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(xué)分析的區(qū)別

一、分析的方法不同

化學(xué)分析:利用化學(xué)反應(yīng)和它的計(jì)量關(guān)系來(lái)確定被測(cè)物質(zhì)的組成和含量的一類分析方法。測(cè)定時(shí)需使用化學(xué)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(xué)性質(zhì)而建立起來(lái)的分析方法。這類方法通常是測(cè)量光、電、磁、聲、熱等物理量而得到分析結(jié)果，而測(cè)量這些物理量，一般要使用比較復(fù)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(jià)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(xué)發(fā)展的方向。

二、儀器分析（與化學(xué)分析比較）的特點(diǎn)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(guò)選擇或調(diào)整測(cè)定的條件，使共存的組分測(cè)定時(shí)，相互間不產(chǎn)生干擾。3.操作簡(jiǎn)便，分析速度快，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。4.相對(duì)誤差較大?；瘜W(xué)分析一般可用于常量和高含量成分分析，準(zhǔn)確度較高，誤差小于千分之幾。多數(shù)儀器分析相對(duì)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(jià)格比較昂貴的專用儀器。三、儀器分析與化學(xué)分析的關(guān)系

儀器分析方法是在化學(xué)分析的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。2.隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，化學(xué)分析方法也逐步實(shí)現(xiàn)儀器化和自動(dòng)化以及使用復(fù)雜的儀器設(shè)備。3.化學(xué)方法和儀器方法是相輔相成的。在使用時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況，取長(zhǎng)補(bǔ)短，互相配合。

四、學(xué)習(xí)掌握的目標(biāo)不同1.化學(xué)分析要求掌握其基本的原理和測(cè)定方法，建立起嚴(yán)格的“量”的概念；正確掌握有關(guān)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)技能，具備必要的分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

2.學(xué)習(xí)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(duì)各儀器分析方法的應(yīng)用對(duì)象及分析過(guò)程要有基本的了解。可以根據(jù)樣品性質(zhì)、分析對(duì)象選擇最為合適的分析儀器及分析方法。

課前預(yù)習(xí)，認(rèn)真聽(tīng)課，做好筆記，課后復(fù)習(xí)歸納總結(jié)，獨(dú)立完成作業(yè)；掌握基本理論和實(shí)驗(yàn)技能，而且要注意把理論知識(shí)同實(shí)踐緊密結(jié)合起來(lái)；樹(shù)立準(zhǔn)確的量概念，培養(yǎng)嚴(yán)肅認(rèn)真、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度；注意前后知識(shí)的銜接和關(guān)聯(lián)，孤立地學(xué)習(xí)知識(shí)是沒(méi)有用的。儀器分析學(xué)習(xí)方法參考書：儀器分析趙藻藩等（武漢大學(xué)）分析化學(xué)（第四版）（下冊(cè)）孫毓慶主編分析化學(xué)鄒學(xué)賢主編參考資料（學(xué)術(shù)期刊）：國(guó)內(nèi)1.分析化學(xué)2.高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報(bào)3.光譜學(xué)與光譜分析4.色譜國(guó)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(guò)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(dòng)性和微粒性。波動(dòng)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(zhǎng)范圍光譜類型躍遷類型γ射線X射線遠(yuǎn)紫外光近紫外光可見(jiàn)光近紅外光中紅外光遠(yuǎn)紅外光微波無(wú)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(jiàn)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(jí)內(nèi)層電子能級(jí)內(nèi)層電子能級(jí)價(jià)電子或成鍵電子能級(jí)同上振動(dòng)能級(jí)振動(dòng)能級(jí)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)和自旋能級(jí)磁場(chǎng)誘導(dǎo)核自旋能級(jí)電磁波譜：電磁輻射按波長(zhǎng)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(guò)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(guò)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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(shí)，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(jìn)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(huì)相互作用，當(dāng)其疊加時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)其強(qiáng)度視各波的相位而定的加強(qiáng)或減弱的合成波。衍射：光波繞過(guò)障礙物或通過(guò)狹縫時(shí)，以約180°的角度向外輻射，波前進(jìn)的方向發(fā)生彎曲。第二節(jié)光學(xué)分析法的分類光學(xué)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(hào)或發(fā)生的信號(hào)變化來(lái)測(cè)定物質(zhì)的性質(zhì)、含量和結(jié)構(gòu)的儀器分析方法。三個(gè)主要過(guò)程：①能源提供能量；②能量與被測(cè)物質(zhì)相互作用；③產(chǎn)生檢測(cè)訊號(hào)。一、光譜法與非光譜法光譜法(spectroscopicanalysis)：利用物質(zhì)的光譜進(jìn)行定性定量和結(jié)構(gòu)分析的方法。光譜(spectrum)：當(dāng)物質(zhì)與輻射能相互作用時(shí)，物質(zhì)內(nèi)部發(fā)生能級(jí)躍遷，記錄由能級(jí)躍遷所產(chǎn)生的輻射能強(qiáng)度隨波長(zhǎng)（或相應(yīng)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(jí)的躍遷，即不以光的波長(zhǎng)為特征訊號(hào)，僅通過(guò)測(cè)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(cè)量氣態(tài)原子或離子外層或內(nèi)層電子能級(jí)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(cè)量分子轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)、分子中原子的振動(dòng)能級(jí)和分子電子能級(jí)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(jiàn)、紅外等吸收光譜I能級(jí)示意圖V3V2V1V0V0V1V2V3V4激發(fā)態(tài)E1基態(tài)E0J1

J2J3轉(zhuǎn)動(dòng)躍遷振動(dòng)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(jìn)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(jìn)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(jiàn)紅外可見(jiàn)核磁共振紫外可見(jiàn)紅外可見(jiàn)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)光第三節(jié)光譜分析儀器光源單色器樣品池檢測(cè)器訊號(hào)處理及顯示器主要特點(diǎn)：五個(gè)單元組成一、輻射源（一）連續(xù)光源紫外光源：氫燈、氘燈可見(jiàn)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(zhǔn)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(zhǎng)光通過(guò)棱鏡時(shí)折射率不同.玻璃350～3200nm,石英185～4000nm入射狹縫準(zhǔn)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(guò)光柵時(shí)發(fā)生衍射和干涉現(xiàn)象而分光。波長(zhǎng)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(cè)量子化檢測(cè)器（光子檢測(cè)器）：光電管、光電倍增管、光二極管陣列檢測(cè)器等熱檢測(cè)器：真空熱電偶、熱電檢測(cè)器等第四節(jié)光譜分析法的發(fā)展概況20世紀(jì)40年代中期，光電倍增管的出現(xiàn)促進(jìn)了原子發(fā)射光譜、紅外吸收光譜、紫外－可見(jiàn)吸收光譜及X-射線熒光光譜等的發(fā)展。20世紀(jì)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(jì)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