光學(xué)分析法引論

1、光學(xué)分析法引論第1頁，共30頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)49分，星期一1.1 光學(xué)分析法及其分類 (Optical Analysis and Its Types)(一)發(fā)射光譜通過測(cè)量物質(zhì)的發(fā)射光譜的波長(zhǎng)和強(qiáng)度來進(jìn)行定性和定量分析的方法叫做發(fā)射光譜分析法。第2頁，共30頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)49分，星期一1射線光譜法 天然或人工放射性物質(zhì)的原子核在衰變的過程中發(fā)射和粒子后，往往使自身的核激發(fā)。然后該核通過發(fā)射射線回到基態(tài)。測(cè)量這種特征射線的能量(或波長(zhǎng))可以進(jìn)行定性分析；測(cè)量射線的強(qiáng)度(檢測(cè)器每分鐘的記數(shù))，可以進(jìn)行定量分析。第3頁，共30頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)49分，

2、星期一 2x射線熒光分析法 原子受高能輻射激發(fā)其內(nèi)層電子能級(jí)躍遷，即發(fā)射出特征x射線，稱為x射線熒光。用x射線管發(fā)生的一次x射線來激發(fā)x射線熒光是最常用的方法。測(cè)量x射線的能量(或波長(zhǎng))可以進(jìn)行定性分析，測(cè)量其強(qiáng)度可以進(jìn)行定量分析。第4頁，共30頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)49分，星期一 3原子發(fā)射光譜分析法 用火焰、電弧、等離子炬等作為激發(fā)源使氣態(tài)原子或離子的外層電子受激發(fā)發(fā)射特征光學(xué)光譜，利用這種光譜進(jìn)行分析的方法叫做原于發(fā)射光譜分析法。波長(zhǎng)范圍在190900nm，可用于定性和定量分析。第5頁，共30頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)49分，星期一 4原子熒光分析法 氣態(tài)自由原子吸收特征

3、波長(zhǎng)的輻射后，原子的外層電子從基態(tài)或低能態(tài)躍遷到高能態(tài)又躍遷至基態(tài)或低能態(tài)，同時(shí)發(fā)射出與原激發(fā)波長(zhǎng)相同或不同的輻射，稱為原子熒光。波長(zhǎng)在紫外和可見光區(qū)。在與激發(fā)光源成一定角度的方向測(cè)量熒光的強(qiáng)度可以進(jìn)行定量分析。第6頁，共30頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)49分，星期一5分子熒光分析法 某些物質(zhì)被紫外光照射后，物質(zhì)分子吸收了輻射而成為激發(fā)態(tài)分子，然后在回到基態(tài)的過程中發(fā)射出比入射光波長(zhǎng)更長(zhǎng)的熒光。測(cè)量熒光的強(qiáng)度進(jìn)行分析的方法稱為熒光分析法。波長(zhǎng)在光學(xué)光譜區(qū)。第7頁，共30頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)49分，星期一 6 分子磷光分析法 物質(zhì)吸收光能后，基態(tài)分子中的一個(gè)電子被激發(fā)躍遷至第一激

4、發(fā)單重態(tài)軌道，由第一激發(fā)單重態(tài)的最低能級(jí)，經(jīng)系統(tǒng)間交叉躍遷至第一激發(fā)三重態(tài)，并經(jīng)過振動(dòng)弛豫至最低振動(dòng)能級(jí)由此激發(fā)態(tài)躍回至基態(tài)時(shí)，便發(fā)射磷光。根據(jù)磷光強(qiáng)度進(jìn)行分析的方法稱為磷光分析法。它主要用于環(huán)境分析、藥物研究等方面的有機(jī)化合物的測(cè)定。第8頁，共30頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)49分，星期一 7化學(xué)發(fā)光分析法 由化學(xué)反應(yīng)提供足夠能量，使其中一種反應(yīng)產(chǎn)物的分子的電子被激發(fā)，形成激發(fā)態(tài)分子。激發(fā)態(tài)分子躍回基態(tài)時(shí)，就發(fā)出一定波長(zhǎng)的光其發(fā)光強(qiáng)度隨時(shí)間變化，并可得到較強(qiáng)的發(fā)光(峰值)。在合適的條件下，峰值與被分析物濃度成線性關(guān)系，可用于定量分板。由于化學(xué)發(fā)光反應(yīng)類型不同，發(fā)射光譜范圍為4001400

5、nm。第9頁，共30頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)49分，星期一(二)吸收光譜 當(dāng)物質(zhì)所吸收的電磁輻射能與該物質(zhì)的原子核原子或分子的兩個(gè)能級(jí)間躍遷所需的能量能滿足A五；Av的關(guān)系時(shí)，將產(chǎn)生吸收光譜第10頁，共30頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)49分，星期一 1M ssbauer譜法 由與被測(cè)元素相同的同位素作為Y射線的發(fā)射源使吸收體(樣品)的原子核產(chǎn)生無反沖的Y射線共振吸收所形成的光譜。光譜波長(zhǎng)在Y射線區(qū)。從Mssbauer譜可獲得原子的氧化態(tài)和化學(xué)鍵、原子核周困電子云分布或鄰近環(huán)境電荷分布的不對(duì)稱性以及原子核處的有效磁場(chǎng)等信息。第11頁，共30頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)49分，星期

