儀器分析第二章 光學(xué)分析法導(dǎo)論

儀器分析第二章光學(xué)分析法導(dǎo)論第一頁(yè)，共十七頁(yè)，2022年，8月28日第一節(jié)電磁輻射根據(jù)物質(zhì)發(fā)射的電磁輻射或電磁輻射與物質(zhì)相互作用建立起來的一類分析方法，稱為光學(xué)分析法。第二頁(yè)，共十七頁(yè)，2022年，8月28日一、電磁輻射的性質(zhì)以電磁輻射為分析信號(hào)的分析方法在廣義上都稱為光學(xué)分析法。紅外、紫外-可見光、X射線等都是電磁輻射。（一）波動(dòng)性按照經(jīng)典物理學(xué)的觀點(diǎn)，電磁輻射是在空間傳播著的交變電磁場(chǎng)，稱為電磁波。第三頁(yè)，共十七頁(yè)，2022年，8月28日電磁波可以用頻率（）、波長(zhǎng)（）和波數(shù)（）等波參數(shù)來表征。在真空中所有的電磁輻射的傳播速度一樣：

c==2.997921010cm.s-1（二）微粒性根據(jù)量子理論，電磁輻射是在空間高速運(yùn)動(dòng)的光量子（或稱光子）流。

E=h=h.c/第四頁(yè)，共十七頁(yè)，2022年，8月28日二、電磁波譜波譜區(qū)波長(zhǎng)范圍光子能量/eV能級(jí)躍遷類型射線區(qū)X射線區(qū)遠(yuǎn)紫外區(qū)近紫外區(qū)可見光區(qū)近紅外區(qū)中紅外區(qū)遠(yuǎn)紅外區(qū)微波區(qū)射頻區(qū)0.005nm0.005~10nm10~200nm200~400nm400~780nm0.78~2.5m2.5~50m50~1000m0.1~100cm1~100m2.5105

2.5105~1.21021.2102~6.26.2~3.13.1~1.71.7~0.50.5~0.0252.510-2~1.210-41.210-4~1.210-71.210-6~1.210-9原子核能級(jí)內(nèi)層電子能級(jí)原子的電子能級(jí)或分子的成鍵電子能級(jí)分子振動(dòng)能級(jí)分子轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)電子自旋能級(jí)或核自旋能級(jí)表2-1電磁波譜區(qū)電磁輻射按照波長(zhǎng)（或頻率、波數(shù)、能量）大小的順序排列就得到電磁波譜。第五頁(yè)，共十七頁(yè)，2022年，8月28日電磁波譜的分區(qū)：（1）高能輻射區(qū)：包括射線區(qū)和X射線區(qū)。（2）中能輻射區(qū)：紫外區(qū)、可見光區(qū)和紅外區(qū)。由于對(duì)這部分輻射的研究和應(yīng)用要使用一些共同的光學(xué)試驗(yàn)技術(shù)，例如，用透鏡聚焦，用棱鏡或光柵分光等，故又稱此光譜區(qū)為光學(xué)光譜區(qū)（3）低能輻射區(qū)：微波區(qū)和射頻區(qū)。又稱波譜區(qū)。第六頁(yè)，共十七頁(yè)，2022年，8月28日一、原子光譜第二節(jié)原子光譜和分子光譜原子光譜原子光譜產(chǎn)生于原子外層電子能級(jí)的躍遷，取決于（1）外層電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，(2)電子間的相互作用。（1）原子核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可以用主量子數(shù)n，角量子數(shù)l、磁量子數(shù)m和自旋量子數(shù)s表示。（2）核外電子之間存在著相互作用，其中包括電子軌道運(yùn)動(dòng)之間的相互作用、電子自旋運(yùn)動(dòng)之間的相互作用以及軌道運(yùn)動(dòng)與自旋運(yùn)動(dòng)之間的相互作用等。原子的能量狀態(tài)需要用以主量子數(shù)n、總軌道角量子數(shù)L、總自旋量子數(shù)S、內(nèi)量子數(shù)J四個(gè)量子數(shù)為參數(shù)的光譜項(xiàng)來表征。第七頁(yè)，共十七頁(yè)，2022年，8月28日四個(gè)量子數(shù)中，n、L、S確定之后，原子的能級(jí)也就基本確定了。各能級(jí)都有確定的能量，兩能級(jí)的能量差必然具有確定的數(shù)值，不同能級(jí)之間躍遷產(chǎn)生的原子光譜是波長(zhǎng)確定、相互分隔的譜線，原子光譜稱作線光譜。第八頁(yè)，共十七頁(yè)，2022年，8月28日ΔE=E2-E1=hν=hc/λ能級(jí)圖第九頁(yè)，共十七頁(yè)，2022年，8月28日例如：鈉原子，核外電子組成為：

