緒論及光譜分析法引論演示文稿

緒論及光譜分析法引論演示文稿目前一頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)優(yōu)選緒論及光譜分析法引論目前二頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)課程學(xué)習(xí)方法

課前主動(dòng)預(yù)習(xí)課上積極參與課后及時(shí)復(fù)習(xí)獨(dú)立完成作業(yè)理論聯(lián)系實(shí)踐目前三頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)本書(shū)學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容共9章，分為8講共16學(xué)時(shí)，1個(gè)學(xué)分目前四頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)第一章緒論一、分析化學(xué)的發(fā)展和儀器分析的產(chǎn)生－3次巨大變革二、儀器分析的分類（P2）：光、電、色三、發(fā)展中的儀器分析目前五頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)儀器分析電化學(xué)分析光化學(xué)分析色譜分析波譜分析電重量、電容量、電位、極譜發(fā)射、吸收，熒光、光度氣相、液相、離子、超臨界、毛細(xì)管電泳紅外、紫外、核磁共振波譜、質(zhì)譜

利用物質(zhì)的物理或物理化學(xué)性質(zhì)現(xiàn)代四譜X射線衍射儀點(diǎn)擊上圖播放目前六頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)目前七頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)目前八頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)目前九頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)目前十頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)目前十一頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)目前十二頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)目前十三頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)第2章

光譜分析法引論ChapterTwoGuideofOpticsAnalyticalMethod目前十四頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)一.電磁輻射的波粒二象性電磁輻射及電磁波譜1.電磁輻射的波動(dòng)性散射折射與反射衍射干涉偏振2.電磁輻射的粒子性光電效應(yīng)康普敦效應(yīng)黑體輻射波長(zhǎng)—

cm、μm、nm頻率—υ

Hzsec-1波數(shù)—

(或σ)

cm-1

傳播速度—

cm/sec目前十五頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)一.電磁輻射的波粒二象性3.普朗克(Planch)公式E--光子的能量J,焦耳(1J=6.2411018

ev)υ

---光子的頻率Hz,赫茲

---光子的波長(zhǎng)

cmC---光速2.99791010cm.s-1h

---Planch常數(shù)6.625610-34J.s焦耳.秒目前十六頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)二.電磁輻射與物質(zhì)的相互作用及其光譜1.物質(zhì)的能態(tài)2.電磁輻射的吸收與發(fā)射原子、離子分子A.原子光譜線光譜LinespectraE2E0E1E3hi波長(zhǎng)半寬度10-2~10-5Na5890、5896原子吸收光譜原子發(fā)射光譜目前十七頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)B.分子光譜帶光譜Bandspectra

有機(jī)、無(wú)機(jī)分子E2E1E0半寬度20~100nm分子吸收光譜分子發(fā)射光譜hi波長(zhǎng)/nmA(T)波長(zhǎng)/nmI半寬度20~100nm目前十八頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)三.光學(xué)分析法波譜1.電磁波譜與現(xiàn)代儀器分析方法波譜區(qū)-射線波長(zhǎng)5~140pm躍遷類型核能級(jí)X-射線遠(yuǎn)紫外光10-3~10nm10~200nm原子內(nèi)層電子莫斯鮑爾光譜法:-射線原子核-射線吸收X-射線吸收光譜法:

X-射線/放射源原子內(nèi)層電子（n>10)X-射線吸收X-熒光光譜法:

X-射線原子內(nèi)層電子特征X-射線發(fā)射遠(yuǎn)紫外光----真空紫外區(qū)。此部分光譜會(huì)被空氣吸收原子光譜：原子發(fā)射光譜、原子吸收光譜、原子熒光光譜分子光譜：紫外-可見(jiàn)吸收光譜、分子熒光/磷光光譜、化學(xué)發(fā)光近紫外光可見(jiàn)光200~400nm400~750nm原子外層電子/分子成鍵電子目前十九頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)波譜區(qū)近紅外光中紅外光波長(zhǎng)0.75~2.5m2.5~50m躍遷類型分子振動(dòng)遠(yuǎn)紅外光微波射頻50~1990m0.1~100cm1~100m分子轉(zhuǎn)動(dòng)電子、核自旋近紅外光譜區(qū):配位化學(xué)的研究對(duì)象紅外吸收光譜法:紅外光分子吸收遠(yuǎn)紅外光譜區(qū)電子自旋共振波譜法:微波分子未成對(duì)電子吸收核磁共振波譜法:射頻原子核自旋吸收目前二十頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)2.光學(xué)分析法的分類光譜法：以光的波長(zhǎng)與強(qiáng)度為特征信號(hào)的儀器分析方法

