光學(xué)分析法概論

分析方法化學(xué)分析法儀器分析法(Chemicalanalysis)(Instrumentalanalysis)化學(xué)定性分析化學(xué)定量分析重量分析法容量分析法光學(xué)分析法(Opticalanalysis)色譜分析法（Chromatography)質(zhì)譜法(Massspectrometry)電化學(xué)分析法(Electrochemistry)光學(xué)分析法概論1801年紫外光(Ultraviolet)1800年紅外光(Infrared)1672年光譜(Spectrum)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)的一類儀器分析方法。光學(xué)分析法的應(yīng)用

2.環(huán)境和大氣研究

主要是原子光譜的應(yīng)用，也有分子光譜。3.藥物分析

鑒別、檢查、含量測(cè)定。1.結(jié)構(gòu)鑒定

專屬性強(qiáng);樣品用量少;不改變混合體系的組成就能快速分析。第一節(jié)電磁輻射及其與物質(zhì)的相互作用第二節(jié)光學(xué)分析法的分類第三節(jié)光譜分析儀器第一節(jié)電磁輻射及其與物質(zhì)的相互作用

一、電磁輻射的性質(zhì)1.波動(dòng)性2.微粒性1.波動(dòng)性用波長(zhǎng)

(nm)、波數(shù)

(cm-1)和頻率

(Hz)表示

=c/

=1/

=

/c光的速度c=2.997925×1010cm/s(真空中)2.微粒性用每個(gè)光子具有的能量E作為表征E=h

=hc/

=hc

h(普朗克常數(shù),Plankconstant)h=6.6262×10-34J?s例如：計(jì)算1mol(6.02217

1023個(gè))波長(zhǎng)為200nm的光子的能量E

物質(zhì)與輻射能作用時(shí)內(nèi)部發(fā)生能級(jí)躍遷→光譜光譜分析法(Spectroscopicanalysis)光學(xué)分析法

物質(zhì)與輻射能作用時(shí)不發(fā)生能級(jí)躍遷非光譜法

二、電磁輻射與物質(zhì)的相互作用(一)物質(zhì)內(nèi)部發(fā)生能級(jí)躍遷

吸收(Absorption)

輻射能量恰好滿足物質(zhì)兩能級(jí)間躍遷所需的能量。

X+h

→X

發(fā)射(Emission)

物質(zhì)受到激發(fā)而躍遷到激發(fā)態(tài)后，由激發(fā)態(tài)回到基態(tài)時(shí)以輻射的方式釋放能量。

X→X

X

→

X+h

散射(Scattering)

光子與物質(zhì)分子之間發(fā)生碰撞，使光子的運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生改變而向不同角度散射。

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，僅光子運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生改變。

(波長(zhǎng)=入射光波長(zhǎng))

拉曼散射

光子和介質(zhì)分子發(fā)生非彈性碰撞，光子運(yùn)動(dòng)方向和能量均發(fā)生改變。

(波長(zhǎng)≠入射光波長(zhǎng))折射和反射

當(dāng)光從介質(zhì)1照射到介質(zhì)2界面時(shí)，一部分光返回介質(zhì)1，稱為光的反射，另一部分光則改變方向，以一定折射角度進(jìn)入介質(zhì)2，稱為光的折射。干涉和衍射

在一定條件下光波會(huì)相互作用。當(dāng)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，稱為干涉。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，稱為衍射。(二)不發(fā)生能級(jí)躍遷第二節(jié)光學(xué)分析法的分類一、按照電磁輻射與物質(zhì)的相互作用分類1.光譜法

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)的變化，所得的圖譜稱為光譜，利用光譜進(jìn)行定性定量和結(jié)構(gòu)分析，包括吸收光譜法，發(fā)射光譜法和散射光譜法。吸收光譜(absorptionspectrum)

1

1

(nm)吸光度(A)

1

2

3

4

5

6…

n帶狀光譜nm光譜的不同形式線狀光譜連續(xù)光譜：由熾熱的固體或液體發(fā)射。太陽(yáng)連續(xù)光譜2.非光譜法

不涉及物質(zhì)內(nèi)部能級(jí)的躍遷，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,主要有折射法，旋光法，濁度法，X-射線衍射法和圓二色法等。利用X-射線能夠繞過(guò)障礙物而彎曲地向后面?zhèn)鞑サ默F(xiàn)象，是測(cè)定晶體結(jié)構(gòu)的重要手段。DNA晶體的X射線衍射照片(byRosalindFranklin)

X-射線衍射法(X-raydiffractionanalysis,XRD)二、按照作用物不同分類1.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，為線狀光譜。

2.分子光譜法(molecularspectroscopy)

由分子中電子能級(jí)、振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的變化產(chǎn)生，為帶光譜。三、按輻射能轉(zhuǎn)換方向分類1.原子吸收光譜法(第十三章)

原子外層電子躍遷的兩個(gè)能級(jí)之間的能量差可確定試樣的元素組成和含量，但不能給出分子結(jié)構(gòu)的信息(一)吸收光譜法定義：物質(zhì)吸收相應(yīng)的輻射能而產(chǎn)生的光譜。

(1)紫外-可見(jiàn)分光光度法(第十章)

價(jià)電子能級(jí)躍遷而產(chǎn)生，伴隨振動(dòng)能級(jí)等躍遷，帶狀光譜。電子能級(jí)間隔1～20eV，波長(zhǎng)200～760nm。2.分子吸收光譜法(2)紅外分光光度法(第十二章)

屬于分子振-轉(zhuǎn)光譜，能量差為0.05～1eV，波長(zhǎng)1250～25000nm。(3)核磁共振波譜法(第十四章)

是原子核自旋能級(jí)躍遷，激發(fā)波長(zhǎng)是在60cm～300m的電磁波。(4)拉曼光譜法利用拉曼散射獲得結(jié)果。(二)發(fā)射光譜法定義：原子或分子受激發(fā)后，電子由激發(fā)態(tài)回至基態(tài)所產(chǎn)生的光譜為發(fā)射光譜。1．原子發(fā)射光譜法氣態(tài)金屬原子與高能量粒子(電子、原子或分子)碰撞而激發(fā)，發(fā)射出的特征線狀光譜。2．原子熒光光譜法氣態(tài)金屬原子受電磁輻射(一次輻射)激發(fā)后，發(fā)射的二次輻射。3.分子熒光(第十二章)和磷光光譜法物質(zhì)分子受輻射激發(fā)后其外層電子由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，當(dāng)它們返回基態(tài)時(shí)，以輻射的形式釋放出能量。4.化學(xué)發(fā)光分析在一些特殊的化學(xué)反應(yīng)中，由于吸收了反應(yīng)所釋放出的化學(xué)能而處于