光譜分析法概論

光譜分析法概論

袁建梅E-mail:yyjm@163.comTel器分析與化學分析的區(qū)別

一、分析的方法不同

化學分析:利用化學反應和它的計量關(guān)系來確定被測物質(zhì)的組成和含量的一類分析方法。測定時需使用化學試劑、天平和一些玻璃器皿。

儀器分析:基于物質(zhì)的物理或物理化學性質(zhì)而建立起來的分析方法。這類方法通常是測量光、電、磁、聲、熱等物理量而得到分析結(jié)果，而測量這些物理量，一般要使用比較復雜或特殊的儀器設(shè)備，故稱為“儀器分析”。儀器分析除了可用于定性和定量分析外，還可用于結(jié)構(gòu)、價態(tài)、狀態(tài)分析，微區(qū)和薄層分析，微量及超痕量分析等，是分析化學發(fā)展的方向。

二、儀器分析（與化學分析比較）的特點1.靈敏度高，檢出限量可降低。2.選擇性好。很多的儀器分析方法可以通過選擇或調(diào)整測定的條件，使共存的組分測定時，相互間不產(chǎn)生干擾。3.操作簡便，分析速度快，容易實現(xiàn)自動化。4.相對誤差較大?；瘜W分析一般可用于常量和高含量成分分析，準確度較高，誤差小于千分之幾。多數(shù)儀器分析相對誤差較大，一般為5%，不適用于常量和高含量成分分析。5.儀器分析需要價格比較昂貴的專用儀器。三、儀器分析與化學分析的關(guān)系

儀器分析方法是在化學分析的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。2.隨著科學技術(shù)的發(fā)展，化學分析方法也逐步實現(xiàn)儀器化和自動化以及使用復雜的儀器設(shè)備。3.化學方法和儀器方法是相輔相成的。在使用時應根據(jù)具體情況，取長補短，互相配合。

四、學習掌握的目標不同1.化學分析要求掌握其基本的原理和測定方法，建立起嚴格的“量”的概念；正確掌握有關(guān)的科學實驗技能，具備必要的分析問題和解決問題的能力。

2.學習儀器分析要求掌握的現(xiàn)代分析技術(shù)，牢固掌握各類儀器分析方法的基本原理以及儀器的各重要組成部分，對各儀器分析方法的應用對象及分析過程要有基本的了解。可以根據(jù)樣品性質(zhì)、分析對象選擇最為合適的分析儀器及分析方法。

課前預習，認真聽課，做好筆記，課后復習歸納總結(jié)，獨立完成作業(yè)；掌握基本理論和實驗技能，而且要注意把理論知識同實踐緊密結(jié)合起來；樹立準確的量概念，培養(yǎng)嚴肅認真、實事求是的科學態(tài)度；注意前后知識的銜接和關(guān)聯(lián)，孤立地學習知識是沒有用的。儀器分析學習方法參考書：儀器分析趙藻藩等（武漢大學）分析化學（第四版）（下冊）孫毓慶主編分析化學鄒學賢主編參考資料（學術(shù)期刊）：國內(nèi)1.分析化學2.高等學校化學學報3.光譜學與光譜分析4.色譜國外1.AnalyticalChemistry2.Analyst光譜分析法概論

