等。電磁輻射具有波動性和微粒性-稱為電磁輻射的二象性。一電磁輻射的波動性 電磁輻射是一種電磁波，它可以用電場矢量和磁場矢量來描述，它是簡單的單個頻率的平面偏振電磁波。 由于與物質微粒內電荷相互作用的是

8、電磁波的電場，所以一般情況下，僅以電場矢量表示電磁波。 電磁波的波波動性：振動傳播、反射、衍射、干涉和散射。 可以用以下的波參數來描述：Company Logo可以用以下的波參數來描述： 周期T ：相鄰兩個波峰或波谷通過空間某一固定點所需要的時間間隔稱為波的周期，單位為s（秒）。 頻率 ：單位時間內通過傳播方向上某一點的波峰或波谷的數目，即單位時間內電磁場振動的次數稱為頻率，單位為Hz，即s-1（秒-1），頻率為周期的倒數， 。 波長：相鄰兩個波峰或波谷間的直線距離稱為波長，若電磁波的傳播速度為c,則： 波數 （或）：每厘米長度內含有波長的數目稱為波數，單位為cm-1，波數是波長的倒數，可表示

9、為:Company Logo二電磁輻射的微粒性 光的粒子論最早是牛頓提出來的，而波動論和粒子論的爭論一直持續(xù)到二十世紀初，普朗克（Planck）提出的量子論才把兩者聯系起來，并為科學界所共識，即。普朗克認為，被熱激發(fā)的振動質點的能量光具有二象性是量子化的。當振子從一個被允許的高能級向低能級躍遷時，就有一個光子的能量發(fā)射出來，光子的能量與頻率成正比，與波長成反比，而與光的強度無關。 式中，h=6.62610-34Js，c為光速。表2-1 能量單位換算表注 ： Erg單位已不再使用，常用的能量單位是J和eV。Company LogoJCalErg eV1J（焦耳）10.23901076.24110

10、181Cal（卡）4.18414.1841072.61210191erg（爾格）10-72.39010-816.24110111eV（電子伏）1.60210-193.82910-201.60210-121三電磁波譜 將各種電磁輻射按照波長或頻率的大小順序排列所畫成的圖或表稱為電磁波譜?？梢?，電磁波譜是一個跨越1015波長范圍的極寬的波譜帶，其中射線的波長最短（頻率最高），能量最大；其后依次是X射線區(qū)，紫外可見和紅外光區(qū)；無線電波區(qū)波長最長（頻率最低），能量最小。 高能輻射區(qū)光學光譜區(qū)長波部分Company LogoE/eV /Hz電磁波躍遷類型2.51056.010190.005nm射線區(qū)核能

11、級2.51051.21026.010193.010160.00510nmX射線區(qū)K、L層電子能級1.21026.23.010161.5101510200nm真空紫外光區(qū)K、L層電子能級6.23.11.510157.51014200400nm近紫外光區(qū)外層電子能級3.11.67.510143.81014400800nm可見光區(qū)外層電子能級1.60.503.810141.210140.82.5m近紅外光區(qū)分子振動能級0.502.510-21.210146.010122.550m中紅外光區(qū)分子振動能級2.510-21.210-36.010123.01011501000m遠紅外光區(qū)分子轉動能級1.21

12、0-34.110-63.010111.01091300mm微波區(qū)分子轉動能級4.110-61.0109300mm無線電波區(qū)電子和核的自旋表2-1電磁波譜的有關參數2-3.分光光度計 用來研究吸收、發(fā)射或熒光的電磁輻射的強度和波長的關系的儀器叫做光譜儀或分光光度計。 這一類儀器一般包括五個基本單元：光源、單色器、樣品容器、檢測器和讀出器件。1. 光源 光譜分析中，光源必須具有足夠的輸出功率和穩(wěn)定性。光源有連續(xù)光源和線光源等,一般連續(xù)光源主要用于分子光譜中。連續(xù)光源有紫外光源，主要是采用氫燈，氘燈或氙燈；可見 光源，常用的是鎢絲燈、鹵鎢燈；紅外光源，常用的是硅碳棒、能斯特燈等。線光源主要用于原子光

13、譜中，線光源有金屬蒸氣燈，常見的是汞或鈉蒸氣燈、空心陰極燈，用于原子吸收光譜中，還有激光光源。 2. 單色器 它的作用是將復合光分解成單色光或有一定寬度的譜帶。包括入射光狹縫和出射光狹縫、準直鏡以及色散元件所組成,色散元件有棱鏡和光柵兩種。Company Logo3.樣品容器 盛放樣品的容器必須由光透明的材料制成。在紫外光區(qū)工作時，采用石英材料；在可見光區(qū)工作時，則用硅酸鹽玻璃材料；在紅外光區(qū)工作時，則可根據不同的波長范圍選擇不同的材料（主要有堿金屬或堿土金屬的鹵化物）的晶體，制成樣品池的窗口。Company Logo4. . 檢測器 在光學分析儀器中，用光電轉換器件作為檢測器。這類檢測器必須在一個寬的波長范圍內對輻射有響應，在輻射能量較低時響應應靈敏，對輻射的響應速度要快，響應信號要容易放大，噪聲水平要低，而更重要的是響應信號應與照射光的強度I成線性關系。Company Logo 檢測器可分為兩類，一類對光子有響應的光檢測器，如硒光電池、光電