非光譜法：以光輻射的某些性質(zhì)變化為特征信號(hào)的儀器分析方法

（不涉及物質(zhì)內(nèi)部能級(jí)的躍遷）

吸收光譜法、發(fā)射光譜法、散射光譜法折射法、旋光法、圓二色法、比濁法、衍射法

目前二十一頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)

四、光譜法儀器

用來(lái)研究吸收、發(fā)射或熒光電磁輻射的強(qiáng)度和波長(zhǎng)關(guān)系的儀器叫做光譜儀或分光光度計(jì)。光譜儀或分光光度計(jì)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。

光源提供足夠的能量使試樣蒸發(fā)、原子化、激發(fā)，產(chǎn)生光譜

.發(fā)射光譜儀結(jié)構(gòu)示意圖目前二十二頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)

吸收光譜儀結(jié)構(gòu)示意圖（以紫外可見(jiàn)光度計(jì)為例）

由光源發(fā)射出的連續(xù)光，……，被樣品分子吸收，出射光被檢測(cè)器接收，即可測(cè)得其吸收信號(hào)。光源單色器吸收池檢測(cè)器信號(hào)指示系統(tǒng)目前二十三頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)

熒光光譜儀示意圖由光源發(fā)出的光，通過(guò)樣品池，熒光物質(zhì)吸收一部分光線被激發(fā)，將向四面八方發(fā)射熒光。為了消除入射光和散射光的影響，熒光的測(cè)量應(yīng)在與激發(fā)光成直角方向進(jìn)行。經(jīng)熒光單色器后的熒光作用于檢測(cè)器上，得到相應(yīng)的電信號(hào)。目前二十四頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)（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。因此往往需用穩(wěn)壓電源或者參比光束以保證其穩(wěn)定。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、原子吸收和Raman光譜法。1.連續(xù)光源

連續(xù)光源是指在波長(zhǎng)范圍內(nèi)主要發(fā)射強(qiáng)度平穩(wěn)，具有連續(xù)光譜的光源。目前二十五頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)（1）紫外光源

紫外連續(xù)光源主要采用氫燈和或氘燈。在低壓下以電激發(fā)的方式產(chǎn)生的連續(xù)光譜，光譜范圍為160~375nm。高壓氫燈以2000~6000V的高壓使兩個(gè)鋁電極之間發(fā)生放電。低壓氫燈啟動(dòng)電壓約為400V直流電壓，而維持直流電弧的電壓為40V。氘燈的工作方式與氫燈相同，光譜強(qiáng)度比氫燈大3~5倍，壽命也比氫燈長(zhǎng)。目前二十六頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)（2）可見(jiàn)光源可見(jiàn)光區(qū)最常見(jiàn)的光源是鎢絲燈。在大多數(shù)儀器中，鎢絲的工作溫度約為2870K，光譜波長(zhǎng)范圍為320~2500nm。氙燈也可用作可見(jiàn)光源，當(dāng)電流通過(guò)氙燈時(shí)，產(chǎn)生強(qiáng)輻射，發(fā)射的連續(xù)光譜分布在250~700nm。目前二十七頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)（3）紅外光源常用的紅外光源是一種用電加熱到溫度在1500~2000K之間的惰性固體，光強(qiáng)最大的區(qū)域在6000~5000cm-1。在長(zhǎng)波側(cè)667cm-1和短波側(cè)10000cm-1的強(qiáng)度已降到峰值的1%左右。常用的有能斯特?zé)簟⒐杼及?。目前二十八?yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)2.線光源（1）金屬蒸氣燈

在透明封套內(nèi)含有低壓氣體元素，常見(jiàn)的是汞燈和鈉蒸氣燈。把電壓加到固定在封套上的一對(duì)電極上，會(huì)激發(fā)出元素的特征線光譜。汞燈產(chǎn)生的線光譜的波長(zhǎng)范圍為254~734nm，鈉燈主要是589.0nm和589.6nm處的一對(duì)譜線。（2）空心陰極燈

主要用于原子吸收光譜，能提供許多元素的特征光譜。目前二十九頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)（3）激光激光的強(qiáng)度高，方向性和單色性好，作為一種新型光源應(yīng)用于Raman光譜、熒光光譜、發(fā)射光譜、fourier變換紅外光譜等領(lǐng)域。（二）單色器單色器的主要作用是將復(fù)合光分解成單色光或有一定寬度的譜帶。單色器由入射狹縫和出射狹縫、準(zhǔn)直鏡以及色散元件，如棱鏡或光柵等組成。目前三十頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)光學(xué)分析法中的單色器二.光柵單色器基本組成入射狹縫準(zhǔn)直鏡平面衍射光柵聚焦物鏡出射狹縫聚焦面ff一.棱鏡單色器基本組成入射狹縫準(zhǔn)直鏡棱鏡單色器聚焦物鏡聚焦面出射狹縫目前三十一頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)1.棱鏡

