光分析基礎(chǔ)概述課件

1、an introduction to optical analysis fundamental of optical analysis 第2章 光譜分析法導(dǎo)論第一節(jié) 光分析基礎(chǔ)2022/8/21 1.光分析法：基于物質(zhì)發(fā)射的電磁輻射或電磁輻射能量與待測(cè)物質(zhì)相互作用后所產(chǎn)生的輻射信號(hào)與物質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)關(guān)系所建立起來(lái)的分析方法； 電磁輻射范圍：射線無(wú)線電波所有范圍； 相互作用方式：吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射等； 光分析法及其特點(diǎn) optical analysis and its characteristics2022/8/212光分析法分類: 光譜分析法與非光譜分析法 光譜分析法中能量作用于

2、待測(cè)物質(zhì)后產(chǎn)生光輻射后發(fā)生某種變化,與待測(cè)物質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)有關(guān),為波長(zhǎng)或波數(shù)的函數(shù).涉及物質(zhì)內(nèi)部能級(jí)的躍遷. 非光譜分析法中能量作用于待測(cè)物質(zhì)后發(fā)生干涉、衍射、散射、折射、反射等現(xiàn)象,這些現(xiàn)象只與待測(cè)物質(zhì)的物理性質(zhì)有關(guān),不涉及能級(jí)躍遷.2022/8/213.三個(gè)基本過(guò)程：（1）能源提供能量；（2）能量與被測(cè)物之間的相互作用；（3）產(chǎn)生信號(hào)。 4.基本特點(diǎn)：（1）一般光分析法均包含三個(gè)基本過(guò)程；（2）選擇性測(cè)量，不涉及混合物分離（不同于色譜分析）；（3）涉及大量光學(xué)元器件。2022/8/21 電磁輻射（電磁波）：以接近光速（真空中為光速）傳播的能量；1、波動(dòng)性: c = =/ , =1/2、微

3、粒性: E = h = h c / c：光速(3.01010cms-1)；：波長(zhǎng)； ：頻率； ：波數(shù) （cm-1)； E ：能量； h：普朗克常數(shù)(6.6310-34Js)3、電磁波譜將電磁輻射按其波長(zhǎng)（或頻率、能量）順序排列即為電磁波譜。一、電磁輻射的基本性質(zhì) basic properties of electromagnetic radiation2022/8/212022/8/212022/8/214、電磁輻射與物質(zhì)的相互作用 （一）吸收-由電磁輻射提供能量使量子從低能級(jí)向高能級(jí)的躍遷過(guò)程。1、原子吸收 當(dāng)一束紫外或可見(jiàn)輻射通過(guò)氣態(tài)自由原子時(shí)，將只有少數(shù)幾個(gè)非常確定的頻率被吸收,躍遷到第

4、一激發(fā)態(tài)、第二激發(fā)態(tài)或第三激發(fā)態(tài). 紫外和可見(jiàn)光區(qū)的能量足以引起外層電子或價(jià)電子的躍遷。-原子吸收光譜法 2022/8/212、分子吸收 分子吸收也涉及電子躍遷，由于存在許多振動(dòng)能級(jí)和能級(jí)差更小的轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)，使每個(gè)電子的躍遷都有幾條靠的很近的吸收線。 分子主要吸收紫外、可見(jiàn)和紅外的電磁輻射,表現(xiàn)為紫外-可見(jiàn)吸收光譜和紅外吸收光譜.2022/8/213、磁場(chǎng)的誘導(dǎo)吸收 當(dāng)將某些元素放入磁場(chǎng)中時(shí),其電子和核受到強(qiáng)磁場(chǎng)作用后,它們具有磁性質(zhì)的簡(jiǎn)并能級(jí)將發(fā)生分裂，并產(chǎn)生具有微小能量差的不同量子化能級(jí)，進(jìn)而可以吸收低頻率的電磁輻射。-核磁共振波譜法2022/8/21（二）發(fā)射 由高能級(jí)向低能級(jí)躍遷并發(fā)射電

