儀器分析精品課程第六章

1、儀器分析精品課程第六章31/08/2022第1頁，共20頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)52分，星期日第六章 光譜分析法導(dǎo)論JXAU第一節(jié) 光分析導(dǎo)論一、光分析法及其特點(diǎn)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)系所建立起來的分析方法； 電磁輻射范圍：射線無線電波所有范圍； 相互作用方式：吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射等；31/08/2022第2頁，共20頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)52分，星期日三個(gè)基本過程：（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)。 基本特點(diǎn)：（1）一般光分析法均包含三個(gè)基本過

2、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。31/08/2022第3頁，共20頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)52分，星期日二、電磁輻射的基本性質(zhì) basic properties of electromagnetic radiation 電磁輻射（電磁波）：以接近光速（真空中為光速）傳播的能量； c = =/ =1/ E = h = h c /c：光速(3.01010cms-1)；：波長；：頻率；：波數(shù) （cm-1)；E ：能量； h：普朗克常數(shù)(6.6310-34Js) 電磁輻射具有波動(dòng)性和微粒性；31/08/2022第4頁，共20頁，2022年，

3、5月20日，13點(diǎn)52分，星期日輻射能的特性： (1) 吸收 物質(zhì)選擇性吸收特定頻率的輻射能，并從低能級(jí)躍遷到高能級(jí)； (2) 發(fā)射 將吸收的能量以光的形式釋放出； (3) 散射 丁鐸爾散射和分子散射； (4) 折射 折射是光在兩種介質(zhì)中的傳播速度不同； (5) 反射 (6) 干涉 干涉現(xiàn)象； (7) 衍射 光繞過物體而彎曲地向他后面?zhèn)鞑サ默F(xiàn)象； (8) 偏振 只在一個(gè)固定方向有振動(dòng)的光稱為平面偏振光。31/08/2022第5頁，共20頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)52分，星期日31/08/2022第6頁，共20頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)52分，星期日31/08/2022第7頁，共

4、20頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)52分，星期日三、光分析分類 type of optical analysis 根據(jù)物質(zhì)同輻射能作用的性質(zhì)不同，光學(xué)分析法基本上可以分為光譜法和非光譜法。光譜法基于物質(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)射或吸收光譜的波長或強(qiáng)度進(jìn)行分析的方法 原子光譜、分子光譜、非光譜法 原子光譜（線性光譜）：最常見的三種 基于原子外層電子躍遷的原子吸收光譜（AAS）； 原子發(fā)射光譜（AES）、原子熒光光譜（AFS）； 基于原子內(nèi)層電子躍遷的 X射線熒光光譜（XFS）；31/08/2022第8頁，共20頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)52分，星期日 分子光譜（帶狀

5、光譜）： 基于分子中電子能級(jí)、振-轉(zhuǎn)能級(jí)躍遷； 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（N）； 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)；偏振法、干涉法、旋光法等； 31/08/2022第9頁，共20頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)52分，星期日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31/08/2022第10頁

6、，共20頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)52分，星期日光譜分析法吸收光譜法發(fā)射光譜法原子光譜法分子光譜法原子發(fā)射原子吸收原子熒光X射線熒光原子吸收紫外可見紅外可見核磁共振紫外可見紅外可見分子熒光分子磷光核磁共振化學(xué)發(fā)光原子發(fā)射原子熒光分子熒光分子磷光X射線熒光化學(xué)發(fā)光31/08/2022第11頁，共20頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)52分，星期日一、光分析法儀器的基本流程 general process of spectrometry 光譜儀器通常包括五個(gè)基本單元：光源；單色器；樣品；檢測(cè)器；顯示與數(shù)據(jù)處理；31/08/2022第12頁，共20頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)52分，星

7、期日二、光分析法儀器的基本單元 main parts of spectrometry 1. 光源 依據(jù)方法不同，采用不同的光源：火焰、燈、激光、電火花、電弧等；依據(jù)光源性質(zhì)不同，分為：連續(xù)光源：在較大波長范圍提供連續(xù)波長的光源，氫燈、氘燈、鎢絲燈等；線光源：提供特定波長的光源，金屬蒸氣燈(汞燈、鈉蒸氣燈)、空心陰極燈、激光等；31/08/2022第13頁，共20頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)52分，星期日2.單色器 單色器：將復(fù)合光分解成單色光或有一定寬度的譜帶的裝置。 主要部件：（1）進(jìn)出口狹縫；（2）準(zhǔn)直裝置(透鏡或反射鏡)：使輻射束成為平行光線； （3）色散元件(棱鏡、光柵)：使不同

8、波長的輻射以不同的角度進(jìn)行傳播；31/08/2022第14頁，共20頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)52分，星期日31/08/2022第15頁，共20頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)52分，星期日31/08/2022第16頁，共20頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)52分，星期日狹縫 單色器的進(jìn)口狹縫起著單色器光學(xué)系統(tǒng)虛光源的作用。復(fù)合光經(jīng)色散元件分開后，在出口曲面上形成相當(dāng)于每條光譜線的像，即光譜。轉(zhuǎn)動(dòng)色散元件可使不同波長的光譜線依次通過。 31/08/2022第17頁，共20頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)52分，星期日 分辨率大小不僅與色散元件的性能有關(guān)，也取決于成像的大小，因此希

9、望采用較窄的進(jìn)口狹縫。分辨率用來衡量單色器能分開最小波長間隔的能力；最小間隔的大小用有效帶寬表示： S = DW D為倒線色散率；W為狹縫寬度； 在原子發(fā)射光譜分析中， 定性分析時(shí)，減小狹縫寬度，使相鄰譜線的分辨率提高； 定量分析時(shí)，增大狹縫寬度，可得到較大的譜線強(qiáng)度。 狹縫兩邊的邊緣應(yīng)銳利且位于同一平面上；31/08/2022第18頁，共20頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)52分，星期日3.試樣裝置 光源與試樣相互作用的場(chǎng)所（1）吸收池 紫外，熒光分析法：石英比色皿 可見分光光度法：玻璃比色皿 紅外分光光度法：將試樣與溴化鉀壓制成透明片（2）特殊裝置 原子吸收分光光度法：霧化器中霧化，在火焰中，元素由離子態(tài)原子； 原子發(fā)射光譜分析：試樣噴入火焰； 詳細(xì)內(nèi)容在相關(guān)章節(jié)中介紹。31/08/2022第19頁，共20頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)52分，星期日4. 檢測(cè)器（1）光檢測(cè)器 主要有以下幾種： 硒光電池、光電二極管、光電倍增管、硅二極管陣列檢測(cè)