（1S）2（2S）2（2P）6（3S）1此時(shí)光譜項(xiàng)（基態(tài)光譜項(xiàng)）為：32S1/2表示n=3L=0S=1/2J=1/2

第一激發(fā)態(tài)光譜項(xiàng)為：32P3/2n=3L=1S=1/2J=3/232P1/2n=3L=1S=1/2J=1/2鈉譜線：5889.96?32S1/2----

32P3/25895.93?32S1/2----32P1/2第十頁(yè)，共十七頁(yè)，2022年，8月28日光譜選擇定則不是原子中任何兩個(gè)能級(jí)之間都能夠發(fā)生躍遷。只有符合光譜選擇定則的躍遷才是允許的；同時(shí)符合三個(gè)條件的躍遷，躍遷概率大，譜線較強(qiáng)。不符合光譜選擇定則的躍遷叫禁戒躍遷。①△L=±1,△②△S=0,③△J=0，±1，但當(dāng)J=0時(shí)，△J=0的躍遷是不允許的。第十一頁(yè)，共十七頁(yè)，2022年，8月28日原子光譜原子發(fā)射光譜：氣態(tài)的基態(tài)原子受到激發(fā)處于較高的能級(jí)上（激發(fā)態(tài)），但激發(fā)態(tài)的原子很不穩(wěn)定，一般約在10-8s內(nèi)返回基態(tài)或較低能態(tài)而發(fā)射出特征譜線。原子吸收光譜：原子蒸氣選擇性地吸收一定頻率的光輻射躍遷到較高能態(tài)產(chǎn)生的吸收光譜。原子熒光光譜：氣態(tài)原子吸收光輻射后，由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)。激發(fā)態(tài)原子通過輻射躍遷回到基態(tài)或較低的能態(tài)產(chǎn)生的二次光輻射叫做原子熒光。形成的光譜叫做原子熒光光譜。第十二頁(yè)，共十七頁(yè)，2022年，8月28日分子能級(jí)：分子中不但存在成鍵電子躍遷所確定的電子能級(jí)，而且還存在著由原子在其平衡位置相對(duì)振動(dòng)所確定的振動(dòng)能級(jí)，以及由分子繞軸旋轉(zhuǎn)所確定的轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)。光譜中譜線間的波長(zhǎng)差別甚微，用一般的單色器很難將相鄰的譜線分開，其光譜的特征是在一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)按一定強(qiáng)度分布的譜帶，即所謂的帶光譜。二、分子光譜第十三頁(yè)，共十七頁(yè)，2022年，8月28日第十四頁(yè)，共十七頁(yè)，2022年，8月28日-胡羅卜素咖啡因阿斯匹林丙酮幾種有機(jī)化合物的分子吸收光譜圖。第十五頁(yè)，共十七頁(yè)，2022年，8月28日分子吸收光譜：分子對(duì)輻射能的選擇性吸收由基態(tài)或較低能級(jí)躍遷到較高能級(jí)產(chǎn)生的分子光譜。分子發(fā)光光譜：基態(tài)分子吸收一定波長(zhǎng)范圍的光