棱鏡的作用是把復(fù)合光分解為單色光。由于不同波長(zhǎng)的光在同一介質(zhì)中具有不同的折射率，波長(zhǎng)短的光折射率大，波長(zhǎng)長(zhǎng)的光折射率小。因此，平行光經(jīng)色散后按波長(zhǎng)順序分解為不同波長(zhǎng)的光，經(jīng)聚焦后在焦面的不同位置成像，得到按波長(zhǎng)展開(kāi)的光譜。目前三十二頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)

由于波長(zhǎng)越長(zhǎng)，折射率愈小，所以當(dāng)包含有不同波長(zhǎng)的復(fù)合光通過(guò)棱鏡時(shí)，復(fù)合光就會(huì)因折射率不同而分開(kāi)。這種作用稱為棱鏡的色散作用。色散能力常以色散率和分辨率表示。（1）色散率（角色散率、線色散率和倒線色散率）棱鏡的角色散率用d/d

表示。表示入射線與折射線的夾角，即偏向角

對(duì)波長(zhǎng)的變化率。角色散率越大，波長(zhǎng)相差很小的兩條譜線分得越開(kāi)。目前三十三頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)

用角色散率難以表示譜線之間的色散距離，而采用線色散率dl/d

來(lái)表示。線色散率表示波長(zhǎng)相差d

的兩條譜線在焦面上的距離dl。線色散率越大，表示兩條譜線之間的距離也越大。在實(shí)際工作中，常用線色散率的倒數(shù)d/dl表示，此值越大，色散率越小。（2）分辨率

棱鏡的分辨率R是指將兩條靠得很近的譜線分開(kāi)的能力。在最小偏向角的條件下，R可表示為：

目前三十四頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)式中為兩條譜線的平均波長(zhǎng)，為剛好能分開(kāi)的兩條譜線間的波長(zhǎng)差。分辨率與棱鏡底邊的有效長(zhǎng)度b和棱鏡材料的色散率dn/d成正比式中mb為m個(gè)棱鏡的底邊總長(zhǎng)度。

由于介質(zhì)材料的折射率n與入射光的波長(zhǎng)有關(guān)，因此棱鏡給出的光譜與波長(zhǎng)有關(guān)，是“非勻排光譜”。目前三十五頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)2.光柵光柵分為透射光柵和反射光柵，常用的是反射光柵。反射光柵又可分為平面反射光柵（或稱閃耀光柵）和凹面反射光柵。光柵由玻璃片或金屬片制成，其上準(zhǔn)確地刻有大量寬度和距離都相等的平行線條（刻痕），可近似地將它看成一系列等寬度和等距離的透光狹縫。光柵是一種多狹縫部件，光柵光譜的產(chǎn)生是多狹縫干涉和單狹縫衍射兩者聯(lián)合作用的結(jié)果。目前三十六頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)

d（sin+sin）=n

公式中和分別為入射角和衍射角，整數(shù)n為光譜級(jí)次，d為光柵常數(shù)。角規(guī)定為正值；如果角和角在光柵法線同側(cè)，取正值，異側(cè)則取負(fù)值；當(dāng)n=0時(shí)，即零級(jí)光譜，衍射角與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，也就是無(wú)分光作用。當(dāng)n不等于零時(shí)，衍射角隨波長(zhǎng)而異，即不同波長(zhǎng)的輻射經(jīng)光柵衍射后將分散在不同空間位置上，這就是光柵進(jìn)行分光的依據(jù)。平面反射光柵300~2000條/mm1.平面光柵衍射的色散方程（光柵公式）目前三十七頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)

光柵的特性可用色散率、分辨率和閃耀特性來(lái)表征。當(dāng)入射角不變時(shí)，光柵的角色散率可用光柵公式微分求得色散率。當(dāng)很小且變化不大時(shí)，可認(rèn)為cos≈1。因此，光柵的角色散率只決定于光柵常數(shù)d和光譜級(jí)次n，可以認(rèn)為是常數(shù)，不隨波長(zhǎng)而變，這樣的光譜稱為“勻排光譜”。這是光柵優(yōu)于棱鏡的一個(gè)方面。目前三十八頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)