6、一 2紫外可見分光光譜法 它是利用溶液中的分子或基團(tuán)在紫外和可見光區(qū)產(chǎn)生分子外后電子能級(jí)躍遷所形成的吸收光譜，可用于定性和定量測(cè)定。 3原于吸收光譜法 利用待測(cè)元素氣態(tài)原子對(duì)共振線的吸收進(jìn)行定量測(cè)定的方法。其吸收機(jī)理是原子的外層電子能級(jí)躍遷波長(zhǎng)在紫外、可見和近紅外區(qū)。 4紅外光譜法 利用分子在紅外區(qū)的振動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)吸收光譜來測(cè)定物質(zhì)的成分和結(jié)構(gòu)。第12頁，共30頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)49分，星期一 5順磁共振波譜法 在強(qiáng)磁場(chǎng)的作用下，電子的自旋磁矩與外磁場(chǎng)相互作用分裂為磁量子數(shù)M值不同的磁能級(jí)，磁能級(jí)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，不同化合物的耦合常數(shù)不同，可用來進(jìn)

7、行定性分析。根據(jù)耦合數(shù)，可用來幫助結(jié)構(gòu)的確定。第13頁，共30頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)49分，星期一 6核磁共振波譜法 在強(qiáng)磁場(chǎng)作用下，核自旋磁矩與外磁場(chǎng)相互作用分裂為能量不同的核磁能級(jí)核磁能級(jí)之間的躍遷吸收成發(fā)射射頻區(qū)的電磁波。利用這種吸收光譜可進(jìn)行有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)的鑒定，以及分子的動(dòng)態(tài)效應(yīng)、氫鍵的形成、互變異構(gòu)反應(yīng)等化學(xué)研究。第14頁，共30頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)49分，星期一(三)Raman散射 頻率為v的單色光照射到透明物質(zhì)上物質(zhì)分子會(huì)發(fā)生散射現(xiàn)象。如果這種散射是光子與物質(zhì)分子發(fā)生能量交換的，即不僅光子的運(yùn)動(dòng)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

8、射光的頻率與入射光的頻率不同，稱為Raman位移。Raman位移的大小與分子的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的能級(jí)有關(guān)、利用Raman位移研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的方法稱為Raman光譜法。第15頁，共30頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)49分，星期一12 電磁輻射的性質(zhì)(一)電磁輻射的波動(dòng)性(二)電磁輻射的微粒性第16頁，共30頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)49分，星期一第17頁，共30頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)49分，星期一13 光譜法儀器用來研究吸收、發(fā)射成熒光的電磁輻射的強(qiáng)度和波長(zhǎng)的關(guān)系的儀器叫做光譜僅或分光光度計(jì)。這一類儀器一般包括五個(gè)基本單元：光源、單色器、樣品容器、檢測(cè)器和讀出器件。第18頁，共30頁，

9、2022年，5月20日，3點(diǎn)49分，星期一第19頁，共30頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)49分，星期一(一)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。由于光源輻射功率的被動(dòng)與電源功率的變化成指數(shù)關(guān)系，因此往往需用穩(wěn)壓電源以保證穩(wěn)定，或者用參比光束的方法來減少光源輸出的波動(dòng)對(duì)測(cè)定所產(chǎn)生的影響。光源有連續(xù)光源和線光源等。一般連續(xù)光源主要用于分子吸收光譜法線光源用于熒光、原于吸收和Raman光譜法。第20頁，共30頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)49分，星期一第21頁，共30頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)49分，星期一(二)單色器 光學(xué)分析儀器幾乎都有單色器它的作用是將復(fù)合光分解成單

10、包光或有一定寬度的譜帶。單色器由人射狄縫和出射狹縫、準(zhǔn)直鏡以及色散元件，如棱鏡或光柵等組成第22頁，共30頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)49分，星期一(三)吸收池 盛放試樣的吸收池由光透明的材料制成。在紫外光區(qū)工作時(shí)采用石英材料；可見光區(qū)，則用硅酸鹽玻璃；紅外光區(qū)，則可根據(jù)不同的波長(zhǎng)范圍選用不同材料的晶體制成吸收池的窗口。第23頁，共30頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)49分，星期一(四)檢測(cè)器 在現(xiàn)代儀器中，用光電轉(zhuǎn)換器作為檢測(cè)器。這類檢測(cè)器必須在一個(gè)寬的波長(zhǎng)范圍內(nèi)對(duì)輻射有響應(yīng)，在低輻射功率時(shí)的反應(yīng)要敏感。對(duì)輻射的響應(yīng)要快，產(chǎn)生的電信號(hào)容易放大嗓音要小，更重要的是產(chǎn)生的信號(hào)應(yīng)正比于入射光強(qiáng)度I.第24頁，共30頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)49分，星期一1光檢測(cè)器(1)硒光電池 (2)光電管(也稱真空光電二極管) (3)光電倍增管(4)硅二極管陣列檢測(cè)器 (5)半導(dǎo)體檢測(cè)器第25頁，共30頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)49分，星期一第26頁，共30頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)49分，星期一第27頁，共30頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)49分，星期一第28頁，共30頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)49分，星期一2熱檢測(cè)器熱檢測(cè)器