袁建梅E-mail:yyjm@163.comTel、電磁輻射與電磁波譜光是一種電磁輻射，是一種以巨大速度通過空間而不需要任何物質(zhì)作為傳播媒介的光量子流。光具有波動性和微粒性。波動性微粒性普朗克常數(shù)h＝6.6262×10-34J·s第一節(jié)電磁輻射及其與物質(zhì)的相互作用輻射區(qū)段波長范圍光譜類型躍遷類型γ射線X射線遠紫外光近紫外光可見光近紅外光中紅外光遠紅外光微波無線電波0.005~0.14nm0.01~10nm10~200nm200~400nm400~800nm0.8~2.5μm2.5~50μm50~1000μm0.1~100cm1~1000mγ射線光譜X射線光譜真空紫外光譜紫外光譜可見光譜紅外光譜紅外光譜紅外光譜微波光譜核磁共振光譜核能級內(nèi)層電子能級內(nèi)層電子能級價電子或成鍵電子能級同上振動能級振動能級和轉(zhuǎn)動能級轉(zhuǎn)動能級轉(zhuǎn)動能級和自旋能級磁場誘導核自旋能級電磁波譜：電磁輻射按波長順序排列。二、電磁輻射與物質(zhì)的相互作用吸收：原子、分子或離子吸收光子的能量（等于基態(tài)和激發(fā)態(tài)能量之差），從基態(tài)躍遷至激發(fā)態(tài)的過程。發(fā)射：物質(zhì)從激發(fā)態(tài)躍遷回至基態(tài)，并以光的形式釋放出能量的過程。瑞利散射：光子與物質(zhì)分子發(fā)生彈性碰撞，不發(fā)生能量交換，運動方向改變。拉曼散射：光子與物質(zhì)分子發(fā)生非彈性碰撞，發(fā)生能量交換，運動方向改變。折射和反射：光從介質(zhì)1照射到介質(zhì)2的界面時，一部分光在界面上改變方向返回介質(zhì)1，稱為光的反射；另一部分光則改變方向，以一定的折射角度進入介質(zhì)2，此現(xiàn)象稱為光的折射。干涉：在一定條件下光波會相互作用，當其疊加時，將產(chǎn)生一個其強度視各波的相位而定的加強或減弱的合成波。衍射：光波繞過障礙物或通過狹縫時，以約180°的角度向外輻射，波前進的方向發(fā)生彎曲。第二節(jié)光學分析法的分類光學分析法(opticalanalysis)：基于物質(zhì)發(fā)射的電磁輻射或物質(zhì)與輻射相互作用后所產(chǎn)生的輻射信號或發(fā)生的信號變化來測定物質(zhì)的性質(zhì)、含量和結(jié)構(gòu)的儀器分析方法。三個主要過程：①能源提供能量；②能量與被測物質(zhì)相互作用；③產(chǎn)生檢測訊號。一、光譜法與非光譜法光譜法(spectroscopicanalysis)：利用物質(zhì)的光譜進行定性定量和結(jié)構(gòu)分析的方法。光譜(spectrum)：當物質(zhì)與輻射能相互作用時，物質(zhì)內(nèi)部發(fā)生能級躍遷，記錄由能級躍遷所產(chǎn)生的輻射能強度隨波長（或相應單位）的變化，所得的圖譜稱為光譜。非光譜法：不涉及物質(zhì)內(nèi)部能級的躍遷，即不以光的波長為特征訊號，僅通過測量電磁輻射的某些基本性質(zhì)（反射、折射、干涉、衍射和偏振）的變化的分析方法。二、原子光譜法和分子光譜法原子光譜法(atomicspectroscopy)：以測量氣態(tài)原子或離子外層或內(nèi)層電子能級躍遷所產(chǎn)生的原子光譜為基礎(chǔ)的分析方法。分子光譜法(molecularspectroscopy):以測量分子轉(zhuǎn)動能級、分子中原子的振動能級和分子電子能級所產(chǎn)生的分子光譜為基礎(chǔ)的定性、定量和物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析方法。注意：原子光譜→線狀光譜；分子光譜→帶狀光譜原子光譜：吸收、發(fā)射、熒光線狀光譜黑體輻射：白熾燈、液、固灼熱發(fā)光連續(xù)光譜帶狀光譜分子光譜：紫外、可見、紅外等吸收光譜I能級示意圖V3V2V1V0V0V1V2V3V4激發(fā)態(tài)E1基態(tài)E0J1

J2J3轉(zhuǎn)動躍遷振動躍遷電子躍遷結(jié)論：ΔEe>ΔEv>ΔEfΔEe(1~20eV)

ΔEv

(0.05~1eV)

ΔEf((0.005~0.05eV)E＝

ΔE＝E1-E0ΔE=hv=hc/

J0吸收光譜基態(tài)光激發(fā)態(tài)吸收光譜法：利用物質(zhì)的吸收光譜進行定性定量及結(jié)構(gòu)分析的方法。三、吸收光譜法與發(fā)射光譜法發(fā)射光譜基態(tài)光激發(fā)態(tài)發(fā)射光譜法：利用物質(zhì)的發(fā)射光譜進行定性定量的方法。光分析法光譜分析法非光譜分析法折射法圓二色光譜法X射線衍射法干涉法旋光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射線熒光化學發(fā)光第三節(jié)光譜分析儀器光源單色器樣品池檢測器訊號處理及顯示器主要特點：五個單元組成一、輻射源（一）連續(xù)光源紫外光源：氫燈、氘燈可見光源：鎢燈、氙燈紅外光源：硅碳棒、Nernst

燈（二）線光源金屬蒸氣燈：汞燈、鈉蒸氣燈空心陰極燈單色器:包括入射狹縫,準直元件,色散元件,出射狹縫二、分光系統(tǒng)棱鏡：依據(jù)不同波長光通過棱鏡時折射率不同.玻璃350～3200nm,石英185～4000nm入射狹縫準直透鏡棱鏡聚焦透鏡出射狹縫白光紅紫λ1λ2800600500400光柵：在鍍鋁的玻璃表面刻有數(shù)量很大的等寬度等間距條痕(600、1200、2400條/mm)。

利用光通過光柵時發(fā)生衍射和干涉現(xiàn)象而分光。波長范圍寬,色散均勻,分辨性能好,使用方便.－平面透射光柵－反射光柵（廣泛使用）光柵衍射示意圖M1M2出射狹縫光屏透鏡平面反射光柵三、輻射的檢測量子化檢測器（光子檢測器）：光電管、光電倍增管、光二極管陣列檢測器等熱檢測器：真空熱電偶、熱電檢測器等第四節(jié)光譜分析法的發(fā)展概況20世紀40年代中期，光電倍增管的出現(xiàn)促進了原子發(fā)射光譜、紅外吸收光譜、紫外－可見吸收光譜及X-射線熒光光譜等的發(fā)展。20世紀50年代，原子物理的發(fā)展使原子吸收及原子熒光光譜興起。20世紀60年代，等離子體、傅立葉變換與激光技術(shù)的引入，出現(xiàn)了電