在實(shí)際工作中用線色散率dl/d表示。對(duì)于平面光柵，線色散率為式中f為會(huì)聚透鏡的焦距。由于cos≈1（≈6°），則目前三十九頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)

光柵的分辨率R等于光譜級(jí)次n與光柵刻痕總數(shù)N的乘積，即

由此可見(jiàn)，分辨率與光譜級(jí)數(shù)和光柵總刻線數(shù)成正比，與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)。在實(shí)際工作中，要想獲得高分辨率，最現(xiàn)實(shí)的辦法是采用大塊的光柵，以增加總刻線數(shù)。目前，有些光譜儀已有254mm大光柵，其分辨率可達(dá)6105。目前四十頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)例：對(duì)一塊寬度為50.0mm，刻線數(shù)為1200條/mm的光柵，它的一級(jí)光柵的分辨能力為多少？在6000埃附近能分辨的兩條譜線的波長(zhǎng)差為多少？

解：分辨率為：R=1×50×1200=6×104

波長(zhǎng)差為：Δλ=λ/R=6000/60000=0.1埃目前四十一頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)閃耀光柵為了降低零級(jí)光譜的強(qiáng)度，將輻射能集中于所要求的波長(zhǎng)范圍，近代的光柵采用定向閃耀的辦法。即將光柵刻痕刻成一定的形狀，使每一刻痕的小反射面與光柵平面成一定的角度，使光能集中在所需要的一級(jí)光譜上，這種光柵稱為閃耀光柵。目前四十二頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)當(dāng)==

時(shí)，在衍射角的方向上可得到最大的相對(duì)光強(qiáng)。角稱為閃耀角。目前四十三頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)常用光柵類型機(jī)刻光柵和全息光柵。

用機(jī)械方法刻制的光柵稱為機(jī)刻光柵。直接刻制的光柵稱為原刻光柵；由原刻光柵復(fù)制的光柵稱為復(fù)制光柵。由透明材料制成的衍射光柵，稱為透射光柵。由反射材料制成的衍射光柵稱為反射光柵。目前四十四頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)

按照光學(xué)反射面的形狀，反射光柵又分為平面光柵和凹面光柵。由于機(jī)刻方法的局限性，一般光柵都存在一定的缺陷。用激光全息照相制造的光柵稱為全息光柵。全息光柵也有透射式和反射式兩種。光譜重疊及消除由光柵方程d（sin+sin）=n

可見(jiàn)，當(dāng)d、一定時(shí)，衍射角的大小和入射光的波長(zhǎng)有關(guān)。n與的乘積相同的輻射將分散在同一空間位置，即譜線重疊。目前四十五頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)

例如，波長(zhǎng)為400nm的Ⅰ級(jí)線，與波長(zhǎng)為200nm的Ⅱ級(jí)線，波長(zhǎng)為133.33nm的Ⅲ級(jí)線，互相重疊，造成干擾。消除譜線重疊的方法有：（1）利用濾光片吸收干擾譜線例如，只要600nm譜線，則可用紅色濾光片濾去其它組分。目前四十六頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)（2）利用感光板的靈敏區(qū)不同，消除干擾波段

（3）利用譜級(jí)分離器消除干擾在光路中附加一個(gè)低色散的棱鏡（分級(jí)器），配合工作，以使檢測(cè)器只單獨(dú)接受某一級(jí)的光譜。目前四十七頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)3.狹縫（Slit）構(gòu)成：狹縫是兩片經(jīng)過(guò)精密加工、具有銳利邊緣的金屬組成。兩片金屬處于相同平面上且相互平行。入射狹縫可看作是一個(gè)光源，在相應(yīng)波長(zhǎng)位置，入射狹縫的像剛好充滿整個(gè)出射狹縫。目前四十八頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)

狹縫寬度對(duì)分析有重要意義。單色器的分辨能力表示能分開(kāi)最小波長(zhǎng)間隔的能力。波長(zhǎng)間隔大小決定于分辨率、狹縫寬度和光學(xué)材料性質(zhì)等，它用有效帶寬S表示

S=DW

式中，D為線色散率的倒數(shù)，W為狹縫寬度。

當(dāng)儀器的色散率固定時(shí)，S將隨W而變化。目前四十九頁(yè)\總數(shù)五十四頁(yè)\編于十八點(diǎn)狹縫寬度的選擇原則定性分析：選擇較窄的狹縫寬度—提高分辨率，減少其它譜線的干擾，提高選擇性；定量分析：選擇較寬的狹縫寬度—增加照亮狹縫的