5、磁輻射的過(guò)程。1、原子發(fā)射-當(dāng)氣態(tài)自由原子處于激發(fā)態(tài)時(shí),將發(fā)射電磁波而回到基態(tài),所發(fā)射的電磁波處于紫外或可見(jiàn)光區(qū). 通常采用電、熱或激光的形式使原子激發(fā).2、分子發(fā)射 分子發(fā)射光譜比原子發(fā)射光譜復(fù)雜,為保持分子的形態(tài),分子的激發(fā)采用光激發(fā)或化學(xué)能激發(fā). 分子主要發(fā)射紫外、可見(jiàn)電磁輻射-熒光光譜法,磷光光譜法,化學(xué)發(fā)光法.2022/8/21 吸收輻射而被激發(fā)的原子和分子處在高能態(tài)的壽命很短,要通過(guò)不同的弛豫過(guò)程返回到基態(tài).(1)非輻射弛豫以非發(fā)光的形式釋放能量，激發(fā)態(tài)的分子與其他分子發(fā)生碰撞而將部分激發(fā)能轉(zhuǎn)變成動(dòng)能，并釋放出少量的熱量。(2)熒光和磷光弛豫-以發(fā)光的形式釋放能量。通過(guò)原子、分子吸

6、收電磁輻射后激發(fā)至激發(fā)態(tài),當(dāng)返回基態(tài)時(shí),分別發(fā)射熒光和磷光.2022/8/21(三) 散射當(dāng)入射光的光子與試樣粒子碰撞時(shí)會(huì)改變其傳播方向,稱為散射.有丁達(dá)爾散射和分子散射兩種；(四) 折射和反射 (五）干涉和衍射2022/8/21 根據(jù)物質(zhì)與輻射能作用的性質(zhì)不同，光學(xué)分析法基本上可以分為光譜法和非光譜法。1.非光譜法：不涉及能級(jí)躍遷，物質(zhì)與輻射作用時(shí)，僅改變傳播方向等物理性質(zhì)； 折射法、比濁法、衍射法、干涉法、旋光法等；二、光分析分類 type of optical analysis 2022/8/212.光譜法物質(zhì)與輻射能作用時(shí)，分子發(fā)生能級(jí)躍遷而產(chǎn)生的發(fā)射或吸收,對(duì)其光譜的波長(zhǎng)或強(qiáng)度進(jìn)行分

7、析的方法。 (1) 原子光譜（線光譜）：當(dāng)輻射物質(zhì)是單個(gè)氣態(tài)原子時(shí),產(chǎn)生紫外、可見(jiàn)光區(qū)的線光譜.譜線由一系列寬度約10-5的nm銳線組成。 原子外層電子躍遷:原子吸收光譜（AAS） 原子發(fā)射光譜（AES） 原子熒光光譜（AFS） 原子內(nèi)層電子躍遷: X射線熒光光譜（XFS） X射線吸收法（XAS）2022/8/21 (2)分子光譜（帶光譜）：由許多量子化的振動(dòng)能級(jí)疊加在分子的基態(tài)電子能級(jí)上而形成的。由一系列靠的很近的線光譜組成，因而使用的儀器不能分辨完全而呈現(xiàn)出帶光譜。 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）； 核磁共振波譜法（NMR）3、光譜的形狀-線光譜、帶光譜連續(xù)光譜固體加熱至熾熱發(fā)射連續(xù)光譜，稱為黑體輻射。通過(guò)熱能激發(fā)凝聚體中無(wú)數(shù)原子和分子震蕩產(chǎn)生黑體輻射。2022/8/21光分析法光譜分析法非光譜分析法原子光譜分析法分子光譜分析法原子吸收光譜原子發(fā)射光譜原子熒光光譜X射線熒光光譜折射法圓二色譜法X射線衍射法干涉法旋光法紫外光譜法紅外光譜法分子熒光光譜法分子磷光光譜法核磁共振波譜法2022/