光譜分析法概論

光譜分析法概論1第1頁，共45頁，2023年，2月20日，星期三

講授提綱概述電磁輻射和電磁波譜光學(xué)分析法分類光譜分析法發(fā)展概況2第2頁，共45頁，2023年，2月20日，星期三

概述

1．光的定義

2．光學(xué)分析法定義

3．光學(xué)分析法包含的

三個(gè)主要過程3第3頁，共45頁，2023年，2月20日，星期三

光是一種電磁輻射。電磁波

量子流4第4頁，共45頁，2023年，2月20日，星期三光學(xué)分析法：根據(jù)物質(zhì)發(fā)射電磁輻射或物質(zhì)對輻射的相互作用，建立物質(zhì)的濃度、結(jié)構(gòu)或某種性質(zhì)與光學(xué)性質(zhì)的關(guān)聯(lián)，并借以對物質(zhì)作定性或定量測定的一類分析方法。

儀器分析法5第5頁，共45頁，2023年，2月20日，星期三

光學(xué)分析法的三個(gè)過程：（1）由儀器設(shè)置的能源提供能量照射至被測物質(zhì)。（2）能量與被測物質(zhì)之間相互發(fā)生作用。（3）產(chǎn)生可被檢測的訊號(hào)。6第6頁，共45頁，2023年，2月20日，星期三

第1節(jié)電磁輻射和電磁波譜

一、電磁輻射

二、電磁波譜

三、電磁輻射與物質(zhì)相互作用7第7頁，共45頁，2023年，2月20日，星期三

一、電磁輻射——電磁波電磁輻射是一種以巨大速度通過空間傳播的光子流，具有波粒二象性。從γ射線一直到無線電波都是電磁輻射。8第8頁，共45頁，2023年，2月20日，星期三

光是電磁輻射的一種形式，是一種電磁波，一種以巨大速度通過空間而不需要任何物質(zhì)作為傳播媒介的光子流，每個(gè)波段之間，由于波長或頻率不同，光子具有的能量也不相同。光具有波粒二象性。

9第9頁，共45頁，2023年，2月20日，星期三

光的波動(dòng)性光的波粒二象性光的微粒性10第10頁，共45頁，2023年，2月20日，星期三

(1)光的波動(dòng)性：

光的波動(dòng)性用波長λ(nm)、

波數(shù)σ(cm－1)和頻率υ(Hz)表征。真空中波長、波數(shù)和頻率的關(guān)系為:

光速＝光的頻率×波長

波數(shù)＝1/波長

→單位長度內(nèi)波的振動(dòng)次數(shù)11第11頁，共45頁，2023年，2月20日，星期三

(2)光的微粒性光的微粒性用每個(gè)光子具有的能量E作為表征，光子的能量與頻率成正比，與波長成反比。與頻率、波長和波數(shù)的關(guān)系為：光的波長越短、頻率越高，能量越大

12第12頁，共45頁，2023年，2月20日，星期三

光的波動(dòng)性體現(xiàn)在光與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生的反射、折射、干涉、衍射以及偏振等現(xiàn)象。光的微粒性體現(xiàn)在光與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生的吸收、發(fā)射、熱輻射、光電效應(yīng)、光壓等現(xiàn)象以及光的化學(xué)作用等方面。13第13頁，共45頁，2023年，2月20日，星期三

二、電磁波譜1．電磁輻射的吸收2．電磁輻射的發(fā)射3．電磁波譜

14第14頁，共45頁，2023年，2月20日，星期三

1．電磁輻射的吸收：指輻射（復(fù)合光）通過某些透明物質(zhì)（固體、液體或氣體）時(shí)，其中某些頻率被選擇性吸收而使輻射強(qiáng)度減弱的過程。吸收的實(shí)質(zhì)是電磁輻射的能量被轉(zhuǎn)移到了物質(zhì)的原子或分子上，結(jié)果，這些粒子由最低能態(tài)（基態(tài)）躍遷到了較高的能態(tài)（激發(fā)態(tài)）。15第15頁，共45頁，2023年，2月20日，星期三

2．電磁輻射的發(fā)射：指物質(zhì)吸收了外界的能量（包括電能、熱能、電磁輻射能、電子或其它基本粒子轟擊等），使處于激發(fā)態(tài)的粒子（離子、原子或分子）在返回到低能級(jí)或基態(tài)時(shí)，以電磁輻射的形式釋放出多余的能量。16第16頁，共45頁，2023年，2月20日，星期三

吸收或發(fā)射的條件：任一波長的光子能量（E）必須與物質(zhì)的原子或分子的能級(jí)變化（ΔE）相等，才能被吸收或發(fā)射。17第17頁，共45頁，2023年，2月20日，星期三

3．電磁波譜：定義：把電磁輻射按照波長或順序排列起來。包括波長或能量的無限范圍。電磁波譜及其在儀器分析中的應(yīng)用pg.6表2－1

18第18頁，共45頁，2023年，2月20日，星期三

電磁輻射的產(chǎn)生和吸收是物質(zhì)內(nèi)部運(yùn)動(dòng)的變化的一種客觀反映，電磁波譜內(nèi)的所有波譜區(qū)都可用于物質(zhì)的分析測定。主要討論近紫外區(qū)、可見區(qū)和中紅外區(qū)、遠(yuǎn)紅外區(qū)的電磁波譜與物質(zhì)的定性和定量關(guān)系。19第19頁，共45頁，2023年，2月20日，星期三

三、電磁輻射與物質(zhì)相互作用（一）常見作用（二）光的基本術(shù)語（三）光與物質(zhì)的相互作用20第20頁，共45頁，2023年，2月20日，星期三（一）常見作用吸收發(fā)射散射物質(zhì)能量變化透射、反射折射散射衍射旋光物質(zhì)能量不變化熒光磷光→拉曼21第21頁，共45頁，2023年，2月20日，星期三

（二）光的基本術(shù)語單色光：

具有同一波長、同一光能量的光。復(fù)合光：

由不同波長的光組合成的光。紫外光：波長范圍200－400nm可見光：波長范圍400－760nm，顏色由紫－藍(lán)－青－綠－黃－橙－紅，其復(fù)合光為白光。22第22頁，共45頁，2023年，2月20日，星期三

（三）光與物質(zhì)的相互作用復(fù)合光在與物質(zhì)相互作用時(shí)，一些波長的光被物質(zhì)吸收，另一些波長的光透過物質(zhì)或被物質(zhì)所反射。透過物質(zhì)的光（或反射光）能被人眼觀察到的即為物質(zhì)呈現(xiàn)的顏色。不同波長的光具有不同的顏色。因此，物質(zhì)的顏色由透射光（或發(fā)射光）的波長所決定。23第23頁，共45頁，2023年，2月20日，星期三

互補(bǔ)色：

透射光和吸收光，按一定比例混合即成白光。24第24頁，共45頁，2023年，2月20日，星期三

紅橙紫紅黃藍(lán)紫黃綠

藍(lán)綠青藍(lán)青25第25頁，共45頁，2023年，2月20日，星期三

第2節(jié)光學(xué)分析法的分類

吸收光譜法

光譜分析法發(fā)射光譜法

散射光譜法光學(xué)分析法折射法

非光譜分析法旋光法

濁度法

X射線衍射法26第26頁，共45頁，2023年，2月20日，星期三

光譜分析法和非光譜分析法原子光譜法和分子光譜法吸收光譜、發(fā)射光譜、散射光譜（Raman光譜法

）27第27頁，共45頁，2023年，2月20日，星期三一、光譜法和非光譜法光譜法

1.光譜

2.光譜分析法非光譜法

28第28頁，共45頁，2023年，2月20日，星期三

光譜法

1.光譜（spectrum）當(dāng)物質(zhì)與輻射能相互作用時(shí)，物質(zhì)內(nèi)部的電子、質(zhì)子等粒子發(fā)生能級(jí)躍遷，記錄所產(chǎn)生的輻射能強(qiáng)度隨波長（或相應(yīng)單位）的變化，所得圖譜稱為光譜（波譜）。29第29頁，共45頁，2023年，2月20日，星期三

2.光譜分析法

（spectroscopicanalysis）利用物質(zhì)的光譜進(jìn)行定性、定量和結(jié)構(gòu)分析的方法稱為光譜分析法，簡稱光譜法。光譜法種類很多，吸收、發(fā)射、散射是光譜法的三種基本類型，應(yīng)用甚廣，是現(xiàn)代分析化學(xué)的重要組成部分。30第30頁，共45頁，2023年，2月20日，星期三

非光譜法非光譜法是指那些不以光的波長為特征訊號(hào)，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。這類方法主要有折射法，旋光法，濁度法，X射線衍射法。31第31頁，共45頁，2023年，2月20日，星期三二、原子光譜法和分子光譜法原子光譜法分子光譜法32第32頁，共45頁，2023年，2月20日，星期三

原子光譜法

（atomicspectroscopy）

（1）定義：以測量氣態(tài)原子或離子外層電子能級(jí)躍遷所產(chǎn)生的原子光譜為基礎(chǔ)的成分分析方法。（2）起源：能級(jí)躍遷（3）特點(diǎn)：線狀光譜，只反映原子或離子的性質(zhì)，與來源的分子狀態(tài)無關(guān)。（4）應(yīng)用：確定試樣物質(zhì)的元素組成和含量。（不能給出物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的信息）33第33頁，共45頁，2023年，2月20日，星期三原子光譜法（5）分析方法：原子吸收光譜法原子發(fā)射光譜法原子熒光光譜法Ｘ射線熒光光譜法34第34頁，共45頁，2023年，2月20日，星期三

分子光譜法

（molecularspectroscopy）（1）定義：以測量分子轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)、分子中原子的振動(dòng)能級(jí)（包括分子轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)）和分子電子能級(jí)（包括振－轉(zhuǎn)能級(jí)）躍遷所產(chǎn)生的分子光譜為基礎(chǔ)的定性、定量和物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析的方法。（2）起源：能級(jí)躍遷（3）特點(diǎn)：帶狀光譜35第35頁，共45頁，2023年，2月20日，星期三三、吸收光譜法和發(fā)射光譜法吸收光譜

1．原子吸收光譜

2．分子吸收光譜

(1)紫外分光光度法

(2)可見分光光度法

(3)紅外分光光度法

發(fā)射光譜

1．原子發(fā)射光譜法

2．熒光或磷光

36第36頁，共45頁，2023年，2月20日，星期三

吸收光譜

（absorptionspectrum）指物質(zhì)對相應(yīng)輻射能的選擇性吸收而產(chǎn)生的光譜。產(chǎn)生的必要條件：所提供的輻射能量恰好滿足該吸收物質(zhì)兩能級(jí)間躍遷所需的能量。37第37頁，共45頁，2023年，2月20日，星期三

吸收光譜法

（absorptionspectroscopy）由物質(zhì)對輻射能選擇性吸收而產(chǎn)生的各種吸收光譜進(jìn)行定性、定量及結(jié)構(gòu)分析的方法。也稱分光光度法。

38第38頁，共45頁，2023年，2月20日，星期三

吸收光譜法原子吸收光譜法AAS

紫外可見吸收光譜法Uv-Vis

分子吸收光譜法紅外吸收光譜法IR

磁共振波譜法NMR39第39頁，共45頁，2023年，2月20日，星期三

發(fā)射光譜（emissionspectrum）物質(zhì)的原子、離子或分子受到一定能量激發(fā)后，由激發(fā)態(tài)回到基態(tài)或較低能態(tài)所產(chǎn)生的光譜。

線狀光譜

物質(zhì)三種發(fā)射光譜帶狀光譜

連續(xù)光譜40第40頁，共45頁，2023年，2月20日，星期三

發(fā)射光譜法（emissionspectroscopy）基于物質(zhì)的發(fā)射光譜對物質(zhì)進(jìn)行定性、定量分析的方法。

原子發(fā)射光譜法AES

原子熒光光譜法AFS

發(fā)射光譜法分子熒光光譜法FS

分子磷光光譜法PSX射線熒光分析法XRF41第41頁，共45頁，2023年，2月20日，星期三